Közösségek: diverzitás, fajtelítődés

Közösségek: diverzitás, fajtelítődés

„Diversity is a deceptive concept. Magurran (1991) likens the concept of diversity to an optical illusion; the more it is examined, the less clear it becomes.”

(P. Shaw)

Vázlat

Diverzitási típusokFaj-abundancia görbékDiverzitási indexekAlkalmazhatóság…

Miért kvantifikáljuk a (bio)diverzitást?

Kezdetben, Nagyobb diverzitás, = Ökológiai rendszerek nagyobb stabilitása*

Napjainkban, Becsülni és követni a változásokat

*MacArthur, R. 1955. Fluctuations of animal populations and a measure of community stability. Ecology 35:533-536

Hogyan mérhetjük a (bio)diverzitást?

• Funkcionális kategóriák– közösségek, fajok, gének

• Elméleti kategóriák*– Alpha– Béta– Gamma

* Whittaker, R.H. 1960. Vegetation of the Siskiyou Mountains, Oregon and California. Ecol. Mono. 30:279-338.

Faj gazdagság

„Fajgazdagság = biodiverzitás”

Összes fajok (adott taxon) száma egy adott élőhelyen.

(-) extrémen érzékerny a ritka fajokra

(-) A fajlista robusztussága – „több minta - több faj”

Megoldás: Bootstrapping, Fajtelítődés.

- A pontos fajszámbecslés fontos mert ezek képezik számos ökológiai modell alapján, melyek gyakorlati természetvédelemnek szolgáltatnak információkat

- A fajgazdagság becsült, nem pedig mért, számos hibaforrás lehet (Gotelli and Colwell 2001)

- Két gyakori megközelítés: egyed alapú becslés, minta alapú becslés.

Lokális fajgazdagság kvantifikálása

egyed alapú becslés:válassz random egy fát, és jegyezd fel a fafajokat sorrendben fáról fára

minta alapú becslés (egyszerűbb és gyakoribb…): jelölj ki egy mintavételi helyet – összes fa faj + egyedszáma – további mintavételi helyek

Az ismétlési egységek különbségei (egyedek vs. minták egyedei)Hatással vannak a fajszám alakulására

Téglalap alakú kvadrátban 25 % több fajt találunk mint egy négyzet alakúban ugyanazon területen (Condit et al. 1996)

Miért?

Hány fafaj van egy erdőben?

A diverzitás (mintázat) „felfedezése”

Fisher (1943) szerint nem létezik olyan közösség ahol az egyedek egyenlő arányban vannak jelen, ellenben néhány faj általában tömeges és a fajok nagy része alacsony egyedszámban van jelen.

Ez a megfigyelés vezetett a faj-abundancia modellek kialakulásához (including May’s (1975) lognormal faj-abundancia modellje)

Habár a faj-abundancia adatok gyakran valamilyen eloszlási típusba (normál, poisson, stb.) osztályba soroltak, a diverztiást általában négy fontosabb faj-abundancia modellel vizsgálják (log normal, geometrikus, logaritmikus, MacArthur-féle törött pálca modell)

Ökológiai rendszerek diverzitásának két arca:fajszám (=gazdagság)egyenletesség

Rendzser, N=30, S=3. - Melyik a diverzebb?

Sp. A10

Sp. B10

Sp. C10

Sp. A1

Sp. B1

Sp. C28

A10

B2

C3

D1

E1

F1

Ezzel mi van?

Egyenlő diverzitás?

N=16; S=4

Habitat 1 (alacsony diverzitás)Habitat 2 (magas diverzitás)

Diverzitási típusok

α, ß és γ

α - diverzitás, szervezetek diverzitása egy élőhelyen vagy mintán belül, - diverzitási indexek, rang-abundancia modellek

ß - diverzitás, is az alfa diverzitás növekedésének becslésére szolgáló index, új élőhelyek bevonásával, tehát fajkicserélődési ráta egy térbeli grádiens mentén

γ – diverzitás, teljes diverzitás (fajgazdagság) tájképi szinten

Diverzitás még….

Skála: a három megközelítés inherens módon skálafüggő mikro-, makrohabitat, tájképi szintű hatások

Skála/vektor: α és γ diverzitás skaláris mennyiségek:Pl.: egyszerű számmal megadhatóak.

ß - diverzitás egy vektor: irányultsága és nagysága megadható

BootstrappingFajelőfordulás és növekvő mintaelem szám viszonyaHány fajunk lenne, ha a végtelen sok mintát gyűjtünk – egy adott élőhely becsült fajgazdagsága

Interpoláció – eltérő intenzitással mintázott élőhelyek összehasonlítása

Extrapoláció – mennyit kellene még gyűjteni a maximális S-ig?

fajs

zám

mintaszám

fajtelítődésEltérő intenzitással mintázott élőhelyek összehasonlítása

Pl.: mekkora lenne a fajszám ha egy 1000 mintánk lenne minden időpontból?

ES(m)=Σ(1-(1-pi)m)S

i=1

Rang dominancia görbék- A relatív gyakoriság vizuális prezentációjaY tengely - log(denzitás)X tengely - a denzitás alapján

0 20 40 60 80

12

510

20

Rank

Abundance

NullPreemptionLognormalZipfMandelbrot

A ritkaságról…

• Pi – relatív gyakoriság, vagy ritkaság?!

• R(i,p) – átlagos ritkaság (Patil&Taillie, 1977, 1979, 1982)

• D: Γ→R, D(p):= piR(i,p) Σ i=1

S

Egyszerű szám, mely leírja a diverzitást, figyelembevéve a fajok relatív gyakoriságait - eltérő érzékenység

Diverzitási indexek

Pin

i=1Σ

1/(1-n)i=S mikor n = 0 akkor Sn=1, Shannon index n=2 , Simpson index.n=3,..Magas érték – ritka fajok alulbecslése

A Simpson diverzitás

Annak a valószínűsége, hogy két random módon választott egyed külön fajhoz tartozik.

– Egy faj van jelen, p = 1.0– Ha minden minta különböző fajt tartalmaz, p

= 0.0

DQ = 1 - i pi × pi

i faj fogási valószínűsége = pi.

i faj dupla fogási valószínűsége = pi * pi.n faj dupla fogási valószínűsége

= p(sp1) + p(sp2)… +p(spN) = i pi * pi

0 = teljesen különböző, 1 = homogén

Sp. A10p = 1/3

Sp. B10p=1/3

Sp. C10p = 1/3

Sp. A1p=1/30

Sp. B1p = 1/30

Sp. C28p = 28/30

D = 1-(1/9 + 1/9 + 1/9) = 0.667

D = 1-(1/900 + 1/900 + 784/900) = 14/900 = 0.0156

Példa kvadratikus DQ

A Shannon (or Shannon-Wiener) diverzitás

HS = -i[pi*log(pi)]

-Fajszáma és egyenletességre érzékeny- legmagasabb érték, mikor a közösség teljesen egyenletes

E = H / log(S).E = 1 teljes egyenletesség, E 0 dominancia

Sp. A10p = 1/3

Sp. B10p=1/3

Sp. C10p = 1/3

Sp. A1p=1/30

Sp. B1p = 1/30

Sp. C28p = 28/30

H10 = -3*(log10(1/3)*1/3)= -3*(log10(1/3)*1/3)= 0.477

E = H / log(3) = 1,

H10 = 1/30*log10(1/30)+ 1/30*log10(1/30)+ 28/30*log10(28/30)= 0.126

E = H / log(3) = 0.265

Példa Shannon diverzitás - HS

fajtelítődésEltérő intenzitással mintázott élőhelyek összehasonlítása

Pl.: mekkora lenne a fajszám ha egy 1000 mintánk lenne minden időpontból?

ES(m)=Σ(1-(1-pi)m)S

i=1

Egyéb diverzitások..The Berger-Parker Index

HR = Nmax/N

The Brillouin index  

HB = ln(N!) - Σln(ni!) N

Diverzitási rendezések…. – eltérő érzékenységek kiküszöbölése

β - diverzitás

- Térbeliség- Direct grádiens elemzések- Whittaker féle β –diverzitás

Számít-e a diverzitás?

Diverzitás – stabilitás hipotézis. (megkérdőjelezhető, valószínűleg, egy hosszú életű parafrázis)

Diverzitás - stabilitás hipotézis: a változatos ökológiai rendszerek hatékonyabbak(John Lawton’s Ecotrans)

A diverzitás hatással van a gyakorlati természetvédelemre: Ok, de néha ellenmondás a diverzitás és természetvédelmi prioritások között