Biodiversity Partitioning

Diversity partitioning has experienced a recent development of interest among researchers, as it concerns the quantification of biodiversity at large scale, i.e. for meta-communities. In ecology and biodiversity conservation α,β and γ diversities are popular theoretical concepts:

  • α diversity reflects the diversity within a local community (habitat),
  • γ diversity is the total diversity measured for a group of local communities and has a regional spatial scale,
  • β diversity is the component of the total (γ) diversity produced by diferences in species composition among the habitats.

β diversity measures the extent of change of the composition of local communitiesand links the local and regional spatial scale, i.e. α and γ diversities.

Diversity partitioning means that the γ diversity of all individuals in a given region may be split into within (α diversity) and between (β diversity) local communities. α and γ diversities are generally measured directly as numbers of species (species richness) eventually weighted by their relative abundance in the sample. Popular versions of weighted species diversity measures are the Shannon and Simpson index, among others. Borrowing the idea from Economics, Jost [4] provided a unified mathematical framework for the definition of Hill numbers [2] (or numbers equivalents or effective numbers of species ) of diversity measures. The Hill number of a diversity index is the number of equally likely elements (individuals, species, etc.) needed to produce the observed value of the diversity index. Jost [4] called Hill numbers true diversity because they have many desirable properties and are homogeneous for several species. Hill numbers are recommended for describing the diversity of a single community.

β diversity is commonly derived from estimates of α and γ diversities. Since Robert H. Whittaker first presented this concept in 1960 [10], the best way to derive β diversity from estimates of α and γ diversities has been a relevant issue for ecologists. Partitioning γ biodiversity measures into independent α and β components has recently been the focus of substantial interest. α and β components independence implies that a high value of α does not force the β component to be high and vice versa.


Most popular measures of biodiversity can be expressed as particular cases of a generalized entropy measure [9]. In this framework, the species richness corresponds to the generalized entropy of order 0, the Shannon diversity index to order 1 and the Simpson to order 2. Decreasing the order of the generalized entropy measure implies enhancing the weight of rare species in the diversity estimates.

[Sources: Ellison, 2010 [1]; Marcon et al., 2011 [6]; Marcon et al., 2014 [7]]

Partizionamento della biodiversitá

Il partizionamento della diversitá ha vissuto un interesse crescente da parte dei ricercatori, in quanto riguarda la quantificazione della biodiversitá su vasta scala, ossia le meta-comunitá. In ecologia e nella conserverzione della biodiversitá le diversitá α,β e γ sono concetti teorici diffusi:

  • Diversitá α rappresenta la diversitá nella comunitá locale (habitat),
  • Diversitá γ é la diversitá totale misurata per un gruppo di comunitá locali ed ha una scala regionale spaziale,
  • Diversitá β é la componente della diversitá totale (γ) prodotta dalle differenze nella composizione delle specie all'interno dell'habitat.

La diversitá β misura l'entitá del cambiamento della composizione delle comunitá locali e lega quelle locali con quelle su scala regionale spaziale, cioé diversitá α e γ.

Per partizionamento delle diversitá si intende che la diversitá γ di tutti gli esemplari in una data regione possono essere divise in diversitá α (diversitá in ambito locale) e diversitá β (diversitá fra le specie) nelle comunitá locali. Le diversitá α e γ sono generalmente misurate direttamente dal numero delle specie (ricchezza delle specie) e pesate dalla loro relativa abbondanza nel campione. Versioni diffuse della misura delle diversitá delle specie ponderata sono, fra le altre, gli indici di Shannon e Simpson. Adottando l'idea dall'Economia, Jost [4] ha fornito una struttura per la definizione dei Numeri di Hill [2] (oppure numeri equivalenti o numero effettivo di specie) per la misura della diversitá. Il Numero di Hill di un indice di diversitá é il numero di elementi simili (esemplari, specie, ecc.) necessario per produrre il valore osservato dell'indice di diversitá. Jost [4] chiamó i numeri di Hill diversitá vera poichè hanno molte proprietá interessanti e sono omogenee per diverse specie. I numeri di Hill sono consifgliati per la descrizione delle diversitá di una singola comunitá.

La diversitá β in genere e derivata dalle stime delle diversitá α e γ. Da quando Robert H. Whittaker ha presentato per primo questo concetto nel 1960 [10], il miglior modo per dedurre la diversitá β dalle stime delle diversitá α e γ é stato un problema importante per gli ecologisti. Dividere la misura della biodiversitá γ in componenti indipendenti α e β ha focalizzato un sostanziale interesse. L'indipendenza delle componenti α e β implica che valori alti di α non forzano valori alti del componente β e viceversa.

Molte comuni misure di biodiversitá possono essere espresse come casi particolari di una misura generalizzata di entropia [9]. In questo ambiente, la richezza delle specie corrisponde all'entropia generalizzata di ordine 0, l'indice di diversitá di Shannon di ordine 1 e l'indice di Simpson di ordine 2. Diminuire l'ordine della misura dell'entropia generallizzata implica aumentare il peso delle specie rare nella stima delle diversitá.

[Fonti: Ellison, 2010 [1]; Marcon et al., 2011 [6]; Marcon et al., 2014 [7]]