SIMPSONOV INDEKS: FORMULA, INTERPRETACIJA IN PRIMER - BIOLOGIJA - 2026

Indeks Simpson je formula za merjenje raznolikost skupnosti. Običajno se uporablja za merjenje biotske raznovrstnosti, torej 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 indeks Simpson (med drugimi indeksi) pogosto uporablja za količinsko opredelitev biotske raznovrstnosti habitata. Pri tem se upošteva število vrst, ki so prisotne v habitatu, in številčnost posameznih vrst.

Povezani koncepti

Preden podrobneje razpravljamo o Simpsonovem indeksu raznolikosti, je pomembno razumeti nekaj osnovnih pojmov, kot so podrobno 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 več različnih načinov. Pri merjenju raznolikosti se upoštevata dva glavna dejavnika: bogastvo in poštenost.

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

Raznolikost pa ni odvisna samo od bogastva vrst, ampak tudi od številčnosti posamezne vrste. Pravičnost primerja podobnost med velikostjo populacije vsake od prisotnih vrst.

Bogatstvo

Število vrst, odvzetih v vzorcu habitatov, je merilo bogastva. Več vrst je v vzorcu, bogatejši bo vzorec.

Bogastvo vrst kot merilo samo po sebi ne upošteva števila posameznikov v posamezni vrsti.

To pomeni, da vrste z malo osebki dobijo enako težo kot vrste z veliko posamezniki. Marjetica torej vpliva na bogastvo habitata kot 1000 čebulnic, ki živijo na istem kraju.

Pravičnost

Pravičnost je merilo relativne številčnosti različnih vrst, ki sestavljajo bogastvo območja; Z drugimi besedami, v posameznem habitatu bo število posameznikov posamezne vrste vplivalo tudi na biotsko raznovrstnost kraja.

Skupnost, v kateri prevladuje ena ali dve vrsti, velja za manj raznoliko kot skupnost, v kateri so prisotne vrste podobne.

Opredelitev

Z večanjem bogastva in poštenosti vrst se povečuje raznolikost. Indeks raznolikosti Simpson je merilo raznolikosti, ki upošteva tako bogastvo kot poštenost.

Ekologe, biologe, ki preučujejo vrste v svojem okolju, zanima raznolikost vrst habitatov, ki jih preučujejo. To je zato, ker je raznolikost običajno sorazmerna s stabilnostjo ekosistema: večja kot je raznolikost, večja je stabilnost.

Najstabilnejše skupnosti imajo veliko število vrst, ki so dokaj enakomerno razporejene v velikih populacijah. Onesnaženje pogosto zmanjšuje raznolikost, saj daje prednost nekaj prevladujočim vrstam. Raznolikost je zato pomemben dejavnik uspešnega upravljanja z ohranjanjem vrst.

Formula

Pomembno je, da se izraz "indeks raznolikosti Simpson" dejansko uporablja za označevanje katerega koli od treh tesno povezanih indeksov.

Simpsonov indeks (D) meri verjetnost, da dve naključno izbrani osebi iz vzorca pripadata isti vrsti (ali isti kategoriji).

Za izračun D. obstajata dve različici formule. Vsaka je veljavna, vendar morate biti dosledni.

Kje:

- n = skupno število organizmov določene vrste.

- N = skupno število organizmov vseh vrst.

Vrednost D se giblje od 0 do 1:

- Če vrednost D daje 0, pomeni neskončno raznolikost.

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

Interpretacija

Indeks predstavlja verjetnost, da sta dva posameznika v isti regiji in naključno izbrana enaki vrsti. Simpsonov indeks se giblje od 0 do 1, takole:

- Bližje kot je vrednost D 1, manjša je raznolikost habitatov.

- Bližje kot je vrednost D 0, večja je raznolikost habitata.

To je, višja kot je vrednost D, manjša je raznolikost. To ni enostavno razlagati intuitivno in lahko povzroči zmedo, zato je bilo doseženo soglasje, da se vrednost D odšteje od 1, pri čemer ostane naslednje: 1- D

V tem primeru se vrednost indeksa giblje tudi med 0 in 1, zdaj pa je višja vrednost, večja je raznolikost vzorca.

To je bolj smiselno in lažje razumljivo. V tem primeru indeks predstavlja verjetnost, da dve naključno izbrani osebi iz vzorca pripadata različnim vrstam.

Drug način za premagovanje težave "kontraintuitivne" narave Simpsonovega indeksa je zavzemanje vzajemnosti indeksa; torej 1 / D.

Simpsonov vzajemni 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.

Najvišja 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 ohlapno uporablja. To pomeni, da so trije zgoraj opisani indeksi (Simpsonov indeks, Simpsonov indeks raznolikosti in Simpsonov vzajemni indeks), ki so tako tesno povezani, po navedbah različnih avtorjev navedeni v istem izrazu.

Zato je za določitev raznolikosti pomembno ugotoviti, kateri indeks je bil uporabljen v določeni študiji.

Vsekakor se skupnost, v kateri prevladuje ena ali dve vrsti, šteje za manj raznoliko kot tista, v kateri ima več različnih vrst podobne številčnosti.

Primer izračuna indeksa raznolikosti Simpson

Vzorec prostoživečih cvetov na dveh različnih poljih je pridobljen na podlagi naslednjih rezultatov:

Prvi vzorec je bolj pravičen kot drugi. To je zato, ker je skupno število posameznikov na terenu dokaj enakomerno porazdeljeno med tri vrste.

Ob opazovanju vrednosti v tabeli je razvidna neenakost v porazdelitvi posameznikov na posameznih področjih. Vendar sta z vidika bogastva obe polji enaki, ker imata vsako po 3 vrste; posledično imajo enako bogastvo.

Nasprotno pa je v drugem vzorcu prevladujoča vrsta osebkov kopriv. Na tem polju je malo marjetic in maslačkov; zato se polje 2 šteje za manj raznoliko kot polje 1.

Zgoraj je tisto, kar opazimo s prostim očesom. Nato se izračun izvede po formuli:

Torej:

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) = 1,9

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 -> vzajemni Simpsonov 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 isto biotsko raznovrstnost. Zato je pomembno določiti, kateri od indeksov je bil uporabljen za primerjalno študijo raznolikosti.

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

Reference

1. He, F., & Hu, XS (2005). Hubbellov osnovni parameter biotske raznovrstnosti in Simpsonov indeks raznolikosti. Ekološka pisma, 8 (4), 386–390.
2. Hill, MO (1973). Raznolikost in enakomernost: poenoten zapis in njegove posledice. Ekologija, 54 (2), 427–432.
3. Ludwig, J. & Reynolds, J. (1988). Statistični Ekologija: Primer iz metod in računalništvo (1 ^st ). John Wiley & Sons.
4. Magurran, A. (2013). Merjenje biološke raznolikosti. John Wiley & Sons.
5. Morris, EK, Caruso, T., Buscot, F., Fischer, M., Hancock, C., Maier, TS,… Rillig, MC (2014). Izbira in uporaba indeksov raznolikosti: Vpogled v ekološke aplikacije nemških raziskav biotske raznovrstnosti. Ekologija in evolucija, 4 (18), 3514–3524.
6. Simpson, EH (1949). Merjenje raznolikosti. Narava, 163 (1946), 688.
7. Van Der Heijden, MGA, Klironomos, JN, Uršič, M., Moutoglis, P., Streitwolf-Engel, R., Boller, T., … Sanders, IR (1998). Raznovrstnost glivic zaradi mikorize določa biotsko raznovrstnost rastlin, spremenljivost ekosistemov in produktivnost. Narava, 396 (6706), 69–72.