物种丰富度和多样性指数

用于统计物种数量以及概括多样性如何将丰富度与物种相对丰度相结合的指标。

Definition

物种丰富度是特定群落中物种的数量；多样性指数是综合统计量，它将丰富度与均匀度（物种丰度的均等性）结合起来，以一个单一值表达群落的多样性程度。

Scope

涵盖物种层面多样性的量化：原始丰富度计数、不完全采样和丰富度估计量的问题、稀疏化，以及整合丰富度和均匀度的多样性指数家族。包括对常见指数的解释和局限性，以及希尔数作为统一框架的概念。不包括空间多样性梯度和热点分析，这些在相关主题中讨论。

Core questions

• 当采样不完全时，如何估计物种丰富度？
• 香农指数和辛普森指数各自侧重于什么？
• 均匀度如何改变对多样性的解释？
• 如何公平地比较不同大小样本的多样性？

Key concepts

• 物种丰富度
• 物种均匀度
• 香农多样性指数
• 辛普森多样性指数
• 稀疏化和丰富度估计量
• 希尔数

Key theories

丰富度-均匀度分解

多样性既反映了物种的数量，也反映了个体在物种间的分布均匀程度；不同的指数对这些组成部分赋予不同的权重，因此没有一个单一指数能捕捉多样性的所有方面。

希尔数（有效物种数）

多样性指数可以统一为一个家族，其参数由对稀有物种的敏感性决定，表示为等丰度物种的等效数量，从而实现指数间的一致比较。

Clinical relevance

多样性指数是比较扰动前后地点、对保护区域进行排名以及检测生物多样性下降的标准衡量工具。由于指数选择和采样努力程度强烈影响结果，理解其特性对于健全的保护推断和监测至关重要。

History

香农指数在20世纪40年代至50年代从信息论中演变而来，辛普森于1949年提出了基于优势度的度量。对采样偏差的担忧推动了20世纪60年代至70年代稀疏化的发展，以及最近将指数统一到希尔数框架下。

Debates

应该报告哪种多样性指数？

香农指数更侧重稀有物种，而辛普森指数则强调优势物种；由于它们可能对群落进行不同的排名，因此关于标准化以及报告有效物种数的优劣存在持续的争论。

Key figures

• Robert H. Whittaker
• Edward H. Simpson

Seminal works

• primack2014
• groom2006
• pimm2014

Frequently asked questions

为什么不直接统计物种数量？

原始计数忽略了丰度。两片各有十种树木的森林可能差异很大，如果其中一片由单一物种主导，而另一片物种数量均等。多样性指数能捕捉这种差异；单纯的计数则不能。

为什么要使用稀疏化？

较大的样本几乎总是包含更多的物种，因此比较不同大小样本的原始计数会产生误导。稀疏化将比较标准化到共同的采样努力程度。