Оценка на качеството на екосистемите чрез индекси на видовото разнообразие - Логинова Е
13.11. Критерии за оценка на качеството на водата по данни от хидробиологичен анализ
13.11.2. Оценка на качеството на екосистемата чрез индекси на видовото разнообразие
Видовото разнообразие се състои от два компонента:
- видово богатство или видова гъстота, която се характеризира с общия брой налични видове;
- равномерност, основана на относителното изобилие или друг показател за значимостта на вида и позицията му в структурата на доминиране.
По този начин, един от основните компоненти на биоразнообразието, видовото богатство или гъстотата на видовете, е просто общият брой видове, който за сравнителни цели понякога се изразява като съотношение на броя на видовете към площта или на броя на видовете към броя на индивидите. Например Р. Маргалеф предложи индекса на видовото богатство на Маргалеф като мярка за биоразнообразието:
където s е броят на видовете, N е броят на индивидите.
Е.Ф. Menhinikk изчислява видовото богатство на полските насекоми, използвайки малко по-различна формула, използвайки функцията на квадратния корен (индекс на Menhinikk) в знаменателя:
Видовете, които съставляват биоценозата, се различават значително по своето значение. Традиционно е прието да се разграничава следната йерархия на видовете: водещи (или "доминиращи") видове; те са последвани от група "субдоминанти"; останалите видове се считат за второстепенни, сред които се отбелязват случайни или редки. Значението на отделните видове трябва да се определя от ролята, която играят във функционирането на екосистемата или в производствения процес. Но в изследванията на водните общности не е лесно да се установи истинската функционална роля на видовете, ако тяхното значение се оценява само по изобилието, т.е. изобилие и биомаса.
В същото време за анализ на биоразнообразието и степента на доминиране в различни ситуацииИзползват се два традиционни подхода:
- сравнения, базирани на формите на кривите на относително изобилие или доминиране-разнообразие:
- сравнения, основани на индекси на разнообразие, които са съотношения или други математически изрази на връзката между броя на видовете и тяхното значение.
Е.Ф. Menhinikk изчислява видовото богатство на полските насекоми, използвайки малко по-различна формула, използвайки функцията на корен квадратен в знаменателя (Индекс на Menhinikk):
Индекси на доминиране.За естествените биоценози е обичайно да се използва индексът на доминиране на I. Baloga: Di = Ni / Ns,
където Ni е броят на индивидите от i-тия вид, Ns е общият брой на индивидите в биоценозата. За съжаление този индекс, който е идеален в своята простота, не отразява самото значение на доминирането, тъй като може да приеме например стойност 0,5 както в случай на истинско господство, когато един вид се изразява с половината от броя на няколкостотин вида, така и в случай на два индивида от два вида.
Друга формула за индекса на доминиране (или господство) е предложена от A. Kownacki въз основа на "коефициента на изобилие" от V.F. Palia (индекс на доминиране на Palia-Kownacki):
където pi е срещането; pi = mi / Mi , mi е броят на пробите, в които е открит вид i, M е общият брой на пробите, Ni е броят на индивидите от i-тия вид, Ns е общият брой на индивидите в биоценозата. За характеризиране на видовия комплекс се предлага да се отделят доминанти в рамките на 10 < D< 100, субдоминанти - в рамките на 1 < D< 10, субдоминанти от първи ред - в рамките на 0,1 < D< 1 и второстепенни членове - 0,01 < D< 0,1.
К. Шанън дефинираентропияопитHкато средната стойност на несигурността на отделните резултати:
- за случая на два експеримента
ентропия (илинесигурност на резултата) е нула, ако вероятността за едно от събитията е равна на 1, и приема максимална стойност в случай на равновероятни резултати. В действителност, ако е известно, че само един вид водни организми присъства в резервоар, тогава няма несигурност при извличането му (т.е.H= 0). Несигурността при прогнозиране на резултата от улова се увеличава рязко, ако във водоема имамеkвида със същото изобилие. Важно свойство на ентропията за биологията е, че значителен брой резултати, чиято обща вероятност е малка, могат да бъдат пренебрегнати при изчисляването на ентропията.
ЕнтропиятаH, като мярка за несигурност, не може да бъде идентифицирана синформацияI(както например силата на електрическото поле не може да бъде идентифицирана с потенциалната разлика). Но количеството информация за преживяванеb, съдържащо се в преживяванеaе
къдетоHa(b ) е условната ентропия на опитаbслед експериментa(т.е. намаляването на несигурносттаbв резултат наa).
При изчисляване на ентропиятаНспоред Шанън се счита, че всяка проба е случайна извадка от общността, а съотношението на видовете в пробата отразява реалното им съотношение в природата. Следните апостериорни отношения могат да се използват като оценки на вероятностите за независими събитиярiза формула (4.6):
- специфично изобилиеiна -тия вид, като част от разделянето на неговото изобилиеNiна общото изобилие на всички видове, взети за анализ:
;
- Специфична биомаса наiна -тия вид, като част от разделянето на неговата биомасаBiна общата биомасаот всички видове в извадката:
.
Малко по-късно Р. Маргалеф предложи друг израз за индекса на разнообразието:
къдетоN!е факторната стойност на всички изследвани видове,ni!е факториелът на броя на индивидите от всеки вид. Сравнявайки формулите, е лесно да се види, че формулата на Маргалеф е просто друга форма на изчислението на ентропията на Шанън.