1703 201 Natural Resources and Ecosystem Management

1. 1703 201 Natural Resources and Ecosystem Management Lecture #2 Biological Diversity / Biodiversity (ความหลากหลายทางชีวภาพ)

2. Lecture outline • Biodiversity • Type of Biodiversity • Loss and Value of Biodiversity • Method of biodiversity data analysis and presentation • Biodiversity and Conservation

3. What is diversity? • The variety of life on our planet, measurable as the variety within species, between species, and the variety of ecosystems. • www.naturewatch.ca/english/plantwatch/dandelion/glossary.html • Number and variety of living organisms; includes genetic diversity, species diversity, and ecological diversity. • biology.usgs.gov/s+t/noframe/z999.html • Therelativeabundanceandvarietyofplantandanimalspeciesandecosystemswithinparticularhabitats • www.harvestenergy.com/GlossaryPower.html

4. What is diversity? • The number and variety of different organisms in the ecological complexes in which they naturally occur. Organisms are organized at many levels, ranging from complete ecosystems to the biochemical structures that are the molecular basis of heredity. …. • www.nsc.org/ehc/glossary.htm • The variety of life forms: the different plants, animals and micro-organisms, the genes they contain and the ecosystems they form. It is usually considered at three levels: genetic diversity, species diversity and ecosystem diversity. • www.tasmaniatogether.tas.gov.au/tastog_original/tt_glossary.html

5. http://ceres.ca.gov/biodiv/Biodiversity/biodiv_def2.html • ความหลากหลายทางชีวภาพ เป็นองค์รวมของความหลากหลายของสรรพชีวิตในทุกระดับตั้งแต่ระดับประชากรพืช สัตว์ และจุลินทรีย์นานาชนิดที่มีความหลากหลายทางพันธุกรรม(genetic diversity) ในแต่ละพื้นที่จนถึงความหลากหลายของชนิด(speciesdiversity) ที่จัดว่าเป็นพื้นฐานของกระบวนการวิวัฒนาการ และมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันในชุมชนสิ่งมีชีวิตจนเกิดความหลากหลายทางระบบนิเวศ(ecosystem diversity) ในอาณาบริเวณต่างๆ ของโลก (biosphere) • (วิสุทธ์ ใบไม้, 2548)

6. ความหลากหลายทางพันธุกรรม (Genetic Diversity) • ความหลากหลายของชนิด (SpeciesDiversity) • ความหลากหลายทางระบบนิเวศ (EcosystemDiversity)

7. กลไกที่นำไปสู่ความหลากหลายทางชีวภาพกลไกที่นำไปสู่ความหลากหลายทางชีวภาพ

8. Species diversity • The tropical tree Luehea seemannii in Panama has some 1100 beetles in the canopy, of which 160 species are specific to that tree • Beetles are 40% of all arthropods, hence there are 400 arthropods per tree

9. For every two insects in the canopy there is one species elsewhere on the tree or the immediate forest floor • There are 50,000 species of tropical tree • 400 x 1.5 x 50,000 = 30 million species ประเทศไทยมีชนิดของสิ่งมีชีวิตโดยเฉลี่ยประมาณ 6-10 % ของโลก ในขณะที่พื้นที่เพียงประมาณ 0.34 % ของแผ่นดินโลก

10. Organisms drawn proportional to number of species in each group

11. ความหลากหลายทางชีวภาพในประเทศไทยความหลากหลายทางชีวภาพในประเทศไทย • กลุ่มสิ่งมีชีวิต โลก ประเทศไทย • สัตว์สะเทินน้ำสะเทินบก 4,780 (4780) 110 (+100) • สัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนม 4,650 (4809) 300 (+60) • สัตว์เลื้อยคลาน 7,150 (7828) 305 (+ 200) • นก 9,700 (9881) 936 (+30) • พยาธิไส้เดือน 25,000 (400,000) 310 (+2200) • ปลา 26,960 (350,000) 1,400 (+1000) • กุ้ง-ปู-ไร (ครัสทาเชีย) 43,000 (150,000) 1,100 (14000) • หอย 70,000 (200,000) 1,650 (+400) • เห็ดรา-สาหร่าย 112,000 (2,000,000) 6,500 (8000) • พืช 270,000 (320,000) 15,000 (+5000) • แมลง 1,025,000 (8,750,000) 7,000 (60000) • แบคทีเรีย-ไวรัส 6,000 (1,500,000) 3,200 (+7000)

12. ทฤษฎีและสมมุติฐานเกี่ยวกับความหลากชนิดทฤษฎีและสมมุติฐานเกี่ยวกับความหลากชนิด • The time theory • The theory of spatial heterogeneity • The climatic stability theory • The competition theory • The predator theory • The stability-time hypothesis • Productivity theory • Area theory • Animal-pollination theory นิตยา เลาหะจินดา.

13. Factor that might cause diversity gradients • History factor • Spatial heterogeneity • Competition • Predation • Climate and Climatic Variability • Productivity • Disturbance Klebs, C.J. Ecology : The experimental analysis of distribution and abundance. 5th ed. California: An imprint of Addison Wesley Longman. 2001.

14. ความหลากหลายทางชีวภาพกับการรบกวนความหลากหลายทางชีวภาพกับการรบกวน • การรบกวนมีผลต่อสังคมชีวิตอย่างไรบ้าง • แบบจำลองสังคมชีวิตที่คงที่ (static community model) สังคมสิ่งมีชีวิตเกิดเนื่องจากสิ่งมีชีวิตต่างๆ มีปฏิสัมพันธ์ กันอย่างแนบแน่นจากการวิวัฒนาการร่วมกัน ซึ่งถ้าเกิดการกระทบ ก็จะมีผลต่อการเปลี่ยนแปลงทั้งสังคมชีวิต • แบบจำลองสังคมชีวิตไม่คงที่หรือแบบจำลองเฉพาะตน (Dynamic community model or individualistic model) สังคมชีวิตเกิดขึ้นจากสิ่งมีชีวิตต่างๆ มารวมกลุ่มกันอย่างหลวมๆ ถ้ามีการรบกวนต่อสังคม สิ่งมีชีวิตก็จะตอบสนองแตกต่างกัน

15. Community changeas indicator

16. Ecosystem diversity • Anecosystemistheresultofallthebiological, climatic, geologicalandchemical "ingredients" in a particulararea. • Ecosystemdiversityistheaggregateofdifferentenvironmentaltypesin a region. • Forexample, a countryonthecoastcouldhave a diversityofecosystemsfromsandybeacheswithsaltwater-adaptedbiodiversity, tolushrainforestsanddrydeserts, eachwith a uniquesetofspecies.

17. ความหลากหลายของระบบนิเวศ (Ecosystem diversity) • ความหลากหลายของระบบนิเวศมีอยู่ 3 ประเด็นคือ 1. ความหลากหลายของถิ่นตามธรรมชาติ แต่ละถิ่นกำเนิดก็มีสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่แตกต่างกันไป 2. ความหลากหลายของการทดแทน ในป่านั้นมีการทดแทนสังคมพืช 3. ความหลากหลายของภูมิประเทศ ในท้องที่บางแห่งมีถิ่นกำเนิดตามธรรมชาติมากมาย เช่น ลำน้ำ บึง หาดทราย หุบเขา ภูเขา ลานหิน และมีสังคมพืช ในหลายๆยุคของการทดแทน มีทุ่งหญ้าป่าโปร่งและป่าทึบ

18. การเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก (Continental Drift)

19. การแบ่งเขตภูมิศาสตร์ตามสิ่งมีชีวิต (Ecozone or Biogeographic realm) • การแบ่งเขตภูมิศาสตร์โดยใช้พืช (Phytogeographic Region) (พืชดอก) • Boreal- อเมริกาเหนือ ยุโรปตอนเหนือและเอเชียตอนเหนือ • Paleotropical • Africa • Indo-Malaysian • Polynesian หมูเกาะแปซิฟิกตอนใต้ • Neotropicalอเมริกาใต้และกลาง • South Africa • Australian • Antarctic

20. Zoogeographic regions of the world * Less knowledge on biodiversity study in the tropic Need more further intensive study AT = AfrotropicalNT = NeotropicalAU = Australasian OL = OrientalEP = EastPalearcticWC = WestPalearctic NA = Nearctic http://entweb.clemson.edu/database/trichopt/

21. แบบแผนชีวภูมิศาสตร์ • ทฤษฎีพื้นแผ่นดินและมหาสมุทร • ทฤษฎีเกาะ (Island Biogeography Theory) • Distant theory • Area theory

22. Genetic diversity • The variation at the level of individual genes, and provides a mechanism for populations to adapt to their ever-changing environment. • The more variation, the better the chance that at least some of the individuals will have an allelic variant that is suited for the new environment, and will produce offspring with the variant that will in turn reproduce and continue the population into subsequent generations.

23. Value of Biodiversity • Resource values • การเกษตร • การแพทย์ • อุตสาหกรรม • Service values • การบริการเชิงระบบนิเวศ • จริยธรรม จิตวิญญาณ และสันทนาการ • วิสุทธ์ ใบไม้ (2548)

24. Value of Biodiversity • Indirect value : some resources not directly consumed are necessary to the production of resources that are directly resource • Non-consumptive use value • Ethical value • Direct value : the direct consumption of resources • Consumptive use value • Productive use value

25. Loss of Biodiversity • Past rates of extinction • Human-caused extinction • Extinct rates on island • Local extinction

26. Loss of Biodiversity • Habitat destruction, fragmentation and degradation • Exotic species • Disease • Overexploitation • Pollution • Climate change Edge effect

27. To provide understanding of how biodiversity is likely to respond to a proposed activity, impacts at each level of diversity can be assessed in term of: • Composition : what biological units are present and how abundant they are • Structure (or pattern) : how biological units are organized in time and space • Function : the role different biological units play in maintaining natural processes and dynamics.

28. Biodiversity within Community • Population  Community • Heterogeneity • Species richness • Relative abundance As a rule, heterogeneity (andinturnbiodiversity) ishigherin a communitywhenspeciesrichnessishighandrelativeabundanceismorenearlyequal.

29. Measurementofbiodiversity. BothCommunitieshavethesamespeciesrichnessof 4 species.However, therelativeabundance, asmeasuredbypopulationsizeofeachspecies, varies. https://royercenter.cwc.psu.edu/biodiversity/defined/communities/index.html

30. Indexofspecies diversity • Biologistshavedevelopedmanymathematicalindicestoquantitativelymeasurebiodiversity.Theseindicesdependontheanalysisofspeciesrichnessandrelativeabundance.

31. Biodiversity Indices

33. ที่มา: Abel, P. D. 1996. Water Pollution Biology. 2 ed. Essex: Taylor&Francis Ltd.

34. Shannon and Weaver, 1949 H’ = - Σ(pi ln pi) • Where, pi = the proportion of the total sample (i.e. of the total number of individuals or total biomass) composed of species I s = number of species Evenness E = H’ ln s

35. X Y ชนิด A10 5 ชนิด B29 ชนิด C10 ชนิด D015 ชนิด F5 5 HX’ = -Σ(0.56 x ln 0.56 + 0.11 x ln 0.11 + 0.06 x ln 0.06 + 0.27 x ln 0.27) = 0.47 E = 0.47/ln 4 = 0.34 N = 4 HY’ = -Σ(0.15 x ln0.15+0.26 x ln 0.26+0.44 x ln 0.44+0.14 x ln 0.14) = 0.55 E = 0.55/ln 4 = 0.40 ข้อจำกัดของดัชนี คือ จะต้องเป็นข้อมูลที่ได้จากการสุ่มตัวอย่างอิสระ

36. Simpson’s index (Simpson, 1949) λ = Σpi2 D = 1- λ • มีพื้นฐานมาจากทฤษฏีความน่าจะเป็นว่า “ในสังคมชีวิตหนึ่งๆ โอกาสที่จะเลือก 2 ครั้งแล้วเป็นสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกันมีมากน้อยเท่าไหร่” ในที่มีความหลากหลายสูง เช่น ในเขตร้อนโอกาสจะมีน้อยมาก ขณะที่ในเขตอบอุ่นมีโอกาสสูงมาก

37. ตัวอย่าง : • จากตัวอย่างสังคมชีวิตที่ 1 • D = 1-[(99/100)2 + (1/100)2] • 0.0198 • จากตัวอย่างสังคมชีวิตที่ 2 • D2 = 1-[(45/100)2 + (55/100)2] • 0.495 • ดังนั้น สังคมชีวิตที่ 2 มีความหลากหลายสูงกว่าสังคมที่ 1

38. Species Diversity across Landscapes and Regions: A Hierarchical Analysis of Alpha, Beta and Gamma Diversity • Alpha diversity: the diversity within a particular area or ecosystem; usually expressed by the number of species (i.e., species richness) in that ecosystem • Beta diversity: a comparison of of diversity between ecosystems, usually measured as the amount of species change between the ecosystems • Gamma diversity: a measure of the overall diversity within a large region.

40. Phylogeny of Paleoptera (sensu Boudreaux) • indirect flight muscles • wing buds curve backward • direct transfer of sperm Ephemeroptera Neoptera Odonata SystematicEntomologyEnt 576

42. FactorsInfluencingtheBiodiversityofCommunities • EcosystemDynamics • Efficiencyofenergyinputandflow • Efficiencyofbiochemicalcycles • Soilcharacteristics • Degreeofhabitatheterogeneity • Degreeofdisturbance • Climateconditions • CommunityDynamics • Nichedynamics • Communityequilibrium • Communitynonequilibriumandsuccession • Communityevolutionaryhistory

43. Biodiversity and Conservation • Conservation-focus species • UmbrellaspeciesandFlagshipspecies Umbrella species– are those whose occupancy area (plants) or home range (animals) are large enough and whose habitat requirements are wide enough that, if they are given a sufficiently large area for their protection, will bring other species under that protection

44. Flagship species – are popular, charismatic species that serve as symbols and rallying points to stimulate conservation awareness and action. the large scale  Pandas, rhinos, large primate the smaller scales  Orchids, invertebrate, butterflies Flagship species may serve as both indicator and/or umbrella species

45. Threatened species Threatened species – are species that are rare, often genetically improvised, of low fecundity, dependent on patchy or unpredictable resources, extremely variables in population density, persecuted, or otherwise prone to extinction in human-dominated.

46. Number of Endangered and Extinct Animal Speciescompiled from the IUCN's Red ListCategories, 1996 ClassCriticallyendangeredendangeredvulnerabletotalthreatenedextinct Mammals169315 612 109689 Birds168235 7041107108 Reptiles41 59 15325321 Amphibians1831 75 1245 Insects44 116 37753773 Otheranimals471 4231194 2088 343 http://darwin.bio.uci.edu/~sustain/bio65/lec01/b65lec01.htm#BIODIVERSITY_AND_CONSERVATION21

47. 3 speciesof Elephant Hornbillbird Squirrel 6 species of squirrels Conservation land-use planningSelecting the protected areas Consider 2 areas

48. “Bio-piracy” Unscrupulous investors have been trying to patent genetic varieties, often when it is clear that they have not "invented" anything, but are simply taking advantage of traditional knowledge.  • http://www.biothai.net/ • http://www.biothai.net/autopage1/show_all.php?t=4&s_id=8&d_id=8