SIMPSON INDEX: KÉPLET, ÉRTELMEZÉS ÉS PÉLDA - BIOLÓGIA - 2024

A Simpson index egy formula, amelyet egy közösség sokszínűségének mérésére használnak. Általában a biodiverzitás, azaz az élőlények sokféleségének mérésére szolgálnak egy adott helyen. Ez az index azonban hasznos az olyan elemek sokféleségének mérésére, mint például iskolák, helyek.

Az ökológiában a Simpson-indexet (más mutatók mellett) gyakran használják az élőhelyek biológiai sokféleségének számszerűsítésére. Ez figyelembe veszi az élőhelyben található fajok számát, valamint az egyes fajok számát.

Kapcsolódó fogalmak

A Simpson Diversity Index részletesebb megvitatása előtt fontos megérteni néhány, az alábbiakban részletezett alapfogalmat:

Biológiai diverzitás

A biológiai sokféleség az élő dolgok nagyon sokféle változata, amely egy adott területen létezik, olyan tulajdonság, amelyet számos különböző módon lehet számszerűsíteni. Két fő tényezőt kell figyelembe venni a sokféleség mérésekor: a gazdagság és a méltányosság.

A gazdagság egy adott területen jelenlévő különböző organizmusok számának mérése; azaz az élőhelyben található fajok száma.

A sokféleség azonban nemcsak a fajgazdagságtól, hanem az egyes fajok bőségétől is függ. A méltányosság összehasonlítja a jelenlévő fajok populációmérete közötti hasonlóságot.

Jólét

Az élőhelymintában vett fajok száma a gazdagság mértékét jelzi. Minél több faj van jelen a mintában, annál gazdagabb lesz a minta.

A fajgazdagság önmagában mérve nem veszi figyelembe az egyes fajok egyedszámát.

Ez azt jelenti, hogy a kevés egyedű fajok ugyanolyan súlyt kapnak, mint a sok egyeddel rendelkező fajok. Ezért a százszorszép ugyanolyan mértékben befolyásolja az élőhely gazdagságát, mint az ugyanabban a helyen élő 1000 lepkék.

Méltányosság

Az ekvivalencia a terület gazdagságát alkotó különféle fajok relatív bőségének mérése; Más szavakkal: egy adott élőhelyen az egyes fajok egyedszámának hatása van a hely biodiverzitására is.

Az egy vagy két faj által uralt közösséget kevésbé változatosnak tekintik, mint egy olyan közösséget, amelyben a jelen lévő fajok hasonló előfordulásúak.

Meghatározás

A fajok gazdagságának és méltányosságának növekedésével a sokszínűség növekszik. A Simpson Diversity Index a sokféleség mérőszáma, amely figyelembe veszi mind a gazdagságot, mind a méltányosságot.

Az ökológusok, biológusok, akik a környezetükben fajokat vizsgálnak, érdekli az általuk vizsgált élőhelyek faj sokfélesége. Ennek oka az, hogy a sokféleség általában arányos az ökoszisztéma stabilitásával: minél nagyobb a sokféleség, annál nagyobb a stabilitás.

A legstabilabb közösségekben nagyszámú faj van, amelyek megoszlása ​​meglehetősen egyenletes a nagy populációkban. A szennyezés gyakran csökkenti a sokféleséget néhány domináns faj előnyben részesítésével. A sokszínűség ezért fontos tényező a fajmegőrzés sikeres kezelésében.

Képlet

Fontos szempont, hogy a "Simpson diverzitási index" kifejezést valójában a három szorosan kapcsolódó mutató bármelyikére utalják.

A Simpson-index (D) azt a valószínűséget méri, hogy a mintából két véletlenszerűen kiválasztott egyén ugyanabba a fajba (vagy ugyanazon kategóriába) tartozik.

A képletnek két változata létezik a D kiszámításához. Mindkettő érvényes, de konzisztensnek kell lennie.

Ahol:

- n = egy adott faj organizmusainak száma.

- N = az összes faj organizmusainak száma.

A D értéke 0 és 1 között van:

- Ha D értéke 0-t ad, ez végtelen sokféleséget jelent.

- Ha D értéke 1-t ad, ez azt jelenti, hogy nincs diverzitás.

Értelmezés

Az index annak valószínűségének ábrázolása, hogy ugyanazon a térségen belül és véletlenszerűen kiválasztva két egyén azonos fajba tartozik. A Simpson index 0 és 1 között van, így:

- Minél közelebb van a D érték 1-hez, annál alacsonyabb az élőhelyek sokfélesége.

- Minél közelebb van a D érték 0-hoz, annál nagyobb az élőhely sokfélesége.

Vagyis minél nagyobb a D értéke, annál alacsonyabb a sokféleség. Ezt nem könnyű intuitívan értelmezni, és zavart okozhat, ezért született az egyetértés abban, hogy D értékét le kell vonni az 1-ből, így a következőképpen kell eljárni: 1- D

Ebben az esetben az index értéke 0 és 1 közötti is, de most minél nagyobb az érték, annál nagyobb a minta diverzitása.

Ennek több értelme van, és könnyebben érthető. Ebben az esetben az index annak a valószínűségét képviseli, hogy a mintából véletlenszerűen kiválasztott egyének különböző fajokhoz tartoznak.

A Simpson index "ellentétes intuitív" jellegének problémájának leküzdésének másik módja az index viszonossága; vagyis 1 / D

Simpson kölcsönös indexe (1 / D)

Ennek az indexnek az értéke 1-gyel kezdődik, mint a lehető legalacsonyabb érték. Ez az eset egy olyan közösséget képviselne, amely csak egy fajt tartalmaz. Minél nagyobb az érték, annál nagyobb a sokféleség.

A maximális érték a mintában szereplő fajok száma. Például: ha öt faj van egy mintában, akkor a kölcsönös Simpson index maximális értéke 5.

A "Simpson diverzitási index" kifejezést gyakran lazán alkalmazzák. Ez azt jelenti, hogy a fent leírt három mutatót (Simpson index, Simpson diverzitási index és Simpson kölcsönös index), amelyek annyira szorosan kapcsolódnak egymáshoz, a különböző szerzők ugyanazon kifejezés alatt idézték.

Ezért fontos, hogy meghatározzuk, melyik indexet használták egy adott vizsgálatban, ha a sokféleség-összehasonlítást elvégezték.

Mindenesetre egy olyan közösség, amelyben egy vagy két faj uralkodik, kevésbé sokrétűnek tekinthető, mint egy olyan közösség, amelyben több különböző faj hasonló előfordulású.

Példa a Simpson diverzitási index kiszámítására

A mintából két különböző területen jelen lévő vadvirágokból mintát veszünk, és a következő eredményeket kapjuk:

Az első minta méltányosabb, mint a második. Ennek oka az, hogy a szántóföldi egyedek száma meglehetősen egyenletesen oszlik meg a három faj között.

A táblázatban szereplő értékek megfigyelésekor igazolódik az egyes területeken az egyének megoszlása ​​közötti egyenlőtlenség. A gazdagság szempontjából azonban mindkét mező egyenlő, mivel mindegyikben 3 faj van; következésképpen ugyanolyan vagyonuk van.

Ezzel szemben a második mintában az egyedek többsége lepkék, az uralkodó faj. Ezen a területen kevés százszorszép és pitypang van; ezért a 2. mező kevésbé változatosnak tekinthető, mint az 1. mező.

A fentiek szabad szemmel megfigyelhetők. Ezután a számítást az alábbi képlet alkalmazásával hajtják végre:

Így:

D (1. mező) = 334,450 / 1,000x (999)

D (1. mező) = 334,450 / 999,000

D (1. mező) = 0,3 -> Simpson index az 1. mezőhöz

D (2. mező) = 868,562 / 1,000x (999)

D (2. mező) = 868,562 / 999,000

D (2. mező) = 0,9 -> Simpson index a 2. mezőhöz

Azután:

1-D (1. mező) = 1 - 0,3

1-D (1. mező) = 0,7 -> Simpson diverzitási index az 1. mezőhöz

1-D (2. mező) = 1 - 0,9

1-D (2. mező) = 0,1 -> Simpson diverzitási index a 2. mezőhöz

Végül:

1 / D (1. mező) = 1 / 0,3

1 / D (1. mező) = 3,33 -> kölcsönös Simpson index az 1. mezőhöz

1 / D (2. mező) = 1 / 0,9

1 / D (2. mező) = 1,11 -> kölcsönös Simpson index a 2. mezőhöz

Ez a 3 különböző érték ugyanazt a biodiverzitást képviseli. Ezért fontos meghatározni, hogy melyik indexet alkalmazták a sokféleség összehasonlító vizsgálatához.

A Simpson-index 0,7-es értéke nem egyezik meg a Simpson-változatosság-index 0,7-es értékével. A Simpson-index nagyobb súlyt ad a mintában legelterjedtebb fajoknak, és a ritka fajok hozzáadása a mintához csak kis értékű változásokat okoz a D értékében.

Irodalom

1. He, F., & Hu, XS (2005). A Hubbell alapvető biodiverzitási paramétere és a Simpson diverzitási index. Ecology Letters, 8 (4), 386–390.
2. Hill, MO (1973). Sokszínűség és egyenetlenség: Egységesítő jelölés és következményei. Ökológia, 54 (2), 427–432.
3. Ludwig, J. és Reynolds, J. (1988). Statisztikai ökológia: Alapvető módszer a módszerek és a számítástechnika területén (1. ^szakasz). John Wiley & Sons.
4. Magurran, A. (2013). A biológiai sokféleség mérése. John Wiley & Sons.
5. Morris, EK, Caruso, T., Buscot, F., Fischer, M., Hancock, C., Maier, TS,… Rillig, MC (2014). A sokféleségi mutatók kiválasztása és használata: Betekintés az ökológiai alkalmazásokhoz a német biodiverzitás-felfedezőkből. Ökológia és evolúció, 4 (18), 3514–3524.
6. Simpson, EH (1949). A sokféleség mérése. Nature, 163 (1946), 688.
7. Van Der Heijden, MGA, Klironomos, JN, Ursic, M., Moutoglis, P., Streitwolf-Engel, R., Boller, T.,… Sanders, IR (1998). A mikorhizális gombás sokféleség meghatározza a növények biodiverzitását, az ökoszisztéma variabilitását és a termelékenységet. Nature, 396 (6706), 69-72.