Сравнительный анализ индексов разнообразия

Во многих работах для одних и тех же данных исследователи вычисляли разные индексы разнообразия. Было показано, что значения многих индексов сильно коррелируют друг с другом.

В качестве примера можно рассмотреть сезонную динамику показателей разнообразия сообщества птиц на прудах в окрестностях Ростова-на-Дону (рис. 5.5.1).

Рис. 5.5.1. Сезонная динамика индексов разнообразия сообщества птиц на прудах в окрестностях Ростова-на-Дону. Индексы разнообразия в логарифмическом масштабе: 1 – Маргалефа; 2 – Шеннона; 3 – Бергера-Паркера; 4 – Симпсона; 5 – мера Макинтоша

Это объясняется тем, что все известные индексы разнообразия, используемые для оценки структуры сообществ и с целью получе­ния численных значений основных свойств экосистемы, извлека­ют из биологических коллекций и выборок сходную информацию. Но скоррелированность индексов разнообразия не исключает того, что одни и те же сравниваемые выборки могут находиться в разной последовательности на шкалах соответствующих индек­сов. Эти оценки находятся в разных количественных соотношениях, что влияет на интерпретацию результатов исследования.

Слабая разработанность общей теории мер разнообразия и методологии их практического применения затрудняет обоснованный выбор показателя для измерения разнообразия исследуемых систем, в том числе экологических сообществ и локальных фаун. Поэтому исследователи исследуют любой из них, следуя личной симпатии или традиции, установившейся в работе коллег.

В идеале выбор мер разнообразия должен быть основан на про­дуктивности заключений, к которым приводит их применение для решения исследовательских задач.

Трудности в применении показателей разнообразия и оценке их качества возникают благодаря сложному, комплексному характеру самой измеряемой величины разнообразия, отсутствию какой-либо объективной шкалы отсчета, независимой от принятой концепции, а следовательно, и от меры разнообразия. Иными словами, систе­мы не ранжируются в какую-либо единую последовательность в соответствии с присущим им разнообразием. Например, если бы мы хотели расположить какие-либо объекты в порядке возрастания веса, мы сделали бы это независимо от того, каким методом определяли вес или какие единицы измерения использовали.

Разнообразие системы – это ее свойство и вместе с тем то, что исследователь понимает под разнообразием.

Ю. А. Песенко [1982] провел анализ функций разнообразия, не связанных с определенными моделями распределения видов по обилию, используя критерии, которые могут быть сформулирова­ны в основе концепции разнообразия. По Ю. А. Песенко, функция разнообразия должна быть:

1) не определена при S = 0 и определена для всех S > 0, где S – число видов в коллекции; разнообразие не может быть определено ни для одной выборки, не содержащей ни одной особи, но выборка, содержащая хотя бы одну особь N > = 1 S > = 1, имеет измерение разнообразия.

2) непрерывна при S > 0; это подразумевает отсутствие накопленных эффектов на оценку разнообразия при измерении обилий видов, изменения долей которых в коллекции могут быть сколь угодно малы;

3) неотрицательна в области своего определения при S > 0;

4) функционально не связана с объемом выборки (не имеется в виду независимость от объема выборки);

5) возрастающей при фиксированном значении S и убывании невыравненности обилий;

6) возрастающей при фиксированной невыравненности и увеличении S.

Трудности в применении показателей разнообразия и оценке их качества:

1)сложный, комплексный характер самой измеряемой величины разнообразия;

2) отсутствие какой-либо объективной шкалы отсчета, независимой от принятой концепции, а следовательно, и от меры разнообразия.

Ю. А. Песенко проверил 6 различных показателей и пришел к выводу, что среди них только индекс полидоминантности удовлетворяет всем шести критериям. Мера Макин­тоша и индекс Шеннона при добавлении новых видов в выборку слабо изменяются. У вероятности межвидовых встреч и индекса Шеннона число видов является более важным фактором при не­большом числе видов, а при увеличении числа видов возрастает роль выравненности.

Ратледж на полгода позже Ю. А. Песенко также доказал пред­почтительность меры Макинтоша, но его требования к показателю разнообразия менее строги. По мнению Ратледжа, индекс должен:

1) равняться числу видов при их полной выравненности по обилию;

2) быть меньше S, если обилия видов не выравнены;

3) быть непрерывным при любых значениях р_i (0 р_i 1);

4) позволять разделить разнообразие сообщества на компонен­ты: разнообразие внутри местообитаний и разнообразие меж­ду местообитаниями.