Определение, формула, интерпретация и пример индекса Симпсона



Индекс Симпсона это формула, которая используется для измерения разнообразия сообщества. Он обычно используется для измерения биоразнообразия, то есть разнообразия живых существ в данном месте. Тем не менее, этот индекс также полезен для измерения разнообразия элементов, таких как школы, места, среди других.

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

индекс

  • 1 Связанные понятия
    • 1.1 Биологическое разнообразие
    • 1.2 Богатство
    • 1.3 Справедливость
  • 2 Определение
  • 3 Формула
  • 4 Интерпретация
    • 4.1 Обратный индекс Симпсона (1 / D)
  • 5 Пример расчета индекса разнообразия Симпсона
  • 6 Ссылки

Связанные понятия

Прежде чем анализировать индекс разнообразия Симпсона более подробно, важно понять некоторые основные понятия, которые подробно описаны ниже:

Биологическое разнообразие

Биологическое разнообразие - это огромное разнообразие живых существ, которые существуют в определенной области, это свойство, которое можно количественно определить различными способами. Существует два основных фактора, которые учитываются при измерении разнообразия: богатство и справедливость.

Богатство - это мера количества различных организмов, присутствующих в конкретной 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 популяции каждого из присутствующих видов.

богатство

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

Богатство видов как мера само по себе не учитывает количество особей каждого вида.

Вышесказанное означает, что для видов, у которых мало особей, дан тот же вес, что и для тех, у которых много особей. Следовательно, маргаритка имеет такое же влияние на богатство среды обитания, как и на 1000 лютиков, живущих в одном месте..

ровность

Справедливость является мерой относительного изобилия различных видов, которые составляют богатство области; то есть 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 сходную численность..

определение

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

Экологи, биологи, которые изучают виды в окружающей их среде, интересуются разнообразием видов в местах обитания, которые они изучают. Это связано с тем, что разнообразие обычно пропорционально стабильности экосистемы: чем больше разнообразие, тем больше стабильность.

Наиболее стабильные сообщества имеют большое количество видов, которые довольно равномерно распределены в популяциях большого размера. Загрязнение часто уменьшает 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 человека, случайно выбранных из выборки, принадлежат к одному и тому же виду (или к одной и той же категории).

Существует две версии формулы для расчета D. Любая из двух допустима, но вы должны быть последовательными.

где:

- n = общее количество агентства определенного вида.

- N = общее количество агентства всех видов.

Значение D находится в диапазоне 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 и тому же виду. Диапазон индекса Симпсона изменяется от 0 до 1, например:

- Чем ближе значение D к 1, тем ниже разнообразие среды обитания..

- Чем ближе значение D приближается к 0, тем больше разнообразие среды обитания..

То есть, чем больше значение D, тем меньше разнесение. Это нелегко интерпретировать интуитивно и может привести к путанице, поэтому был достигнут консенсус в отношении вычитания значения из D в 1 следующим образом: 1- D

В этом случае значение индекса также колеблется между 0 и 1, но теперь, чем выше значение, тем больше разнесение выборки..

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

Другой способ преодолеть проблему «нелогичной» природы индекса Симпсона - это взять обратную величину индекса; то есть 1 / D.

Взаимный индекс Симпсона (1 / D)

Значение этого индекса начинается с 1 как минимально возможного числа. Этот случай будет представлять сообщество, которое содержит только один вид. Чем выше значение, тем больше разнообразие.

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

Термин «индекс разнообразия Симпсона» часто применяется неточно. Это означает, что три индекса, описанные выше (индекс Симпсона, индекс разнообразия Симпсона и обратный индекс Симпсона), будучи настолько тесно связанными, были процитированы под одним и тем же термином, согласно различным авторам..

Поэтому важно определить, какой индекс использовался в конкретном исследовании, если вы хотите сделать сравнение разнообразия..

В любом случае, сообщество, в котором доминируют один или два вида, считается менее разнообразным, чем сообщество, в котором несколько различных видов имеют одинаковое изобилие..

Пример расчета индекса разнообразия Симпсона

Отбор проб полевых цветов, присутствующих в двух разных полях, и получение следующих результатов:

Первый образец имеет больше справедливости, чем второй. Это связано с тем, что общее количество особей в поле довольно равномерно распределено по трем видам..

При наблюдении значений в таблице неравенство в распределении особей в каждой области очевидно. Тем не менее, с точки зрения богатства оба поля равны, потому что они имеют 3 вида в каждом; следовательно, они имеют одинаковое богатство.

Напротив, во второй выборке большинство особей - лютики, доминирующие виды. В этой области мало ромашек и одуванчиков; поэтому поле 2 считается менее разнообразным, чем поле 1.

Выше приведено то, что наблюдается невооруженным глазом. Затем расчет выполняется по формуле:

то:

D (поле 1) = 334 450 / 1000x (999)

D (поле 1) = 334 450/999 000

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

D (поле 2) = 868 562 / 1000x (999)

D (поле 2) = 868 562/999 000

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

то:

1-D (поле 1) = 1- 0,3

1-D (поле 1) = 0,7 -> Индекс разнесения Симпсона для поля 1

1-D (поле 2) = 1- 0,9

1-D (поле 2) = 0,1 -> Индекс разнесения Симпсона для поля 2

наконец:

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. Поэтому важно определить, какой из индексов использовался для проведения какого-либо сравнительного исследования разнообразия..

Значение индекса Симпсона 0,7 не совпадает со значением 0,7 для индекса разнообразия Симпсона. Индекс Симпсона придает больший вес наиболее распространенным видам в выборке, а добавление редких видов в выборку вызывает только небольшие изменения в значении D.

ссылки

  1. He, F. & Hu, X. S. (2005). Фундаментальный параметр биоразнообразия Хаббелла и индекс разнообразия Симпсона. Экология Письма, 8(4), 386-390.
  2. Hill, M.O. (1973). Разнообразие и равномерность: объединяющая нотация и ее последствия. экология, 54(2), 427-432.
  3. Людвиг Дж. И Рейнольдс Дж. (1988). Статистическая экология: учебник по методам и вычислениям (1улица). Джон Вили и сыновья.
  4. Магурран А. (2013). Измерение биологического разнообразия. Джон Вили и сыновья.
  5. Моррис Э. К., Карузо Т., Буско Ф., Фишер М., Хэнкок С., Майер Т. С., ... Риллиг М. С. (2014). Выбор и использование индексов разнообразия: анализ экологических приложений из исследований биоразнообразия Германии. Экология и Эволюция, 4(18), 3514-3524.
  6. Симпсон, Э. Х. (1949). Измерение разнообразия. природа, 163(1946), 688.
  7. Van Der Heijden, M.G.A., Klironomos, J.N., Ursic, M., Moutoglis, P., Streitwolf-Engel, R., Boller, T., ... Sanders, I.R. (1998). Разнообразие микоризных грибов определяет биоразнообразие растений, изменчивость и продуктивность экосистем.. природа, 396(6706), 69-72.