生物多样性指数

2009/10/22 吳怡慧

單元 四 生物多樣性指標

生物多樣性（biological diversity or biodiversity）可定義為「生物中的多樣化和變異性以及物種的生態複雜性」。他包括植物、動物和微生物的所有種及其組成的群落和生態系統。

生物多樣性一般有三個水準：

a. 遺傳多樣性：指地球生物個體中所包含的遺傳信息總合 b. 物種多樣性：指地球上生物的多樣化

c. 生態系統多樣性：涉及的是生物圈中生物群落、棲地與生態過程的多樣化

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多樣性定義的發展：

- R. A. Fisher ( 1943 )第一次使用種的多樣姓名詞，所指的是族群中種的數目

和每一物種的個體數目。

- 美國技術估量局（U.S. Office of Technology Assessment）把生物多樣性定義

為「生物體之間的多樣性與歧異性，與其所產生的生態上的複雜現象」。 - 從R. MacArther( 1958 )的論文發表以後，通常種的多樣性具有以下兩種意

涵：

a. 種的數目或豐富度 (species richness)： 指一個群落中物種數目的多寡。

b. 種的均勻度 (species evenness or equitability)：

指一個群落中全部物種個體數目分配狀況，反映的是個物種個體數目

分配的均勻程度。例如：甲群落有90A、10B；乙群落有50A、50B，則甲群落的均勻度比以低得多。

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多樣性的測定：

測定多樣性的公式很多，選幾種比較有代表性的 - 豐富度指數：

a. Gleason 指數 (1922) D?SlnA

A為單位面積、S為群落中物種數目 b. Margalef 指數 (1951) D?S?1lnN

S為群落中的總種數，N為觀察到的個體總數 - 多樣性指數：多樣性指數是豐富度與均勻性的綜合指標

a. Simpson’s diversity Index

Simpson在1949年提出：在無限大小的群落中，隨機取樣得到同樣的兩個標本，他們的概率是甚麼?

sD?1??Pii?12

設種i的個體數佔群落中總個體數的比例為P，i則隨機取種i兩個個體的連合機率為Pi2，假定我們取樣的總體是一個無限總體，則Pi的真值是未知的，他最大必然估計量是Pi=Ni/N

22??1?D?Pi?1??(Ni/N)i?1i?1ss

Simpson index最低值為0，出現在全部個體均屬於一個種的時候；最高值為( 1 – 1 / s )，出現在每個個體分別屬於不同種的時候。

Example： 甲群落有99A、1B；乙群落有50A、50B

2 D1?1??i?122??991??????2(N1/N)?1??? ??????0.0198100100????????2D2?1??i?122???50???50??(N2/N)?1?????????0.5000??100????100??2

※ 造成甲乙兩群落多樣性的差異是種的不均勻性，以豐度來看，兩個是 一樣的。

b. Shannon-Weiner Index

信息論中的熵的公式原來是表示信息的失調和不確定程度的，我們也可以用來描述種的個體出現的失調和不確定性，這就是種的多樣性。

sH???Pilogi?12Pi

H為信息量，S為物種數目，Pi為屬於種i的個體在全部個體中的比例。 H越大，未確定性越大，因此多樣性也越高

Example： 甲群落有99A、1B；乙群落有50A、50B

2H1???Pilogi?122Pi???0.99?logPi???0.50?log20.99?0.01?log20.01??0.081

H2???Pilogi?1220.50?0.50?log20.50??1.00

※ 與Simpson index算出來的結果一致。

※ Shannon index 包含種類數目，即豐富度；種類中個體分配上的平均

性或者均勻性。

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多樣性梯度：

- 多樣性隨緯度的變化 - 多樣性隨海拔的變化

- 在海洋或淡水水體，物種的多樣性隨深度增加而降低

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對於熱帶地區有較高的生物多樣性的地理性趨勢，有三個假說：

- 造成這種現象的原因是熱帶地區是唯一在冰河時期不曾被冰河覆蓋過的地

區。

- 大部分的陸地都集中在熱帶地區，面積越大的土地可提供更多的物種生存。