SIMPSONOV INDEX: VZOREC, INTERPRETÁCIA A PRÍKLAD - BIOLÓGIE - 2026

Index Simpson je vzorec použitý na meranie rozmanitosť spoločenstva. Bežne sa používa na meranie biodiverzity, to znamená diverzity živých vecí na danom mieste. Tento index je však užitočný aj na meranie rôznorodosti prvkov, medzi ktoré patria školy, miesta.

V ekológii sa Simpsonov index (okrem iných indexov) často používa na kvantifikáciu biodiverzity biotopu. Zohľadňuje sa tým počet druhov prítomných v biotopoch, ako aj početnosť každého druhu.

Súvisiace koncepty

Pred podrobnejšou diskusiou o indexe diverzity spoločnosti Simpson je dôležité porozumieť niekoľkým základným pojmom, ktoré sú podrobne opísané nižšie:

Biologická diverzita

Biologická rozmanitosť je veľká rozmanitosť živých vecí, ktoré existujú v určitej oblasti, je to vlastnosť, ktorú je možné kvantifikovať mnohými rôznymi spôsobmi. Pri meraní rozmanitosti sa berú do úvahy dva hlavné faktory: bohatstvo a spravodlivosť.

Bohatstvo je miera počtu rôznych organizmov prítomných v určitej oblasti; to znamená počet druhov prítomných v biotope.

Rozmanitosť však nezávisí len od druhovej bohatosti, ale aj od množstva každého druhu. Spravodlivosť porovnáva podobnosť medzi veľkosťou populácie každého z prítomných druhov.

bohatstvo

Počet druhov odobratých vo vzorke biotopu je mierou bohatosti. Čím viac druhov je vo vzorke, tým bohatšia bude vzorka.

Druhová bohatosť ako miera sama osebe nezohľadňuje počet jedincov každého druhu.

To znamená, že druhy s malým počtom jedincov majú rovnakú váhu ako druhy s mnohými jedincami. Preto má sedmokráska taký veľký vplyv na bohatstvo biotopu, ako by to urobilo 1 000 blatouchov žijúcich na rovnakom mieste.

férovosť

Spravodlivosť je miera relatívneho hojnosti rôznych druhov, ktoré tvoria bohatstvo oblasti; Inými slovami, v danom biotope bude mať počet jedincov každého druhu vplyv na biodiverzitu miesta.

Spoločenstvo, ktorému dominuje jeden alebo dva druhy, sa považuje za menej rozmanité ako spoločenstvo, v ktorom majú prítomné druhy podobné množstvo.

definícia

S rastúcou bohatosťou a spravodlivosťou druhov sa zvyšuje rozmanitosť. Index diverzity spoločnosti Simpson je mierou diverzity, ktorá zohľadňuje bohatstvo a spravodlivosť.

Ekológovia, biológovia, ktorí študujú druhy vo svojom prostredí, sa zaujímajú o druhovú diverzitu biotopov, ktoré študujú. Dôvodom je skutočnosť, že rozmanitosť je zvyčajne úmerná stabilite ekosystému: čím väčšia rozmanitosť, tým väčšia stabilita.

Najstabilnejšie spoločenstvá majú veľké množstvo druhov, ktoré sú rovnomerne rozmiestnené vo veľkých populáciách. Znečistenie často znižuje rozmanitosť tým, že uprednostňuje niekoľko dominantných druhov. Diverzita je preto dôležitým faktorom úspešného riadenia ochrany druhov.

vzorec

Dôležité je, že výraz „Simpsonov index diverzity“ sa v skutočnosti používa na označenie ktoréhokoľvek z troch úzko súvisiacich indexov.

Simpsonov index (D) meria pravdepodobnosť, že dvaja náhodne vybraní jedinci zo vzorky patria k rovnakému druhu (alebo rovnakej kategórii).

Na výpočet D. Existujú dve verzie vzorca na výpočet D. Jedna je platná, ale musíte byť konzistentní.

Kde:

- n = celkový počet organizmov konkrétneho druhu.

- N = celkový počet organizmov všetkých druhov.

Hodnota D sa pohybuje od 0 do 1:

- Ak hodnota D dáva 0, znamená to nekonečnú diverzitu.

- Ak je hodnota D 1, znamená to, že neexistuje žiadna diverzita.

interpretácia

Index predstavuje vyjadrenie pravdepodobnosti, že dvaja jednotlivci v tej istej oblasti a náhodne vybraní, sú z toho istého druhu. Index Simpson sa pohybuje od 0 do 1, napríklad:

- Čím bližšia je hodnota D 1, tým nižšia je diverzita biotopov.

- Čím bližšia je hodnota D 0, tým väčšia je rozmanitosť biotopu.

To znamená, že čím vyššia je hodnota D, tým nižšia je rozmanitosť. To nie je ľahké interpretovať intuitívne a mohlo by to spôsobiť zmätok, a preto sa dosiahol konsenzus na odpočítanie hodnoty D od 1, pričom sa ponecháva takto: 1- D

V tomto prípade je hodnota indexu tiež v rozsahu od 0 do 1, ale teraz, čím vyššia je hodnota, tým väčšia je rozmanitosť vzorky.

Toto dáva väčší zmysel a je ľahšie pochopiteľné. V tomto prípade index predstavuje pravdepodobnosť, že dvaja náhodne vybraní jedinci zo vzorky patria k rôznym druhom.

Ďalším spôsobom, ako prekonať problém „kontraintuitívnej“ povahy Simpsonovho indexu, je vziať recipročný index; to znamená, 1 / D.

Simpsonov recipročný index (1 / D)

Hodnota tohto indexu začína 1 ako najnižšie možné číslo. Tento prípad by predstavoval spoločenstvo, ktoré obsahuje iba jeden druh. Čím vyššia je hodnota, tým väčšia je rozmanitosť.

Maximálna hodnota je počet druhov vo vzorke. Napríklad: ak je vo vzorke päť druhov, potom maximálna hodnota recipročného Simpsonovho indexu je 5.

Pojem „index Simpsonovej diverzity“ sa často používa voľne. To znamená, že tri vyššie uvedené indexy (Simpsonov index, Simpsonov index diverzity a Simpsonov recipročný index), ktoré sú navzájom úzko prepojené, boli citované pod rovnakým pojmom podľa rôznych autorov.

Preto je dôležité určiť, ktorý index sa použil v konkrétnej štúdii, ak sa má vykonať porovnanie diverzity.

V každom prípade sa spoločenstvo, ktorému dominuje jeden alebo dva druhy, považuje za menej rozmanité ako spoločenstvo, v ktorom má niekoľko rôznych druhov podobné množstvo.

Príklad výpočtu indexu diverzity Simpsona

Vzorky kvetov divočiny prítomných v dvoch rôznych poliach sa získajú a získajú sa tieto výsledky:

Prvá vzorka je spravodlivejšia ako druhá. Je to tak preto, že celkový počet jednotlivcov v teréne je rovnomerne rozdelený medzi tri druhy.

Pri pozorovaní hodnôt v tabuľke je dokázaná nerovnosť v rozdelení jednotlivcov v každej oblasti. Z hľadiska bohatstva sú však obe polia rovnaké, pretože každé z nich má 3 druhy; v dôsledku toho majú rovnaké bohatstvo.

Naopak, v druhej vzorke je väčšina jednotlivcov blatouchom, dominantným druhom. V tejto oblasti je málo sedmokrásk a púpav; preto sa pole 2 považuje za menej rozmanité ako pole 1.

Vyššie uvedené je to, čo sa pozoruje voľným okom. Potom sa výpočet vykoná pomocou vzorca:

takže:

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

D (pole 1) = 334 450/999 000

D (pole 1) = 0,3 -> Simpsonov index pre pole 1

D (pole 2) = 868 562/1 000 x (999)

D (pole 2) = 868 562/999 000

D (pole 2) = 0,9 -> Simpsonov index pre pole 2

potom:

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

1-D (pole 1) = 0,7 -> Simpsonov index diverzity pre pole 1

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

1-D (pole 2) = 0,1 -> Simpsonov index diverzity pre pole 2

A konečne:

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

1 / D (pole 1) = 3,33 -> recipročný Simpsonov index pre pole 1

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

1 / D (pole 2) = 1,11 -> recipročný Simpsonov index pre pole 2

Tieto 3 rôzne hodnoty predstavujú rovnakú biodiverzitu. Preto je dôležité určiť, ktorý z indexov sa použil, aby sa urobila porovnávacia štúdia diverzity.

Hodnota pre Simpsonov index 0,7 nie je rovnaká ako hodnota pre index diverzity Simpsona 0,7. Simpsonov index dáva väčšiu váhu najhojnejším druhom vo vzorke a pridanie zriedkavých druhov do vzorky spôsobuje iba malé zmeny v hodnote D.

Referencie

1. He, F., & Hu, XS (2005). Základný parameter biodiverzity spoločnosti Hubbell a index diverzity spoločnosti Simpson. Ecology Letters, 8 (4), 386 - 390.
2. Hill, MO (1973). Rozmanitosť a vyrovnanosť: zjednocujúci zápis a jeho dôsledky. Ecology, 54 (2), 427 - 422.
3. Ludwig, J. & Reynolds, J. (1988). Štatistická ekológia: Primér v metódach a výpočtoch (1. ^st. ). John Wiley a synovia.
4. Magurran, A. (2013). Meranie biologickej diverzity. John Wiley a synovia.
5. Morris, EK, Caruso, T., Buscot, F., Fischer, M., Hancock, C., Maier, TS,… Rillig, MC (2014). Výber a používanie indexov rozmanitosti: Informácie o ekologických aplikáciách z nemeckých prieskumov biodiverzity. Ekológia a evolúcia, 4 (18), 3514 - 3524.
6. Simpson, EH (1949). Meranie diverzity. Náture, 163 (1946), 688.
7. Van Der Heijden, MGA, Klironomos, JN, Ursic, M., Moutoglis, P., Streitwolf-Engel, R., Boller, T., … Sanders, IR (1998). Diverzita mykorhizálnych húb určuje biodiverzitu rastlín, variabilitu ekosystémov a produktivitu. Náture, 396 (6706), 69-72.