【高中生物】各种生物多样性指数计算

（生物科技行业）各种生物多样性指数计算

Shannon-wiener指数,

Simpson指数计算公式

生物多样性测定主要有三个空间尺度：α多样性，β多样性，γ多样性。α多样性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-habitatdiversity）。β多样性指沿环境梯度不同生境群落之间物种组成的的相异性或物种沿环境梯度的更替速率也被称为生境间的多样性（between-habitatdiversity），控制β多样性的主要生态因子有土壤、地貌及干扰等。γ多样性描述区域或大陆尺度的多样性，是指区域或大陆尺度的物种数量，也被称为区域多样性（regionaldiversity）。控制γ多样性的生态过程主要为水热动态，气候和物种形成及演化的历史。

α多样性

a.Gleason（1922）指数

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）指数

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指数

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）指数

D=N（N-1）/ΣNi（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。

请计算它的物种多样性指数。

Simpson指数：

Dc=1-ΣPi2=1-Σ（Ni/N）2=1-[(99/100)2+(1/100)2]=0.0198 DB=1-[(50/100)2+(50/100)2]=0.5000

Shannon-wiener指数：

HC=-ΣNi/NlnNi/Ni=-（0.99×ln0.99+0.01×ln0.01）=0.056 HB=-(0.50×ln0.50+0.50×ln0.50)=0.69

Pielou均匀度指数：

Hmax=lnS=ln2=0.69

EA=H/Hmax=-[(1.0×ln1.0)+0]/0.69=0

EB=-(0.50×ln0.50+0.50×ln0.50)/0.69=0.69/0.69=1

EC=0.056/0.69=0.081

从上面的计算可以看出,群落的物种多样性指数与以下两个因素有关:

①种类数目,即丰富度；②种类中个体分配上的均匀性

β多样性

β多样性可以定义为沿着环境梯度的变化物种替代的程度。不同群落或某环境梯度上不同点之间的共有种越少，β多样性越大。精确地测定β多样性具有重要的意义。这是因为：①它可以指示生境被物种隔离的程度；②β多样性的测定值可以用来比较不同地段的生境多样性；③β多样性与α多样性一起构成了总体多样性或一定地段的生物异质性。

（1）Whittaker指数（βw）

βw=S/mα-1

式中：S为所研究系统中记录的物种总数；mα为各样方或样本的平均物种数。（2）Cody指数（βc）

βc=[g（H）+l（H）]/2

式中：g（H）是沿生境梯度H增加的物种数目；l（H）是沿生境梯度H失去的物种数目，即在上一个梯度中存在而在下一个梯度中没有的物种数目。

（3）WilsonShmida指数（βT）

βT=[g（H）+l（H）]/2α

该式是将Cody指数与Whittaker指数结合形成的。式中变量含义与上述两式相同。

γ多样性

主要指标为物种数（S）

γ多样性测定沿海拔梯度具有两种分布格局：偏锋分布和显著的负相关格局。

动物多样性及动物多样性的保护动物是生物界的一个重要组成部分。在各国科学家关心全球的生物多样性问题时，我国的动物学家对本国动物多样性受到的破坏和威胁同样深为关切。许多有识之士已认识到：现生生物的多样性及其分布格局是亿万年生物进化历史形成的。众多的现生动物不依赖于人类已生存了数千万或数亿年，而人类若一旦失去这些动物却难以生存。因而，保护动物的多样性是为人类自身的生存的一项刻不容缓的工作。

生态系统是特定生态空间中所有生物及其生活环境间在物质循环和能量流动过程中所形成的统一整体。我国地域辽阔，地处寒温带、温带、暖温带、亚热带和热带。从东南沿海到西北内陆，又有湿润、半湿润、半干旱和干旱不同的地区。在动物地理学上跨越古北界和东洋界两大界。第四纪以来，由于北半球冰期的发生和青藏高原的隆起，使我国的自然分带有所增加。更因地形复杂而增加了我国生态系统的复杂性。据初步统计，我国的森林生态系统就有16个大类，约185类生态系统，还有4大类草原、7大类荒漠，以及高山植被等约460类生态系统。这样规模的生态系统的多样性是其他国家难以比拟的，是我国的一项宝贵财富。可惜由于人口增长的巨大压力，经济发展造成环境的改变和污染，以及主观认识的不足，各类生态系统遭到严重的破坏。不但造成气候恶化、土壤侵蚀、江河泛滥等恶果，而首当其冲的是其中许多动物物种遭到灭绝或濒临灭绝的厄运。如云南石屏县境内的异龙湖原先草茂鱼肥，历史上盛产鲤鱼和白鱼，还有一特有种为异龙中鲤。但50年代以来，先后在该

湖挖河发电、放水造田，以及后来的全湖持续干涸等，异龙中鲤从此再未发现过。又如生存在云南洱海的20余种鱼类中有7个名贵特有种和3个云南特有鲤鱼的亚种。近30年来，由于水位下降、产卵场破坏、过度捕捞和不合理放养等原因，这10个种或亚种均处于濒危状态。洱海作为一个特殊的淡水湖泊生态系统也将消失。

物种是生命存在的基本形式，也是生态系统中生物群落组成的基本单元，因此群落的物种多样性是生态系统结构和功能的决定因素。

可是目前世界上究竟有多少物种众说不一。不同的研究者估计数差距甚大，在180万到3000万种之间，已描述的种统计在140～170万种之间，其中动物的种类约占90％以上。笔者比较保守的估计，我国动物的种类可能为昆虫15万种，其他无脊椎动物3.5万种，脊椎动物已知的5139种(兽类499种，鸟类1186种，爬行类380种，两栖类270种，鱼类2804种)。在第四纪冰川期，东亚冰川活动较弱，而且生物可随着冰川的前进而向南退却，与欧洲、北美洲的生物无路可退的情况截然不同。因而东亚不但物种丰富，而且保存了许多古老的种类。在脊椎动物中如大家熟悉的大熊猫、扭角羚和扬子鳄。无脊椎动物中，如蛛形纲蜘蛛目中的节板蛛科，是现生105科蜘蛛中最原始的一科，已知仅2属约40种，仅分布于东亚。这类蜘蛛在土中打洞穴居，洞口有活盖，夜间把洞盖打开一条缝，发现有昆虫路过，跃出捕回洞中享用。这类蜘蛛腹部背面尚保留分节的背板，纺器位于腹部的中部。从形态到行为可以说与3亿年前的蜘蛛祖先相同，是很有学术价值的类别。此外，我国有一些地区如西南的横断山区，是现代许多生物的分化与分布中心。

由上述可见，我国的动物多样性不仅在于总体上我国动物种类数约占全世界动物种类的十分之一左右，还在于有许多特有种，而且有的类群种类远远大于这一比例。如昆虫中最原始的原尾目全球已知400多种，我国则有120种，占全世界的近1/3。名贵蝴蝶绢蝶科世界记载53种，我国34种，占61％；其中绢蝶属全球记载37种，我国27种，占73％。