Simpsonova definicija, formula, interpretacija in primer



The Simpsonov indeks gre za formulo, ki se uporablja za merjenje raznolikosti skupnosti. Običajno se uporablja za merjenje biotske raznovrstnosti, tj. Raznolikosti živih bitij na določenem mestu. Vendar je ta indeks koristen tudi za merjenje raznolikosti elementov, kot so šole, kraji, med drugim.

V ekologiji se Simpsonov indeks pogosto uporablja (med drugimi indeksi) za količinsko opredelitev biotske raznovrstnosti habitata. To upošteva količino vrst, ki so prisotne v habitatu, kot tudi številčnost vsake vrste.

Indeks

  • 1 Povezani koncepti
    • 1.1 Biološka raznolikost
    • 1.2 Bogastvo
    • 1.3 Pravičnost
  • 2 Opredelitev
  • 3 Formula
  • 4 Tolmačenje
    • 4.1 Simpsonov vzajemni indeks (1 / D)
  • 5 Primer izračuna indeksa raznolikosti Simpson
  • 6 Reference

Povezani koncepti

Preden natančneje analiziramo indeks raznolikosti Simpson, je pomembno razumeti nekaj osnovnih pojmov, ki so opisani spodaj:

Biološka raznolikost

Biološka raznolikost je velika raznolikost živih bitij, ki obstajajo na določenem območju, je lastnost, ki jo je mogoče količinsko opredeliti na različne načine. Pri merjenju raznolikosti upoštevamo dva glavna dejavnika: bogastvo in poštenost.

Bogastvo je merilo števila različnih organizmov, prisotnih na določenem območju; to je količina vrst, ki so prisotne v habitatu.

Vendar pa raznolikost ni odvisna samo od bogastva vrst, ampak tudi od številčnosti vsake vrste. Pravičnost primerja podobnost med velikostmi populacij vsake prisotne vrste.

Bogastvo

Število vrst, vzetih v vzorcu habitata, je merilo bogastva. Več vrst, ki so prisotne v vzorcu, bo bogatejši vzorec.

Bogastvo vrst kot ukrep sam po sebi ne upošteva števila posameznikov v vsaki vrsti.

Zgoraj navedeno pomeni, da je enaka teža dana vrstam, ki imajo malo posameznikov, kot tistim, ki imajo veliko posameznikov. Zato ima marjetica tolikšen vpliv na bogastvo habitata, saj bi imela 1000 maščob, ki živijo na istem mestu.

Pravičnost

Poštenost je merilo relativne številčnosti različnih vrst, ki sestavljajo bogastvo območja; to pomeni, da bo v določenem habitatu število posameznikov vsake vrste vplivalo tudi na biotsko raznovrstnost kraja.

Skupnost, v kateri prevladuje ena ali dve vrsti, se šteje za manj raznolika kot skupnost, v kateri imajo prisotne vrste podobno bogatstvo.

Opredelitev

S povečevanjem bogastva in poštenosti vrst se raznolikost povečuje. Simpsonov indeks raznolikosti je merilo raznolikosti, ki upošteva tako bogastvo kot pravičnost.

Ekologi, biologi, ki preučujejo vrsto v svojem okolju, se zanimajo za raznolikost vrst v habitatih, ki jih študirajo. To je zato, ker je raznolikost običajno sorazmerna s stabilnostjo ekosistema: večja je raznolikost, večja je stabilnost.

Najbolj stabilne skupnosti imajo veliko število vrst, ki so razmeroma enakomerno porazdeljene v dobrih populacijah. Onesnaževanje pogosto zmanjšuje raznolikost s prednostjo nekaterih dominantnih vrst. Raznolikost je zato pomemben dejavnik za uspešno upravljanje ohranjanja vrst.

Formula

Pomembno je omeniti, da se izraz "Simpsonov indeks raznolikosti" dejansko uporablja za sklicevanje na katerega od treh tesno povezanih indeksov.

Simpsonov indeks (D) meri verjetnost, da dva posameznika, naključno izbrana iz vzorca, pripadata isti vrsti (ali isti kategoriji)..

Obstajata dve različici formule za izračun D. Vsaka od obeh je veljavna, vendar morate biti dosledni.

Kje:

- n = skupno število. \ t organizmi določene vrste.

- N = skupno število organizmi vseh vrst.

Vrednost D je med 0 in 1:

- Če vrednost D daje 0, to pomeni neskončno raznolikost.

- Če vrednost D daje 1, to pomeni, da ni raznovrstnosti.

Razlaga

Indeks predstavlja predstavo o verjetnosti, da sta dva posameznika, znotraj iste regije in izbrana naključno, iste vrste. Območje Simpsonovega indeksa se giblje od 0 do 1, na primer:

- Približuje se vrednost D do 1, manjša je raznolikost habitata.

- Bližje vrednosti D se približuje 0, večja je raznolikost habitata.

To pomeni, da večja kot je vrednost D, manjša je raznolikost. To ni lahko razumeti intuitivno in bi lahko povzročilo zmedo, zato je bilo doseženo soglasje, da se od D do 1 odšteje:

V tem primeru vrednost indeksa niha med 0 in 1, zdaj pa, ko je vrednost višja, večja je raznolikost vzorca..

To je bolj smiselno in lažje razumljivo. V tem primeru indeks predstavlja verjetnost, da dva posameznika, naključno izbrana iz vzorca, pripadata različnim vrstam.

Drug način za premagovanje problema "nasprotne intuitivne" narave Simpsonovega indeksa je, da vzamemo vzajemnost indeksa; to je 1 / D.

Vzajemni Simpsonov indeks (1 / D)

Vrednost tega indeksa se začne z 1 kot najnižjo možno številko. Ta primer bi predstavljal skupnost, ki vsebuje samo eno vrsto. Višja kot je vrednost, večja je raznolikost.

Največja vrednost je število vrst v vzorcu. Na primer: če je v vzorcu pet vrst, je največja vrednost vzajemnega Simpsonovega indeksa 5.

Izraz "Simpsonov indeks raznolikosti" se pogosto uporablja nepravilno. To pomeni, da so trije zgoraj opisani indeksi (Simpsonov indeks, Simpsonov indeks raznolikosti in Simpsonov vzajemni indeks), ki so tako tesno povezani, navedeni v istem izrazu po različnih avtorjih..

Zato je pomembno določiti, kateri indeks je bil uporabljen v določeni študiji, če želite primerjati raznolikost.

V vsakem primeru se za skupnost, v kateri prevladuje ena ali dve vrsti, šteje, da je manj raznolika kot tista, v kateri ima več različnih vrst podobno bogastvo.

Primer izračuna indeksa raznolikosti Simpson

Izvede se vzorčenje divjih rož, ki je prisotno na dveh različnih področjih, in dobijo se naslednji rezultati:

Prvi vzorec ima več pravičnosti kot drugi. To je zato, ker je skupno število posameznikov na polju razmeroma enakomerno porazdeljeno med te tri vrste.

Pri opazovanju vrednosti v tabeli je razvidna neenakost v porazdelitvi posameznikov na vsakem področju. Vendar pa sta z vidika bogastva oba polja enaka, ker imata po 3 vrste; posledično imajo enako bogastvo.

V nasprotju s tem pa so v drugem vzorcu najbolj posamezniki maslini, prevladujoča vrsta. Na tem področju je malo marjetic in regratov; zato se polje 2 šteje za manj raznoliko kot polje 1.

Zgoraj je tisto, kar opazimo s prostim očesom. Nato se izračun izvede z uporabo formule:

Nato:

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

D (polje 1) = 334,450 / 999,000

D (polje 1) = 0,3 -> Simpsonov indeks za polje 1

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

D (polje 2) = 868,562 / 999,000

D (polje 2) = 0,9 -> Simpsonov indeks za polje 2

Nato:

1-D (polje 1) = 1 - 0.3

1-D (polje 1) = 0,7 -> Simpsonov indeks raznolikosti za polje 1

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

1-D (polje 2) = 0,1 -> Simpsonov indeks raznolikosti za polje 2

Končno:

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

1 / D (polje 1) = 3.33 -> Simpsonov vzajemni indeks za polje 1

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

1 / D (polje 2) = 1,11 -> vzajemni Simpsonov indeks za polje 2

Te tri različne vrednosti predstavljajo enako biotsko raznovrstnost. Zato je pomembno ugotoviti, kateri indeksi so bili uporabljeni za kakršno koli primerjalno študijo o raznolikosti.

Vrednost Simpsonovega indeksa 0,7 ni enaka vrednosti 0,7 za indeks Simpsonove raznolikosti. Simpsonov indeks daje večjo težo najbolj razširjenim vrstam v vzorcu, dodajanje redkih vrst v vzorec pa povzroči le majhne spremembe vrednosti D.

Reference

  1. He, F., & Hu, X. S. (2005). Hubbellov temeljni parameter biotske raznovrstnosti in Simpsonov indeks raznolikosti. Ekološka pisma, 8(4), 386-390.
  2. Hill, M. O. (1973). Raznolikost in enakost: združujoča notacija in njene posledice. Ekologija, 54(2), 427-432.
  3. Ludwig, J. in Reynolds, J. (1988). Statistična ekologija: primer v metodah in računalništvu (1st). John Wiley & Sons.
  4. Magurran, A. (2013). Merjenje biološke raznolikosti. John Wiley & Sons.
  5. Morris, E.K., Caruso, T., Buscot, F., Fischer, M., Hancock, C., Maier, T.S., ... Rillig, M. C. (2014). Izbira in uporaba indeksov raznolikosti: Vpogled v ekološke aplikacije nemških raziskovalcev biotske raznovrstnosti. Ekologija in razvoj, 4(18), 3514-3524.
  6. Simpson, E.H. (1949). Merjenje raznolikosti. Narava, 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). Mikorizna raznovrstnost gliv določa biotsko raznovrstnost rastlin, variabilnost ekosistema in produktivnost. Narava, 396(6706), 69-72.