التنوع المجتمعي
السكان لا يعيشون في عزلة. وبالتالي ، يتفاعل كل مجتمع مع الآخرين بطرق معينة. تؤدي هذه التفاعلات إلى ظهور شبكة من السكان. ومن ثم ، يتكون المجتمع البيئي…
النظام البيئي هو مجتمع من المكونات الحية وغير الحية التي تتفاعل في منطقة ما. يمكن أن يكون هذا بحجم الأرض نفسها أو غابة مليئة بالنباتات ، أو صغيرة مثل المعدة مع مجموعة سكانها الميكروبيين. يمكن قياس صحة النظام البيئي بطرق مختلفة ، ولكن أحد المؤشرات الجيدة هو التنوع البيولوجي ، وهو مقياس لتنوع الأنواع البيولوجية في النظام البيئي.
يمكننا تقييم التنوع البيولوجي باستخدام مقياس يسمى مؤشر شانون-وينر ، الذي اقترحه كلود شانون ونوربرت وينر في الأربعينيات. مؤشر شانون-وينر هو قياس بدون وحدات ، يتم حسابه على أنه H. يستخدم المؤشر متغيرين: ثراء الأنواع ، أو عدد الأنواع الموجودة ، المشار إليها ب K ، وتكافؤ الأنواع ، أو نسبة كل نوع ، المشار إليها بواسطة PI. ثراء الأنواع هو عدد الأنواع الفريدة في النظام البيئي. هذا المثال يحتوي على سبعة. يقيس تكافؤ الأنواع كيفية توزيع الأنواع في النظام البيئي. هذا يعني أن النظام البيئي الذي يكون فيه للأنواع المختلفة أرقام متشابهة يكون أكثر من نظام يحتل فيه نوع أو نوعان معظم الكائنات الحية ، مثل هذا النوع ، المليء نسبيا بالأرانب البرية.
الآن بعد أن عرفنا ما يجب قياسه ، دعنا نتعلم كيفية قياس التنوع البيولوجي. نظرا لأن النظم البيئية يمكن أن تكون ضخمة ، كان على علماء البيئة اكتشاف طرق لأخذ عينات عشوائية من مناطق كبيرة بسرعة. أبسطها هو التربيع ، وهو إطار بحجم ثابت ، يتم وضعه عادة بشكل عشوائي داخل موقع أخذ العينات. يقوم العلماء بمسح المنطقة داخل المربع ، وتسجيل ثراء الأنواع وكذلك تساويها. باستخدام هذه النوافذ الصغيرة الموضوعة في أماكن متعددة فوق نظام بيئي ، يمكنهم استقراء النتائج التي توصلوا إليها لإعطاء تقديرات التنوع لمنطقة الدراسة بأكملها. ولكن على الرغم من أن هذه التقنية تسمح بتقييم يمكن التحكم فيه لمساحة كبيرة ، إلا أنها ليست مثالية. قد يؤدي التنسيب العشوائي للأرباع إلى فقدان الأفراد ، مما يؤدي إلى نقص تمثيل الأنواع وتقديرات التنوع البيولوجي المنخفضة بشكل غير صحيح.
يعني هذا القيد أن بعض المجتمعات ، خاصة المجتمعات غير المكتملة أو غير الموحدة ، يتم أخذ عينات منها بشكل أفضل من خلال نهج أكثر تنظيما. هنا ، يحد الغابة ، وفي الواقع ، يتكون من بقع موائل مختلفة. لتغطية هذا المجتمع بشكل عادل ، يمكننا تقسيم المناظر الطبيعية إلى موائل أساسية والأهم من ذلك ، موائل الحافة. في كثير من الأحيان ، تتمتع المناطق الطرفية بمزيد من التنوع البيولوجي لأن الأنواع من كلا النوعين من الموائل قد تعيش هناك. ولكن قد يتم تفويت هذا في أخذ العينات العشوائية التقليدية. بدلا من ذلك ، لقياس التنوع البيولوجي عبر مجتمع مثل هذا ، قد تكون الإستراتيجية الجيدة هي أخذ عينات من المناطق الأساسية بشكل عشوائي باستخدام التربيعات. يمكن بعد ذلك استخدام البيانات التي تم جمعها لحساب قيمة H لكل موطن أساسي. بعد ذلك ، يمكن وضع خط عرضي أو خط أخذ عينات عبر كل موطن أساسي ، يمتد إلى منطقة الحافة. يمكن بعد ذلك تسجيل ثراء الأنواع وتساويها باستخدام التربيع الموضوعة في نقاط محددة على طول هذه الخطوط. الآن باستخدام صيغة شانون-وينر ، يمكن حساب مؤشر التنوع لكل مسافة على طول المقطع ، ويمكن مقارنتها. تكون المنطقة ذات القيمة H الأكبر أكثر تنوعا بشكل عام من المنطقة ذات H الأقل. توفر تقنية التربيع العشوائي والعرضي المدمجة تقييما متعدد الاستخدامات وأكثر عدلا لكيفية مقارنة الموائل المختلفة داخل نفس المجتمع من حيث التنوع.
بالإضافة إلى مقاييس الأنواع ، قد يتخذ العلماء أيضا مقاييس للمكونات الكيميائية للنظام البيئي لتقييم صحته. على سبيل المثال ، قد يتحققون من التلوث ، أو يفحصون جودة التربة عن طريق قياس العناصر الغذائية الموجودة. يمكن أن تكون هذه المعلومات مفيدة أيضا للمساعدة في تفسير التغيرات في أنماط التنوع البيولوجي في مناطق مختلفة من المجتمع. لذلك ، في مثالنا ، إذا كان المرج يحتوي على تربة أقل جودة من الغابة والحافة ، فقد يدعم أنواعا أقل.
في هذا المختبر ، ستقيس التنوع البيولوجي وجودة التربة في منطقتين أساسيتين مختلفتين ، ثم تدرس كيفية تأثر التنوع البيولوجي على طول موائل الحافة.
تسجيل الدخول أو للوصول إلى المحتوى الكامل. تعرّف على المزيد حول وصول مؤسستك إلى محتوى JoVE هنا
النظام البيئي هو مجتمع من المكونات الحية وغير الحية التي تتفاعل في منطقة ما. يمكن أن يكون هذا بحجم الأرض نفسها أو غابة مليئة بالنباتات ، أو صغيرة مثل المعدة مع مجموعة سكانها الميكروبيين. يمكن قياس صحة النظام البيئي بطرق مختلفة ، ولكن أحد المؤشرات الجيدة هو التنوع البيولوجي ، وهو مقياس لتنوع الأنواع البيولوجية في النظام البيئي.
يمكننا تقييم التنوع البيولوجي باستخدام مقياس يسمى مؤشر شانون-وينر ، الذي اقترحه كلود شانون ونوربرت وينر في الأربعينيات. مؤشر شانون-وينر هو قياس بدون وحدات ، يتم حسابه على أنه H. يستخدم المؤشر متغيرين: ثراء الأنواع ، أو عدد الأنواع الموجودة ، المشار إليها ب K ، وتكافؤ الأنواع ، أو نسبة كل نوع ، المشار إليها بواسطة PI. ثراء الأنواع هو عدد الأنواع الفريدة في النظام البيئي. هذا المثال يحتوي على سبعة. يقيس تكافؤ الأنواع كيفية توزيع الأنواع في النظام البيئي. هذا يعني أن النظام البيئي الذي يكون فيه للأنواع المختلفة أرقام متشابهة يكون أكثر من نظام يحتل فيه نوع أو نوعان معظم الكائنات الحية ، مثل هذا النوع ، المليء نسبيا بالأرانب البرية.
الآن بعد أن عرفنا ما يجب قياسه ، دعنا نتعلم كيفية قياس التنوع البيولوجي. نظرا لأن النظم البيئية يمكن أن تكون ضخمة ، كان على علماء البيئة اكتشاف طرق لأخذ عينات عشوائية من مناطق كبيرة بسرعة. أبسطها هو التربيع ، وهو إطار بحجم ثابت ، يتم وضعه عادة بشكل عشوائي داخل موقع أخذ العينات. يقوم العلماء بمسح المنطقة داخل المربع ، وتسجيل ثراء الأنواع وكذلك تساويها. باستخدام هذه النوافذ الصغيرة الموضوعة في أماكن متعددة فوق نظام بيئي ، يمكنهم استقراء النتائج التي توصلوا إليها لإعطاء تقديرات التنوع لمنطقة الدراسة بأكملها. ولكن على الرغم من أن هذه التقنية تسمح بتقييم يمكن التحكم فيه لمساحة كبيرة ، إلا أنها ليست مثالية. قد يؤدي التنسيب العشوائي للأرباع إلى فقدان الأفراد ، مما يؤدي إلى نقص تمثيل الأنواع وتقديرات التنوع البيولوجي المنخفضة بشكل غير صحيح.
يعني هذا القيد أن بعض المجتمعات ، خاصة المجتمعات غير المكتملة أو غير الموحدة ، يتم أخذ عينات منها بشكل أفضل من خلال نهج أكثر تنظيما. هنا ، يحد الغابة ، وفي الواقع ، يتكون من بقع موائل مختلفة. لتغطية هذا المجتمع بشكل عادل ، يمكننا تقسيم المناظر الطبيعية إلى موائل أساسية والأهم من ذلك ، موائل الحافة. في كثير من الأحيان ، تتمتع المناطق الطرفية بمزيد من التنوع البيولوجي لأن الأنواع من كلا النوعين من الموائل قد تعيش هناك. ولكن قد يتم تفويت هذا في أخذ العينات العشوائية التقليدية. بدلا من ذلك ، لقياس التنوع البيولوجي عبر مجتمع مثل هذا ، قد تكون الإستراتيجية الجيدة هي أخذ عينات من المناطق الأساسية بشكل عشوائي باستخدام التربيعات. يمكن بعد ذلك استخدام البيانات التي تم جمعها لحساب قيمة H لكل موطن أساسي. بعد ذلك ، يمكن وضع خط عرضي أو خط أخذ عينات عبر كل موطن أساسي ، يمتد إلى منطقة الحافة. يمكن بعد ذلك تسجيل ثراء الأنواع وتساويها باستخدام التربيع الموضوعة في نقاط محددة على طول هذه الخطوط. الآن باستخدام صيغة شانون-وينر ، يمكن حساب مؤشر التنوع لكل مسافة على طول المقطع ، ويمكن مقارنتها. تكون المنطقة ذات القيمة H الأكبر أكثر تنوعا بشكل عام من المنطقة ذات H الأقل. توفر تقنية التربيع العشوائي والعرضي المدمجة تقييما متعدد الاستخدامات وأكثر عدلا لكيفية مقارنة الموائل المختلفة داخل نفس المجتمع من حيث التنوع.
بالإضافة إلى مقاييس الأنواع ، قد يتخذ العلماء أيضا مقاييس للمكونات الكيميائية للنظام البيئي لتقييم صحته. على سبيل المثال ، قد يتحققون من التلوث ، أو يفحصون جودة التربة عن طريق قياس العناصر الغذائية الموجودة. يمكن أن تكون هذه المعلومات مفيدة أيضا للمساعدة في تفسير التغيرات في أنماط التنوع البيولوجي في مناطق مختلفة من المجتمع. لذلك ، في مثالنا ، إذا كان المرج يحتوي على تربة أقل جودة من الغابة والحافة ، فقد يدعم أنواعا أقل.
في هذا المختبر ، ستقيس التنوع البيولوجي وجودة التربة في منطقتين أساسيتين مختلفتين ، ثم تدرس كيفية تأثر التنوع البيولوجي على طول موائل الحافة.
View the full transcript and gain access to JoVE Lab Manual videos
Q1: What is the Shannon-Wiener Index and why do ecologists use it?
The Shannon-Wiener Index is a unitless measurement that quantifies biodiversity by combining two variables: species richness (the number of unique species present) and species evenness (how evenly species are distributed). Ecologists use this index to assess ecosystem health because it captures both diversity and balance, revealing whether an ecosystem has many species in equal abundance or is dominated by a few species.
Q2: How do quadrats help ecologists sample large ecosystems?
Quadrats are fixed-size frames placed randomly at multiple spots within a sampling site. Scientists survey the area inside each quadrat, recording species richness and evenness. By using these small sampling windows across an ecosystem, ecologists can extrapolate their findings to estimate biodiversity for the entire study area without surveying every organism.
Q3: What is the difference between core habitats and edge habitats?
Core habitats are located centrally within a patch, surrounded by the same habitat type. Edge habitats, also called boundary habitats, border different habitat types. Edge habitats often have higher biodiversity because species from both adjacent habitat types may live there, creating what ecologists call edge effects.
Q4: Why might random quadrat sampling miss important biodiversity patterns?
Random placement of quadrats may miss individuals in patchy or non-uniform communities, resulting in underrepresentation of species and incorrectly low biodiversity estimates. This limitation is especially problematic in communities with distinct core and edge habitats, where edge areas may contain species not found in core regions.
Q5: How do transects improve biodiversity assessment in heterogeneous communities?
A transect is a sampling line laid across different habitat types, with quadrats placed at set intervals along the line. This structured approach allows ecologists to record species richness and evenness across transitions between habitats, then calculate Shannon-Wiener diversity values for each distance along the transect to compare biodiversity patterns.
Q6: What role does soil quality play in explaining biodiversity patterns?
Scientists measure soil quality by examining nutrient content and checking for pollution. Soil quality directly influences which species an ecosystem can support; for example, a meadow with lower quality soil than adjacent forest or edge habitats may support fewer species, helping explain observed differences in biodiversity across regions of a community.
Q7: Why is species evenness as important as species richness for measuring biodiversity?
Species evenness measures how species are distributed in an ecosystem. An ecosystem where different species have similar numbers is more even than one dominated by one or two species. High biodiversity requires both many species and relatively equal abundance; an ecosystem with many species but one dominant species has lower overall diversity than one with balanced populations.