Methods for measurement and visualization of changes in biodiversity

Biodiversity can be evaluated basing on the species numbers or numbers of chosen taxa (S). The biodiversity assessment is also enabled using the Shannon index (H) that includes numbers of taxa and their relative abundances (or relative biomass likely relative degrees of covering). The proper description of biological or statistically significant differences (or their absence) between the compared taxocenosis of identical or subjectively different values of S and H, is not possible by use of both methods mentioned. Thus, the aim of our work was to present the manners for solving these problems basing on the example of three hypothetical organism communities. Two of the communities mentioned were characterized by the same values of S (taxon richness) and different values of H (the Shannon index) and two ones had similar H values and different values of S. To obtain the complete description of biological differences between compared communities the following indices were calculated: Hmax (a maximum value of Shannon index for the richness of taxa represented by the same number of individuals), Vd (a percentage value of covering structural capacity of community, “evenness deficiency”), E (MacArthur index - a taxon number (S) in a community for which the observed value of H equals Hmax) and Ps (taxon richness shortage in percents). Moreover, graphical method of Δb, profiles was used for comparing community diversities. Instead, to obtain information about statistically significant differences in biodiversity between analyzed communities, the rarefaction curves were applied. The curves are based on the zero models and the Monte Carlo method.

Bioróżnorodność można oceniać na podstawie liczby gatunków lub liczby dowolnie wybranych taksonów (S). Ocenę bioróżnorodności można również przeprowadzić za pomocą indeksu Shannona (H), do obliczeń którego wykorzystuje się liczbę taksonów oraz ich względne liczebności (lub względne biomasy ewentualnie relatywne stopnie pokrycia). Przy użyciu obu wymienionych metod nie można poprawnie określić statystycznie istotnych czy też biologicznych różnic (lub ich braku) pomiędzy porównywanymi taksocenozami o identycznych lub subiektywnie różnych wartościach S i H. Stąd celem prezentowanej pracy było przedstawienie sposobów rozwiązania tego problemu na przykładzie trzech hipotetycznych zbiorowisk żywych organizmów. Wśród tych taksocenoz dwie charakteryzowały się takimi samymi wartościami S (bogactwa taksonów) i różnymi wartościami H (indeksu Shannona), a dwie miały zbliżone wartości H, a różne wartości S. Dla pełnego określenia różnic biologicznych pomiędzy porównywanymi zbiorowiskami obliczono wskaźniki: Hmax (maksymalna wartość indeksu Shannona dla danego bogactwa taksonów charakteryzujących się takimi samymi liczebnościami), Vd (wyrażona w % wartość wypełnienia strukturalnych możliwości zbiorowiska; niedostatek „równomierności”), E (indeks MacArthura, czyli liczba taksonów S w zbiorowisku, dla którego dany indeks H przyjąłby wartość maksymalną) oraz Ps (wyrażony w % niedostatek bogactwa taksonów). Dodatkowo, dla porównania bioróżnorodności zbiorowisk użyto graficznej metody profili Δb. W celu uzyskania informacji o statystycznie istotnych różnicach między analizowanymi zbiorowiskami pod względem bioróżnorodności wykreślono krzywe rarefakcji, bazujące na modelach zerowych i metodzie Monte Carlo.