Chỉ số đa dạng Shannon là gì?
Chỉ số đa dạng Shannon (thường ký hiệu là H hoặc H′) là một thước đo đa dạng sinh học được dùng phổ biến trong sinh thái học. Nó kết hợp hai khía cạnh của một quần xã: độ phong phú loài (có bao nhiêu loài khác nhau xuất hiện) và độ đồng đều (các cá thể được phân bố cân đối ra sao giữa các loài đó). Một quần xã có nhiều loài với tỷ lệ cân bằng sẽ cho chỉ số cao; ngược lại, quần xã bị một loài nào đó áp đảo sẽ có chỉ số thấp.
Cách sử dụng công cụ
Bạn hãy nhập số lượng cá thể đã đếm được của từng loài, cách nhau bằng dấu phẩy — ví dụ 40, 30, 20, 10. Công cụ sẽ tính tổng số cá thể, quy đổi mỗi số đếm thành tỷ lệ và áp dụng công thức Shannon. Đồng thời, công cụ cũng cho biết số loài (\(S\)), tổng số cá thể (\(N\)) và độ đồng đều Pielou (\(J\)) — giá trị chuẩn hóa \(H\) trong khoảng từ 0 đến 1.
Giải thích công thức
Với mỗi loài \(i\), tỷ lệ được tính là \(p_i = n_i / N\), trong đó \(n_i\) là số đếm của loài đó và \(N\) là tổng số cá thể. Khi đó chỉ số được tính như sau:
$$H = -\sum_{i=1}^{S} p_i \ln p_i$$
Công cụ này dùng logarit tự nhiên (ln), nên \(H\) được biểu thị bằng đơn vị "nats". Độ đồng đều là \(J = H / \ln(S)\).
Ví dụ minh họa
Giả sử bạn đếm được bốn loài với số cá thể lần lượt là 40, 30, 20 và 10 (\(N = 100\)). Các tỷ lệ tương ứng là 0,4; 0,3; 0,2; 0,1. Khi đó $$H = -(0{,}4\cdot\ln 0{,}4 + 0{,}3\cdot\ln 0{,}3 + 0{,}2\cdot\ln 0{,}2 + 0{,}1\cdot\ln 0{,}1) \approx 1{,}2799.$$ Với \(S = 4\), \(\ln(4) = 1{,}3863\), nên độ đồng đều \(J \approx 0{,}923\) — đây là một quần xã khá đồng đều.
Câu hỏi thường gặp
Giá trị \(H\) bao nhiêu là "tốt"? Trong các hệ sinh thái thực tế, \(H\) thường dao động từ khoảng 1,5 đến 3,5; giá trị trên 3 cho thấy mức đa dạng rất cao. Không có giá trị tối đa cố định vì nó phụ thuộc vào độ phong phú loài.
Nên dùng ln hay log10? Cả hai đều xuất hiện trong tài liệu khoa học. Công cụ này dùng logarit tự nhiên (ln) — quy ước phổ biến nhất. Kết quả với các cơ số logarit khác nhau chỉ chênh lệch nhau bởi một hệ số không đổi.
Độ đồng đều cho biết điều gì? Độ đồng đều Pielou \(J\) nằm trong khoảng từ 0 đến 1. Giá trị gần 1 nghĩa là các cá thể được phân bố gần như cân bằng giữa các loài; giá trị thấp cho thấy có một vài loài chiếm ưu thế.
