生物群落多样性——α多样性
一、概念
1.α多样性
Alpha多样性也被称为生境内多样性（within-habitat diversity），是指一个特定区域或生态系统内的多样性。以医学领域为例，α多样性是指一个样本中物种的多少、丰度和均匀度。
2.α多样性指数
Alpha多样性指数反应群落内物种数量及其相对丰度，为群落内各物种利用同一生境互相竞争或共生的结果，比较不同样本的α多样性指数可以看出不同样本多样性差异。
二、 Alpha多样性指数计算
α多样性指数可分为物种丰富度指数、物种均匀度指数、物种多样性指数三类：
2.1丰富度指数
丰富度指数(communityrichness)反映的是群落内物种的丰富程度，常见的有sobs、chao、ace、jack、bootstrap等。
Chao1指数：是物种数目的衡z量标准之一，它考虑3个因素， 一是物种数目，二是只有1条序列的物种数目，三是2条序列的物种数目
计算公式：Chao1 = Sobs + n1(n1-1)/2(n2+1)，
Chao1为估计的OTU数
Sobs为观测到的OTU数
n1为只有1条序列的OTU数目
n2为只有2条序列的OTU数目
Note：利用chao指数评估一个样本中OTU数目多少，chao指数越大，OTU数目越多，表明某群落物种数目较多。从公式可以看出，Chao1指数受1条和2条序列的物种影响较大。
ACE：基于丰度的覆盖估计值（Abundance-based Coverage Estimator, ACE）是用来估计群落中含有OTU 数目的指数，同样由Chao提出，是生态学中估计物种总数的常用指数之一。默认将序列量10以下的OTU定义为稀有并单独计算，从而估计群落中实际存在的物种数。ACE指数越大，表明群落中物种数目越大。
计算公式：
Note：一般以10分为界限，高于10的是高丰度物种（abundant speceis），低于或等于10的是稀有物种（rare species）
2.2均匀度指数
均匀度指数(communityevenness)反映的是群落内物种的分配状况，也即各物种相对丰度的均匀程度，在同一群落内与丰富度指数呈正相关，常见的有simpsoneven、shannoneven、heip、smithwilson等。
Pielou的均匀度指数（Pielou’s Evenness Index）：是最常用的均匀度指数，它其实就是香农指数与Observed OTU/ASV对数的比值。
计算公式： E=H/Hmax
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）
观测的特征数（Observed OTU/ASV）：是指每个样本中能够观察到的OTUs或ASVs的数量，与每个OTU或ASV的多寡无关。如果把动物园比喻成一个样本，则“Observed OTUs”是指这个动物园中动物的种类数，与每种动物具体有几只无关。
Note：指标受Observed OTU/ASV影响很大，这是这个指标的主要缺点之一。由于香农指数和辛普森指数本身就包含了均匀度信息，实际研究工作中这2个指标很常用。
2.3物种多样性指数
物种多样性指数(communitydiversity)反映的是物种丰富度和均匀度的综合状况，常见的有shannon-wienner（也即shannon）、simpson、invsimpson等。shannon指数反映的是物种丰度与均匀度，与这两者均呈正相关；simpson指数为在样本中抽取两条序列属于不同种的概率。
香农指数（Shannon-Wiener index）：香农指数综合考虑了群落的物种数目和均匀度这两个因素。Shannon指数值越高，表明群落的α多样性越高。
S为物种数目
Pi为属于种i的个体在全部个体中的比例
H为物种的多样性指数
公式中对数的底可取2，e和10，但单位不同，分别为nit，bit和dit
Note：该指标对于丰度低的物种有较大的权重，即计算时受丰度低的物种影响较大，在解释香农指数时需要注意这点。
辛普森指数（Simpson index）：用来估算样品中微生物的多样性指数之一，由Edward Hugh Simpson ( 1949) 提出。Simpson 指数值越大，说明群落多样性越低。
D=1-si＝1(niN)2
D：多样性指数
N：所有物种的个体总数
ni：第i个物种的个体数
S：物种的数目（种数）
Note：辛普森指数在计算时将丰度高的物种设置了较大权重，所以高丰度物种较多时该指数值较大，这与香农指数有明显区别。
参考：Alpha多样性箱线图
Alpha多样性指数——ACE和Chao1
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