应用Excel软件计算群落调查实验数据的方法

陈家力，姜喜，杨明禄

摘要：为了提高林学、生态学等相关专业学生及科研人员的运算速度和效率，通过Excel软件的应用，详细地讲述了《生态学》《森林生态学》等课程中植物群落结构原始数据如何处理、群落中树木种类如何快速统计、群落树种数量特征值和群落树种重要值如何计算等方面知识，为相关专业学生、科研人员处理群落调查等实验数据提供一些技术支持和理论指导。

关键词：Excel软件;重要值;植物群落结构;实验数据

中图分类号：TP311.5        文献标识码：B

文章编号：1009-3044（2021）21-0118-03

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群落内物种重要值是在计算、评估物种多样性时的重要指标，反映植物物种在群落中的相对重要性的综合指标，是由Curtis和McIntosh于1951年在Wisconsin研究森林群落连续体时首先提出来的[1]。重要值是用来表示某个种在群落中的地位和作用的综合数量指标[2]，乔木重要值的计算公式：重要值=（相对密度+相对频度+相对显著度）/3[2]，灌木、草本植物重要值的计算公式：重要值=（相对多度+相对频度+相对盖度）/3。

物种在植物群落中所起的作用的大小主要确定指标就是重要值。群落內各种植物重要值的计算对群落结构分析和群落优势种、建群种的确定起着重要的作用。黄华等对玉龙雪山东坡森林植被群落进行分析，重要值排名分别为第2、3、4位的种为群落乔木层的优势种，重要值排名第1位的假小檗为灌木层的优势种[4]。刁云飞等在黑龙江省穆棱东北红豆杉国家级自然保护区，通过综合平均胸径、胸高断面积、重要值的计算分析，得出群落以红松、臭冷杉等针叶树种为绝对优势树种[8]。群落物种多样性是一个地区内物种的多样性，即动物、植物、微生物物种的多样性。物种多样性在生物多样性研究中起着重要作用 。物种多样性指数包括辛普森多样性指数和香浓威纳多样性指数，它们的计算公式分别为：D=1-∑pi2和H=-∑piln（pi），公式pi有时用的是样地内植物种的相对密度[9]，有时用的是植物种的重要值[6，10-13]。因此计算群落内各种植物的重要值是计算群落物种多样性指数的基础。

在生态学、森林生态学的实验教学以及科学研究过程中，经常要处理大批实验数据， 特别是在计算植物群落内物种的重要值时，传统的实验教学处理方式需要手工统计群落内植物的种类、各种植物的株数、每种植物出现的样方数，此方法不仅烦琐，经常会丢掉某些种类，在株数和样方数统计时容易出现错误，整个过程费力费时，造成运算慢，结果不准确，影响了数据的有效性。为了提高学生的运算速度和效率，避免出现统计错误，减小误差，本文结合生态学、森林生态学的实验教学中重要值计算的实例，讲述了应用Excel软件处理生态学实验数据的原理和具体步骤，为群落结构分析和群落物种多样性分析提供基础。

1计算准备

1.1操作系统与软件版本

操作系统采用 Windows 10操作系统， Excel 软件为 Microsoft Office Excel 2007中文版。

1.2群落物种的重要值计算公式

1.3原始数据矩阵构建

样地采用相邻格子法进行调查，设置50m×50m的样地，在样地内设置5m×5m的小样方，在小样方内进行每木检尺，检尺结果分样方填入原始数据记录表，见图1。

2 计算原理与计算过程

2.1 计算中应用的excel公式

COUNTIF，计算区域内满足给定条件的单元格的个数，主要用于计算样地内某树种的株数、出现某树种的样方数等。

SMALL和LARGE，用于数值型数据进行排序，SMALL-某列或某行数据从小到大进行排列，LARGE-某列或某行数据从大到小进行排列，用于样地内树木种类的统计、各树种重要值排序等。

MATCH，在指定方式下与指定项匹配的数组元素的相应位置，用于样地内各树种重要值排序等。

VLOOKUP，在表格或数值数组的首列查找指定的数值，并由此返回表格或数组当前行中指定列的数值，用于样地内树木种类的统计等。

IF，判断是否满足某个条件，如果满足返回一个值，如果不满足则返回另一个值，用于統计样地内的树木种类、统计某种出现的样方数、某些无意义数值的规避等。

SUM，返回某一单元格区域中所有数值之和，用于计算各所有树种的密度之和、频度之和、胸高断面积之和等。

2.2 实验原始数据的整理

将实验中收集到的原始数据按图1所示输入数据，在E4输入“=B4&C4”，得到“1银白杨”，即样方号和树种的合并值，在E列中，用鼠标点击已输入公式，按住鼠标拖动至所需位置，计算结果均出现在E列中;在F4输入“=IF（COUNTIF（E$4：E4，E4）>1，0，1）”，得到“1”，样方号和树种均相同的只出现一次，用于统计某树种出现的样方数，在F列中，用鼠标点击已输入公式，按住鼠标拖动至所需位置，计算结果均出现在F列中;在G4输入“=PI（）*D4*D4/40000”，得到“0.034636”，得到C4这株树的胸高断面积，在G列中，用鼠标点击已输入公式，按住鼠标拖动至所需位置，计算结果均出现在列G中，见图2。

2.3 群落出现的树木种类统计

在I4输入“=IF（COUNTIF（C$4：C4，C4）>1，""，C4）”，得到“银白杨”，在I列中，用鼠标点击已输入公式，按住鼠标拖动至所需位置，计算结果均出现在I列中，即样地内出现的树种只有第一次出现才显示，第二次以后出现就显示空白;在H4输入“=IF（I4<>""，A4，""）”，得到“1”，在I列中，用鼠标点击已输入公式，按住鼠标拖动至所需位置，计算结果均出现在H列中，即I列显示树种则H列显示数字，I列显示空白则H列显示空白;在J4输入“=SMALL（H$4：H$178，A4）”，得到“1”，在J列中，用鼠标点击已输入公式，按住鼠标拖动至所需位置，计算结果均出现在列中，即H列显示的数字，从小到大排序;在K4输入“=VLOOKUP（J4，H$4：I$178，2，FALSE）”，得到“银白杨”，即，J4的数值在H列中的值，I列的树种，在K列中，用鼠标点击已输入公式，按住鼠标拖动至所需位置，计算结果均出现在列中。K列即为样地内出现的所有树种，见图3。