Bài giảng Ý nghĩa các chỉ số trong đa dạng sinh học - TS. Viên Ngọc Nam

Ý ngh
Ý ngh
ĩ
ĩ
a c
a c
á
á
c ch
c ch
ỉ
ỉ
s
s
ố
ố
trong
trong
đa d
đa d
ạ
ạ
ng sinh h
ng sinh h
ọ
ọ
c
c
TS. Viên Ngọc Nam
Đại học Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh
Ý nghĩa

 Nhiều chỉ số đa dạng khác nhau để đánh giá hiện
trạng đa dạng sinh học và quan trắc biến động
quần xã, so sánh, đối chiếu tính đa dạng theo
thời gian
và
không gian
dựa trên các mẫu thu
ngẫu nhiên từ quần xã.
 Các chỉ số đa dạng này phụ thuộc vào hai khuynh
hướng khác nhau:
 Phân bố thống kê về mật độ tương đối của các loài và
sử dụng lý thuyết thông tin để phân tích tổ chức bậc
quần xã. Những chỉ số thường được sử dụng là chỉ số
đa dạng Fisher và chỉ số phong phú Margalef (thuộc
phân bố thống kê);
 Chỉ số Shannon-Weiner và chỉ số Simpson (thuộc lý
thuyết thông tin).
Chỉ số đa dạng sinh học
(Biodiversity Index)
 Nhiều chỉ số nên thường khó khăn trong việc chọn
phương pháp và chỉ số nào là tốt nhất để tính toán
ĐDSH
 Cách tốt nhất là phải thử nghiệm với những con số
mà chúng ta đo đếm
 Tốt nhất là chọn những chỉ số nào được cho là căn
bản với đầy đủ chức năng tiêu chí và khả năng nào
đó để hiểu biết giữa các nơi, phụ thuộc vào kích cở
mẫu, thành phần nào trong DDSH được đo đếm, chỉ
số nào được sử dụng rộng rãi và hiểu rõ.
Các tính chất của quần xã

 Làm thế nào để so sánh các quần xã?
 Chúng ta so sánh bằng cách liệt kê các tính chất phổ biến
 Như thế những tính chất nào của quần xã có được? Các tính chất nào
nỗi bật?
 Chúng ta muốn vài tính chất tìm thấy trong các quần xã.


Th
Th
à
à
nh ph
nh ph
ầ
ầ
n c
n c
ủ
ủ
a qu
a qu
ầ
ầ
n xã
n xã
 Chúng ta không thể chỉ lên danh sách các loài. Bởi vì sau đó
chúng ta chỉ có thể so sánh các quần xã với vài loài phổ biến.
 Tuy vậy, tất cả các quần xã sẽ có các loài, mặc dầu số lượng và mức
độ phong phú thì biến động.
 Đa dạng loài là đo đếm số lượng (richness) và phong phú (với ý

nghĩa số lượng cá thể/loài) của loài trong một quần xã
 Độ tương đồng


C
C
á
á
c đ
c đ
ộ
ộ
ng th
ng th
á
á
i c
i c
ủ
ủ
a qu
a qu
ầ
ầ
n xã
n xã
 Đa dạng của quần xã thay đổi như thế nào qua thời gian?
 Vài quần xã có đa dạng lớn, vài quần xã ổn định (ít thay đổi)
 Quần xã ổn định là đo mức độ thay đổi trong quần xã phản ứng lại
với vài xáo trộn

Đo đếm sự đa dạng
 Alpha diversity (α-diversity) là đa dạng sinh
học trong một vùng nào đó, quần xã hay hệ
sinh thái, đo đếm số taxa trong một hệ sinh
thái thường là loài.
 Beta diversity – đa dạng loài giữa các hệ sinh
thái, so sánh số taxa mà nó độc đáo đối với
từng hệ sinh thái
 Gamma diversity – đa dạng về mặt phân loại
của một vùng với vài hệ sinh thái
 Global diversity – ĐDSH trên trái đất.
Chỉ số giàu có của loài
(Species richness)
Chỉ số giàu có (S) của loài là số loài có trong
một hệ sinh thái. Chỉ số này không sử dụng
độ phong phú tương đối.
 Độ giàu có (Richness) là đo đếm số loài sinh vật
khác nhau mà hiện diện trong vùng nào đó
Ký hiệu S (Species)
Chỉ số đa dạng sinh học của Fisher
 Một đặc điểm rất đặc trưng của quần xã là chúng có tương
đối ít loài phổ biến nhưng lại gồm một số lượng khá lớn các
loài hiếm. Trên cơ sở phân tích một khối lượng lớn các số
liệu về số lượng loài và số lượng cá thểởcác quần xã khác
nhau, Fisher cho thấy rằng các số liệu loại này phù hợp tốt
nhất bởi chuỗi logarit
Trong đó : S : Tổng số loài trong mẫu.
N : Tổng số lượng cá thể trong mẫu
α : Chỉ số đa dạng loài trong quần xã
 α thấp khi đa dạng loài thấp và ngược lại; chỉ số α không phụ thuộc

vào kích thước mẫu.
 Các nhà sinh thái học cho rằng, có thể sử dụng chỉ số α để so sánh sự
đa dạng ở các khu vực và thời gian khác nhau. Chỉ số α chỉ phụ thuộc
vào số loài và số lượng cá thể có trong mẫu.
ln(1 )
N
S
α
α
=+
Độ tương đồng (Evenness)
 Độ tương đồng (Evenness) so sánh sự
giống nhau của
kích thước quần thể
của
loài hiện diện, là đo đếm độ phong phú
tương đối của các loài khác nhau tạo nên
độ giàu có của một vùng
 E biến động 0 ≤ E ≤ 1, khi E = 1 đồng đều
cao nhất
 Một quần xã mà có 1 hoặc 2 loài ưu thế thì
được xem như là
kém đa dạng
hơn một
quần xã khác mà vài loài có độ phong phú
giống nhau
10001000Tổng
931365Buttercup
49335Dandelion
20300Daisy

Mẫu 2Mẫu 1Loài hoa
Số cá thể
Species richness & Evenness
Khi đ
Khi đ
ộ
ộ
gi
gi
à
à
u c
u c
ó
ó
c
c
ủ
ủ
a lo
a lo
à
à
i
i
v
v
à
à
tương đ

tương đ
ồ
ồ
ng cao
ng cao
th
th
ì
ì
m
m
ứ
ứ
c đ
c đ
ộ
ộ
đa d
đa d
ạ
ạ
ng tăng
ng tăng
S= 3 N = 1.000
S= 3 N = 1.000
 Trường hợp (a) mức bình quân là tối thiểu, tính ưu thế
là tối đa,
có loài ưu thế,

 Trường hợp (b) mức bình quân là tối đa,

không có loài
ưu thế.
 Sự biến động của các loài trong quần thể càng ít thì E
càng cao
 Các chỉ số ưu thế, hầu hết các loài thông thường có đóng
góp lớn và khi thêm vài loài hiếm sẽ không tăng giá trị
các chỉ số
10101010101010101010B
11111111191A
j
ihgfedcba
QXã/
Loài
Chỉ số Margalef
 Chỉ số này được sử dụng để xác định
tính đa dạng hay độ phong phú về loài.
 hay
s
d
N
=
1
lg
s
d
N
−
=
Trong đó:
d : chỉ số đa dạng Margalef

S : tổng số loài trong mẫu
N : tổng số lượng cá thể trong mẫu.
Chỉ số Simpson (Simpson Index)
 Cho biết khả năng của hai cá thể bất kỳ một cách ngẫu nhiên trong
một quần xã lớn vô hạn thuộc các loài khác nhau.
 Chỉ số Simpson D (Simpson Index)
với 0 ≤ D ≤ 1, D càng nhỏ thì đa dạng sinh học càng cao.
 Chỉ số đa dạng Simpson (Simpson Biodiversity Index) thường được thể
hiện là 1 - D, với 0 ≤ D ≤ 1 D lớn thì ĐDSH lớn
 Chỉ số đa dạng Simpson nghịch đảo hay 1/D
Giá trị tối đa chính là số loài có trong mẫu
Chỉ số Simpson sử dụng thông tin từng loài, không giống chỉ số Berger
Parker và như thế nó chính xác hơn nhưng rất khó thay đổi khi thêm
vài vài loài hiếm trong mẫu.
hay
Chỉ số Simpson (Simpson Index)
6415Tổng (N)
63Khế
01Na
01Ổi
568Xoài
22Cóc
n(n-1)Số cá thể (n)Loài
Simpson's Index D= 64/15(14) = 64/210 = 0.3
Simpson's Index of Diversity 1 - D = 0.7
Simpson's Reciprocal Index 1 / D = 3.3
Chỉ số Simpson (Simpson Index)
 Các chỉ số Simpson thể hiện mức độ loài phong phú
nhất trong mẫu, trong khi đó thì ít nhạy cảm với độ
giàu có của loài.

 Khi số loài gia tăng trên 10 thì chú ý đến những loài
có phân bố phong phú về loài thì có giá trị trong việc
xác định chỉ số có giá trị cao hoặc thấp
 D đại diện cho loài ưu thế được sử dụng trong việc
theo dõi nghiên cứu môi trường, khi D tăng thì đa
dạng giảm vì thế nó có hiệu quả trong việc đánh giá
tác động môi trường
 Simpson's Diversity Index là chỉ số đo về mức độ đa
dạng mà xem xét cả độ giàu có và đồng đều
Chỉ số Shannon
 Chỉ số này thuận lợi là xem xét số loài và mức độ
đồng đều của các loài. Chỉ số này tăng khi có nhiều
loài độc đáo hay có độ giàu có của loài (S) lớn.

ni
số cá thể có trong mỗi loài; mức độ phong phú
của mỗi loài.

S
Số loài. Được gọi là độ giàu có của loài.

N
Tổng số các cá thể

pi
= Mức độ phong phú tương đối của mỗi loài,
tức là tổng số cá thể của một loài nào đótrên tổng số
cá thể của các loài trong quần xã
Ví dụ
•Chỉ số ĐD Simpson biến

đổi khi số loài hiếm tăng và
số cá thể thay đổi.
•Chỉ số Berger-Parker tăng
không đáng kể khi loài
hiếm tăng
•Chỉ số ĐD Shannon biến
đổi khi số loài hiếm tăng
Độ đồng đều E
H
 Các chỉ số đa dạng cung cấp thông tin về loài
hiếm, loài phổ biến trong một quần xã. Khả
năng định lượng đa dạng theo cách này là
một công cụ quan trọng cho các nhà sinh học
cố gắng để hiểu biết cấu trúc của quần xã.
 Chỉ số đồng đều Shannon's (
EH
)

0
≤
EH
≤ 1, khi EH = 1 là độ đồng đều cao
nhất.
(
E
H
=
H
/
H

max
, with
H
max
= ln
S
)
(
E
D
=
D
/
D
max
, with
D
max
=
S
) (
E
H
=
H
/
H
max
, with

H
max
= ln
S
)
Chỉ số Berger-Parker
 Chỉ số Berger-Parker index được tính toán dễ
dàng khi có tỉ lệ loài lớn nhất của tất cả các loài trong
một quần xã.
 Đây là chỉ số mà ảnh hưởng mạnh nhất bở sự đồng
đều của các chỉ số đã được đề cập ở trên (Chỉ số
Shannon có khuynh hướng thiên về độ giàu có). Chỉ
số nghịch đảo 1/
d
là 1 chỉ số của đa dạng. Chỉ số
Simpson có giá trị cao nhất khi số lượng loài giống
nhau là S
N= Tổng số cá thể của các loài
N
max
: Số cá thể của loài phổ biến nhất
Accumulation curves (Đường cong tích lũy)
Để so sánh từ những nghiên cứu khác nhau, đường
cong tích lũy loài được tính toán để các kết quả có thể
so sánh kết quả với kích thước mẫu