INDEKS SIMPSONA: WZÓR, INTERPRETACJA I PRZYKŁAD - BIOLOGIA - 2025

Indeks Simpson jest formuła stosowana do pomiaru różnorodność społeczności. Jest powszechnie używany do pomiaru bioróżnorodności, czyli różnorodności organizmów żywych w danym miejscu. Jednak wskaźnik ten jest również przydatny do pomiaru różnorodności elementów, takich jak między innymi szkoły, miejsca.

W ekologii indeks Simpsona (między innymi) jest często używany do ilościowego określenia bioróżnorodności siedliska. Uwzględnia to liczbę gatunków obecnych w siedlisku, a także liczebność każdego gatunku.

Powiązane pojęcia

Przed bardziej szczegółowym omówieniem indeksu różnorodności Simpsona ważne jest, aby zrozumieć kilka podstawowych pojęć opisanych poniżej:

Biologiczna różnorodność

Różnorodność biologiczna to wielka różnorodność istot żywych, które istnieją na danym obszarze, jest to właściwość, którą można określić ilościowo na wiele różnych sposobów. Podczas pomiaru różnorodności brane są pod uwagę dwa główne czynniki: bogactwo i sprawiedliwość.

Bogactwo jest miarą liczby różnych organizmów obecnych na danym obszarze; to znaczy liczba gatunków obecnych w siedlisku.

Jednak różnorodność zależy nie tylko od bogactwa gatunków, ale także od liczebności każdego gatunku. Sprawiedliwość porównuje podobieństwo między wielkościami populacji każdego z obecnych gatunków.

Bogactwo

Miarą bogactwa jest liczba gatunków pobranych w próbce siedliska. Im więcej gatunków jest obecnych w próbce, tym bogatsza będzie próbka.

Bogactwo gatunkowe jako miara sama w sobie nie uwzględnia liczby osobników w każdym gatunku.

Oznacza to, że gatunki składające się z kilku osobników mają taką samą wagę jak gatunki z wieloma osobnikami. Dlatego stokrotka ma taki sam wpływ na bogactwo siedliska, jak 1000 jaskrów żyjących w tym samym miejscu.

Uczciwość

Sprawiedliwość jest miarą względnej liczebności różnych gatunków, które składają się na bogactwo obszaru; Innymi słowy, w danym siedlisku liczba osobników każdego gatunku będzie miała również wpływ na bioróżnorodność tego miejsca.

Zbiorowisko zdominowane przez jeden lub dwa gatunki jest uważane za mniej zróżnicowane niż zbiorowisko, w którym obecne gatunki mają podobną liczebność.

Definicja

Wraz ze wzrostem bogactwa i uczciwości gatunków rośnie różnorodność. Indeks różnorodności Simpsona to miara różnorodności uwzględniająca zarówno zamożność, jak i uczciwość.

Ekolodzy, biolodzy badający gatunki w swoim środowisku, interesują się różnorodnością gatunkową badanych siedlisk. Dzieje się tak, ponieważ różnorodność jest zwykle proporcjonalna do stabilności ekosystemu: im większa różnorodność, tym większa stabilność.

Najbardziej stabilne społeczności mają dużą liczbę gatunków, które są dość równomiernie rozmieszczone w dużych populacjach. Zanieczyszczenie często ogranicza różnorodność, faworyzując kilka dominujących gatunków. Dlatego różnorodność jest ważnym czynnikiem w skutecznym zarządzaniu ochroną gatunków.

Formuła

Co ważne, termin „indeks różnorodności Simpsona” jest w rzeczywistości używany w odniesieniu do dowolnego z trzech blisko powiązanych wskaźników.

Indeks Simpsona (D) mierzy prawdopodobieństwo, że dwa losowo wybrane osobniki z próby należą do tego samego gatunku (lub tej samej kategorii).

Istnieją dwie wersje wzoru do obliczenia D. Każda z nich jest poprawna, ale musisz być konsekwentny.

Gdzie:

- n = całkowita liczba organizmów danego gatunku.

- N = całkowita liczba organizmów wszystkich gatunków.

Wartość D waha się od 0 do 1:

- Jeśli wartość D daje 0, oznacza to nieskończoną różnorodność.

- Jeśli wartość D daje 1, oznacza to, że nie ma różnorodności.

Interpretacja

Indeks reprezentuje prawdopodobieństwo, że dwa osobniki w tym samym regionie i wybrane losowo należą do tego samego gatunku. Indeks Simpsona mieści się w zakresie od 0 do 1, na przykład:

- Im bliżej wartości D jest 1, tym mniejsza różnorodność siedlisk.

- Im bliżej wartości D jest 0, tym większa różnorodność siedliska.

Oznacza to, że im wyższa wartość D, tym mniejsze zróżnicowanie. Nie jest to łatwe do intuicyjnej interpretacji i może powodować zamieszanie, dlatego osiągnięto konsensus, aby odjąć wartość D od 1, pozostawiając ją w następujący sposób: 1- D

W tym przypadku wartość indeksu również waha się od 0 do 1, ale teraz im wyższa wartość, tym większe zróżnicowanie próby.

Ma to większy sens i jest łatwiejsze do zrozumienia. W tym przypadku indeks reprezentuje prawdopodobieństwo, że dwa losowo wybrane osobniki z próby należą do różnych gatunków.

Innym sposobem przezwyciężenia problemu „sprzecznej z intuicją” natury indeksu Simpsona jest wzięcie odwrotności indeksu; to znaczy 1 / D.

Indeks odwrotności Simpsona (1 / D)

Wartość tego wskaźnika zaczyna się od 1 jako najniższej możliwej liczby. Ten przypadek reprezentowałby społeczność zawierającą tylko jeden gatunek. Im wyższa wartość, tym większa różnorodność.

Wartość maksymalna to liczba gatunków w próbce. Na przykład: jeśli w próbce jest pięć gatunków, maksymalna wartość odwrotności indeksu Simpsona wynosi 5.

Termin „wskaźnik różnorodności Simpsona” jest często stosowany luźno. Oznacza to, że trzy wskaźniki opisane powyżej (indeks Simpsona, indeks różnorodności Simpsona i indeks odwrotności Simpsona), będąc tak blisko spokrewnionymi, były cytowane pod tym samym terminem przez różnych autorów.

Dlatego ważne jest, aby określić, który wskaźnik został użyty w danym badaniu, jeśli mają zostać przeprowadzone porównania różnorodności.

W każdym razie zbiorowisko zdominowane przez jeden lub dwa gatunki jest uważane za mniej zróżnicowane niż takie, w którym kilka różnych gatunków ma podobną liczebność.

Przykład obliczenia wskaźnika różnorodności Simpsona

Pobiera się próbki kwiatów występujących na dwóch różnych polach i uzyskuje się następujące wyniki:

Pierwsza próbka jest bardziej sprawiedliwa niż druga. Dzieje się tak, ponieważ całkowita liczba osobników na polu jest dość równomiernie rozłożona na trzy gatunki.

Obserwując wartości w tabeli, uwidacznia się nierówność w rozkładzie osobników w każdym polu. Jednak z punktu widzenia bogactwa oba pola są równe, ponieważ mają po 3 gatunki; w konsekwencji mają to samo bogactwo.

Z kolei w drugiej próbie większość osobników to jaskry, gatunek dominujący. Na tym polu występuje kilka stokrotek i mleczów; dlatego też pole 2 jest uważane za mniej zróżnicowane niż pole 1.

Powyższe widać gołym okiem. Następnie obliczenia przeprowadza się za pomocą wzoru:

Więc:

D (pole 1) = 334,450 / 1,000x (999)

D (pole 1) = 334 450/999 000

D (pole 1) = 0,3 -> indeks Simpsona dla pola 1

D (pole 2) = 868,562 / 1000x (999)

D (pole 2) = 868 562/999 000

D (pole 2) = 0,9 -> indeks Simpsona dla pola 2

Następnie:

1-D (pole 1) = 1–0,3

1-D (pole 1) = 0,7 -> indeks różnorodności Simpsona dla pola 1

1-D (pole 2) = 1 - 0,9

1-D (pole 2) = 0,1 -> indeks różnorodności Simpsona dla pola 2

Wreszcie:

1 / D (pole 1) = 1 / 0,3

1 / D (pole 1) = 3,33 -> odwrotność indeksu Simpsona dla pola 1

1 / D (pole 2) = 1 / 0,9

1 / D (pole 2) = 1,11 -> odwrotność indeksu Simpsona dla pola 2

Te 3 różne wartości reprezentują tę samą różnorodność biologiczną. Dlatego ważne jest, aby określić, który z wskaźników został wykorzystany w celu przeprowadzenia dowolnego badania porównawczego różnorodności.

Wartość indeksu Simpsona 0,7 nie jest tym samym, co wartość 0,7 wskaźnika różnorodności Simpsona. Indeks Simpsona nadaje większą wagę najliczniejszym gatunkom w próbce, a dodanie rzadkich gatunków do próbki powoduje jedynie niewielkie zmiany wartości D.

Bibliografia

1. He, F. i Hu, XS (2005). Podstawowy parametr bioróżnorodności Hubbella i indeks różnorodności Simpsona. Ecology Letters, 8 (4), 386–390.
2. Hill, MO (1973). Różnorodność i równość: jednocząca notacja i jej konsekwencje. Ecology, 54 (2), 427–432.
3. Ludwig, J. & Reynolds, J. (1988). Ekologia statystyczna: elementarz w metodach i obliczeniach (1 ^st ). John Wiley & Sons.
4. Magurran, A. (2013). Pomiar różnorodności biologicznej. John Wiley & Sons.
5. Morris, EK, Caruso, T., Buscot, F., Fischer, M., Hancock, C., Maier, TS,… Rillig, MC (2014). Wybór i stosowanie wskaźników różnorodności: spostrzeżenia dotyczące zastosowań ekologicznych z German Biodiversity Exploratories. Ecology and Evolution, 4 (18), 3514–3524.
6. Simpson, EH (1949). Pomiar różnorodności. Naturę, 163 (1946), 688.
7. Van Der Heijden, MGA, Klironomos, JN, Ursic, M., Moutoglis, P., Streitwolf-Engel, R., Boller, T., … Sanders, IR (1998). Różnorodność grzybów mikoryzowych determinuje bioróżnorodność roślin, zmienność ekosystemów i produktywność. Naturę, 396 (6706), 69-72.