アルファ多様性

生態学において、アルファ多様性（α多様性）とは、局所的規模でサイト内に存在する種の多様性の平均のことである。この用語は、 RH Whittaker ^{[1] [2]によって、}ベータ多様性（β多様性）およびガンマ多様性（γ多様性）という用語とともに導入された。Whittaker の考えは、景観内の総種の多様性（ガンマ多様性）は、より局所的規模でサイト内に存在する種の多様性の平均（アルファ多様性）と、それらのサイト間の差異（ベータ多様性）という 2 つの異なる要素によって決まるというものである。

関心領域または景観、およびその中のサイトは、状況によってサイズが大きく異なる可能性があり、アルファ多様性を定量化するために適切な空間スケールについては合意が得られていません。 ^[3]そのため、アルファ多様性の定義は特定の空間スケールに結び付けられる必要はなく、アルファ多様性は、任意のスケールのサブユニットで構成される既存のデータセットに対して測定できると提案されています。^{[4]サブユニットは、たとえば、}インベントリを実行する際に現場ですでに使用されたサンプリング単位、または分析の目的でのみ区切られたグリッドセルである可能性があります。結果を実際の観察を超えて外挿する場合は、サブユニット内の種の多様性が通常、より広いエリアの種の多様性を過小評価することを考慮する必要があります。^{[5] [6]}

生態学者はアルファ多様性について、いくつかのわずかに異なる定義を用いてきた。ウィテカー自身も、この用語を単一のサブユニットにおける種の多様性と、サブユニットの集合における種の多様性の平均の両方に使用した。^{[1] [2]}アルファ多様性を関連するすべてのサブユニットの平均として定義することが望ましいと主張されてきた。なぜなら、その方が、種の多様性全体がアルファ要素とベータ要素から構成されるというウィテカーの考えとより一致するからである。^[7]

アルファ多様性の定義は、種の多様性を何と想定するかによっても異なります。研究者は、種の豊富さ（単に種の数）、シャノン指数、シンプソン指数（種の比例存在量も考慮）などの1つ以上の多様性指数によって与えられた値を使用することが多いです。 ^{[1] [8] [9]しかし、種の多様性の普遍的な尺度として}実効種数を使用する方が良いと主張されてきました。この尺度は、多様性指数が集合的に行うのと同じように、希少種と豊富な種をさまざまな方法で重み付けすることを可能にしますが、その意味は直感的に理解しやすいです。実効種数とは、対象のデータセットで観察されたものと同じ平均比例種存在量を得るために必要な、等しく豊富な種の数です（すべての種が等しく豊富であるとは限りません）。^{[4] [7] [10] [11] [12] [13]}

種の多様性を実効的な種の数と等しくし、アルファ多様性をサブユニットあたりの平均種の多様性と等しくすると仮定します。アルファ多様性は、同じ結果をもたらす 2 つの異なる方法で計算できます。最初のアプローチは、サブユニット内の種の比例存在量の加重一般化平均を計算し、この平均の逆数を取ることです。2 番目のアプローチは、各サブユニットの種の多様性を個別に計算し、これらの加重一般化平均を取ることです。^{[4] [13]}

最初のアプローチを使用する場合、式は次のようになります。

${\displaystyle {}^{q}\!D_{\alpha }={\dfrac {1}{\sqrt[{q-1}]{\sum _{j=1}^{N}{\sum _{i=1}^{S}p_{ij}p_{i|j}^{q-1}}}}}}$

この式で、Nはサブユニットの総数、S はデータセット内の種の総数（種の豊富さ）です。j 番目のサブユニット内の i 番目の種の相対的存在量はです。これらの相対的存在量は、各サブユニットがデータセットに提供するデータの割合 によって重み付けされます。ここで、 はデータセット内の個体の総数、 はサブユニット j 内の個体の総数です。したがって、分母は、指数q - 1 の加重一般化平均で計算されたサブユニット内の平均相対的種存在量（平均 ）に等しくなります。${\displaystyle p_{i|j}}$${\displaystyle p_{ij}=m_{j}/m}$${\displaystyle m}$${\displaystyle m_{j}}$${\displaystyle p_{i|j}}$

2 番目のアプローチを使用する場合、式は次のようになります。

${\displaystyle {}^{q}\!D_{\alpha }={\sqrt[{1-q}]{\sum _{j=1}^{N}w_{j}({}^{q}\!D_{\alpha j})^{1-q}}}}$

これも加重一般化平均に等しくなりますが、指数は 1 - qです。ここで、平均は^q D _{α j}値から取られ、各値は 1 つのサブユニットj内の有効な種の密度 (サブユニットあたりの種の多様性) を表します。j番目のサブユニットの名目上の重みは で、これはサブユニットがデータセットに提供するデータの割合に等しくなります。 ${\displaystyle w_{j}}$

qの値が大きいと、 qの値が小さい場合よりもアルファ多様性が小さくなります。これは、qが増加すると、最も高い割合の豊富さを持つ種と最も低い種の多様性を持つサブユニットに与えられる有効な重みが増加するためです。^{[4] [13]}

アルファ多様性は、絶滅した景観と現存する景観の両方で計算できます。

• ペルム紀-三畳紀絶滅期における両生類と爬虫類のコミュニティの生存^[14]
• オルドビス紀の底生海洋生物群集の再編成^[15]

• エクアドルのアマゾン熱帯雨林全域にわたる樹木の多様性の高さ^[16]

• ベータ多様性
• ダークダイバーシティ
• 多様性指数
• ガンマ多様性
• ゼータ多様性
• 地球規模の生物多様性
• 生物多様性の測定
• 系統多様性

• 生物多様性に関する多くの用語をイラストを使って解説、ウィスコンシン大学スティーブンズポイント校