Cálculo de índices de biodiversidade no R

Introdução

Este relatório técnico tem como objetivo apresentar e contextualizar as análises realizadas para calcular os índices de biodiversidade no Parque Antônio Danúbio, localizado em Ananindeua, Pará. Utilizando os dados obtidos de um inventário florestal, foram calculados os índices de Shannon e Simpson para avaliar a diversidade de espécies dentro das parcelas estudadas. Estes índices são amplamente utilizados em estudos ecológicos para medir a riqueza e a distribuição equitativa das espécies em uma determinada área.

Metodologia

Inicialmente, o ambiente de trabalho foi configurado com a remoção de objetos pré-existentes e a definição do diretório de trabalho. Foram carregados os pacotes necessários para a análise, incluindo `tidyverse`, `readxl`, `janitor` e `vegan`. Esses pacotes permitem a manipulação de dados, a limpeza de nomes de colunas e a realização de análises ecológicas.

Preparação do ambiente

rm(list = ls())
setwd('E:/Mestrado/disciplinas como especial/')

Pacotes utilizados

library(tidyverse)
library(readxl)
library(janitor)
library(vegan)

Leitura e Limpeza dos Dados

Os dados do inventário florestal foram lidos a partir de um arquivo Excel, e os nomes das colunas foram padronizados para facilitar a manipulação subsequente. Além disso, variáveis categóricas como parcelas, nome popular, nome científico e família foram convertidas para fatores.

inventario <- read_xlsx('Danubio_R.xlsx') %>%
  clean_names() %>% 
  dplyr::select(-2) %>% 
  mutate(parcelas = as.factor(parcelas),
         nome_popular = as.factor(nome_popular),
         nome_cientifico = as.factor(nome_cientifico),
         familia = as.factor(familia))

Criação da Tabela de Diversidade

Foi criada uma tabela de contingência que cruza as parcelas com os nomes científicos das espécies encontradas. Essa tabela é essencial para calcular os índices de biodiversidade, pois ela resume a presença e a frequência das espécies em cada parcela.

diversidade <- table(inventario$parcelas, inventario$nome_cientifico)

Exportando a tabela de contagem

write.csv2(diversidade, 'diversidade_danubio.csv')

Cálculo dos Índices de Biodiversidade

Índice de Shannon

O Índice de Shannon foi calculado para cada parcela. Este índice leva em conta tanto a riqueza (número de espécies) quanto a equitabilidade (distribuição das abundâncias das espécies) dentro de cada parcela. Valores mais altos indicam maior diversidade.

diversidade <- read.csv2('diversidade_danubio.csv')[,-1]

shannon <- diversity(x = diversidade, index = 'shannon')

Calculando o indice de Shannon geral

Além do cálculo individual por parcela, foi calculado o Índice de Shannon para o conjunto de dados como um todo, proporcionando uma visão geral da diversidade no Parque.

shannonGeral <- diversity(x = diversidade, index = 'shannon', groups = T)

Índice de Simpson

O Índice de Simpson, que mede a probabilidade de que duas amostras retiradas aleatoriamente pertençam à mesma espécie, também foi calculado. Este índice é particularmente útil para identificar dominação de poucas espécies sobre as demais.

simp <- diversity(x = diversidade, index = 'simpson')

Visualização da Correlação entre Índices

Para analisar a relação entre os índices de Shannon e Simpson, foi gerado um gráfico de dispersão com uma linha de tendência. Este gráfico ajuda a visualizar como a diversidade (medida por Shannon) se relaciona com a dominância (medida por Simpson) dentro das parcelas.

tabela_diversidade <- data.frame(shanno = shannon,
                                 simpson = simp)

ggplot(tabela_diversidade, aes(shanno, simpson)) + 
  geom_point(shape = 20, colour = 'orange', size = 5)+
  geom_line(colour = 'red', linewidth = 1)+
  xlab('ìndice de Shannon') + ylab('ìndice de Simpson')+
  labs(title = 'Correlação entre os índices de biodiversidade')+
  theme_bw()

Exportando a tabela final

Por fim, os índices calculados foram exportados para um arquivo CSV para documentação e análise posterior.

write.csv2(tabela_diversidade, 'Biodiversidade_danubio.csv')