Разнообразие сообщества

Экосистема — это сообщество живых и неживых компонентов, которые взаимодействуют на территории. Он может быть таким же большим, как сама земля или лес, полный растений и животных, или маленьким, как желудок с его множеством микробных обитателей. Здоровье экосистемы можно измерить по-разному, но одним из хороших показателей является биоразнообразие, которое измеряет разнообразие биологических видов в экосистеме.

Мы можем оценить биоразнообразие с помощью показателя, называемого индексом Шеннона-Винера, предложенным Клодом Шенноном и Норбертом Винером в 1940-х годах. Индекс Шеннона-Винера — это безединицное измерение, вычисляемое как H. В индексе используются две переменные: видовое богатство, или количество присутствующих видов, обозначенное буквой K, и равномерность видов, или доля каждого вида, обозначенная PI. Видовое богатство – это количество уникальных видов в экосистеме. В этом примере их семь. Равномерность видов измеряет распределение видов в экосистеме. Это означает, что экосистема, в которой разные виды имеют одинаковую численность, более равномерна, чем та, в которой один или два вида составляют большую часть организмов, как эта, относительно переполненная зайцами.

Теперь, когда мы знаем, что измерять, давайте узнаем, как измерять биоразнообразие. Поскольку экосистемы могут быть огромными, экологам пришлось быстро найти способы случайного отбора проб на больших площадях. Простейшим из них является квадрат, который представляет собой рамку фиксированного размера, обычно размещаемую случайным образом в пределах места отбора проб. Ученые обследуют территорию внутри квадрата, регистрируя видовое богатство, а также их равномерность. Используя эти маленькие окна, расположенные в нескольких точках по всей экосистеме, они могут экстраполировать свои выводы, чтобы дать оценки разнообразия для всей исследуемой территории. Но хотя этот метод позволяет легко оценить большую территорию, он не идеален. При случайном размещении квадрантов отдельные особи могут быть пропущены, что приводит к недопредставленности видов и неверно низким оценкам биоразнообразия.

Это ограничение означает, что некоторые сообщества, особенно неоднородные или неоднородные, лучше отбираются с помощью более структурированного подхода. Здесь наша поляна граничит с лесом и, в действительности, состоит из разных участков обитания. Чтобы справедливо охватить это сообщество, мы можем разделить ландшафт на основные места обитания и, что важно, периферийные места обитания. Часто приграничные районы имеют большее биоразнообразие, потому что там могут обитать виды из обоих типов местообитаний. Но это может быть упущено при традиционной случайной выборке. Вместо этого, чтобы измерить биоразнообразие в таком сообществе, хорошей стратегией может быть сначала случайный отбор проб из основных областей с использованием квадратов. Собранные данные затем могут быть использованы для расчета значения H для каждого основного местообитания. Затем через каждую основную среду обитания может быть проложен разрез или линия отбора проб, простирающаяся в краевую зону. Затем богатство и равномерность видов могут быть зарегистрированы с помощью квадратов, размещенных в заданных точках вдоль этих линий. Теперь, используя формулу Шеннона-Винера, можно рассчитать индекс разнесения для каждого расстояния вдоль разреза, и их можно сравнить. Область с большим значением H обычно более разнообразна, чем область с меньшим значением H. Этот комбинированный метод случайных квадратов и трансект дает разностороннюю и более справедливую оценку того, как различные места обитания в одном и том же сообществе соотносятся с точки зрения разнообразия.

В дополнение к измерениям видов, ученые также могут проводить измерения химических компонентов экосистемы для оценки ее здоровья. Например, они могут проверить загрязнение или проверить качество почвы, измерив присутствующие питательные вещества. Эта информация также может быть полезна для объяснения изменений в моделях биоразнообразия в различных регионах сообщества. Так, в нашем примере, если на лугу почва более низкого качества, чем на лесу и опушке, на нем может произрастать меньше видов.

В этой лабораторной работе вы измерите биоразнообразие и качество почвы в двух разных основных регионах, а затем изучите, как это влияет на биоразнообразие вдоль краевой среды обитания.