ما هو مؤشر شانون للتنوع الحيوي؟
يُعد مؤشر شانون للتنوع الحيوي (الذي يُرمز له غالبًا بـ \(H\) أو \(H'\)) من أكثر المقاييس استخدامًا لتقدير التنوع البيولوجي في علم البيئة. وهو يجمع بين عنصرين أساسيين لأي مجتمع حيوي: ثراء الأنواع (أي عدد الأنواع المختلفة الموجودة) والتجانس (أي مدى توزّع الأفراد بالتساوي بين تلك الأنواع). فالمجتمع الذي يضم أنواعًا كثيرة بنسب متوازنة يحصل على قيمة مرتفعة، بينما المجتمع الذي يهيمن عليه نوع واحد يحصل على قيمة منخفضة.
كيفية استخدام الحاسبة
أدخل عدد الأفراد الذين تم إحصاؤهم لكل نوع، مفصولين بفواصل — على سبيل المثال 40, 30, 20, 10. تقوم الحاسبة بإيجاد العدد الإجمالي للأفراد، ثم تحوّل كل عدد إلى نسبة، وتطبّق معادلة شانون. كما تعرض عدد الأنواع (\(S\))، والعدد الإجمالي (\(N\))، وتجانس بيلو (\(J\)) الذي يجعل قيمة \(H\) تتراوح بين 0 و1.
شرح المعادلة
لكل نوع \(i\)، تُحسب النسبة \(p_i = n_i / N\)، حيث \(n_i\) هو عدد أفراد ذلك النوع و\(N\) هو المجموع الكلي. ويُحسب المؤشر بعد ذلك على النحو التالي:
$$H = -\sum_{i=1}^{S} p_i \ln p_i$$تستخدم هذه الحاسبة اللوغاريتم الطبيعي (\(\ln\))، ولذلك تُعبَّر قيمة \(H\) بوحدة «النات» (nats). أما التجانس فيُحسب بالعلاقة \(J = H / \ln(S)\).
مثال محلول
لنفترض أنك أحصيت أربعة أنواع: 40 و30 و20 و10 أفراد (\(N = 100\)). تكون النسب 0.4 و0.3 و0.2 و0.1. عندئذٍ $$H = -(0.4\cdot\ln 0.4 + 0.3\cdot\ln 0.3 + 0.2\cdot\ln 0.2 + 0.1\cdot\ln 0.1) \approx 1.2799.$$ وبما أن \(S = 4\) و\(\ln(4) = 1.3863\)، فإن التجانس \(J \approx 0.923\) — وهو ما يدل على مجتمع متجانس إلى حدٍّ كبير.
الأسئلة الشائعة
ما هي القيمة «الجيدة» لـ \(H\)؟ تتراوح قيمة \(H\) عادةً بين نحو 1.5 و3.5 في النظم البيئية الحقيقية، والقيم التي تتجاوز 3 تشير إلى تنوع مرتفع جدًا. ولا يوجد حد أقصى ثابت لأنها تعتمد على ثراء الأنواع.
هل أستخدم اللوغاريتم الطبيعي (\(\ln\)) أم اللوغاريتم العشري (\(\log_{10}\))؟ كلاهما مستخدم في الأدبيات العلمية. وتعتمد هذه الأداة على اللوغاريتم الطبيعي (\(\ln\))، وهو الأكثر شيوعًا. وتختلف النتائج بين أسس اللوغاريتم المختلفة بمعامل ثابت.
ماذا يخبرني التجانس؟ يتراوح تجانس بيلو \(J\) بين 0 و1. والقيمة القريبة من 1 تعني أن الأفراد موزّعون بالتساوي تقريبًا بين الأنواع، أما القيمة المنخفضة فتشير إلى هيمنة عدد قليل من الأنواع.
