Поділитися:
Визначення, формула, інтерпретація та приклад
The Індекс Сімпсона це формула, яка використовується для вимірювання різноманітності спільноти. Вона зазвичай використовується для вимірювання біорізноманіття, тобто різноманіття живих істот у певному місці. Однак цей показник також корисний для вимірювання різноманітності таких елементів, як школи, місця, серед інших.
В екології індекс Сімпсона часто використовується (серед інших показників) для кількісного визначення біорізноманіття середовища існування. При цьому враховується кількість наявних у середовищі існування видів, а також чисельність кожного виду.
Індекс
- 1 Пов'язані поняття
- 1.1 Біологічне різноманіття
- 1.2 Багатство
- 1.3 Рівномірність
- 2 Визначення
- 3 Формула
- 4 Тлумачення
- 4.1 Взаємний індекс Сімпсона (1 / D)
- 5 Приклад розрахунку індексу різноманітності Сімпсона
- 6 Посилання
Пов'язані поняття
Перш ніж детальніше проаналізувати індекс різноманітності Сімпсона, важливо зрозуміти деякі основні поняття, які детально описані нижче:
Біологічне різноманіття
Біологічна різноманітність - це велика різноманітність живих істот, які існують у певній області, це властивість, яку можна кількісно визначити різними способами. Існують два основні фактори, які враховуються при вимірюванні різноманітності: багатство і справедливість.
Багатство є показником кількості різних організмів, присутніх у певній області; тобто кількість видів, присутніх в середовищі існування.
Однак різноманітність залежить не тільки від видового багатства, але і від достатку кожного виду. Рівноцінність порівнює схожість між розмірами популяції кожного з присутніх видів.
Багатство
Кількість видів, взятих у зразку проживання, є показником багатства. Чим більше видів, що присутні у зразку, тим багатшим буде зразок.
Багатство видів як міра само по собі не враховує кількість особин у кожному виду.
Вищевказане означає, що однаковий вага надається видам, які мають мало осіб, до тих, що мають багато індивідуумів. Таким чином, маргаритка має такий же вплив на багатство середовища проживання, як це було б 1000 лютиков, які живуть в одному місці.
Справедливість
Справедливість - це міра відносного достатку різних видів, що становлять багатство території; тобто в даному місці існування кількість особин кожного виду також матиме вплив на біорізноманіття місця.
Громада, в якій переважає один або два види, вважається менш різноманітною, ніж громада, в якій наявні види мають схожість.
Визначення
Зі збільшенням багатства і справедливості видів різноманітність зростає. Індекс різноманітності Сімпсона - це міра різноманітності, яка враховує як багатство, так і справедливість.
Екологи, біологи, які вивчають види у своєму середовищі, цікавляться різноманітністю видів у середовищах їх вивчення. Це пояснюється тим, що різноманітність зазвичай пропорційна стабільності екосистеми: чим більше різноманітність, тим більша стабільність.
Найбільш стабільні спільноти мають велику кількість видів, які досить рівномірно розподілені в популяціях хорошого розміру. Забруднення часто зменшує різноманітність, надаючи перевагу деяким домінуючим видам. Тому різноманітність є важливим фактором успішного управління збереженням видів.
Формула
Важливо відзначити, що термін "індекс різноманітності Сімпсона" фактично використовується для позначення будь-якого з трьох близьких індексів.
Індекс Сімпсона (D) вимірює ймовірність того, що два особи, випадково вибрані з зразка, належать до одного виду (або тієї ж категорії).
Існує дві версії формули для обчислення D. Будь-яка з двох дійсна, але ви повинні бути послідовними.
Де:
- n = загальна кількість організмів певного виду.
- N = загальна кількість організмів всіх видів.
Значення D коливається від 0 до 1:
- Якщо значення D дає 0, це означає нескінченну різноманітність.
- Якщо значення D дає 1, це означає, що немає різноманітності.
Інтерпретація
Індекс є уявленням про ймовірність того, що дві особи, в межах однієї області і вибрані випадковим чином, належать до одного і того ж виду. Діапазон індексу Сімпсона змінюється від 0 до 1, наприклад:
- Чим ближче значення D до 1, тим менше розмаїття середовища існування.
- Чим ближче значення D наближається до 0, тим більша різноманітність середовища існування.
Тобто, чим більше значення D, тим менше розмаїття. Це нелегко інтерпретувати інтуїтивно і може викликати плутанину, тому було досягнуто консенсусу, щоб відняти значення з D до 1, будучи наступним:
У цьому випадку значення індексу також коливається між 0 і 1, але тепер, чим більше значення, тим більше різноманітність зразка.
Це має більше сенсу і легше зрозуміти. У цьому випадку індекс являє собою ймовірність того, що два особи, випадково вибрані з вибірки, належать до різних видів.
Іншим способом подолання проблеми «контр-інтуїтивного» характеру індексу Сімпсона є прийняття зворотного значення індексу; тобто 1 / D.
Взаємний індекс Сімпсона (1 / D)
Значення цього індексу починається з 1 як найменшого можливого числа. Цей випадок представляв би спільноту, яка містить лише один вид. Чим вище значення, тим більша різноманітність.
Максимальне значення - кількість видів у зразку. Наприклад: якщо у вибірці п'ять видів, то максимальне значення взаємного індексу Сімпсона дорівнює 5.
Термін "індекс різноманітності Сімпсона" часто застосовується неточно. Це означає, що три описані вище індекси (індекс Сімпсона, індекс різноманітності Сімпсона та індекс взаємності Сімпсона), настільки тісно пов'язані між собою, цитуються в одному і тому ж терміні за різними авторами..
Отже, важливо визначити, який індекс був використаний в конкретному дослідженні, якщо ви хочете зробити порівняння різноманітності.
У будь-якому випадку, громада, в якій переважає один або два види, вважається менш різноманітною, ніж та, в якій кілька різних видів мають подібну кількість.
Приклад розрахунку індексу різноманітності Сімпсона
Здійснюється вибірка диких квітів, присутніх у двох різних полях, і отримуються наступні результати:
Перший зразок має більше справедливості, ніж другий. Це пояснюється тим, що загальна кількість особин у полі досить рівномірно розподілена між трьома видами.
При дотриманні значень у таблиці нерівність у розподілі індивідів у кожному полі очевидна. Однак, з точки зору багатства обидва поля рівні, тому що вони мають по 3 види кожного; отже, вони мають таке ж багатство.
Навпаки, у другому зразку більшість особин - лютиков, домінуючих видів. У цьому полі мало ромашок і кульбаб; тому поле 2 вважається менш різноманітним, ніж поле 1.
Вище, що спостерігається неозброєним оком. Потім розрахунок виконується з використанням формули:
Тоді:
D (поле 1) = 334 450/1000 x (999)
D (поле 1) = 334,450 / 999,000
D (поле 1) = 0,3 -> індекс Сімпсона для поля 1
D (поле 2) = 868,562 / 1000x (999)
D (поле 2) = 868,562 / 999,000
D (поле 2) = 0,9 -> індекс Сімпсона для поля 2
Тоді:
1-D (поле 1) = 1- 0.3
1-D (поле 1) = 0.7 -> Індекс різноманітності Сімпсона для поля 1
1-D (поле 2) = 1- 0.9
1-D (поле 2) = 0,1 -> індекс різноманітності Сімпсона для поля 2
Нарешті:
1 / D (поле 1) = 1 / 0,3
1 / D (поле 1) = 3.33 -> Взаємний індекс Сімпсона для поля 1
1 / D (поле 2) = 1 / 0.9
1 / D (поле 2) = 1,11 -> індекс Сімпсона для поля 2
Ці три різні значення являють собою однакове біорізноманіття. Тому важливо визначити, який з індексів був використаний для проведення будь-якого порівняльного вивчення різноманітності.
Значення індексу Сімпсона 0,7 не відповідає значенню 0,7 для індексу різноманітності Сімпсона. Індекс Сімпсона дає більшу вагу найбільш поширеним видам у зразку, а додавання рідкісних видів до зразка викликає лише малі зміни у величині D.
Список літератури
- He, F., & Hu, X. S. (2005). Основний параметр біологічного різноманіття Хаббелла та індекс різноманітності Сімпсона. Екологія Листи, 8(4), 386-390.
- Хілл, М. О. (1973). Різноманітність і рівномірність: уніфікуюча нотація та її наслідки. Екологія, 54(2), 427-432.
- Ludwig, J. & Reynolds, J. (1988). Статистична екологія: праймер у методах та обчисленні (1вул). John Wiley & Sons.
- Magurran, A. (2013). Вимірювання біологічного різноманіття. John Wiley & Sons.
- Morris, E.K., Caruso, T., Buscot, F., Fischer, M., Hancock, C., Maier, T.S., ... Rillig, M.C. (2014). Вибір та використання індексів різноманітності: огляд екологічних заявок від німецьких дослідників біорізноманіття. Екологія та еволюція, 4(18), 3514-3524.
- Сімпсон Е.Г. (1949). Вимірювання різноманітності. Природа, 163(1946), 688.
- Ван Дер Хейден, М. Г. А., Кліроном, Дж. Н., Уршик, М., Мутоглис, П., Стрітвульф-Енгель, Р., Боллер, Т., ... Сандерс, І. Р. (1998). Мікоризне різноманіття грибів визначає біорізноманіття рослин, мінливість і продуктивність екосистем. Природа, 396(6706), 69-72.