A software for Estimating Biodiversity Components (BİÇEB)

Abstract

Biodiversity is of crucial importance for ecosystem health and functioning. It is thus one of the most important topics in the various disiplines of the Naturel Science. Various indices have been improved to measure biodiversity. By using those indices, biodiversity can be estimated at alpha (within a given site), beta (between the sites) and gamma (total) levels. Thanks to presence of many indices for calculating of biodiversity components, the researchers can use these calculation techniques with their alternatives and evaluate the research results more effectively and efficiently. This situation provides an important adventage to arrive more productive and accurate results about biodiversity studies. The information obtained from such studies are particulary important for the identification of the policies and implementations for conservation and sustainability of the biodiversity in the natural ecosystems. In this sense, by thinking as an important demand for the reseachers in Turkey, it was thought that making a sofware called by our study team as “A Software for Measuring Bodiversity Components (BİÇEB)” can be useful. This software includes species richness measures, heterogeneousness measurments and species abundance models at alpha level, and computations between two communities, and among the communities by using binary and abundance data at beta and gamma level. The software is designed in two forms as web and desktop application. In this way, it is aimed to be an easily accessible and user friendly software. In this study, it is aimed to give information about BİÇEB software.

Keywords

• Dissimilarity
• Shannon
• Simpson
• Margalef
• Sorensen
• Whittaker

Project Number

117O983

Biyolojik Çeşitlilik Bileşenleri (BİÇEB) hesaplama yazılımı

Abstract

Biyolojik çeşitlilik ekosistemlerin sağlığı ve dinamizmi için büyük öneme sahiptir. Bu sebepten biyolojik çeşitlilik doğa bilimleri ile ilgili disiplinlerin başlıca konularından birisidir. Biyolojik çeşitliliğin ölçümü için farklı indisler geliştirilmiştir. Bu indisler ile canlı toplumlarının çeşitliliği alfa (birim içi), beta (birimler arası) ve gama (toplam veya üst birim) düzeyinde hesaplanabilmektedir. Biyolojik çeşitlilik alanında her bir çeşitlilik bileşeninin hesabı için farklı kabuller ile geliştirilmiş olan bu indisler sayesinde, konu ile ilgili çalışan araştırmacılar bu hesaplama tekniklerini alternatifleri ile birlikte kullanabilmekte, araştırma sonuçlarını daha etkin ve verimli bir biçimde değerlendirebilmektedir. Bu şekilde elde edilen değerlendirme sonuçları biyolojik çeşitliliğin korunması ve sürekliliğinin sağlanması yönündeki politikalara ve uygulamalara yön vermektedir. Buradan hareketle gerçekleştirilen bu çalışma ile Türkiye’de biyolojik çeşitlilik konusunda çalışan araştırmacılar için önemli bir ihtiyaç olduğu düşünülerek “Biyolojik Çeşitlilik Bileşenleri (BİÇEB) Hesaplama Yazılımı” isimli bir yazılım oluşturulmuştur. Yazılım alfa düzeyinde tür zenginlik ölçümleri, heterojenlik indisleri ve tür bolluk modellerini, beta ve gama düzeyinde ise ikili ve sürekli verilerin; iki toplum arasında ve evrensel ölçekte çeşitlilik hesaplamalarını kapsamaktadır. Yazılım, biyolojik çeşitlilik konusunda doğrudan veya dolaylı çalışma yapan tüm araştırmacıların kendi konuları ile ilgili hesaplamaları yapması için web tabanlı ve masaüstü uygulaması şeklinde tasarlanmıştır. Bu sayede kolay ulaşılabilir ve kullanıcı dostu olarak hayata geçirilmesi hedeflenmiştir. Bu çalışmada BİÇEB yazılımının tanıtımı yapılarak, kullanımı hakkında bilgi verilmesi amaçlanmıştır.

Keywords

• Benzemezlik
• Shannon
• Simpson
• Margalef
• Sorensen
• Whittaker

Supporting Institution

TÜBİTAK-1005 Ulusal Yeni Fikirler ve Ürünler Araştırma Destek Programı

Project Number

117O983

Thanks

TÜBİTAK-1005 Ulusal Yeni Fikirler ve Ürünler Araştırma Destek Programı kapsamında 117O983 No’lu proje ile bu yazılımın gerçekleşmesi için destek sağlayan TÜBİTAK’a teşekkür ederiz. Bu çalışma BİÇEB yazılımının ilk sürümünün tanıtımı şeklinde International Conferences on Science and Technology Life Science and Technology ICONST LST 2019 sempozyumunda sunularak özet metin halinde yayınlanmıştır.

References

1. Adams, J.E., McCune, E.D., 1979. Application of the generalized jack-knife to Shannon’s measure of infomation used as an index of diversity. In Ecological Diversity in Theory and Practice, J.F. Grassle, G.P. Patil, W. Smith, and C. Taillie (eds.), International Cooperative Publishing House, Fairland, Maryland, pp. 117-131.
2. Anderson, M.J., Crist, T.O., Chase, J.M., Vellend, M., Inouye, B.D., Freestone, A.L., Sanders, N.J., Cornell, H.V., Comita, L.S., Davies, K.F., Harrison, S.P., Kraft, N.J.B., Stegen, J.C., Swenson, N.G., 2011. Navigating the multiple meaning of β diversity: a roadmap fort he practicing ecologist. Ecology Letters, 14: 19-28.
3. Berger, W.H., Parker, F.L., 1970. Diversity of planktonic foraminifera in deep-sea sediments. Science, 168(3937): 1345-1347.
4. Clifford, H.T., Stephenson, W., 1975. An introduction to numerical classification (Vol. 240). New York: Academic Press.
5. Cochrane, M.A., Alencar, A., Schulze, M.D., Souza, C.M., Nepstad, D.C., Lefebvre, P., Davidson, E.A., 1999. Positive feedbacks in the fire dynamic of closed canopy tropical forests. Science, 284 (5421): 1832-1835.
6. Cody, M.L., 1975. Towards a theory of continental species diversities: bird distributions over Mediterranean habitat gradients. In: Cody ML, Diamond JM (eds), Ecology and Evolution of Communities, Harvard University Press, Cambridge, Massachusetts, USA, pp. 214-257.
7. Colwell, R.K., Coddington, J.A., 1994. Estimating terrestrial biodiversity through extrapolation. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B: Biological Sciences, 345(1311): 101-118.
8. ÇB, 2001. Ulusal Biyolojik Çeşitlilik Stratejisi ve Eylem Planı. T.C. Çevre Bakanlığı, Ankara.

9. ÇOB, 2007. Ulusal Biyolojik Çeşitlilik Stratejisi ve Eylem Planı. T.C. Çevre ve Orman Bakanlığı, Ankara, http://www.nuhungemisi. gov.tr/Content/Documents/ubsep-turkce.pdf., Erişim: 20.01.2020.
10. Daily, G.C., 1997. Nature’s services (Vol. 3). Island Press, Washington, DC.
11. Heltshe, J.F., 1979. Comparing diversity measures in sampled communities. In Ecological Diversity in Theory and Practice, J.F. Grassle, G.P. Patil, W. Smith, and C. Taillie (eds.), International Cooperative Publishing House, Fairland, Maryland, pp. 133-144.
12. Hurlbert, S.H., 1971. The nonconcept of species diversity: a critique and alternative parameters. Ecology, 52(4): 577-586.
13. Jost, L., 2007. Partitioning diversity into independent alpha and beta components. Ecology, 88(10): 2427-2439.
14. Kempton, R.A., Taylor, L.R., 1978. The Q-statistic and the diversity of floras. Nature, 275: 252-253.
15. Koleff, P., Gaston, K.J., Lennon, J.J., 2003. Measuring beta diversity for presence-absence data. Journal of Animal Ecology, 72(3): 367-382.
16. Lande, R., 1996. Statistics and partitioning of species diversity, and similarity among multiple communities. Oikos, 76: 5-13.
17. Legendre, P., De Cáceres, M., 2013. Beta diversity as the variance of community data: dissimilarity coefficients and partitioning. Ecology Letters, 16(8): 951-963.
18. Mace, G.M., Norris, K., Fitter, A.H., 2012. Biodiversity and ecosystem services: a multilayered relationship. Trends in Ecology and Evolution, 27: 19-26.
19. Magurran, A.E., 1988. Ecological Diversity and Its Measurement (Vol. 1). New Jersey: Princeton University Press.
20. Matplotlib, 2020. Matplotlib version 3.1.2. https://matplotlib.org/, Erişim: 21.01.2020.
21. McIntosh, R.P., 1967. An index of diversity and the relation of certain concepts to diversity. Ecology, 48(3): 392-404.
22. NumPy, 2020. The fundamental package for scientific computing with Python. https://numpy.org/index.html, Erişim: 21.01.2020.
23. OSİB, 2011. Ulusal Biyolojik Çeşitlilik İzleme Raporu. T.C. Orman ve Su İşleri Bakanlığı, Ankara, http://www.dkm.org.tr/Dosyalar/ YayinDosya_pMbG8ME5.pdf, Erişim: 25.01.2020.
24. Özkan, K., 2016. Biyolojik Çeşitlilik Bileşenleri (α, β ve γ) Nasıl Ölçülür (1. Basım). Süleyman Demirel Üniversitesi, Orman Fakültesi Yayınları, Isparta.
25. Peet, R.K., 1974. The measurement of species diversity. Annual Review of Ecology and Systematics, 5(1): 285-307.
26. Pielou, E.C., 1969. An introduction to mathematical ecology (Vol. 2). Wiley-Interscience, New York.
27. Pielou, E.C., 1975. Ecological Diversity (Vol. 1). Wiley-Interscience, New York.
28. Pillow, 2020. The Python Imaging Library by Fredrik Lundh and Contributors. https://pillow.readthedocs.io/en/stable/, Erişim: 21.01.2020.
29. Python Bindings For The Qt Cross Platform Application Toolkit, 2020. PyQt5 5.14.1. https://pypi.org/project/PyQt5/, Erişim: 21.01.2020.
30. Python Data Analysis Library, 2020. Pandas is an open source, BSD-licensed library providing high-performance, easy-to-use data structures and data analysis tools for the Python programming language. https://pandas.pydata.org/, Erişim: 21.01.2020.
31. Routledge, R.D., 1977. On Whittaker’s components of diversity. Ecology, 58: 1120-1127.
32. Sanders, H.L., 1968. Marine benthic diversity: a comparative study. The American Naturalist, 102(925): 243-282.
33. SciPy, 2020. Scientific computing tools for Python. https:// www.scipy.org/about.html, Erişim: 21.01.2020.
34. Shannon, C.E., 1948. A mathematical theory of communication. Bell System Technical Journal, 27(3): 379-423.
35. Simpson, E.H., 1949. Measurement of diversity. Nature, 163(4148): 688-688.
36. Summit, E., 1992. The United Nations Conference on Environment and Development. Rio de Janeiro, 3-14.
37. Taylor, L.R., Kempton, R.A., Woiwod, I.P., 1976. Diversity statistics and the log-series model. The Journal of Animal Ecology, 45: 255-272.
38. Topçu, F.H., 2012. Biyolojik Çeşitlilik Sözleşmesi: Müzakereden Uygulamaya. Marmara Üniversitesi Avrupa Topluluğu Enstitüsü Avrupa Araştırmaları Dergisi, 20(1), 57-97.
39. xlrd, 2020. Library for developers to extract data from Microsoft Excel (tm) spreadsheet files. https://pypi.org/project/xlrd/, Erişim: 21.01.2020.
40. XlsxWriter, 2020. Creating Excel files with Python and XlsxWriter. https://xlsxwriter.readthedocs.io/, Erişim: 21.01.2020.
41. Whittaker, R.H., 1960. Vegetation of the Siskiyou mountains, Oregon and California. Ecological Monographs, 30: 279-338.
42. Whittaker, R.H., 1977. Evolution of species diversity in land communities. Evolutionary Biology, 10: 1-67.
43. Wilson, M.V., Shmida, A., 1984. Measuring beta diversity with presence-absence data. Journal of Ecology, 72: 1055-1064.
44. Zahl, S., 1977. Jackknifing an index of diversity. Ecology, 58(4): 907-913.
45. Zamfirescu, O.A.N.A., Zamfirescu, Ş., 2003. Diversity analysis of Festuco rubrae-Agrostetum capillaris Horv. 1951 grasslands from the Stânişoara Mountais SW slopes. Rev. Roum. Biol.–Biol. Végét, 48(1-2): 105-113.