ИНДЕКС СИМПСОНА: ФОРМУЛА, ТОЛКОВАНИЕ И ПРИМЕР - БИОЛОГИЯ - 2025

Индекс Симпсона - это формула, используемая для измерения разнообразия сообщества. Он обычно используется для измерения биоразнообразия, то есть разнообразия живых существ в данном месте. Однако этот индекс также полезен для измерения разнообразия элементов, таких как школы, места и т. Д.

В экологии индекс Симпсона (среди других индексов) часто используется для количественной оценки биоразнообразия среды обитания. При этом учитывается количество видов, присутствующих в среде обитания, а также численность каждого вида.

Связанные концепции

Прежде чем обсуждать индекс разнообразия Симпсона более подробно, важно понять несколько основных концепций, подробно описанных ниже:

Биологическое разнообразие

Биологическое разнообразие - это огромное разнообразие живых существ, существующих в определенной области, это свойство, которое можно количественно измерить разными способами. При оценке разнообразия принимаются во внимание два основных фактора: богатство и справедливость.

Богатство - это мера количества различных организмов, присутствующих в определенной области; то есть количество видов, присутствующих в среде обитания.

Однако разнообразие зависит не только от видового богатства, но и от численности каждого вида. Справедливость сравнивает сходство между размерами популяций каждого из присутствующих видов.

богатство

Количество видов, взятых в образце среды обитания, является мерой богатства. Чем больше видов присутствует в образце, тем богаче будет образец.

Само по себе видовое богатство не учитывает количество особей каждого вида.

Это означает, что видам с небольшим количеством особей придается такой же вес, как и видам с большим количеством особей. Следовательно, ромашка оказывает такое же влияние на богатство среды обитания, как и 1000 лютиков, живущих в одном месте.

справедливость

Справедливость - это мера относительной численности различных видов, составляющих богатство территории; Другими словами, в данной среде обитания количество особей каждого вида также будет влиять на биоразнообразие места.

Сообщество, в котором доминируют один или два вида, считается менее разнообразным, чем сообщество, в котором присутствующие виды имеют такое же количество.

Определение

По мере увеличения богатства и справедливости видов увеличивается и разнообразие. Индекс разнообразия Симпсона - это показатель разнообразия, учитывающий как богатство, так и справедливость.

Экологов, биологов, изучающих виды в окружающей их среде, интересует видовое разнообразие изучаемой ими среды обитания. Это связано с тем, что разнообразие обычно пропорционально стабильности экосистемы: чем больше разнообразие, тем выше стабильность.

Наиболее стабильные сообщества имеют большое количество видов, которые довольно равномерно распределены в больших популяциях. Загрязнение часто снижает разнообразие, отдавая предпочтение нескольким доминирующим видам. Таким образом, разнообразие является важным фактором успешного управления сохранением видов.

формула

Важно отметить, что термин «индекс разнообразия Симпсона» фактически используется для обозначения любого из трех тесно связанных индексов.

Индекс Симпсона (D) измеряет вероятность того, что два случайно выбранных человека из выборки принадлежат к одному виду (или одной категории).

Есть две версии формулы для вычисления D. Любая из них действительна, но вы должны быть последовательны.

Куда:

- n = общее количество организмов определенного вида.

- N = общее количество организмов всех видов.

Значение D варьируется от 0 до 1:

- Если значение D дает 0, это означает бесконечное разнообразие.

- Если значение D дает 1, это означает, что нет никакого разнообразия.

интерпретация

Индекс представляет собой вероятность того, что два человека в одном и том же регионе, выбранные случайным образом, принадлежат к одному виду. Индекс Симпсона варьируется от 0 до 1, например:

- Чем ближе значение D к 1, тем меньше разнообразие местообитаний.

- Чем ближе значение D к 0, тем больше разнообразие местообитаний.

То есть, чем выше значение D, тем меньше разнообразие. Это нелегко интерпретировать интуитивно и может вызвать путаницу, поэтому было достигнуто согласие вычесть значение D из 1, оставив его следующим образом: 1- D

В этом случае значение индекса также колеблется от 0 до 1, но теперь, чем выше значение, тем больше разнообразия выборки.

Это имеет больше смысла и его легче понять. В этом случае индекс представляет собой вероятность того, что два случайно выбранных человека из выборки принадлежат к разным видам.

Другой способ преодолеть проблему "противоречащей интуиции" природы индекса Симпсона - это взять показатель, обратный индексу; то есть 1 / D.

Обратный индекс Симпсона (1 / D)

Значение этого индекса начинается с 1 как минимально возможной цифры. В этом случае будет представлено сообщество, состоящее только из одного вида. Чем выше значение, тем больше разнообразие.

Максимальное значение - это количество видов в выборке. Например: если в выборке пять видов, то максимальное значение обратного индекса Симпсона равно 5.

Термин «индекс разнообразия Симпсона» часто применяется нечетко. Это означает, что три описанных выше индекса (индекс Симпсона, индекс разнообразия Симпсона и взаимный индекс Симпсона), будучи настолько тесно связанными, цитировались разными авторами под одним и тем же термином.

Следовательно, важно определить, какой индекс использовался в конкретном исследовании, если необходимо провести сравнение разнообразия.

В любом случае сообщество, в котором доминируют один или два вида, считается менее разнообразным, чем сообщество, в котором несколько разных видов имеют одинаковую численность.

Пример расчета индекса разнообразия Симпсона

Берутся образцы полевых цветов, присутствующих в двух разных полях, и получаются следующие результаты:

Первый образец более справедлив, чем второй. Это связано с тем, что общее количество особей в поле довольно равномерно распределено между тремя видами.

При наблюдении за значениями в таблице видно неравенство в распределении людей в каждой области. Однако с точки зрения богатства оба поля равны, потому что каждое из них имеет по 3 вида; следовательно, у них одинаковое богатство.

Напротив, во втором примере большинство особей - лютики, доминирующий вид. На этом поле мало ромашек и одуванчиков; поэтому поле 2 считается менее разнообразным, чем поле 1.

Вышесказанное наблюдается невооруженным глазом. Затем производится расчет по формуле:

Так:

D (поле 1) = 334.450 / 1.000x (999)

D (поле 1) = 334 450/999 000

D (поле 1) = 0,3 -> индекс Симпсона для поля 1

D (поле 2) = 868,562 / 1.000x (999)

D (поле 2) = 868 562/999 000

D (поле 2) = 0,9 -> индекс Симпсона для поля 2

Затем:

1-D (поле 1) = 1- 0,3

1-D (поле 1) = 0,7 -> индекс разнообразия Симпсона для поля 1

1-D (поле 2) = 1- 0,9

1-D (поле 2) = 0,1 -> индекс разнообразия Симпсона для поля 2

В заключение:

1 / D (поле 1) = 1 / 0,3

1 / D (поле 1) = 3,33 -> обратный индекс Симпсона для поля 1

1 / D (поле 2) = 1 / 0,9

1 / D (поле 2) = 1,11 -> обратный индекс Симпсона для поля 2

Эти 3 разных значения представляют одно и то же биоразнообразие. Следовательно, важно определить, какой из индексов использовался для проведения сравнительного исследования разнообразия.

Значение индекса Симпсона 0,7 не то же самое, что значение 0,7 индекса разнообразия Симпсона. Индекс Симпсона дает больший вес наиболее многочисленным видам в выборке, а добавление редких видов к выборке вызывает лишь небольшие изменения в значении D.

Ссылки

1. Он, Ф., и Ху, XS (2005). Фундаментальный параметр биоразнообразия Хаббелла и индекс разнообразия Симпсона. Письма по экологии, 8 (4), 386–390.
2. Хилл, Миссури (1973). Разнообразие и ровность: объединяющая нотация и ее последствия. Экология, 54 (2), 427–432.
3. Людвиг, Дж. И Рейнольдс, Дж. (1988). Статистическая экология: учебник по методам и вычислениям (1- ^й ). Джон Вили и сыновья.
4. Магурран, А. (2013). Измерение биологического разнообразия. Джон Вили и сыновья.
5. Моррис, Е.К., Карузо, Т., Бускот, Ф., Фишер, М., Хэнкок, К., Майер, Т.С.,… Риллиг, М.К. (2014). Выбор и использование индексов разнообразия: идеи для экологических приложений от Немецких исследований биоразнообразия. Экология и эволюция, 4 (18), 3514–3524.
6. Симпсон, EH (1949). Измерение разнообразия. Природа, 163 (1946), 688.
7. Ван дер Хейден, MGA, Клирономос, JN, Ursic, M., Moutoglis, P., Streitwolf-Engel, R., Boller, T., … Sanders, IR (1998). Разнообразие микоризных грибов определяет биоразнообразие растений, изменчивость и продуктивность экосистем. Природа, 396 (6706), 69-72.