ดัชนี SIMPSON: สูตรการตีความและตัวอย่าง - ชีววิทยา - 2025

ดัชนีซิมป์สันเป็นสูตรที่ใช้ในการวัดความหลากหลายของชุมชน มักใช้เพื่อวัดความหลากหลายทางชีวภาพนั่นคือความหลากหลายของสิ่งมีชีวิตในสถานที่หนึ่ง ๆ อย่างไรก็ตามดัชนีนี้ยังมีประโยชน์ในการวัดความหลากหลายขององค์ประกอบต่างๆเช่นโรงเรียนสถานที่และอื่น ๆ

ในทางนิเวศวิทยาดัชนี Simpson (ในดัชนีอื่น ๆ ) มักใช้เพื่อหาปริมาณความหลากหลายทางชีวภาพของที่อยู่อาศัย สิ่งนี้คำนึงถึงจำนวนสปีชีส์ที่มีอยู่ในที่อยู่อาศัยรวมถึงความอุดมสมบูรณ์ของแต่ละชนิด

แนวคิดที่เกี่ยวข้อง

ก่อนที่จะพูดถึง Simpson Diversity Index ในรายละเอียดเพิ่มเติมสิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจแนวคิดพื้นฐานบางประการตามรายละเอียดด้านล่าง

ความหลากหลายทางชีวภาพ

ความหลากหลายทางชีวภาพคือความหลากหลายของสิ่งมีชีวิตที่มีอยู่ในพื้นที่ใดพื้นที่หนึ่งเป็นคุณสมบัติที่สามารถหาปริมาณได้หลายวิธี มีสองปัจจัยหลักที่นำมาพิจารณาในการวัดความหลากหลาย: ความมั่งคั่งและความเป็นธรรม

ความร่ำรวยเป็นการวัดจำนวนสิ่งมีชีวิตต่างๆที่มีอยู่ในพื้นที่หนึ่ง ๆ นั่นคือจำนวนสปีชีส์ที่มีอยู่ในที่อยู่อาศัย

อย่างไรก็ตามความหลากหลายไม่เพียงขึ้นอยู่กับความสมบูรณ์ของสายพันธุ์เท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับความอุดมสมบูรณ์ของสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดด้วย ความเป็นธรรมเปรียบเทียบความคล้ายคลึงกันระหว่างขนาดประชากรของสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดในปัจจุบัน

ความมั่งคั่ง

จำนวนของสิ่งมีชีวิตในตัวอย่างที่อยู่อาศัยเป็นตัวชี้วัดความร่ำรวย ยิ่งมีสายพันธุ์อยู่ในตัวอย่างมากเท่าใดตัวอย่างก็จะยิ่งมีมากขึ้นเท่านั้น

ความร่ำรวยของสายพันธุ์เป็นตัวชี้วัดในตัวเองไม่ได้คำนึงถึงจำนวนบุคคลในแต่ละสายพันธุ์

ซึ่งหมายความว่าสายพันธุ์ที่มีบุคคลไม่กี่คนจะได้รับน้ำหนักเท่ากับพันธุ์ที่มีหลายคน ดังนั้นเดซี่จึงมีอิทธิพลต่อความอุดมสมบูรณ์ของที่อยู่อาศัยมากพอ ๆ กับบัตเตอร์คัพ 1,000 ตัวที่อาศัยอยู่ในที่เดียวกัน

ความเป็นธรรม

ความเท่าเทียมกันคือการวัดความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ของสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกันซึ่งประกอบขึ้นเป็นความสมบูรณ์ของพื้นที่ กล่าวอีกนัยหนึ่งในถิ่นที่อยู่ที่กำหนดจำนวนบุคคลของสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดจะมีผลต่อความหลากหลายทางชีวภาพของสถานที่นั้นด้วย

ชุมชนที่มีสิ่งมีชีวิตหนึ่งหรือสองชนิดถือว่ามีความหลากหลายน้อยกว่าชุมชนที่สิ่งมีชีวิตชนิดนี้มีความอุดมสมบูรณ์ใกล้เคียงกัน

คำนิยาม

เมื่อความอุดมสมบูรณ์และความเป็นธรรมของสิ่งมีชีวิตเพิ่มขึ้นความหลากหลายก็เพิ่มขึ้น ดัชนีความหลากหลายของซิมป์สันเป็นการวัดความหลากหลายที่คำนึงถึงทั้งความมั่งคั่งและความยุติธรรม

นักนิเวศวิทยานักชีววิทยาที่ศึกษาสิ่งมีชีวิตในสภาพแวดล้อมของพวกมันมีความสนใจในความหลากหลายของสายพันธุ์ของถิ่นที่อยู่ที่พวกเขาศึกษา เนื่องจากความหลากหลายมักจะเป็นสัดส่วนกับความมั่นคงของระบบนิเวศ: ยิ่งมีความหลากหลายมากเท่าใดเสถียรภาพก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

ชุมชนที่มั่นคงที่สุดมีสิ่งมีชีวิตจำนวนมากที่กระจายอยู่ในประชากรจำนวนมากอย่างเท่าเทียมกัน มลพิษมักจะลดความหลากหลายโดยการสนับสนุนสิ่งมีชีวิตที่โดดเด่นเพียงไม่กี่ชนิด ดังนั้นความหลากหลายจึงเป็นปัจจัยสำคัญในการจัดการอนุรักษ์พันธุ์ไม้ให้ประสบความสำเร็จ

สูตร

ที่สำคัญคำว่า "ดัชนีความหลากหลายของซิมป์สัน" ใช้เพื่ออ้างถึงดัชนีใด ๆ ในสามดัชนีที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิด

ดัชนี Simpson (D) วัดความน่าจะเป็นที่บุคคลที่สุ่มเลือกสองคนจากกลุ่มตัวอย่างเป็นสัตว์ชนิดเดียวกัน (หรือประเภทเดียวกัน)

สูตรคำนวณ D มีสองเวอร์ชันอย่างใดอย่างหนึ่งใช้ได้ แต่คุณต้องสอดคล้องกัน

ที่ไหน:

- n = จำนวนสิ่งมีชีวิตทั้งหมดของสิ่งมีชีวิตหนึ่ง ๆ

- N = จำนวนสิ่งมีชีวิตทั้งหมดของทุกชนิด

ค่า D อยู่ในช่วง 0 ถึง 1:

- ถ้าค่า D ให้ 0 แสดงว่ามีความหลากหลายไม่สิ้นสุด

- ถ้าค่า D ให้ 1 แสดงว่าไม่มีความหลากหลาย

การตีความ

ดัชนีคือการแสดงความน่าจะเป็นที่บุคคลสองคนในภูมิภาคเดียวกันและถูกเลือกโดยการสุ่มเป็นสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกัน ดัชนี Simpson อยู่ในช่วง 0 ถึง 1 ดังนี้

- ยิ่งค่า D เข้าใกล้ 1 ความหลากหลายของแหล่งที่อยู่ก็จะยิ่งลดลง

- ยิ่งค่า D เข้าใกล้ 0 ความหลากหลายของที่อยู่อาศัยก็จะยิ่งมากขึ้น

นั่นคือยิ่งค่า D สูงความหลากหลายก็จะยิ่งต่ำลง นี่ไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะตีความโดยสัญชาตญาณและอาจทำให้เกิดความสับสนซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้ฉันเห็นพ้องกันเพื่อลบค่าของ D ออกจาก 1 โดยปล่อยให้เป็นดังนี้: 1- D

ในกรณีนี้ค่าดัชนีจะอยู่ในช่วง 0 ถึง 1 เช่นกัน แต่ตอนนี้ค่ายิ่งสูงความหลากหลายของตัวอย่างก็ยิ่งมากขึ้น

สิ่งนี้เข้าท่าและเข้าใจง่ายกว่า ในกรณีนี้ดัชนีแสดงถึงความน่าจะเป็นที่บุคคลที่สุ่มเลือกสองคนจากกลุ่มตัวอย่างเป็นของสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกัน

อีกวิธีหนึ่งในการเอาชนะปัญหาของดัชนีซิมป์สันแบบ "ตอบโต้ - ใช้งานง่าย" คือการใช้ดัชนีซึ่งกันและกัน นั่นคือ 1 / D.

ดัชนีซึ่งกันและกันของ Simpson (1 / D)

ค่าของดัชนีนี้เริ่มต้นด้วย 1 เป็นตัวเลขต่ำสุดที่เป็นไปได้ กรณีนี้จะแสดงถึงชุมชนที่มีสิ่งมีชีวิตเพียงชนิดเดียว ค่ายิ่งสูงความหลากหลายก็ยิ่งมากขึ้น

ค่าสูงสุดคือจำนวนชนิดในตัวอย่าง ตัวอย่างเช่นหากมีห้าชนิดในตัวอย่างค่าสูงสุดของดัชนี Simpson ซึ่งกันและกันคือ 5

คำว่า "ดัชนีความหลากหลายของซิมป์สัน" มักถูกนำมาใช้อย่างหลวม ๆ ซึ่งหมายความว่าดัชนีทั้งสามที่อธิบายไว้ข้างต้น (ดัชนีของซิมป์สันดัชนีความหลากหลายของซิมป์สันและดัชนีซึ่งกันและกันของซิมป์สัน) ซึ่งมีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิดได้รับการอ้างถึงภายใต้คำเดียวกันตามผู้เขียนคนละคน

ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องพิจารณาว่าดัชนีใดถูกใช้ในการศึกษาเฉพาะหากต้องทำการเปรียบเทียบความหลากหลาย

ไม่ว่าในกรณีใดชุมชนที่ถูกครอบงำโดยสิ่งมีชีวิตหนึ่งหรือสองชนิดนั้นถือว่ามีความหลากหลายน้อยกว่าชุมชนหนึ่งซึ่งสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกันหลายชนิดมีความอุดมสมบูรณ์ใกล้เคียงกัน

ตัวอย่างการคำนวณดัชนีความหลากหลายของ Simpson

ดอกไม้ป่าที่มีอยู่ในสองช่องจะถูกสุ่มตัวอย่างและได้ผลลัพธ์ต่อไปนี้:

ตัวอย่างแรกมีความเท่าเทียมกันมากกว่าตัวอย่างที่สอง เนื่องจากจำนวนบุคคลทั้งหมดในสนามมีการกระจายอย่างเท่าเทียมกันระหว่างสามชนิด

เมื่อสังเกตค่าในตารางความไม่เท่าเทียมกันในการแจกแจงของแต่ละบุคคลในแต่ละเขตข้อมูลจะเป็นหลักฐาน อย่างไรก็ตามจากมุมมองของความร่ำรวยฟิลด์ทั้งสองมีค่าเท่ากันเพราะมี 3 ชนิดแต่ละชนิด ดังนั้นพวกเขาจึงมีความมั่งคั่งเท่ากัน

ในทางตรงกันข้ามในตัวอย่างที่สองบุคคลส่วนใหญ่เป็นบัตเตอร์คัพซึ่งเป็นสายพันธุ์ที่โดดเด่น ในสาขานี้มีดอกเดซี่และดอกแดนดิไลออนไม่กี่ดอก ดังนั้นฟิลด์ 2 จึงถือว่ามีความหลากหลายน้อยกว่าฟิลด์ 1

ข้างต้นคือสิ่งที่สังเกตได้ด้วยตาเปล่า จากนั้นการคำนวณจะดำเนินการโดยใช้สูตร:

ดังนั้น:

D (ฟิลด์ 1) = 334.450 / 1.000x (999)

D (ฟิลด์ 1) = 334,450 / 999,000

D (ฟิลด์ 1) = 0.3 -> ดัชนีซิมป์สันสำหรับฟิลด์ 1

D (ฟิลด์ 2) = 868.562 / 1.000x (999)

D (ฟิลด์ 2) = 868,562 / 999,000

D (ฟิลด์ 2) = 0.9 -> ดัชนี Simpson สำหรับฟิลด์ 2

แล้ว:

1-D (ฟิลด์ 1) = 1- 0.3

1-D (ฟิลด์ 1) = 0.7 -> ดัชนีความหลากหลายของซิมป์สันสำหรับฟิลด์ 1

1-D (ฟิลด์ 2) = 1- 0.9

1-D (ฟิลด์ 2) = 0.1 -> ดัชนีความหลากหลายของซิมป์สันสำหรับฟิลด์ 2

สุดท้าย:

1 / D (ฟิลด์ 1) = 1 / 0.3

1 / D (ฟิลด์ 1) = 3.33 -> ดัชนี Simpson ซึ่งกันและกันสำหรับฟิลด์ 1

1 / D (ฟิลด์ 2) = 1 / 0.9

1 / D (ฟิลด์ 2) = 1.11 -> ดัชนี Simpson ซึ่งกันและกันสำหรับฟิลด์ 2

คุณค่าที่แตกต่างกันทั้ง 3 นี้แสดงถึงความหลากหลายทางชีวภาพที่เหมือนกัน ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องพิจารณาว่าดัชนีใดถูกใช้เพื่อทำการศึกษาเปรียบเทียบความหลากหลาย

ค่าสำหรับดัชนี Simpson 0.7 ไม่เหมือนกับค่า 0.7 สำหรับดัชนีความหลากหลายของ Simpson ดัชนี Simpson ให้น้ำหนักแก่สิ่งมีชีวิตที่มีอยู่มากที่สุดในกลุ่มตัวอย่างและการเพิ่มสายพันธุ์หายากลงในตัวอย่างทำให้ค่า D เปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อย

อ้างอิง

1. เขา, F. , & Hu, XS (2005) พารามิเตอร์ความหลากหลายทางชีวภาพพื้นฐานของ Hubbell และดัชนีความหลากหลายของ Simpson Ecology Letters, 8 (4), 386–390.
2. ฮิลล์, มอ. (1973). ความหลากหลายและความเท่าเทียมกัน: การบอกกล่าวรวมและผลที่ตามมา นิเวศวิทยา, 54 (2), 427–432.
3. ลุดวิกเจแอนด์เรย์โนลด์สเจ (2531). นิเวศวิทยาเชิงสถิติ: พื้นฐานในวิธีการและการคำนวณ (1 ^st ) John Wiley & Sons
4. Magurran, A. (2013). การวัดความหลากหลายทางชีวภาพ John Wiley & Sons
5. Morris, EK, Caruso, T. , Buscot, F. , Fischer, M. , Hancock, C. , Maier, TS, … Rillig, MC (2014). การเลือกและใช้ดัชนีความหลากหลาย: ข้อมูลเชิงลึกสำหรับการใช้งานทางนิเวศวิทยาจาก German Biodiversity Exploratories นิเวศวิทยาและวิวัฒนาการ, 4 (18), 3514–3524.
6. ซิมป์สัน, EH (2492). การวัดความหลากหลาย ธรรมชาติ, 163 (2489), 688.
7. Van Der Heijden, MGA, Klironomos, JN, Ursic, M. , Moutoglis, P. , Streitwolf-Engel, R. , Boller, T. , … Sanders, IR (1998) ความหลากหลายของเชื้อราไมคอร์ไรซาเป็นตัวกำหนดความหลากหลายทางชีวภาพของพืชความแปรปรวนของระบบนิเวศและผลผลิต ธรรมชาติ, 396 (6706), 69-72.