ІНДЕКС СІМПСОНА: ФОРМУЛА, ІНТЕРПРЕТАЦІЯ ТА ПРИКЛАД - БІОЛОГІЯ - 2025

Індекс Сімпсона - це формула, яка використовується для вимірювання різноманітності спільноти. Його зазвичай використовують для вимірювання біорізноманіття, тобто різноманітності живого у певному місці. Однак цей індекс також корисний для вимірювання різноманітності таких елементів, як школи, місця серед іншого.

В екології індекс Сімпсона (серед інших індексів) часто використовується для кількісного визначення біорізноманіття середовища проживання. При цьому враховується кількість видів, присутніх у середовищі існування, а також чисельність кожного виду.

Пов'язані поняття

Перш ніж обговорити індекс різноманітності Сімпсона більш детально, важливо зрозуміти кілька основних понять, як це детально описано нижче:

Біологічне різноманіття

Біологічне різноманіття - це велика різноманітність живих істот, які існують у певній місцевості, це властивість, яку можна кількісно оцінити багатьма різними способами. Є два основні фактори, які враховуються при вимірюванні різноманітності: багатство та справедливість.

Багатство - це міра кількості різних організмів, присутніх у певній місцевості; тобто кількість видів, присутніх у середовищі існування.

Однак різноманітність залежить не лише від видового багатства, а й від чисельності кожного виду. Справедливість порівнює схожість між розмірами популяції кожного з присутніх видів.

Багатство

Кількість видів, взятих у зразку середовища проживання, є показником багатства. Чим більше видів присутні в пробі, тим багатшим буде зразок.

Багатство видів як міра сама по собі не враховує чисельність особин кожного виду.

Це означає, що види, які мають мало особин, отримують таку ж вагу, як і велика кількість особин. Тому маргаритка має стільки ж впливу на багатство середовища проживання, скільки 1000 лютиків, що мешкають там же.

Справедливість

Справедливість - це міра відносної чисельності різних видів, що становлять багатство тієї чи іншої території; Іншими словами, в даному середовищі існування кількість особин кожного виду також матиме вплив на біорізноманіття місця.

Спільнота, в якій переважає один або два види, вважається менш різноманітною, ніж спільнота, в якій наявні види мають подібну чисельність.

Визначення

Зі збільшенням багатства та справедливості видів зростає різноманітність. Індекс різноманітності Сімпсона - це міра різноманітності, яка враховує як багатство, так і справедливість.

Екологи, біологи, які вивчають види у їхньому середовищі, цікавляться видовим різноманіттям середовищ існування, які вони вивчають. Це тому, що різноманітність, як правило, пропорційна стабільності екосистеми: чим більше різноманітність, тим більша стабільність.

Найбільш стабільні спільноти мають велику кількість видів, які досить рівномірно розподілені у великих популяціях. Забруднення часто зменшує різноманітність, надаючи перевагу кільком домінуючим видам. Отже, різноманітність є важливим фактором успішного управління охороною видів.

Формула

Важливо, що термін "індекс різноманітності Сімпсона" фактично використовується для позначення будь-якого з трьох тісно пов'язаних індексів.

Індекс Сімпсона (D) вимірює ймовірність того, що два випадково відібраних особини з вибірки належать до одного виду (або тієї ж категорії).

Існує дві версії формули для обчислення D. Будь-яка є дійсною, але ви повинні бути послідовними.

Де:

- n = загальна кількість організмів конкретного виду.

- N = загальна кількість організмів усіх видів.

Значення D становить від 0 до 1:

- Якщо значення D дає 0, це означає нескінченну різноманітність.

- Якщо значення D дає 1, це означає, що різноманітності немає.

Інтерпретація

Індекс - це уявлення про ймовірність того, що дві особини, що знаходяться в одному регіоні та вибрані навмання, є одного виду. Індекс Сімпсона коливається від 0 до 1, наприклад:

- Чим ближче значення D до 1, тим менша різноманітність середовища проживання.

- Чим ближче значення D до 0, тим більша різноманітність середовища проживання.

Тобто чим вище значення D, тим менша різноманітність. Інтуїтивно інтерпретувати це непросто і може породжувати плутанину, через що було досягнуто консенсусу для віднімання значення D від 1, залишаючи його так: 1- D

У цьому випадку значення індексу також коливається від 0 до 1, але тепер, чим вище значення, тим більша різноманітність вибірки.

Це має більше сенсу і простіше зрозуміти. У цьому випадку індекс представляє ймовірність того, що дві випадково вибрані особини з вибірки належать до різних видів.

Ще одним способом подолання проблеми "контрінтуїтивного" характеру індексу Сімпсона є прийняття зворотного показника; тобто 1 / Д.

Реципрочний індекс Сімпсона (1 / D)

Значення цього показника починається з 1 як найменшого можливого показника. Цей випадок представляв би спільноту, яка містить лише один вид. Чим вище значення, тим більше різноманітність.

Максимальне значення - кількість видів у вибірці. Наприклад: якщо у вибірці є п’ять видів, то максимальне значення зворотного індексу Сімпсона становить 5.

Термін "індекс різноманітності Сімпсона" часто застосовується слабко. Це означає, що три описані вище індекси (індекс Сімпсона, індекс різноманітності Сімпсона та реципрочний індекс Сімпсона), будучи настільки тісно пов’язаними, цитувались під одним і тим же терміном за даними різних авторів.

Тому важливо визначити, який індекс був використаний у конкретному дослідженні для порівняння різноманітності.

У будь-якому випадку спільнота, в якій переважає один або два види, вважається менш різноманітною, ніж та, в якій декілька різних видів мають подібні чисельності.

Приклад розрахунку індексу різноманітності Сімпсона

Польові квіти, які присутні у двох різних полях, відбираються, і отримуються такі результати:

Перша вибірка справедливіша за другу. Це тому, що загальна кількість особин у полі досить рівномірно розподілена між трьома видами.

При дотриманні значень у таблиці засвідчується нерівність у розподілі особин у кожному полі. Однак, з точки зору багатства, обидва поля рівні, оскільки в них є 3 види; отже, вони мають однакове багатство.

На відміну від цього, у другому зразку більшість особин є лютиками, домінуючими видами. У цьому полі мало маргариток і кульбаб; тому поле 2 вважається менш різноманітним, ніж поле 1.

Сказане - це те, що спостерігається неозброєним оком. Тоді обчислення проводять, застосовуючи формулу:

Так:

D (поле 1) = 334.450 / 1.000x (999)

D (поле 1) = 334 450/999 000

D (поле 1) = 0,3 -> індекс Сімпсона для поля 1

D (поле 2) = 868.562 / 1.000x (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 -> зворотний індекс Сімпсона для поля 1

1 / D (поле 2) = 1 / 0,9

1 / D (поле 2) = 1,11 -> зворотний індекс Сімпсона для поля 2

Ці 3 різних цінності представляють однакове біорізноманіття. Тому важливо визначити, який із показників був використаний для того, щоб зробити якесь порівняльне дослідження різноманітності.

Значення для індексу Сімпсона 0,7 не те саме, що значення 0,7 для індексу різноманітності Сімпсона. Індекс Сімпсона надає більше ваги найбільш поширеним видам у вибірці, а додавання рідкісних видів до вибірки викликає лише невеликі зміни значення D.

Список літератури

1. He, F., & Hu, XS (2005). Основний параметр біологічного різноманіття Хаббелла та індекс різноманітності Сімпсона. Екологічні листи, 8 (4), 386–390.
2. Хілл, штат Міссурі (1973). Різноманітність і нерівномірність: об'єднуюче позначення та його наслідки. Екологія, 54 (2), 427–432.
3. Ludwig, J. & Reynolds, J. (1988). Статистична екологія: буквар з методів та обчислень (1 ^ст. ) Джон Вілі та сини.
4. Магуран, А. (2013). Вимірювання біологічного різноманіття. Джон Вілі та сини.
5. Морріс, Е.К., Карузо, Т., Бускот, Ф., Фішер, М., Хенкок, К., Майер, Т. С., … Рілліг, МС (2014). Вибір та використання індексів різноманітності: Інформація щодо екологічних застосувань від Німецьких досліджень біорізноманіття. Екологія та еволюція, 4 (18), 3514–3524.
6. Сімпсон, EH (1949). Вимірювання різноманітності. Природа, 163 (1946), 688.
7. Van Der Heijden, MGA, Klironomos, JN, Ursic, M., Moutoglis, P., Streitwolf-Engel, R., Boller, T., … Sanders, IR (1998). Різноманітність грибів мікоризи визначає біорізноманіття рослин, мінливість та продуктивність екосистем. Природа, 396 (6706), 69–72.