I.
UNIVERSIDAD
AUTONOMA METROPOLITANA
UNIDAD ETAPALAPA
'División
de Ciencias Biológicas y de la Salud
Departamento de Hidroblologia
&IVERSITY", Programa para el cálculo de hdicer, de Diversidad,
para
Windows 95/Rodriguez
SalazarMaría Elena
93230649
J
Para la
obtención
de grado de LicenciaturaH
1 D L 0 B I O L 0 4 1 RASESOR
"DIVERSITY", PROGRAMA
PARA EL CÁLCULO DEÍNDICES
DEDIVERSIDAD,
PARA WINDOWS95.
Existen tres razones por las cuales los ecólogos manifiestan un gran interés por la diversidad ecológica y su medición. Primera, a pesar de que el cambio fascina y
preocupa, la diversidad sigue siendo un tema central en ecología. Los modelos bien documentados de variación espacial y temporal en diversidad, que intrigaron a los primeros investigadores naturalistas continúan aún hoy estimulando las mentes de los ecólogos. Segundo, las medidas de diversidad frecuentemente aparecen como indicadores del buen funcionamiento de los ecosistemas. Tercero, la existencia de notables debates sobre la medición de la diversidad (Magurran, 1989).
Magurran (1989) afirma que es importante que los ecólogos puedan entender cómo medir la diversidad y qué dan a entender con ella. La diversidad yace en el eje de algunas de las cuestiones teóricas y prácticas fundamentales y más excitantes de la ecología.
Este programa tiene como propósito servir como herramienta para las UEA's de Ecología de Comunidades que se imparten en la UAM-I, permitiendo el conocimiento y el cálculo de los diversos índices de diversidad existentes en la literatura.
Así mismo el programa provee de información acerca de las características de cada
índice para U M mejor elección e interpretación de las medidas de diversidad
propuestas desde 1949 por Simpson; tomando en cuenta también los índices basados en la teoría de la información de Shannon y Weaver (1949); el índice de equitatividad propuesto por Heip (1974); las propuestas a la notación de los indices hecha por Hi11 (1973) y el índice de diversidad propuesto por McIntosh (1967) entre otros.
Por s u contenido se considera que "Diversity" es un software de gran importancia
como herramienta de apoyo a los curso-. de Ecología de Comunidades de la UAM- I; así como para todo aquel que desee un método rápido y sistematizado de localizar y calcular la gran gama de índices de diversidad.
Los primeros lenguajes de programación fueron diseñados en los años 50 y se crearon, fundamentalmente, para resolver complejos problemas matemáticos (Nelson, 1993). El lenguaje original Basic fue creado por John G. Kemeny y Thomas
de Beginner’s All-purpose Simbolic Instruction Code) y era un lenguaje muy simple, diseñado especialmente para hacer que resultase sencillo aprender a programar (Nelson, 1993).
Rápidamente se convirtió en un lenguaje muy popular en la enseñanza, en las universidades y colegios y fue adaptado para uso en computadoras personales por Bill Gates, a mediados de los años setenta. Desde aquellos primeros días se han
creado muchas versiones distintas de Basic para computadoras personales, entre otras Microsoft QuickBasic y MSDOS Qbasic (Halvorson, 1996).
Se eligió Visual Basic ya que a pesar de que el entorno de desarrollo gráfico de
Visual Basic y su lenguaje de programación son, con diferencia, mucho menores que los primeros intérpretes de Basic, la elegancia y simplicidad del Basic original está presente en el lenguaje. La potencia de Visual Basic y su facilidad de uso son las razones principales por las que ha sido elegido como lenguaje de programación para aplicaciones de Windows como Excel (Halvorson, 1996).
Visual Basic es también uno de los primeros lenguajes de programación que admite la programación llamada “orientada a eventos”, un estilo de programación especialmente adaptado a las interfaces gráficas de usuario. Tradicionalmente, la programación ha estado muy orientada al proceso, al paso a paso, de manera muy similar al de una receta, lo que no permite al usuario salir del orden determinado. La programación orientada a eventos o a objetos tiene la característica de que el programador escribe un programa que responde a las acciones del usuario (Nelson, 1993).
La diversidad de especies (en ocasiones llamada heterogeneidad), es una de las cinco características emergentes del nivel de organización correspondiente al de las comunidades bióticas (Bravo-Núñez, 1991); por lo que se considera como una expresión de la estructura de la comunidad (Brower y Zar, 1979). Es así que Margalef (1991) define a la diversidad como la expresión del número de especies y
sus abundancias relativas.
Casi todo lo concerniente a la diversidad ha sido estudiado, al menos parece estar claramente definida, y al enfocar el problema desde distintos ángulos, pueden obtenerse diferentes percepciones de lo que implica.
El
problema se complica porel hecho de que los ecólogos han diseñado una extensa gama de índices y modelos para medir la diversidad. Como resultado de ello, la diversidad tiene la cualidad de no ser definida con exactitud, hasta el punto en que Hurlbert (1971) la define como “un no concepto” (Magurran, 1989).
Brower y Zar (1979) afirman que una comunidad tiene una alta diversidad de especies si están presentes muchas especies igual o cercanamente igual de abundantes. Si una comunidad está compuesta de muy pocas especies, o si unas pocas especies son abundantes, entonces la diversidad de especies es baja. Una alta diversidad de especies indica una comunidad altamente compleja, para una gran variedad de especies que permite una gran gama de interacciones entre ellas, de esta forma, la población interactúa involucrando transferencia de energía (redes tróficas), predación, competencia, y la repartición del nicho y este conjunto de características son teóricamente más complejas y variadas en una comunidad con una alta diversidad de especies.
El propósito de cuantificar la diversidad ecológica es usualmente el valorar 5 u
relación con las propiedades de una comunidad como son la estabilidad y la productividad o las condiciones ambientales a las que la comunidad está expuesta (Pielou, 1975).
ANTECEDENTES
Entre los programas relacionados con los índices de diversidad se encontraron vía internet:
ALPHA.LST (Clifford G. Rice, 52 Kb)
Dado un cierto número de individuos (N), número de especies (S) y un número de individuos menos el número de especies (N-S) en una muestra, provee de los valores para el índice de diversidad alfa de Fisher.
General Statistics
http://www/general-stats.html
CALIBRATE
Genera modelos de conjuntos de datos ambientales y de especies. Field Biology Software Checklist, part 1: Ecology software
http:/
/
www.euronet.nl/ users/ mbleeker/ prog/ swecolst.htmiMVSP21K.ZIP (Warren L. Kovach, 307 Kb, v 2.1, para Intel basado en PC)
Es un paquete estadístico multivariado que permite el cálculo de análisis de correspondencia, análisis de Cluster (con ocho diferentes medidas de distancia y similitud) y el cálculo de tres índices de diversidad.
General Statistics
http:/ /www/ general-stats.hhnl
BioDiversity
Es un paquete que permite el cálculo de índices de diversidad, rarefacción y modelos de abundancia de especies.
Field Biology Software Checklist, part 1: Ecology software http:// www.euronet.ni/ users/mbleeker/ prog/swecolst.html
Species Diversity and Richness
Permite la aplicación y el cálculo de índices de diversidad y estima la riqueza total de especies para un hábitat. Los índices de diversidad son los recomendados por Magurran (1988), como es el índice de Shannon-Wiener, índice de Simpson, número de especies, índice de Margalef, Equitatividad J, Dominancia de Berger- Parker y el índice de McIntosh.
Field Biology Software Checklist, part 1: Ecology software http:/
/
www.euronet.nl/ users/ mbleeker/ prog/ swecolst.htm10 DIVERS.FOR(6 Kb, v 1.1)
Este programa permite el cálculo de índices de diversidad y equitatividad incluyendo los índices de Shannon-Wiener, Simpson y Brillouin.
Ecological Methodology http:/
/
www/ krebs.htmlLOGNORM.FOR(11 Kb, v 1.0)
Permite el cálculo del modelo lognormal de los modelos de especies-abundancia. Ecological Methodology
http:/
/
www/ krebs.htmlLOGSERIE.FOR(6 Kb, v 1.0,1987)
Permite la estimación de la serie logarítmica de los modelos de especies- abundancia.
Ecological Methodology http://www/ krebs.html
RAREFACT.FOR(4 Kb, v 1.0)
Calcula el número esperado de especies en muestras de N individuos, siguiendo el método de Rarefacción.
Ecological Methodology http:// www/krebs.html
RICHNESS.FOR(5 Kb, v 1.0)
Calcula la riqueza de especies de los cuadrantes muestreados utilizando el método Jackknife.
Ecological Methodology http:/ /www/ krebs. htmi
Ecological Methodology, (Charles J. KrebsJ989)
Este programa está copilado en FORTRAN77, y posee datos de muestreos. Incluyendo algunos errores y correcciones de la primera edición.
Ecological Methodology http://www/krebs.html
Statistical Ecology, (Ludwig y Reynolds, 1988)
Este programa permite llevar a cabo los siguientes análisis:
*
Análisis de cluster* Análisis de correspondencia
*
Ajusta una distribución de frecuencias a una distribución lognormal*
Análisis de asociación normal*
Prueba de Chi-cuadrada contra la distribución negativa binomial * Prueba de Chi-cuadrada contra la serie de Poisson*
Calcula el número de especies esperado por el método de rarefacción * Análisis de discriminación simple*
Pruebas de asociación de especies*
Correlación producto-momento de Pearson y de Spearman*
Indices de riqueza, diversidad y equitatividad*
Sobrelapamiento de especies*
Coeficientes de distanciaStatistical Ecology
De La Cruz y Páez (1992) describen un programa integrado de computadora para el análisis integrado de datos ecológicos escrito en BASIC.
OBJETIVO
El objetivo fue desarrollar un software que permitiera el cálculo de Índices de Diversidad, utilizando entorno de programación Visual Basic versión 4.0 para Windows 95.
METODOLOGÍA
El proyecto inició con la investigación bibliográfica de los índices de diversidad. Posteriormente se utilizó el entorno de programación dirigido a objetos Visual Basic 4.0 programado en lenguaje C.
Se continuó con la puesta a punto del programa y con pruebas preoperativas, para hacer las correcciones necesarias.
MANUAL
DEL
USUARIO
Se presenta el siguiente manual para apoyar la utilización del programa "Diversity", explicando tanto su estructura y funcionamiento, como la entrada de datos y la posterior impresión de los resultados.
SOPORTE COMPUTACIONAL
El programa requiere para su correcta ejecución el siguiente Hardware:
-Computadora personal con procesador Pentium I, 8 MB de memoria RAM y un disco duro de 26 MB como mínimo.
-Manejador de discos flexibles de 3%".
-Monitor. -Impresora. -Mouse.
INICIALIZAR EL PROGRAMA "Diversity"
Una vez que ha cargado Windows 95 en s u computadora, podrá insertar el
diskette en el manejador de discos flexibles, puede utilizar el explorador de Windows para abrir el contenido del disco y poderlo instalar en su disco duro. Esto es con la finalidad de ejecutarlo desde ahí y que no presente problemas por falta de espacio en el disco flexible.
Una vez instalado puede hacer doble click en el ícono del software y aparecerá una pantalla de bienvenida, posteriormente iniciará el programa "Diversity".
MANEJO POR
MENUS
En la pantalla inicial encontrará un Menú general con los tipos de índices de diversidad que puede usted calcular, con el mouse usted puede elegir alguna de las opciones haciendo click en la caja de confirmación, por ejemplo:
Cada una de las opciones lo llevará a un submenú, en el cual también puede elegir entre diversas opciones la que mejor se adapte a sus requerimientos, para
proveerle una mejor ayuda, cada vez que usted teclea una opción y lo lleva a un submenú, usted puede regresar a la pantalla anterior utilizando el botón que dice Regresar.
Si por ejemplo, usted elige la opción Riqueza de especies, esta lo llevará a la siguiente pantalla:
Usted P‘ iede optar P‘ 3r alguno de los índices que aparecen en la pantalla o bien
regresar al Menú principal.
Tomemos el Indice de Margalef como ejemplo, cuando usted selecciona este índice aparecerá la siguiente pantalla:
En esta pantalla encontrará en la parte superior como es que se calcula dicho índice, esto con la finalidad de proporcionarle como es que se está llevando a cabo el cálculo y con ello usted esté seguro que dicho índice le es o no benéfico.
Usted encontrará en dicha pantalla una rejilla donde usted deberá llenar la primer columna con los nombres de sus especies y en las columnas subsecuentes el número de muestra a la que pertenecen, por ejemplo, en la primer columna se anotaron spl, sp2, sp3, etc., para facilitar el trabajo, en la columna de MUESTRAI, se llenó con las cantidades en que fueron encontradas dichas especies en el campo;
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puede seguir llenando las muestras que desee o bien trabajar solo con la columna de
MUESTRA1
.
Posteriormente usted puede elegir de cual muestra quiere calcular el índice, por ejemplo, si usted desea conocer el índice de diversidad de Margalef de la MUESTRAl, solo tiene que posicionarse con ayuda del mouse en el espacio que dice "Número de muestra" y teclear 1:
Después de haber tecleado el número de muestra, puede oprimir el botón Calcular para obtener el resultado en el espacio correspondiente:
Hay que hacer notar que cuando usted calcula el índice de diversidad de alguna muestra, dicho número se borra automáticamente para permitirle una nueva entrada o bien puede enviar a impresión su cálculo.
Si se diera el caso de que usted introduzca una letra o símbolo diferente de un número en el espacio correspondiente a Número de muestra, el programa le mostrará un mensaje como el que se muestra a continuación:
Cuando usted aprieta el botón OK del mensaje automáticamente borra el símbolo que usted haya tecleado erróneamente permitiéndole teclear un número válido de muestra.
Este flujo de programa se aplica para todos los índices que el software calcula, los cuales se encuentran divididos de acuerdo a su tipo:
INDICES DE RIQUEZA DE ESPECIES Proporción directa simple
Indice de Odum Indice de Margalef Indice de Menhinick Indice de Gleason Indice de Yule ABUNDANCIA DE ESPECIES Indice de Shannon-Wiener Indice de Simpson Números de Hill Indice de Hurlbert Indice de Gini Indice de McIntosh Indice de redundancia
INDICES DE DIVERSIDAD MAXIMA Indice de Shannon-Wiener
Indice de Simpson Indice de Hurlbert Indice de McIntosh
INDICES DE DIVERSIDAD MINIMA Proporción directa simple
Indice de Shannon-Wiener Indice de Simpson Indice de Hurlbert Indice de McIntosh INDICES DE EQUITATIVIDAD Indice de Shannon-Wiener 0 Indice de Simpson Indice de Hurlbert Indice de McIntosh INDICE DE DOMINANCIA Indice de Shannon-Wiener
Los tipos de índices se localizan en el Menú Principal del Software.
DISCUSION
PUESTA A PUNTO
Se llevaron a cabo un promedio de 40 corridas del programa para comprobar su utilidad y buen funcionamiento. Antes de la puesta a punto se detectaron errores en cuanto a la aceptación de números y no de letras en la entrada de número de muestra, si es tecleado un carácter diferente al de un número, el programa le llamará a que corrija el error por medio de un mensaje que se encontrará en medio de la pantalla y dejando en blanco el espacio provisto para el número.
PRUEBAS PREOPERATIVAS
Se realizaron cálculos con matrices de diversos tamaños entre los cuales destacan una matriz de 6 muestras por 15 especies, en donde los resultados obtenidos por un índice de diversidad fueron comparados con un análisis hecho en Excel, la siguiente tabla ilustra la matriz y los resultados obtenidos en Excel de las diversas muestras:
N, número de individuos S, número de especies
Proporciión directa
simple
80 80 80 40 1 O0 150
8 10 8 8 15 15
Tomando el conjunto hipotético de datos, se calcula la proporción directa simple dividiendo el número de especies entre el número total de individuos de la colecta 8, de la forma:
P d s = S / N
Pds = 10
/
80 = 0.125Indice de Margalef
Considerando los datos hipotéticos de la colecta B, tenemos que el índice de Margalef se obtiene de la siguiente manera:
D M ~ =
(Sl)
/
In N D M ~ = (10-1)/
In 80 = 4.73Indice de Menhinick
D,,,, = S I J N D,, = IO/& = 1.12Indice de Gleason
D G = S / I n NDG
= 10/
In 80 = 2.28Indice de
Yule
modificado
El índice de Yule utiliza a
n
como el número total de especies en la muestra:Esto es, se llevaron a cabo cálculos con matrices de diversos tamaños y con diferente número de muestras, cada uno de los cuales se comparó con un análisis manual para corroborar su veracidad, incluyendo una matriz de 10 muestras por 50 especies y una de 10 muestras por 100 especies.
Los resultados obtenidos del software muestran que es un programa que puede ser utilizado con una matriz de 10 muestras por 100 especies sin que presente problema alguno, y con la facilidad de poder hacer los cálculos de una forma rápida y ordenada.
El tiempo promedio de realización del cálculo es de aproximadamente medio minuto cuando son matrices de 50 especies por 5 muestras.
CONCLUSION
Con base en los objetivos del proyecto, se establece que el software cumple con los requerimientos necesarios para poder ser utilizado por cualquier tipo de usuario en el cálculo de Indices de Diversidad tomando en cuenta la velocidad con que pueden ser calculados divers<>. índices y diversas matrices de datos.
Las ventajas son importantes, ya que se ahorra tiempo evitando los cálculos que suelen ser largos y tediosos, lo que en ocasiones conlleva a cometer errores en los mismos. La aplicación del software es amplia, ya que puede ser utilizado tanto por estudiantes como por investigadores por su sencillez, rapidez, efectividad y confiabilidad.
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