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Diversidade
Aula prática
Ana Silvia Andreu da Fonseca
Christian Ricardo Ribeiro
Vitor Vieira Vasconcelos
Universidade Federal do ABC
São Bernardo do campo-SP
Fevereiro de 2024
Conteúdo
●
Objetivos
– Explorar as ferramentas para análise
de diversidade de sistemas
– Entender as possibilidades de
extensão das análises de
biodiversidade para a agrodiversidade
Dados de aula
●
Área:
– Municípios da Região Metropolitana de São
Paulo
●
Dados:
– Quantidade de produção (quilos) em
horticultura, lavouras permanentes e
temporárias, dividido pela área de cada
município (agrodiversidade_quilos_km2.csv)
●
Fonte: Censo Agropecuário de 2017
https://cran.r-project.org/bin/windows/base/
https://posit.co/download/rstudio-desktop/
●
Copiar os arquivos de aula para uma pasta
●
Planilha com os dados
– agrodiversidade_quilos_km2.csv
●
Script para chamar abrir a interface gráfica
BiodiversityR, dentro do RStudio
– biodiversityR.R
●
Abrir o Rstudio
●
Menu File→New Project
●
Create project -> Existing directory
●
Escolha a pasta onde colocou os arquivos de aula
●
Create project
Interface do RStudio
Scripts
Objetos
Arquivos
Resultados
●
Na janela inferior direita, escolha a aba “Files”
●
Clique no script “BiodiversityR.r
●
Clique no botão “Run”
Instala os pacotes necessários para a interface gráfica Biodiversity R
Rcmdr (R Commander): Interface gráfica para R
BiodiversityR: Complemento do R Commander
para interface gráfica de análises de biodiversidade
Vegan: principal pacote do R para análises de
Biodiversidade
●
Carrega o R Commander e o
complemento Biodiveristy R na
memoria, para execução
●
Abre os dados a serem usados na
aula
Primeira
coluna é o
nome dos
municípios
●
Abre a interface visual
●
Se houver algum problema, como não abrir o
menu BiodiversityR, feche a janela do R
Commander, selecione a linha da função
Commander () e clique novamente no botão
“Run” para recarregar do R Commander
R Commander e BiodiversityR
Estatísticas básicas Biodiversidade
Seleção, edição e visualização dos dados
Scripts para repetir as análises
●
Selecione a planilha “agrodiversidade_quilos_km2 e
depois a visualize
Atividade prática de Biodiversidade e Agrodiversidade no R
●
Menu “BiodiversityR”-> Community matrix ->
“Select community data set...”
●
Menu BiodiversityR ->
Analysis of Diversity ->
Rank Abundance
●
Clique em “OK”, e em seguida, em “Plot”
Atividade prática de Biodiversidade e Agrodiversidade no R
●
Observe que os scripts estão sendo
gravados
●
“Analysis of ecological distance” ->
Unconstrained ordination
Análise de Componentes Principais (ACP)
●
Clique em “OK” e, em seguida, em “Plot”
Elementos mais
distantes apresentam
riqueza e proporções
mais diferentes dos
demais
Preto = Municípios
Vermelho = Cultivares
Elementos no
mesmo eixo
apresentam
espécies
semelhantes,
mas proporções
diferentes
Índices de Diversidade
●
Analysis of Diversity -> Diversity indices
Riqueza
●
Richness e pooled (todos juntos)
Número de espécies
●
Quantidade total de espécies
cultivadas na RMSP
●
Altere agora para “Richness” e
“Mean” (média por município)
●
Altere agora para
“Richness” e “each site”
●
Quais os municípios com
maior ou menor riqueza?
●
Refaça as análises de “pooled”,
“mean” e “each site” para as
seguintes métricas:
– Jeveness (equabilidade de Shannon)
– Diversidade de Shannon
– Diversidade de Simpson
Índice de Equabilidade de Shannon
onde
p = proporção da abundância de uma espécie em relação
à abundância total
s = número de espécies
ln(S)
1 – Máximo de equabilidade
0 – Mínimo de equabilidade
Shannon, C. E. (1948) A mathematical theory of communication. The Bell System Technical Journal, 27, 379–423 and 623–656.
Teoria da informação, derivada da teoria de sistemas
p = n/S
n = abundância da espécie
S = abundância total
Índices de Biodiversidade
●
Shannon
– Combina riqueza com equitabilidade
onde
p = proporção da abundância de uma espécie em
relação à abundância total
s = número de espécies
Shannon, C. E. (1948) A mathematical theory of communication. The Bell System Technical Journal, 27, 379–423 and 623–656.
Índices de Biodiversidade
●
Simpson
– Probabilidade de escolher dois espécimes,
aleatoriamente, e eles serem de espécies
diferentes
– Mais importância para abundância do que o
índice de Shannon
Onde
p = proporção da abundância
de uma espécie em relação à
abundância total
Simpson, E. H. (1949). "Measurement of diversity". Nature. 163 (4148): 688.
1-Σp2
●
Refaça as
análises com a
opção
“simpson
(contribdiv)” e
“each site”
Biodiversidade na paisagem
Alfa
Alfa
Alfa
Beta
Gama
Beta Beta
Diversidade:
Alfa = dentro de cada unidade de amostragem
Beta = diferença entre as unidades de amostragem
Gama = diversidade considerando todas as unidades de amostragem juntas
Diversidade Contributiva
●
Beta (aditiva) = Diversidade gama - Média das diversidades alfa
●
Soma dos pesos das unidades = diversidade total
●
Unidades mais diferentes das demais contribuem mais
para a diversidade total
●
Duas unidades idênticas em biodiversidade dividem o seu
“peso” para a diversidade total
Lu, H. P., Wagner, H. H. and Chen, X. Y. 2007. A contribution diversity approach to
evaluate species diversity. Basic and Applied Ecology, 8, 1–12.
●
Analysis of diversity -> Renyi profile
Perfis de Diversidade
Séries de Rényi
onde
p = proporção da abundância de uma espécie
em relação à abundância total
a = nível da série de Rényi (a≥0 e a≠1):
0 = riqueza de espécies
0,99... = proporcional à diversidade de Shannon
2 = proporcional à diversidade de Simpson
…
∞ = maior influência da equabilidade
Rényi, Alfréd (1961). "On measures of information and entropy". Proceedings of the fourth
Berkeley Symposium on Mathematics, Statistics and Probability 1960. pp. 547–561
Maior influência
do número de
espécies
Maior influência
da equabilildade
Série de diversidade original da
Teoria da Informação, posteriormente
adaptada por Hill para biodiversidade
●
Clique em “OK”
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Série de Rényi para a
RMSP como um todo
●
Mude para “renyi separate per site”
●
Clique em “OK” e, em seguida, em “Plot’
Séries de Rényi para
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Juquitiba e Mogi das Cruzes se invertem
●
Pirapora do Bom Jesus, Santo André e Diadema têm os menores valores
●
Francisco Morato e Itapevi começam semelhantes em riqueza,
mas Itapevi tem pior equabilidade
Finalizando a atividade
●
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●
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●
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Atividade prática de Biodiversidade e Agrodiversidade no R

  • 1. Diversidade Aula prática Ana Silvia Andreu da Fonseca Christian Ricardo Ribeiro Vitor Vieira Vasconcelos Universidade Federal do ABC São Bernardo do campo-SP Fevereiro de 2024
  • 2. Conteúdo ● Objetivos – Explorar as ferramentas para análise de diversidade de sistemas – Entender as possibilidades de extensão das análises de biodiversidade para a agrodiversidade
  • 3. Dados de aula ● Área: – Municípios da Região Metropolitana de São Paulo ● Dados: – Quantidade de produção (quilos) em horticultura, lavouras permanentes e temporárias, dividido pela área de cada município (agrodiversidade_quilos_km2.csv) ● Fonte: Censo Agropecuário de 2017
  • 5. ● Copiar os arquivos de aula para uma pasta ● Planilha com os dados – agrodiversidade_quilos_km2.csv ● Script para chamar abrir a interface gráfica BiodiversityR, dentro do RStudio – biodiversityR.R
  • 6. ● Abrir o Rstudio ● Menu File→New Project
  • 7. ● Create project -> Existing directory
  • 8. ● Escolha a pasta onde colocou os arquivos de aula ● Create project
  • 10. ● Na janela inferior direita, escolha a aba “Files” ● Clique no script “BiodiversityR.r
  • 11. ● Clique no botão “Run”
  • 12. Instala os pacotes necessários para a interface gráfica Biodiversity R Rcmdr (R Commander): Interface gráfica para R BiodiversityR: Complemento do R Commander para interface gráfica de análises de biodiversidade Vegan: principal pacote do R para análises de Biodiversidade
  • 13. ● Carrega o R Commander e o complemento Biodiveristy R na memoria, para execução
  • 14. ● Abre os dados a serem usados na aula Primeira coluna é o nome dos municípios
  • 15. ● Abre a interface visual ● Se houver algum problema, como não abrir o menu BiodiversityR, feche a janela do R Commander, selecione a linha da função Commander () e clique novamente no botão “Run” para recarregar do R Commander
  • 16. R Commander e BiodiversityR Estatísticas básicas Biodiversidade Seleção, edição e visualização dos dados Scripts para repetir as análises
  • 17. ● Selecione a planilha “agrodiversidade_quilos_km2 e depois a visualize
  • 19. ● Menu “BiodiversityR”-> Community matrix -> “Select community data set...”
  • 20. ● Menu BiodiversityR -> Analysis of Diversity -> Rank Abundance
  • 21. ● Clique em “OK”, e em seguida, em “Plot”
  • 23. ● Observe que os scripts estão sendo gravados
  • 24. ● “Analysis of ecological distance” -> Unconstrained ordination Análise de Componentes Principais (ACP)
  • 25. ● Clique em “OK” e, em seguida, em “Plot”
  • 26. Elementos mais distantes apresentam riqueza e proporções mais diferentes dos demais Preto = Municípios Vermelho = Cultivares Elementos no mesmo eixo apresentam espécies semelhantes, mas proporções diferentes
  • 27. Índices de Diversidade ● Analysis of Diversity -> Diversity indices
  • 28. Riqueza ● Richness e pooled (todos juntos) Número de espécies
  • 29. ● Quantidade total de espécies cultivadas na RMSP ● Altere agora para “Richness” e “Mean” (média por município)
  • 30. ● Altere agora para “Richness” e “each site” ● Quais os municípios com maior ou menor riqueza?
  • 31. ● Refaça as análises de “pooled”, “mean” e “each site” para as seguintes métricas: – Jeveness (equabilidade de Shannon) – Diversidade de Shannon – Diversidade de Simpson
  • 32. Índice de Equabilidade de Shannon onde p = proporção da abundância de uma espécie em relação à abundância total s = número de espécies ln(S) 1 – Máximo de equabilidade 0 – Mínimo de equabilidade Shannon, C. E. (1948) A mathematical theory of communication. The Bell System Technical Journal, 27, 379–423 and 623–656. Teoria da informação, derivada da teoria de sistemas p = n/S n = abundância da espécie S = abundância total
  • 33. Índices de Biodiversidade ● Shannon – Combina riqueza com equitabilidade onde p = proporção da abundância de uma espécie em relação à abundância total s = número de espécies Shannon, C. E. (1948) A mathematical theory of communication. The Bell System Technical Journal, 27, 379–423 and 623–656.
  • 34. Índices de Biodiversidade ● Simpson – Probabilidade de escolher dois espécimes, aleatoriamente, e eles serem de espécies diferentes – Mais importância para abundância do que o índice de Shannon Onde p = proporção da abundância de uma espécie em relação à abundância total Simpson, E. H. (1949). "Measurement of diversity". Nature. 163 (4148): 688. 1-Σp2
  • 35. ● Refaça as análises com a opção “simpson (contribdiv)” e “each site”
  • 36. Biodiversidade na paisagem Alfa Alfa Alfa Beta Gama Beta Beta Diversidade: Alfa = dentro de cada unidade de amostragem Beta = diferença entre as unidades de amostragem Gama = diversidade considerando todas as unidades de amostragem juntas
  • 37. Diversidade Contributiva ● Beta (aditiva) = Diversidade gama - Média das diversidades alfa ● Soma dos pesos das unidades = diversidade total ● Unidades mais diferentes das demais contribuem mais para a diversidade total ● Duas unidades idênticas em biodiversidade dividem o seu “peso” para a diversidade total Lu, H. P., Wagner, H. H. and Chen, X. Y. 2007. A contribution diversity approach to evaluate species diversity. Basic and Applied Ecology, 8, 1–12.
  • 38. ● Analysis of diversity -> Renyi profile Perfis de Diversidade
  • 39. Séries de Rényi onde p = proporção da abundância de uma espécie em relação à abundância total a = nível da série de Rényi (a≥0 e a≠1): 0 = riqueza de espécies 0,99... = proporcional à diversidade de Shannon 2 = proporcional à diversidade de Simpson … ∞ = maior influência da equabilidade Rényi, Alfréd (1961). "On measures of information and entropy". Proceedings of the fourth Berkeley Symposium on Mathematics, Statistics and Probability 1960. pp. 547–561 Maior influência do número de espécies Maior influência da equabilildade Série de diversidade original da Teoria da Informação, posteriormente adaptada por Hill para biodiversidade
  • 41. Proporcional a: Riqueza Shannon Simpson Equabilidade Série de Rényi para a RMSP como um todo
  • 42. ● Mude para “renyi separate per site” ● Clique em “OK” e, em seguida, em “Plot’
  • 43. Séries de Rényi para cada Município Juquitiba e Mogi das Cruzes se invertem ● Pirapora do Bom Jesus, Santo André e Diadema têm os menores valores ● Francisco Morato e Itapevi começam semelhantes em riqueza, mas Itapevi tem pior equabilidade
  • 44. Finalizando a atividade ● File -> Save script ● File -> Save R workspace ● Entregar arquivos no moodle