Альфа-разнообразие - Alpha diversity

В экология, альфа-разнообразие (α-разнообразие) является средним видовое разнообразие на сайтах или среда обитания в местном масштабе. Термин был введен Р. Х. Уиттакер^[1][2] вместе с условиями бета-разнообразие (β-разнообразие) и гамма-разнообразие (γ-разнообразие). Идея Уиттакера заключалась в том, что общее видовое разнообразие в ландшафте (гамма-разнообразие) определяется двумя разными вещами: средним видовым разнообразием на участках или местообитаниях в более локальном масштабе (альфа-разнообразие) и дифференциацией между этими местообитаниями (бета-разнообразие ).

Соображения по поводу масштаба

И площадь, и пейзаж представляющих интерес и сайты или среда обитания внутри он может иметь очень разные размеры в разных ситуациях, и пока не удалось достичь консенсуса относительно того, что пространственные масштабы подходят для количественной оценки альфа-разнообразия.^[3] Поэтому было предложено, чтобы определение альфа-разнообразия не обязательно было привязано к конкретному пространственному масштабу: альфа-разнообразие можно измерить для существующего набора данных, который состоит из субъединиц в любом масштабе.^[4] Подгруппами могут быть, например, единицы выборки, которые уже использовались в полевых условиях при проведении инвентарь, или ячейки сетки, разграниченные только для анализа. Если результаты экстраполируются за пределы фактических наблюдений, необходимо учитывать, что видовое разнообразие в субъединицах обычно дает заниженную оценку видового разнообразия на больших территориях.^[5][6]

Различные концепции

Экологи использовали несколько разных определений альфа-разнообразия. Сам Уиттакер использовал этот термин как для обозначения видового разнообразия в отдельной субъединице, так и для среднего видового разнообразия в совокупности субъединиц.^[1][2] Утверждалось, что определение альфа-разнообразия как среднего для всех соответствующих субъединиц предпочтительнее, потому что это лучше согласуется с идеей Уиттекера о том, что общее видовое разнообразие состоит из альфа- и бета-компонентов.^[7]

Определения альфа-разнообразия также могут отличаться от того, что они предполагают. видовое разнообразие быть. Часто исследователи используют значения, указанные одним или несколькими индексы разнообразия, Такие как видовое богатство (который представляет собой просто количество видов), Индекс Шеннона или Индекс Симпсона (которые также учитывают пропорциональную численность видов).^[1][8][9] Однако утверждалось, что было бы лучше использовать эффективное количество видов как универсальная мера видового разнообразия. Эта мера позволяет по-разному оценивать редкие и многочисленные виды, как и индексы разнообразия в совокупности, но ее значение интуитивно легче понять. Эффективное количество видов - это количество видов с одинаковой численностью, необходимое для получения такой же средней пропорциональной численности видов, которая наблюдается в интересующем наборе данных (где не все виды могут быть одинаково многочисленными).^{[4][7][10][11][12][13]}

Расчет

Предположим, что видовое разнообразие приравнивается к эффективному количеству видов, а альфа-разнообразие - к среднему видовому разнообразию на субъединицу. Тогда альфа-разнообразие можно рассчитать двумя разными способами, которые дадут одинаковый результат. Первый подход - вычислить взвешенную обобщенное среднее пропорциональных численностей внутрисубъединичных видов, а затем обратимся к этому среднему значению. Второй подход - рассчитать видовое разнообразие для каждой субъединицы отдельно, а затем взять их взвешенное обобщенное среднее.^[4][13]

Если используется первый подход, уравнение будет следующим:

${displaystyle {}^{q}!D_{alpha }={dfrac {1}{sqrt[{q-1}]{sum _{j=1}^{N}{sum _{i=1}^{S}p_{ij}p_{i|j}^{q-1}}}}}}$

В уравнении N общее количество субъединиц и S - общее количество видов (видовое богатство) в наборе данных. Пропорциональное обилие яй вид в jth субъединица ${displaystyle p_{i|j}}$. Эти пропорциональные численности взвешиваются по доле данных, каждый из которых вносит вклад в набор данных, что равно ${displaystyle p_{ij}}$. Знаменатель, следовательно, равен средней пропорциональной численности видов в субъединицах (среднее ${displaystyle p_{i|j}}$), рассчитанный с использованием взвешенного обобщенного среднего с показателем q - 1.

Если используется второй подход, уравнение будет следующим:

${displaystyle {}^{q}!D_{alpha }={sqrt[{1-q}]{sum _{j=1}^{N}w_{j}({}^{q}!D_{alpha j})^{1-q}}}}$

Это также равно взвешенному обобщенному среднему, но с показателем 1 - q. Здесь взято среднее значение ^qD_αj значения, каждое из которых представляет собой эффективную видовую плотность (видовое разнообразие на субъединицу) в одной субъединице. j. Номинальный вес jth субъединица ${displaystyle w_{j}}$, который равен доле данных, которые субъединица вносит в набор данных.

Большие значения q приводят к меньшему альфа-разнообразию, чем небольшие значения q, потому что увеличение q увеличивает эффективный вес, придаваемый видам с наибольшей пропорциональной численностью и субъединицам с наименьшим видовым разнообразием.^[4][13]

Примеры

Альфа-разнообразие можно вычислить как в вымерших, так и в существующих ландшафтах.

Примеры исследований исчезнувшего альфа-разнообразия

• Выживание сообществ амфибий и рептилий в период пермско-триасового вымирания ^[14]
• Реорганизация донных морских сообществ ордовика ^[15]

Примеры существующих исследований альфа-разнообразия

• Большое разнообразие деревьев в тропических лесах Амазонки в Эквадоре ^[16]

Смотрите также

• Бета-разнообразие
• Темное разнообразие
• Индекс разнообразия
• Гамма-разнообразие
• Разнообразие дзетов
• Глобальное биоразнообразие
• Измерение биоразнообразия
• Филогенетическое разнообразие

Рекомендации

1. Уиттакер, Р. Х. (1960) Растительность гор Сискию, Орегон и Калифорния. Экологические монографии, 30, 279–338. Дои:10.2307/1943563
2. Уиттакер, Р. Х. (1972). Эволюция и измерение видового разнообразия. Taxon, 21, 213-251. Дои:10.2307/1218190
3. Whittaker, R.J. et al. (2001). Масштаб и видовое богатство: к общей иерархической теории видового разнообразия. Журнал биогеографии, 28, 453-470. Дои:10.1046 / j.1365-2699.2001.00563.x
4. Туомисто, Х. (2010) Разнообразие бета-разнообразий: исправление ошибочной концепции. Часть 1. Определение бета-разнообразия как функции альфа- и гамма-разнообразия. Экография, 33, 2-22. Дои:10.1111 / j.1600-0587.2009.05880.x
5. Колвелл, Р. К. и Коддингтон, Дж. А. (1994) Оценка наземного биоразнообразия путем экстраполяции. Философские труды: биологические науки, 345, 101-118.
6. Туомисто, Х. (2010) Разнообразие бета-разнообразий: исправление ошибочной концепции. Часть 2. Количественная оценка бета-разнообразия и связанных с ним явлений. Экография, 33, 23-45. Дои:10.1111 / j.1600-0587.2009.06148.x
7. Туомисто, Х. (2011) Комментарий: есть ли у нас последовательная терминология для определения разнообразия видов? Да, если мы решим его использовать. Oecologia, 167, 903-911.
8. Ланде, Р. (1996) Статистика и разделение видового разнообразия и сходства между несколькими сообществами. Ойкос, 76, 5-13.
9. Вич, Дж. А. и др. (2002) Аддитивное разделение видового разнообразия: недавнее возрождение старой идеи. Ойкос, 99, 3-9.
10. Хилл, М. О. (1973) Разнообразие и равномерность: объединяющая нотация и ее последствия. Экология, 54, 427–432.
11. Йост, Л. (2006) Энтропия и разнообразие. Ойкос, 113, 363–375
12. Йост, Л. (2007) Разделение разнообразия на независимые альфа- и бета-компоненты. Экология, 88, 2427–2439.
13. Туомисто, Х. 2010. Единая терминология для количественной оценки видового разнообразия? Да, существует. Oecologia 4: 853–860. Дои:10.1007 / s00442-010-1812-0
14. Сахни, S; Бентон, М.Дж. (2008). «Восстановление после самого глубокого массового вымирания всех времен». Труды Королевского общества B: биологические науки. 275 (1636): 759–65. Дои:10.1098 / rspb.2007.1370. ЧВК  2596898. PMID  18198148.
15. Westrop, S. R .; Адрейн, Дж. М. (2010). «Альфа-разнообразие трилобитов и реорганизация ордовикских донных морских сообществ».
16. Валенсия; Балслев; Миньо. (1994). «Высокое альфа-разнообразие деревьев в Амазонском Эквадоре». Биоразнообразие и сохранение 3.1 »: 21–28.

внешняя ссылка

• Объяснение многих конкретных терминов, связанных с биоразнообразием, с использованием иллюстраций, Университет Висконсина – Стивенс Поинт