辛普森多样性指数计算器 – 测量生物多样性

什么是辛普森多样性指数？

指数定义
三种主要变体
数值解读

辛普森多样性指数是一种定量指标，反映数据集中有多少不同类型的物种，并同时考虑这些物种间的分布均匀性。它常用于量化栖息地的生物多样性。数值越高，表明生态系统越多样且越稳定。

核心概念

该指数衡量从样本中随机选取的两个个体属于同一物种的概率。如果概率高，说明生态系统被一两个物种主导，多样性较低。

三大关键指数

1. 辛普森指数 (D)： 衡量随机选取的两个个体属于同一物种的概率。数值范围为0到1，1表示完全无多样性（仅有一个物种）。

2. 多样性指数 (1-D)： 衡量随机选取的两个个体属于不同物种的概率。该值越接近1，多样性越高。

3. 倒数指数 (1/D)： 该值在单一物种群落时为1，随着多样性增加而增大。最大值为群落中的物种数。

解读示例

D = 0.8 表示多样性极低。
1-D = 0.8 表示多样性极高。
若有5个物种，1/D的最大值为5。

辛普森多样性指数计算器使用步骤详解

数据录入
执行计算
结果分析

我们的计算器简化了流程，但理解步骤有助于正确解读结果。

步骤1：收集数据

首先，您需要每个物种的个体数量。例如，在一个森林样方中，您可能数到52棵橡树、34棵枫树和15棵桦树。

步骤2：输入数据

将这些数量输入“物种个体数”输入框，数字之间用逗号分隔。例如：52, 34, 15。

步骤3：计算与解读

点击“计算”按钮，工具会立即给出辛普森指数（D）、多样性指数（1-D）和倒数指数（1/D），以及总个体数和物种数。利用这些数值评估栖息地的多样性。

输入示例

某地有300株雏菊、350株蒲公英和50株三叶草，输入：300, 350, 50
珊瑚礁样本中有5条某种鱼、8条另一种、12条第三种，输入：5, 8, 12

数学推导与公式

辛普森指数 (D) 公式
总个体数 (N) 计算
综合应用

辛普森指数 (D) 的公式为：D = Σ nᵢ(nᵢ - 1) / N(N - 1)

其中：

nᵢ = 第i个物种的个体数。

N = 所有物种的总个体数。

Σ 表示求和符号，即对所有物种求和。

计算示例

以两个物种为例：物种1 (n₁) = 10，物种2 (n₂) = 15。

1. 首先求N：N = 10 + 15 = 25。

2. 计算分子：[10 (10-1)] + [15 (15-1)] = (10 9) + (15 14) = 90 + 210 = 300。

3. 计算分母：25 (25-1) = 25 24 = 600。

4. 计算D：D = 300 / 600 = 0.5。

由此，多样性指数 (1-D) = 1 - 0.5 = 0.5，倒数指数 (1/D) = 1 / 0.5 = 2。

关键公式要素

nᵢ(nᵢ - 1) 表示同一物种个体成对的数量。
N(N - 1) 表示样本中所有个体成对的总数。

辛普森多样性指数的实际应用

保护生物学
环境影响评估
农业

该指数不仅是学术概念，更是许多领域的实用工具。

生态与保护

保护生物学家用该指数衡量生态系统的生物多样性。例如，国家公园多样性指数下降可能表明环境压力或栖息地退化，需要进一步调查和保护措施。

污染监测

在水生生态系统中，污染通常会降低物种多样性。通过比较污染源上下游的辛普森指数，科学家可以量化排放的影响。

生态修复项目

生态学家通过长期监测多样性指数来评估生态修复（如植树造林、湿地恢复）的成效。指数上升表明生态系统正在恢复并变得更复杂。

案例研究

比较有机农场与常规农场的昆虫多样性。
评估石油泄漏对海洋无脊椎动物群落的影响。

常见误区与正确解读

多样性与丰富度
样本量的重要性
相对性指标

要有效使用该指数，必须避免常见的解读误区。

物种丰富度 vs. 多样性

物种丰富度仅指物种数量。辛普森指数衡量的多样性包括丰富度和均匀度（各物种个体数的接近程度）。一个生态系统即使物种丰富，但若某一物种占绝对优势，多样性仍然很低。

样本量的重要性

该指数高度依赖样本的质量和数量。不完整或有偏的样本会导致多样性值失真。采样方法必须能代表整个群落。

比较工具

单一的辛普森指数值意义有限。其真正价值在于不同地点或不同时期的比较，以发现生物多样性的变化或差异。

解读检查清单

我是否同时考虑了丰富度和均匀度？
我的样本能否代表整个栖息地？
我是将该值与其他值进行比较，还是孤立地看待？

主导型生态系统

均匀分布生态系统

混合林

简单群落