L' indice de Shannon, également connu dans la littérature sous le nom de Shannon-Weaver, est utilisé pour quantifier une biodiversité spécifique. Le symbole H 'est utilisé pour le représenter, et ses valeurs oscillent entre des nombres positifs, généralement compris entre 2, 3 et 4. Dans la littérature, cet indice est l'un des plus appréciés pour la mesure de la biodiversité.
L'indice prend en compte le nombre d'espèces qui existent dans l'échantillon et le nombre relatif d'individus pour chacune des espèces. Autrement dit, il contemple la richesse et l'abondance de l'espèce.
Source: pixabay.com
Puisque la formule impliquée dans son calcul implique un logarithme, il n'y a pas de valeur maximale pour l'indice. Cependant, la valeur minimale est zéro, indiquant l'absence de diversité - la condition qui existe dans une monoculture, par exemple, où il n'y a qu'une seule espèce.
Les valeurs inférieures à 2 sont interprétées comme des écosystèmes avec une diversité d'espèces relativement faible, tandis que les valeurs supérieures à 3 sont élevées. Les régions désertiques sont des exemples d'écosystèmes peu diversifiés.
Les forêts tropicales et les récifs, en revanche, sont des écosystèmes avec une biodiversité d'espèces assez élevée.
Perspective historique
L'indice de Shannon a été proposé par Claude Elwood Shannon (1916 - 2001), dans le but de trouver une mesure permettant de quantifier l'entropie. Ce chercheur était un mathématicien et ingénieur électricien, originaire des États-Unis.
Il y a une certaine confusion avec le nom réel de l'index. Le nom complet est l'indice Shannon-Weiner. Cependant, à de nombreuses reprises, les auteurs l'appellent l'indice de Shannon-Weaver.
Cette erreur s'est produite, en partie, parce que Claude Shannon a travaillé en collaboration avec le mathématicien Warren Weaver à plusieurs reprises.
Définition
La diversité est l'un des paramètres les plus importants utilisés pour décrire les écosystèmes.
L'indice de Shannon est un indice qui cherche à mesurer la diversité des espèces, compte tenu de leur uniformité. Il s'agit d'une application de la théorie de l'information et repose sur l'idée qu'une plus grande diversité correspond à une plus grande incertitude dans le choix aléatoire d'une espèce spécifique.
En d'autres termes, l'indice formule l'uniformité des valeurs d'importance pour toutes les espèces de l'échantillon.
Il peut prendre les valeurs minimales et maximales suivantes: zéro indique qu'il n'y a qu'une seule espèce, tandis que le logarithme de S (nombre total d'espèces dans l'échantillon) signifie que toutes les espèces sont représentées par le même nombre d'individus.
Supposons que nous ayons un écosystème hypothétique avec seulement deux espèces. Pensons aussi qu'ils sont à la même fréquence (ils sont équifréquents). Ainsi, l'incertitude est de 50%, puisque les deux alternatives sont également possibles.
L'identification qui donne la certitude est l'unité d'information, appelée «bit». Si nous avons, par exemple, quatre espèces équivalentes, la diversité sera de deux bits.
Formule
Mathématiquement, nous calculons l'indice de Shannon au moyen de l'expression suivante:
Dans l'expression de l'indice, la variable pi représente l'abondance proportionnelle de l'espèce i, calculée comme le poids sec de l'espèce, divisé, à son tour, par le poids sec total de l'échantillon.
De cette manière, l'indice quantifie l'incertitude dans la prédiction de l'identité de l'espèce d'un individu prélevé au hasard dans un échantillon.
De plus, la base du logarithme utilisé dans l'expression peut être librement choisie par le chercheur. Shannon lui-même a discuté des logarithmes en base 2, 10 et e, où chacun correspondait à différentes unités de mesure.
Ainsi, les unités sont des chiffres ou bits binaires, des chiffres décimaux et des chiffres naturels, respectivement pour les bases 2, 10 et e.
avantage
L'indice de Shannon est l'un des plus utilisés en recherche écologique, car son application comporte certains avantages, par rapport aux autres indices de diversité relativement populaires.
Premièrement, l'indice n'est pas significativement affecté par la taille de l'échantillon. Plusieurs études ont cherché à trouver l'effet de la taille de l'échantillon et ont conclu que, en effet, la taille de l'échantillon a un très léger effet sur les mesures de la diversité de l'espèce.
Deuxièmement, l'application de l'indice conduit à la capture d'une grande quantité d'informations, en une seule expression mathématique. C'est une fonctionnalité très utile si vous souhaitez communiquer une quantité importante d'informations à un large public.
De plus, la mise en contexte d'un index est cruciale pour son interprétation. La première partie consiste à reconnaître les valeurs maximales et minimales qu'il renvoie. Dans l'indice de Shannon, il est facile de voir que le maximum correspond à Log S, où S est la richesse et le minimum est 0.
Uniformité
L'indice de Shannon est basé sur un concept très pertinent en écologie: l'uniformité. Ce paramètre fait référence au degré de représentation des espèces dans tout l'échantillon.
Les extrêmes comprennent une seule espèce dominante et d'autres espèces présentes en très faibles effectifs (valeurs d'uniformité proches de 0), à toutes les espèces représentées par des nombres égaux (valeurs d'uniformité proches de 1).
L'uniformité joue un rôle fondamental dans l'analyse écologique de la diversité. Par exemple, dans les communautés plus uniformes, l'indice de Shannon devient plus sensible à la richesse.
Applicabilité
Les indices de diversité sont largement utilisés dans le suivi, du point de vue de l'écologie et de la conservation des espèces menacées.
Les indices de diversité des espèces ont la particularité de résumer une quantité importante et importante de données pouvant être utilisées pour déduire les caractéristiques de la population.
Cet indice a été utilisé pour étudier les différents effets des perturbations et du stress sur la diversité des communautés, tant animales que végétales, car il fournit des informations complexes basées sur le nombre d'espèces et l'uniformité.
Enfin, le lien entre la diversité des écosystèmes et leur résilience a fait l'objet d'un large débat. Certaines études ont pu corroborer cette approche.
Références
- Gliessman, SR (2002). Agroécologie: processus écologiques en agriculture durable. CATIE.
- Núñez, EF (2008). Systèmes sylvo-pastoraux établis avec Pinus radiata D. Don et Betula alba L. en Galice. Université de Saint-Jacques-de-Compostelle.
- Jorgensen, SE (2008). Encyclopédie de l'écologie, édité par Sven Erik Jorgensen, Brian D. Fath.
- Kelly, A. (2016). Développer des indicateurs d'équité, de diversité et de concurrence: de nouvelles mesures pour les écoles et les universités. Routledge.
- Pal, R. et Choudhury, AK (2014). Une introduction aux phytoplanctons: diversité et écologie. Springer.
- Pla, L. (2006). Biodiversité: inférence basée sur l'indice et la richesse de Shannon. Interciencia, 31 (8), 583-590.
- Pyron, M. (2010) Caractériser les communautés. Connaissance de l'éducation à la nature 3 (10): 39