Альфа-разнообразие

В экологии, альфа-разнообразие (α-разнообразие ) - это среднее видовое разнообразие на участках или местообитаниях. в местном масштабе. Термин был введен Р. H. Whittaker вместе с терминами 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 ).

• 1 Соображения масштаба
• 2 Различные концепции
• 3 Расчет
• 4 Примеры
  • 4.1 Примеры исследований исчезнувшего альфа-разнообразия
  • 4.2 Примеры существующих исследований альфа-разнообразия
• 5 См. Также
• 6 Ссылки
• 7 Внешние ссылки

И территория или ландшафт, представляющий интерес, и участки или среды обитания внутри него могут иметь очень разные размеры в разных ситуациях, и не было достигнуто единого мнения о том, какие пространственные масштабы подходят для количественной оценки альфа-разнообразия. 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. Субъединицы могут быть, например, единицами выборки, которые уже использовались в полевых условиях при выполнении инвентаризации, или ячейками сетки, которые разграничены только для целей анализа. Если результаты экстраполированы за пределы фактических наблюдений, необходимо принять во внимание, что видовое разнообразие в субъединицах обычно дает заниженную оценку видового разнообразия на более крупных территориях.

Экологи использовали несколько несколько разных определений альфа-разнообразия. Сам Уиттакер использовал термин как для видового разнообразия в отдельной субъединице, так и для среднего видового разнообразия в наборе субъединиц. Утверждалось, что определение альфа-разнообразия как среднего для всех соответствующих субъединиц предпочтительнее, поскольку это лучше согласуется с идеей Уиттекера о том, что общее видовое разнообразие состоит из альфа- и бета-компонентов.

Определения альфа-разнообразия также могут различаться по каковы они, по их мнению, видовое разнообразие. Часто исследователи используют значения, представленные одним или несколькими индексами разнообразия, такими как видовое богатство (которое представляет собой просто количество видов), индекс Шеннона или Индекс Симпсона (учитывающий также пропорциональную численность видов). Однако утверждалось, что было бы лучше использовать эффективное количество видов в качестве универсальной меры видового разнообразия. Этот показатель позволяет по-разному оценивать редкие и многочисленные виды, как и индексы разнообразия в совокупности, но его 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).

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 состоит в том, чтобы вычислить взвешенное обобщенное среднее пропорциональных количеств видов внутри субъединицы, а затем вычислить обратное значение этого среднего. Второй подход состоит в том, чтобы рассчитать видовое разнообразие для каждой субъединицы отдельно, а затем взять их взвешенное обобщенное среднее.

Если используется первый подход, уравнение будет следующим:

$q\; D\; \alpha \; =\; 1\; \sum \; j\; =\; 1\; N\; \sum \; i\; =\; 1\; S\; pijpi\; |\; jq\; -\; 1\; q\; -\; 1\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\}\; ^\; \{q\}\; \backslash !\; D\; \_\; \{\backslash \; alpha\}\; =\; \{\backslash \; dfrac\; \{1\}\; \{\backslash \; sqrt\; [\{q-1\}]\; \{\backslash \; sum\; \_\; \{j\; =\; 1\}\; ^\; \{\; N\}\; \{\backslash \; sum\; \_\; \{i\; =\; 1\}\; ^\; \{S\}\; p\_\; \{ij\}\; p\_\; \{i\; |\; j\}\; ^\; \{q-1\}\}\}\}\}\}$

В уравнении N - общее количество субъединиц и S - общее количество видов (видовое богатство) в наборе данных. Пропорциональная численность i-го вида в j-й субъединице составляет $p\; i\; |\; j\; \{\backslash \; displaystyle\; p\_\; \{i\; |\; j\}\}$. Эти пропорциональные численности взвешиваются по доле данных, каждый из которых вносит вклад в набор данных, которая равна $p\; i\; j\; \{\backslash \; displaystyle\; p\_\; \{ij\}\}$. Знаменатель, следовательно, равен средней пропорциональной численности видов внутри субъединиц (среднее $pi\; |\; j\; \{\backslash \; displaystyle\; p\_\; \{i\; |\; j\}\}$), рассчитанной с помощью взвешенного обобщенного среднего с показателем q - 1.

Если используется второй подход, уравнение выглядит следующим образом:

$q\; D\; \alpha \; =\; \sum \; j\; =\; 1\; N\; wj\; (q\; D\; \alpha \; j)\; 1\; -\; q\; 1\; -\; q\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\}\; ^\; \{q\}\; \backslash !\; D\; \_\; \{\backslash \; alpha\}\; =\; \{\backslash \; sqrt\; [\{1-q\}]\; \{\backslash \; sum\; \_\; \{j\; =\; 1\}\; ^\; \{N\}\; w\_\; \{j\}\; (\{\}\; ^\; \{q\}\; \backslash !\; D\; \_\; \{\backslash \; alpha\; j\})\; ^\; \{1-q\}\}\}\}$

Это также равно взвешенному обобщенному среднему, но с показателем 1 - q. Здесь берется среднее значение D αj, каждое из которых представляет собой эффективную видовую плотность (видовое разнообразие на субъединицу) в одной субъединице j. Номинальный вес j-й субъединицы равен $w\; j\; \{\backslash \; displaystyle\; w\_\; \{j\}\}$, что равняется доле данных, которые субъединица вносит в набор данных.

Большие значения q приводят к меньшему альфа-разнообразию, чем маленькие значения q, потому что увеличение q увеличивает эффективный вес, придаваемый тем видам с наибольшей пропорциональной численностью и тем субъединицам с наименьшим видовым разнообразием.

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
• Реорганизация ордовикских донных морских сообществ

Примеры существующих исследований альфа-разнообразия

• Высокое разнообразие деревьев во всех тропических лесах Амазонки в Эквадоре

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

• Объяснение многих конкретных терминов биоразнообразия с использованием иллюстраций, Университет Висконсина – Стивенс Пойнт