Đa dạng taxon (taxonomic diversity) là một khía cạnh cốt lõi của đa dạng sinh học, phản ánh không chỉ số lượng loài (độ phong phú loài - species richness) và độ đồng đều (evenness) mà còn đo lường mối quan hệ họ hàng tiến hóa và khoảng cách phân loại học giữa các sinh vật cùng tồn tại trong một quần xã sinh thái. Khác với các chỉ số đa dạng truyền thống vốn coi mọi loài có vị thế phân loại ngang nhau, chỉ số đa dạng taxon tính đến mức độ liên hệ phát sinh chủng loại giữa các bậc phân loại (loài, chi, họ, bộ, lớp, ngành, giới).
Cơ sở lý thuyết và các chỉ số đo lường
Phương pháp luận kinh điển về đa dạng taxon được phát triển bởi Clarke và Warwick (1998, 2001) thông qua hai chỉ số định lượng chính dựa trên ma trận khoảng cách phân loại:
- Chỉ số dị biệt taxon trung bình (Average Taxonomic Distinctness - ): Đo lường khoảng cách phân loại học trung bình giữa hai loài bất kỳ được chọn ngẫu nhiên từ danh sách loài của quần xã:
\Delta^+ = rac{\sum \sum_{i < j} \omega_{ij}}{ rac{1}{2} S(S - 1)}
Trong đó là tổng số loài, là trọng số khoảng cách phân loại giữa loài và loài (khoảng cách dọc theo cây phả hệ phân loại Linnaeus). - Chỉ số biến sai dị biệt taxon (Variation in Taxonomic Distinctness - ): Đo lường mức độ đồng đều trong cấu trúc phân nhánh của cây phân loại:
\Lambda^+ = rac{\sum \sum_{i < j} (\omega_{ij} - ar{\omega})^2}{ rac{1}{2} S(S - 1)}
Chỉ số này phản ánh xem quần xã bao gồm các loài phân bố đều khắp các nhánh phân loại hay tập trung dày đặc vào một vài nhóm hẹp.
Ưu điểm vượt trội trong đánh giá môi trường
Các chỉ số đa dạng taxon của Warwick và Clarke sở hữu nhiều đặc tính thống kê ưu việt so với chỉ số Shannon () hay Simpson ():
| Đặc tính so sánh | Chỉ số Shannon / Simpson | Chỉ số đa dạng taxon () |
|---|---|---|
| Phụ thuộc nỗ lực lấy mẫu | Rất nhạy cảm với kích thước mẫu và diện tích khảo sát | Độc lập với nỗ lực lấy mẫu; giá trị kỳ vọng không đổi theo kích thước mẫu |
| Dữ liệu đầu vào | Bắt buộc có dữ liệu số lượng cá thể hoặc sinh khối | Áp dụng tốt cho cả dữ liệu có/không (presence/absence) thuần túy |
| Độ nhạy ô nhiễm môi trường | Khó phân biệt xáo trộn nhân vi với biến thiên tự nhiên | Nhạy cảm cao với suy thoái môi trường; ô nhiễm thường loại bỏ toàn bộ các nhánh phân loại cấp cao |
Ý nghĩa trong bảo tồn sinh học và khả năng phục hồi hệ sinh thái
Một quần xã có độ phong phú loài cao nhưng toàn bộ các loài thuộc cùng một chi sẽ có tính dễ bị tổn thương lớn hơn rất nhiều so với một quần xã có ít loài hơn nhưng phân bố trên nhiều họ và bộ khác nhau. Đa dạng taxon cao bảo tồn phổ tính trạng chức năng (functional traits) rộng hơn, củng cố tính dư thừa sinh thái (ecological redundancy) và nâng cao khả năng thích ứng của hệ sinh thái trước các cú sốc biến đổi khí hậu toàn cầu.
Ứng dụng trong quan trắc sinh học hiện đại
Hiện nay, đa dạng taxon được ứng dụng rộng rãi trong:
- Quan trắc hệ sinh thái biển và ven bờ: Đánh giá tác động của tràn dầu, ô nhiễm kim loại nặng và khai thác đánh bắt quá mức lên quần xã động vật đáy (benthos).
- Sinh thái học vi sinh vật và eDNA: Phân tích dữ liệu giải trình tự gen môi trường thế hệ mới (metabarcoding) để đánh giá phổ phân loại vi khuẩn và nấm đất.
- Quy hoạch khu bảo tồn thiên nhiên: Lựa chọn các điểm nóng đa dạng sinh học (biodiversity hotspots) nhằm tối đa hóa việc bảo tồn các dòng dõi tiến hóa độc nhất.