【6.2.1】α多样性指数

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主要关注局域均匀生境下的物种数目，因此也被称为生境内的多样性（within-habitat diversity）。可分为四类：

  • 物种丰富度指数；
  • 物种相对多度模型；
  • 物种丰富度与相对多度综合形成的指数，即物种多样性指数或生态多样性指数；
  • 物种均匀度指数。

α 多样性指数是用于测量群落内生物种类数量以及生物种类间相对多度的一种测量。它反映了群落内物种间通过竞争资源或利用同种生境而产生的共存结果，可分为:

  • 物种丰富度指数
  • 物种均匀度指数
  • 物种多样性指数。

群落中所含物种的多少，用丰富度指数来刻画，它反映了一定空间范围内生物的丰富程度。最古老、最简单的方式是以一定样地中的物种数来表示。另外，应用广泛的还有Margalef 丰富度指数、Menhnick 丰富度指数等，这些指数分别可以用物种数目与样方面积的大小或个体总数的不同数学关系来测度。使用丰富度指数需要注意的是，不同的植物群落，丰富度指数的适用情况不同，要选择相对稳定的指数。另外，丰富度指数的大小受样地面积的影响较大，而且忽略了富集种和稀疏种对于群落多样性贡献的不同。因此，在应用丰富度指数时必须与均匀度指数等结合起来，才能更客观地反映群落的多样性水平。

物种多样性指数是将物种多样性和种的多度结合起来的函数，最常用的有Shannon—Wienner 多样性指数，Simpson 多样性指数，Hill 多样性指数以及种间相遇概率（PIE）等。其中，Simpson 指数反映的是优势种在群落中的地位和作用，也成为生态优势度，它与其他多样性指数均呈负相关。多样性指数越高，生态优势度越小，而均匀度指数越高。

均匀度指数是用来刻画群落中各个种的相对密度，有Pielou 均匀度指数，Sheldon 均匀度指数，Hill 均匀度指数、Heip 均匀度指数、Alatalo均匀度指数等，这些指数与丰富度指数呈正相关。

总而言之，各个多样性指数的差异主要是来自于对稀有种和优势种所付权重的不同。在我国的植物群落多样性研究中，主要采用Margalef 丰富度指数、Shannon—Wienner 多样性指数、Simpson 多样性指数、Pielou 均匀度指数、Alatalo 均匀度指数等，当然，这要根据调查地的不同选择不同的测度方式。

α多样性描述的是样本内的多样性，主要有两个维度：一是种类数量（丰富度），二是种类的均匀度。种类数量越多，种类间的分布越均衡（各物种的丰度差异不大），α多样性指数越高。

  • Observed species指数：是指样本中实际测定得到的OTU数量，衡量样品中OTU丰富度(Richness)的指数（种类丰富度维度）。

  • 物种均一度(Evenness)：用来描述物种中的个体所占比例均匀度（均匀度维度）。

  • Shannon指数和Simpson指数：它们的计算考虑到了样品中的分类总数(Richness)，和每个分类所占的比例均匀度（种类丰富度和均匀度维度）。

  • Faith’s Phylogenetic Diversity：是基于系统发生树来计算的一种多样性指数，它用各个样品中OTU的代表序列计算出构建系统发生树的距离，将某一样品中的所有代表序列的值加和（种类丰富度维度，更强调遗传基础的丰富度）。

(1) Gleason index and Margalef index

a. Gleason（1922）index
D=S/lnA
式中A为单位面积，S为群落中的物种数目。
b. Margalef（1951，1957，1958）index
D=（S-1）/lnN
式中S为群落中的总数目，N为观察到的个体总数。

（2）Simpson’ diversity index

D=1-ΣPi2
式中Pi种的个体数占群落中总个体数的比例。

（3）种间相遇机率（PIE）index

D=Σ[N(N-1)/Ni(Ni-1)]
式中Ni为种i的个体数，N为所在群落的所有物种的个体数之和。

（4）Shannon-wiener index

H’=-ΣPilnPi 式中Pi=Ni/N 。

（5）Pielou均匀度指数

E=H/Hmax
式中H为实际观察的物种多样性指数，Hmax为最大的物种多样性指数，Hmax=LnS（S为群落中的总物种数）。

参考资料

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