Artenreichtum und Diversitätsindizes

Die Metriken zur Zählung von Arten und zur Zusammenfassung, wie Diversität Reichtum mit der relativen Häufigkeit von Arten kombiniert.

Definition

Artenreichtum ist die Anzahl der Arten in einer definierten Gemeinschaft; Diversitätsindizes sind zusammenfassende Statistiken, die den Reichtum mit der Gleichmäßigkeit – der Gleichverteilung der Artenhäufigkeiten – kombinieren, um auszudrücken, wie divers eine Gemeinschaft in einem einzigen Wert ist.

Scope

Umfasst die Quantifizierung der Diversität auf Artebene: Rohzahlen des Artenreichtums, das Problem der unvollständigen Stichproben und Schätzer des Artenreichtums, Rarefizierung und die Familie der Diversitätsindizes, die Reichtum und Gleichmäßigkeit integrieren. Beinhaltet die Interpretation und Einschränkungen gängiger Indizes sowie die Idee der Hill-Zahlen als einheitliches Rahmenwerk. Ausgenommen sind räumliche Diversitätsgradienten und Hotspot-Analysen, die in verwandten Themen behandelt werden.

Core questions

• Wie wird der Artenreichtum geschätzt, wenn die Stichproben unvollständig sind?
• Was betonen der Shannon- und der Simpson-Index jeweils?
• Wie verändert die Gleichmäßigkeit die Interpretation der Diversität?
• Wie kann Diversität in Stichproben unterschiedlicher Größe fair verglichen werden?

Key concepts

• Artenreichtum
• Arten-Gleichmäßigkeit
• Shannon-Diversitätsindex
• Simpson-Diversitätsindex
• Rarefizierung und Schätzer des Artenreichtums
• Hill-Zahlen

Key theories

Zerlegung von Reichtum und Gleichmäßigkeit

Diversität spiegelt sowohl wider, wie viele Arten vorhanden sind, als auch, wie gleichmäßig Individuen unter ihnen verteilt sind; Indizes gewichten diese Komponenten unterschiedlich, sodass kein einzelner Index alle Aspekte der Diversität erfasst.

Hill-Zahlen (effektive Artenzahl)

Diversitätsindizes können als eine Familie vereinheitlicht werden, die durch die Sensitivität gegenüber seltenen Arten parametrisiert ist, ausgedrückt als die äquivalente Anzahl gleich häufiger Arten, was einen konsistenten Vergleich über Indizes hinweg ermöglicht.

Clinical relevance

Diversitätsindizes sind die Standardwährung für den Vergleich von Standorten vor und nach Störungen, die Rangfolge von Schutzgebieten und die Erkennung des Rückgangs der Biodiversität. Da die Wahl des Index und der Stichprobenaufwand die Ergebnisse stark beeinflussen, ist das Verständnis ihrer Eigenschaften für eine fundierte Inferenz und Überwachung des Naturschutzes unerlässlich.

History

Der Shannon-Index wurde in den 1940er-1950er Jahren aus der Informationstheorie abgeleitet, und Simpson schlug sein dominanzbasiertes Maß 1949 vor. Bedenken hinsichtlich der Stichprobenverzerrung führten zur Entwicklung der Rarefizierung in den 1960er-1970er Jahren und, in jüngerer Zeit, zur Vereinheitlichung der Indizes unter dem Hill-Zahlen-Rahmenwerk.

Debates

Welcher Diversitätsindex sollte angegeben werden?

Shannon gewichtet seltene Arten stärker, während Simpson dominante Arten hervorhebt; da sie Gemeinschaften unterschiedlich einordnen können, gibt es eine fortlaufende Debatte über die Standardisierung und die Vorteile der Angabe effektiver Artenzahlen stattdessen.

Key figures

• Robert H. Whittaker
• Edward H. Simpson

Seminal works

• primack2014
• groom2006
• pimm2014

Frequently asked questions

Warum nicht einfach Arten zählen?

Rohe Zählungen ignorieren die Häufigkeit. Zwei Wälder mit jeweils zehn Baumarten können sich stark unterscheiden, wenn der eine von einer einzigen Art dominiert wird, während der andere sie in gleichen Zahlen aufweist. Diversitätsindizes erfassen diesen Unterschied; Zählungen allein tun dies nicht.

Warum wird Rarefizierung verwendet?

Größere Stichproben enthalten fast immer mehr Arten, daher ist der Vergleich roher Zählungen aus Stichproben unterschiedlicher Größe irreführend. Rarefizierung standardisiert Vergleiche auf einen gemeinsamen Stichprobenaufwand.