EKOSYSTEMY LĄDOWE WBNZ METODY WIELOWYMIAROWE

Transkrypt

1 EKOSYSTEMY LĄDOWE WBNZ METODY WIELOWYMIAROWE

2 S = 12 N = 84 Rozkład liczebności osobników w gatunkach

3 Rozkład liczebności gatunków ptaków 150 grądu w Puszczy Niepołomickiej Histogram (gęstość rozkładu) dystrybuanta Wykres liczebności względem rang ( ogiwa ) Dopasowane modele: broken stick szereg geometryczny

4 Wykres konsumpcji energii gatunków wg rang PTAKI PUSZCZY NIEPOŁOMICKIEJ, BORY STADIA SUKCESJI

5 MODELE ROZKŁADU LICZEBNOŚCI GATUNKÓW W ZESPOLE SZEREG GEOMETRYCZNY log n x = b ax n x = k x n 1 Każdy kolejny gatunek pobiera stałą frakcję zasobów pobranych przez poprzedni BROKEN STICK S losowych frakcji pobieranych zasobów ( patyk połamany w S-1 przypadkowych miejscach )

6 Rozkład liczebności w trzech zespołach lęgowe ptaki leśne; broken stick rośliny naczyniowe runa lasu liściastego; log-normal rośliny naczyniowe subalpejskiego lasu jodłowego; szereg geometr.

7 względna liczebność populacji, n/n Wykres liczebności gatunków wg rang PTAKI PUSZCZY NIEPOŁOMICKIEJ, GRĄDY 150-LETNIE SZEREG GEOMETRYCZNY BROKEN STICK ranga gatunku wg. liczebności

8 WSKAŹNIKI RÓŻNORODNOŚCI S H = Σ (p H = 0,702 i ln p i ) H = 2,485 i=1 S = 12 N = 84

9 Metody opisu struktury zespołów (statystyka wielowymiarowa)

10 VII XIII XIV Anthus trivialis 3,3 4,4 12 Carduelis carduelis 0,8 Carduelis chloris 1 Coccothraustes coccothraustes 2 4 Cuculus canorus 0,5 1 1 Emberiza citrinella Erithacus rubecula 8 8,6 Fringilla coelebs 10,4 8 Hippolais icterina 2 0,6 Lanius collurio 2,7 Locustella fluviatilis 0,9 Luscinia luscinia 0,6 Oriolus oriolus 1,2 2 Phasianus colchicus 2 Phylloscopus collybita 1,1 1,4 2,4 Phylloscopus sibilatrix 8 12,2 Phylloscopus trochilus 1,6 Streptopelia turtur 0,4 Sylvia atricapilla 1, Sylvia borin 0,7 2 3 Sylvia communis 1,3 Turdus merula 0,9 1 3 Turdus philomelos 1 1 LICZBA GATUNKÓW PRZYKŁADOWE ZESPOŁY PTAKÓW W 3 STADIACH SUKCESJI LASU GRĄDOWEGO W PUSZCZY NIEPOŁOMICKIEJ (Głowaciński & Weiner 1977)

11 WSPÓŁCZYNNNIKI RÓŻNORODNOŚCI VII XIII XIV Liczba gatunków S Zagęszczenie (par/10ha) 24,3 67,8 71,2 Dominance_D 0,16 0,12 0,11 Simpson_1-D 0,84 0,88 0,89 Shannon_H 2,15 2,32 2,41 Evenness_e^H/S 0,71 0,64 0,7 Brillouin 1,66 2,03 2,12 Menhinick 2,43 1,94 1,9 Margalef 3,45 3,56 3,52 Equitability_J 0,86 0,84 0,87 Fisher_alpha 9,4 6,61 6,42 Berger-Parker 0,33 0,21 0,17 Chao ,8 17,5

12 WSPÓŁCZYNIKI PODOBIEŃSTWA DWÓCH ZESPOŁÓW (bez uwzględnienia liczebności) Jaccarda: M / (M+N) Sørensena (Dice): 2M / (2M+N) Simpsona: M/N min M: liczba gatunków wspólnych N: łączna liczba gatunków obecnych tylko w jednym zespole N min : Liczba gatunków mniejszego zespołu

13 Abstrakcyjny przykład (brak wspólnych gatunków) gatunek zespół 1 zespół M: liczba gatunków wspólnych N: łączna liczba gatunków obecnych tylko w jednym zespole N min : Liczba gatunków mniejszego zespołu N = 5 N min = 2 M = 0 Jaccard = M/(M+N) = 0/(0+5) = 0 Sørensen = 2M/(2M+N) = 0/(0+5) = 0 Simpson = M/Nmin = 0/2 = 0

14 Abstrakcyjny przykład (te same gatunki w obu zespołach) gatunek zespół 1 zespół M: liczba gatunków wspólnych N: łączna liczba gatunków obecnych tylko w jednym zespole N min : Liczba gatunków mniejszego zespołu N = 0 N min = 5 M = 5 Jaccard = M/(M+N) = 5/(5+0) = 1,0 Sorensen = 2M/(2M+N) = 10/(10+0) = 1,0 Simpson = M/Nmin = 5/5 = 1,0

15 Abstrakcyjny przykład (zespoły częściowo się różnią) gatunek zespół 1 zespół M: liczba gatunków wspólnych N: łączna liczba gatunków obecnych tylko w jednym zespole N min : Liczba gatunków mniejszego zespołu N = 3 N min = 3 M = 2 Jaccard = M/(M+N) = 2/(2+3) = 0,4 Sørensen = 2M/(2M+N) = 4/(4+3) = 0,57 Simpson = M/Nmin = 2/3 = 0,667

16 VII XIII XIV Anthus trivialis 3,3 4,4 12 Carduelis carduelis 0,8 Carduelis chloris 1 Coccothraustes coccothraustes 2 4 Cuculus canorus 0,5 1 1 Emberiza citrinella Erithacus rubecula 8 8,6 Fringilla coelebs 10,4 8 Hippolais icterina 2 0,6 Lanius collurio 2,7 Locustella fluviatilis 0,9 Luscinia luscinia 0,6 Oriolus oriolus 1,2 2 Phasianus colchicus 2 Phylloscopus collybita 1,1 1,4 2,4 Phylloscopus sibilatrix 8 12,2 Phylloscopus trochilus 1,6 Streptopelia turtur 0,4 Sylvia atricapilla 1, Sylvia borin 0,7 2 3 Sylvia communis 1,3 Turdus merula 0,9 1 3 Turdus philomelos 1 1 LICZBA GATUNKÓW PRZYKŁADOWE ZESPOŁY PTAKÓW W 3 STADIACH SUKCESJI LASU GRĄDOWEGO W PUSZCZY NIEPOŁOMICKIEJ (Głowaciński & Weiner 1977) M: liczba gatunków wspólnych N: łączna liczba gatunków obecnych tylko w jednym zespole N min : Liczba gatunków mniejszego zespołu N = 14 N min = 12 M = 7 Jaccard = M/(M+N) = 7/(7+14) = 0,33 Sørensen = 2M/(2M+N) = 14/(14+7) = 0,5 Simpson = M/Nmin = 7/12 = 0,58

17 VII XIII XIV Anthus trivialis 3,3 4,4 12 Carduelis carduelis 0,8 Carduelis chloris 1 Coccothraustes coccothraustes 2 4 Cuculus canorus 0,5 1 1 Emberiza citrinella Erithacus rubecula 8 8,6 Fringilla coelebs 10,4 8 Hippolais icterina 2 0,6 Lanius collurio 2,7 Locustella fluviatilis 0,9 Luscinia luscinia 0,6 Oriolus oriolus 1,2 2 Phasianus colchicus 2 Phylloscopus collybita 1,1 1,4 2,4 Phylloscopus sibilatrix 8 12,2 Phylloscopus trochilus 1,6 Streptopelia turtur 0,4 Sylvia atricapilla 1, Sylvia borin 0,7 2 3 Sylvia communis 1,3 Turdus merula 0,9 1 3 Turdus philomelos 1 1 LICZBA GATUNKÓW PRZYKŁADOWE ZESPOŁY PTAKÓW W 3 STADIACH SUKCESJI LASU GRĄDOWEGO W PUSZCZY NIEPOŁOMICKIEJ (Głowaciński & Weiner 1977) M: liczba gatunków wspólnych N: łączna liczba gatunków obecnych tylko w jednym zespole N min : Liczba gatunków mniejszego zespołu N = 4 N min = 16 M = 14 Jaccard = M/(M+N) = 14/(14+4) = 0,78 Sørensen = 2M/(2M+N) = 28/(28+4) = 0,875 Simpson = M/Nmin = 14/16 = 0,875

18 ZASADA PORÓWNAŃ WIELOWYMIAROWYCH (przykład hipotetyczny) Communities A B C D Sp Sp S N H 0,199 0,199 0,693 0,693

19 ZASADA PORÓWNAŃ WIELOWYMIAROWYCH

20 ZASADA PORÓWNAŃ WIELOWYMIAROWYCH Community x (3, 17)

21 ZASADA PORÓWNAŃ WIELOWYMIAROWYCH Community x (3, 17)

22 Rozkład jednowymiarowy Jedna współrzędna Rozkład dwuwymiarowy Dwie współrzędne

23 Hipotetyczne 3 rozkłady, różniące się po uwzględnieniu 2 wymiarów

24 PCA (redukcja wymiarów przy występującej korelacji)

25 PCA dla przykładu zespołów ptaków 2,4 XIV 1,8 1,2 Component 2 Carduelis_chloris Streptopelia_turtur Turdus_merula Anthus_trivialis Phylloscopus_collybita 0,6 VII Coccothraustes_coccothraustes Phasianus_colchicus Lanius_collurio Locustella_fluviatilis Phylloscopus_trochilus Oriolus_oriolus Sylvia_borin Sylvia_communis Phylloscopus_sibilatrix Erithacus_rubecula Turdus_philomelos Cuculus_canorus -0,6 Fringilla_coelebs Sylvia_atricapilla -1,2 Hippolais_icterina Carduelis_carduelis Luscinia_luscinia Emberiza_citrinella -1,8-2,4-3,0 XIII Component 1

26 Analiza skupień; dendrogram (ordynacja i klasyfikacja wg podobieństwa)

27 Macierz podobieństw (wybrany współczynnik) a 1,2 a 1,3 a 1,4 a 1,5 a 1,6 2 a 2,1 a 2,3 a 2,4 a 2,5 a 2,6 3 a 3,1 a 3,2 a 3,4 a 3,5 a 3,6 4 a 4,1 a 4,2 a 4,3 a 4,5 a 4,6 5 a 5,1 a 5,2 a 5,3 a 5,4 a 5,6 6 a 6,1 a 6,2 a 6,3 a 6,4 a 6,5

28 DENDROGRAM PODOBIEŃSTWA (WSP. SIMPSONA) dla przykładowych zespołów ptaków

29 Analiza dyskryminacyjna

30 Odległość między średnimi w rozkładach jednowymiarowych (euklidesowa) Pomiar odległości (średnich, obiektów) w przestrzeni wielowymiarowej

31 Korelacja kanoniczna

32 Przykłady statystycznie uporządkowanych zespołów: Roślinność wydm piaszczystych (101 gat); analiza czynnikowa Zooplankton jezior Kanady PCA wg Morin 1999; 1.5.)

33 Clustering of sampling plots according to soil chemical properties corresponds with forest typology

34 Clustering of sampling plots according to species composition of Enchytraeid assemblages

35 Deciduous Coniferous forests COMBINED ORDINATION OF ENCHYTRAEID ASSEMBLAGES

36 SIMILARITY CLUSTERING OF STAPHYLINID ASSEMBLAGES FOR ALL PLOTS (Euclidean distances, Ward s method) Similarity Pm1 Fs2 Pm2 Ld1 Pm1 Qr1 Ld9 Qr2 Cb1 Pn1 Ap2 Ld2 Pn1 Qr1 Ld2 Ld1 Bp1 Ps1 Ps1 Ld1 Ps1 Bp1 Qr2 Fs2 Tc2 Aps2 Tc2 Ap2 Tc2 Aa2 Bp1 Pa1 Pa2 Pm2 Pm2 Pn1 Pm1 Fs2 Pa1 Aps2 Qru1 Ap2 Qr2 Aps2 Qr1 Qru1 Cb1 Qru1 Cb1 Pa1 Pa1 Aa2 Pa individuals 75 species Angiospermae Gymnospermae Kołacz

37 PCA ORDINATION DIAGRAM FOR CARABIDAE COMMUNITIES Effect of tree species Carabidae: 6609 individuals 58 species PteObl NotBig CarHor NotRuf LeiRuf AbaCar AmaBru AmaAen PoeLep PoeVer NotPal PseRuf AmaFam SynTru CarCon MetLam Tree species Aa Qr Ap Aps Bp Cb Fs Ld Qru Pa Pm Pn Ps Tc 1b

38 PCA ORDINATION DIAGRAM FOR CARABIDAE COMMUNITIES Effect of site (soil substrate) Site 1 Site 2 2d sites

39 Program do statystyki wielowymiarowej i wskaźników różnorodności PAST

40