Detecting changes in diversity in a fluctuating environment based on simulation of stochastic processes
Cet article décrit une méthode pour détecter les changements de diversité dans un environnement fluctuant. Dans la comparaison d’échantillons pour évaluer les changements de structure de la communauté, l’échantillonnage induit inévitablement du « hasard » dans la composition des espèces et de leur abondance. Deux échantillons peuvent présenter de fortes différences même s’ils proviennent de la même communauté. Parfois, l’effort déployé dans l’échantillonnage varie également, ce qui conduit à attendre un nouvel accroissement des différences. Finalement, en cas d’intervalle de temps suffisant entre les échantillons, nous proposons de corriger les données des variations d’abondance des espèces dans ces conditions environnementales fluctuantes. La méthode inclut un modèle de méthodologie d’échantillonnage et corrige les différences dans l’effort d’échantillonnage. La dynamique des populations est modélisée par un processus de diffusion, sa variance simulant l’effet d’un environnement fluctuant sur l’abondance spécifique. Nous sommes à même de tester l’hypothèse nulle d’un changement de diversité qui ne serait pas naturel, en face de changements additionnels hypothétiques de la structure de la communauté dus, par exemple, à l’action humaine.
Mot-clé(s)
structure des communautés, diversité, variance environnementale, dynamique des populations, modèle d'abondance d'une espèce
In this paper, I present a method developed to detect 'extra', or novel, changes in diversity in a naturally fluctuating environment. When comparing samples in order to evaluate changes in community structure, the sampling procedure will inevitably induce randomness in observed species composition and abundance, so two samples may show considerable differences, even if they come from exactly the same community. Sometimes the effort put into the sampling varies as well, leading to the expectation of a further increase in difference. Finally, if there were a temporal distance between the samples, we would like to correct for variations in species abundance occurring naturally due to fluctuating environmental conditions. The test method presented here includes a model of the sampling procedure, and corrects for differential sampling efforts. The population dynamics is modelled by a diffusion process, its variance mimicking the effect a fluctuating environment has on species abundances. We are thereby able to test the null hypothesis of no unnatural change in diversity, against the alternative of additional changes in community structure due to for example human disturbances.
Keyword(s)
community structure, diversity index, environmental variance, population dynamics, species abundance model
Diserud OH (2001). Detecting changes in diversity in a fluctuating environment based on simulation of stochastic processes. Oceanologica Acta. 24 (5). 505-517. https://doi.org/10.1016/S0399-1784(01)01159-8, https://archimer.ifremer.fr/doc/00322/43345/