CHỈ SỐ SIMPSON: CÔNG THỨC, DIỄN GIẢI VÀ VÍ DỤ - SINH HỌC - 2026

Các chỉ số Simpson là một công thức sử dụng để đo lường sự đa dạng của cộng đồng. Nó thường được sử dụng để đo đa dạng sinh học, tức là sự đa dạng của các sinh vật sống ở một nơi nhất định. Tuy nhiên, chỉ số này cũng hữu ích để đo lường sự đa dạng của các yếu tố như trường học, địa điểm, trong số những yếu tố khác.

Trong sinh thái học, chỉ số Simpson (trong số các chỉ số khác) thường được sử dụng để định lượng đa dạng sinh học của môi trường sống. Điều này tính đến số lượng loài hiện có trong môi trường sống, cũng như sự phong phú của mỗi loài.

Các khái niệm liên quan

Trước khi thảo luận chi tiết hơn về Chỉ số Đa dạng Simpson, điều quan trọng là phải hiểu một số khái niệm cơ bản được trình bày chi tiết dưới đây:

Sự đa dạng sinh học

Đa dạng sinh học là sự đa dạng của các sinh vật tồn tại trong một khu vực cụ thể, nó là một đặc tính có thể được định lượng bằng nhiều cách khác nhau. Có hai yếu tố chính được tính đến khi đo lường sự đa dạng: sự giàu có và sự công bằng.

Sự phong phú là thước đo số lượng các sinh vật khác nhau hiện diện trong một khu vực cụ thể; tức là, số lượng loài có mặt trong một sinh cảnh.

Tuy nhiên, sự đa dạng không chỉ phụ thuộc vào độ phong phú của loài mà còn phụ thuộc vào độ phong phú của từng loài. Tính công bằng so sánh mức độ giống nhau giữa các kích thước quần thể của mỗi loài hiện có.

Sự giàu có

Số lượng loài được lấy trong một mẫu sinh cảnh là thước đo độ phong phú. Càng có nhiều loài trong một mẫu thì mẫu đó càng phong phú.

Sự phong phú về loài như một thước đo tự nó không tính đến số lượng cá thể trong mỗi loài.

Điều này có nghĩa là những loài có ít cá thể được cho cùng trọng lượng với những loài có nhiều cá thể. Do đó, một con kỳ đà có nhiều ảnh hưởng đến sự phong phú của môi trường sống giống như 1000 con mao lương sống ở cùng một nơi.

Công bằng

Tính công bằng là thước đo mức độ phong phú tương đối của các loài khác nhau tạo nên sự phong phú của một khu vực; Nói cách khác, trong một sinh cảnh nhất định, số lượng cá thể của mỗi loài cũng sẽ ảnh hưởng đến đa dạng sinh học của nơi đó.

Một quần xã do một hoặc hai loài chi phối được coi là kém đa dạng hơn một quần xã mà các loài hiện diện có mức độ phong phú tương tự.

Định nghĩa

Khi sự phong phú và công bằng của các loài tăng lên thì tính đa dạng cũng tăng lên. Chỉ số Đa dạng Simpson là thước đo sự đa dạng có tính đến cả sự giàu có và công bằng.

Các nhà sinh thái học, nhà sinh vật học nghiên cứu các loài trong môi trường của chúng, quan tâm đến sự đa dạng của các loài trong môi trường sống mà họ nghiên cứu. Điều này là do sự đa dạng thường tỷ lệ thuận với sự ổn định của hệ sinh thái: sự đa dạng càng lớn thì tính ổn định càng lớn.

Các quần xã ổn định nhất có số lượng lớn các loài phân bố khá đồng đều trong các quần thể lớn. Ô nhiễm thường làm giảm sự đa dạng do ưu thế một số loài. Do đó, sự đa dạng là một yếu tố quan trọng trong việc quản lý thành công việc bảo tồn các loài.

Công thức

Điều quan trọng là, thuật ngữ "Chỉ số đa dạng Simpson" thực sự được sử dụng để chỉ bất kỳ chỉ số nào trong số ba chỉ số có liên quan chặt chẽ.

Chỉ số Simpson (D) đo xác suất hai cá thể được chọn ngẫu nhiên từ một mẫu thuộc cùng một loài (hoặc cùng một chủng loại).

Có hai phiên bản của công thức để tính D. Một trong hai là hợp lệ, nhưng bạn phải nhất quán.

Ở đâu:

- n = tổng số sinh vật của một loài cụ thể.

- N = tổng số sinh vật của tất cả các loài.

Giá trị của D nằm trong khoảng từ 0 đến 1:

- Nếu giá trị của D cho 0 nghĩa là phân vô hạn.

- Nếu giá trị của D cho 1 nghĩa là không có phân tập.

Diễn dịch

Chỉ số này là đại diện của xác suất mà hai cá thể, trong cùng một vùng và được chọn ngẫu nhiên, thuộc cùng một loài. Chỉ số Simpson nằm trong khoảng từ 0 đến 1, như sau:

- Giá trị D càng gần 1 thì độ đa dạng sinh cảnh càng giảm.

- Giá trị D càng gần 0 thì sinh cảnh càng đa dạng.

Tức là, giá trị của D càng cao thì độ đa dạng càng thấp. Điều này không dễ để giải thích một cách trực quan và có thể tạo ra sự nhầm lẫn, đó là lý do tại sao đã đạt được sự đồng thuận để trừ giá trị của D khỏi 1, để lại giá trị như sau: 1- D

Trong trường hợp này, giá trị chỉ số cũng nằm trong khoảng từ 0 đến 1, nhưng bây giờ, giá trị càng cao thì độ đa dạng của mẫu càng lớn.

Điều này có ý nghĩa hơn và dễ hiểu hơn. Trong trường hợp này, chỉ số thể hiện xác suất hai cá thể được chọn ngẫu nhiên từ một mẫu thuộc các loài khác nhau.

Một cách khác để khắc phục vấn đề về tính chất "phản trực giác" của chỉ số Simpson là lấy nghịch đảo của chỉ số; nghĩa là, 1 / D.

Chỉ số tương hỗ Simpson (1 / D)

Giá trị của chỉ số này bắt đầu bằng 1 là con số thấp nhất có thể. Trường hợp này đại diện cho một cộng đồng chỉ chứa một loài. Giá trị càng cao thì độ đa dạng càng lớn.

Giá trị lớn nhất là số loài trong mẫu. Ví dụ: nếu có năm loài trong một mẫu, thì giá trị lớn nhất của chỉ số Simpson tương hỗ là 5.

Thuật ngữ "chỉ số đa dạng Simpson" thường được áp dụng một cách lỏng lẻo. Điều này có nghĩa là ba chỉ số được mô tả ở trên (chỉ số Simpson, chỉ số đa dạng của Simpson và chỉ số tương hỗ của Simpson), có liên quan chặt chẽ với nhau, đã được trích dẫn theo cùng một thuật ngữ theo các tác giả khác nhau.

Do đó, điều quan trọng là phải xác định chỉ số nào đã được sử dụng trong một nghiên cứu cụ thể nếu cần thực hiện so sánh đa dạng.

Trong mọi trường hợp, một quần xã do một hoặc hai loài chi phối được coi là kém đa dạng hơn một quần xã trong đó một số loài khác nhau có mức độ phong phú tương tự.

Ví dụ về tính toán chỉ số đa dạng Simpson

Các loài hoa dại ở hai cánh đồng khác nhau được lấy mẫu và thu được kết quả như sau:

Mẫu đầu tiên cân bằng hơn mẫu thứ hai. Điều này là do tổng số cá thể trong ruộng được phân bố khá đồng đều giữa ba loài.

Khi quan sát các giá trị trong bảng, sự bất bình đẳng trong sự phân bố của các cá thể trong mỗi lĩnh vực được chứng minh. Tuy nhiên, xét theo quan điểm phú quý thì cả hai cánh đồng đều bình đẳng vì chúng có 3 loài mỗi loại; do đó, họ có cùng một sự giàu có.

Ngược lại, trong mẫu thứ hai, hầu hết các cá thể là mao lương, loài ưu thế. Trong cánh đồng này có ít hoa cúc và bồ công anh; do đó, lĩnh vực 2 được coi là ít đa dạng hơn lĩnh vực 1.

Trên đây là những gì quan sát được bằng mắt thường. Sau đó, tính toán được thực hiện bằng cách áp dụng công thức:

Vì thế:

D (trường 1) = 334.450 / 1.000x (999)

D (trường 1) = 334.450 / 999.000

D (trường 1) = 0,3 -> Chỉ số Simpson cho trường 1

D (trường 2) = 868.562 / 1.000x (999)

D (trường 2) = 868,562 / 999,000

D (trường 2) = 0,9 -> Chỉ số Simpson cho trường 2

Sau đó:

1-D (trường 1) = 1- 0,3

1-D (trường 1) = 0,7 -> Chỉ số đa dạng Simpson cho trường 1

1-D (trường 2) = 1- 0,9

1-D (trường 2) = 0,1 -> Chỉ số đa dạng Simpson cho trường 2

Cuối cùng:

1 / D (trường 1) = 1 / 0,3

1 / D (trường 1) = 3,33 -> chỉ số Simpson đối ứng cho trường 1

1 / D (trường 2) = 1 / 0,9

1 / D (trường 2) = 1,11 -> chỉ số Simpson đối ứng cho trường 2

3 giá trị khác nhau này thể hiện sự đa dạng sinh học giống nhau. Do đó, điều quan trọng là phải xác định chỉ số nào đã được sử dụng để thực hiện bất kỳ nghiên cứu so sánh nào về sự đa dạng.

Giá trị của chỉ số Simpson là 0,7 không giống với giá trị 0,7 của chỉ số đa dạng Simpson. Chỉ số Simpson cho trọng lượng nhiều hơn đối với các loài phong phú nhất trong một mẫu và việc thêm các loài quý hiếm vào mẫu chỉ gây ra những thay đổi nhỏ trong giá trị của D.

Người giới thiệu

1. He, F., & Hu, XS (2005). Thông số đa dạng sinh học cơ bản của Hubbell và chỉ số đa dạng Simpson. Ecology Letters, 8 (4), 386–390.
2. Hill, MO (1973). Đa dạng và Đồng đều: Ký hiệu Thống nhất và Hậu quả của nó. Sinh thái học, 54 (2), 427–432.
3. Ludwig, J. & Reynolds, J. (1988). Hệ sinh thái thống kê: Cơ sở về phương pháp và tính toán (1 ^st ). John Wiley và các con trai.
4. Magurran, A. (2013). Đo đa dạng sinh học. John Wiley và các con trai.
5. Morris, EK, Caruso, T., Buscot, F., Fischer, M., Hancock, C., Maier, TS,… Rillig, MC (2014). Lựa chọn và sử dụng các chỉ số đa dạng: Thông tin chi tiết về các ứng dụng sinh thái từ Phòng khám phá đa dạng sinh học của Đức. Sinh thái và Tiến hóa, 4 (18), 3514–3524.
6. Simpson, EH (1949). Đo lường sự đa dạng. Nature, 163 (1946), 688.
7. Van Der Heijden, MGA, Klironomos, JN, Ursic, M., Moutoglis, P., Streitwolf-Engel, R., Boller, T., … Sanders, IR (1998). Sự đa dạng của nấm rễ quyết định sự đa dạng sinh học của thực vật, sự biến đổi hệ sinh thái và năng suất. Thiên nhiên, 396 (6706), 69-72.