SIMPSON-INDEX: FORMULE, INTERPRETATIE EN VOORBEELD - BIOLOGIE - 2025

De Simpson-index is een formule die wordt gebruikt om de diversiteit van een gemeenschap te meten. Het wordt vaak gebruikt om de biodiversiteit te meten, dat wil zeggen de diversiteit van levende wezens op een bepaalde plaats. Deze index is echter ook bruikbaar om de diversiteit van elementen zoals scholen, plaatsen en andere te meten.

In de ecologie wordt de Simpson-index (naast andere indices) vaak gebruikt om de biodiversiteit van een habitat te kwantificeren. Hierbij wordt rekening gehouden met het aantal soorten dat in het leefgebied aanwezig is, en met de overvloed van elke soort.

Bijbehorende concepten

Voordat we de Simpson Diversity Index in meer detail bespreken, is het belangrijk om enkele basisconcepten te begrijpen, zoals hieronder beschreven:

Biologische diversiteit

Biologische diversiteit is de grote verscheidenheid aan levende wezens die in een bepaald gebied voorkomen, het is een eigenschap die op veel verschillende manieren kan worden gekwantificeerd. Er zijn twee belangrijke factoren waarmee rekening wordt gehouden bij het meten van diversiteit: rijkdom en eerlijkheid.

Rijkdom is een maat voor het aantal verschillende organismen dat in een bepaald gebied aanwezig is; dat wil zeggen, het aantal soorten dat in een habitat aanwezig is.

Diversiteit hangt echter niet alleen af ​​van de soortenrijkdom, maar ook van de overvloed van elke soort. Eerlijkheid vergelijkt de gelijkenis tussen de populatiegroottes van elk van de aanwezige soorten.

Rijkdom

Het aantal soorten dat in een habitatmonster wordt genomen, is een maatstaf voor rijkdom. Hoe meer soorten er in een monster aanwezig zijn, hoe rijker het monster zal zijn.

De soortrijkdom als maatstaf op zich houdt geen rekening met het aantal individuen in elke soort.

Dit betekent dat soorten met weinig individuen hetzelfde gewicht krijgen als soorten met veel individuen. Daarom heeft een madeliefje evenveel invloed op de rijkdom van een habitat als 1000 boterbloemen die op dezelfde plek leven.

Eerlijkheid

Rechtvaardigheid is een maatstaf voor de relatieve abundantie van de verschillende soorten die de rijkdom van een gebied vormen; Met andere woorden, in een bepaalde habitat zal het aantal individuen van elke soort ook een effect hebben op de biodiversiteit van de plaats.

Een gemeenschap die wordt gedomineerd door een of twee soorten, wordt als minder divers beschouwd dan een gemeenschap waarin de aanwezige soorten een vergelijkbare overvloed hebben.

Definitie

Naarmate de rijkdom en eerlijkheid van soorten toeneemt, neemt de diversiteit toe. De Simpson Diversity Index is een maatstaf voor diversiteit die rekening houdt met zowel rijkdom als billijkheid.

Ecologen, biologen die soorten in hun omgeving bestuderen, zijn geïnteresseerd in de soortendiversiteit van de habitats die ze bestuderen. Dit komt omdat diversiteit meestal evenredig is met de stabiliteit van het ecosysteem: hoe groter de diversiteit, hoe groter de stabiliteit.

De meest stabiele gemeenschappen hebben grote aantallen soorten die redelijk gelijkmatig zijn verdeeld over grote populaties. Vervuiling vermindert vaak de diversiteit door een paar dominante soorten te begunstigen. Diversiteit is daarom een ​​belangrijke factor in het succesvol beheren van soortenbehoud.

Formule

Belangrijk is dat de term "Simpson-diversiteitsindex" feitelijk wordt gebruikt om te verwijzen naar een van de drie nauw verwante indices.

De Simpson-index (D) meet de kans dat twee willekeurig geselecteerde individuen uit een steekproef tot dezelfde soort (of dezelfde categorie) behoren.

Er zijn twee versies van de formule om D te berekenen. Beide zijn geldig, maar je moet consistent zijn.

Waar:

- n = het totale aantal organismen van een bepaalde soort.

- N = het totale aantal organismen van alle soorten.

De waarde van D varieert van 0 tot 1:

- Als de waarde van D 0 geeft, betekent dit oneindige diversiteit.

- Als de waarde van D 1 geeft, betekent dit dat er geen diversiteit is.

Interpretatie

De index is een weergave van de kans dat twee individuen, binnen dezelfde regio en willekeurig geselecteerd, van dezelfde soort zijn. De Simpson-index varieert van 0 tot 1, als volgt:

- Hoe dichter de D-waarde bij 1 ligt, hoe lager de habitatdiversiteit.

- Hoe dichter de D-waarde bij 0 ligt, hoe groter de diversiteit van de habitat.

Dat wil zeggen, hoe hoger de waarde van D, hoe lager de diversiteit. Dit is niet gemakkelijk intuïtief te interpreteren en kan voor verwarring zorgen, daarom werd de consensus bereikt om de waarde van D af te trekken van 1, en het als volgt te laten: 1- D

In dit geval varieert de indexwaarde ook van 0 tot 1, maar hoe hoger de waarde, hoe groter de diversiteit van de sample.

Dit is logischer en gemakkelijker te begrijpen. In dit geval geeft de index de kans weer dat twee willekeurig geselecteerde individuen uit een steekproef tot verschillende soorten behoren.

Een andere manier om het probleem van de "contra-intuïtieve" aard van de Simpson-index op te lossen, is door het omgekeerde van de index te nemen; dat wil zeggen, 1 / D.

Simpson's wederzijdse index (1 / D)

De waarde van deze index begint met 1 als het laagst mogelijke cijfer. Dit geval zou een gemeenschap vertegenwoordigen die slechts één soort bevat. Hoe hoger de waarde, hoe groter de diversiteit.

De maximale waarde is het aantal soorten in het monster. Bijvoorbeeld: als er vijf soorten in een steekproef zijn, dan is de maximale waarde van de wederkerige Simpson-index 5.

De term "Simpson-diversiteitsindex" wordt vaak losjes toegepast. Dit betekent dat de drie hierboven beschreven indices (Simpson's index, Simpson's diversiteitsindex en Simpson's wederzijdse index), die zo nauw verwant zijn, volgens verschillende auteurs onder dezelfde term zijn geciteerd.

Daarom is het belangrijk om te bepalen welke index is gebruikt in een bepaald onderzoek als er diversiteitsvergelijkingen moeten worden gemaakt.

In elk geval wordt een gemeenschap die wordt gedomineerd door een of twee soorten beschouwd als minder divers dan een gemeenschap waarin verschillende soorten een vergelijkbare hoeveelheid hebben.

Voorbeeld van de berekening van de Simpson-diversiteitsindex

Wilde bloemen aanwezig in twee verschillende velden worden bemonsterd en de volgende resultaten worden verkregen:

De eerste steekproef is rechtvaardiger dan de tweede. Dit komt doordat het totale aantal individuen in het veld redelijk gelijkmatig over de drie soorten is verdeeld.

Bij het observeren van de waarden in de tabel wordt de ongelijkheid in de verdeling van individuen op elk gebied aangetoond. Vanuit het oogpunt van rijkdom zijn beide velden echter gelijk omdat ze elk 3 soorten hebben; bijgevolg hebben ze dezelfde rijkdom.

In het tweede monster daarentegen zijn de meeste individuen boterbloemen, de dominante soort. Op dit veld zijn er weinig madeliefjes en paardebloemen; daarom wordt veld 2 als minder divers beschouwd dan veld 1.

Het bovenstaande is wat wordt waargenomen met het blote oog. Vervolgens wordt de berekening uitgevoerd door de formule toe te passen:

Zo:

D (veld 1) = 334.450 / 1.000x (999)

D (veld 1) = 334.450 / 999.000

D (veld 1) = 0,3 -> Simpson-index voor veld 1

D (veld 2) = 868.562 / 1.000x (999)

D (veld 2) = 868.562 / 999.000

D (veld 2) = 0.9 -> Simpson-index voor veld 2

Vervolgens:

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

1-D (veld 1) = 0,7 -> Simpson-diversiteitsindex voor veld 1

1-D (veld 2) = 1- 0.9

1-D (veld 2) = 0,1 -> Simpson-diversiteitsindex voor veld 2

Tenslotte:

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

1 / D (veld 1) = 3.33 -> wederkerige Simpson-index voor veld 1

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

1 / D (veld 2) = 1,11 -> wederkerige Simpson-index voor veld 2

Deze 3 verschillende waarden vertegenwoordigen dezelfde biodiversiteit. Daarom is het belangrijk om te bepalen welke van de indices is gebruikt om een ​​vergelijkende studie van diversiteit te maken.

Een waarde voor de Simpson-index van 0,7 is niet hetzelfde als een waarde van 0,7 voor de Simpson-diversiteitsindex. De Simpson-index geeft meer gewicht aan de meest voorkomende soorten in een monster, en de toevoeging van zeldzame soorten aan een monster veroorzaakt slechts kleine veranderingen in de waarde van D.

Referenties

1. Hij, F., & Hu, XS (2005). Hubbell's fundamentele biodiversiteitsparameter en de Simpson-diversiteitsindex. Ecology Letters, 8 (4), 386-390.
2. Hill, MO (1973). Diversiteit en gelijkmatigheid: een verenigende notatie en de gevolgen ervan. Ecology, 54 (2), 427-432.
3. Ludwig, J. & Reynolds, J. (1988). Statistische ecologie: een inleiding in methoden en computers ( ^1e ). John Wiley & Sons.
4. Magurran, A. (2013). Biologische diversiteit meten. John Wiley & Sons.
5. Morris, EK, Caruso, T., Buscot, F., Fischer, M., Hancock, C., Maier, TS,… Rillig, MC (2014). Diversiteitsindices kiezen en gebruiken: Inzichten voor ecologische toepassingen van de Duitse Biodiversity Exploratories. Ecologie en evolutie, 4 (18), 3514-3524.
6. Simpson, EH (1949). Meting van diversiteit. Nature, 163 (1946), 688.
7. Van Der Heijden, MGA, Klironomos, JN, Ursic, M., Moutoglis, P., Streitwolf-Engel, R., Boller, T., … Sanders, IR (1998). De diversiteit van mycorrhiza-schimmels bepaalt de biodiversiteit van planten, de variabiliteit van ecosystemen en de productiviteit. Nature, 396 (6706), 69-72.