應用Excel軟件計算群落調查實驗數據的方法

陳家力，姜喜，楊明祿

摘要：為了提高林學、生態學等相關專業學生及科研人員的運算速度和效率，通過Excel軟件的應用，詳細地講述了《生態學》《森林生態學》等課程中植物群落結構原始數據如何處理、群落中樹木種類如何快速統計、群落樹種數量特征值和群落樹種重要值如何計算等方面知識，為相關專業學生、科研人員處理群落調查等實驗數據提供一些技術支持和理論指導。

關鍵詞：Excel軟件;重要值;植物群落結構;實驗數據

中圖分類號：TP311.5? ? ? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1009-3044（2021）21-0118-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

群落內物種重要值是在計算、評估物種多樣性時的重要指標，反映植物物種在群落中的相對重要性的綜合指標，是由Curtis和McIntosh于1951年在Wisconsin研究森林群落連續體時首先提出來的[1]。重要值是用來表示某個種在群落中的地位和作用的綜合數量指標[2]，喬木重要值的計算公式：重要值=（相對密度+相對頻度+相對顯著度）/3[2]，灌木、草本植物重要值的計算公式：重要值=（相對多度+相對頻度+相對蓋度）/3。

物種在植物群落中所起的作用的大小主要確定指標就是重要值。群落內各種植物重要值的計算對群落結構分析和群落優勢種、建群種的確定起著重要的作用。黃華等對玉龍雪山東坡森林植被群落進行分析，重要值排名分別為第2、3、4位的種為群落喬木層的優勢種，重要值排名第1位的假小檗為灌木層的優勢種[4]。刁云飛等在黑龍江省穆棱東北紅豆杉國家級自然保護區，通過綜合平均胸徑、胸高斷面積、重要值的計算分析，得出群落以紅松、臭冷杉等針葉樹種為絕對優勢樹種[8]。群落物種多樣性是一個地區內物種的多樣性，即動物、植物、微生物物種的多樣性。物種多樣性在生物多樣性研究中起著重要作用 。物種多樣性指數包括辛普森多樣性指數和香濃威納多樣性指數，它們的計算公式分別為：D=1-∑pi2和H=-∑piln（pi），公式pi有時用的是樣地內植物種的相對密度[9]，有時用的是植物種的重要值[6，10-13]。因此計算群落內各種植物的重要值是計算群落物種多樣性指數的基礎。

在生態學、森林生態學的實驗教學以及科學研究過程中，經常要處理大批實驗數據， 特別是在計算植物群落內物種的重要值時，傳統的實驗教學處理方式需要手工統計群落內植物的種類、各種植物的株數、每種植物出現的樣方數，此方法不僅煩瑣，經常會丟掉某些種類，在株數和樣方數統計時容易出現錯誤，整個過程費力費時，造成運算慢，結果不準確，影響了數據的有效性。為了提高學生的運算速度和效率，避免出現統計錯誤，減小誤差，本文結合生態學、森林生態學的實驗教學中重要值計算的實例，講述了應用Excel軟件處理生態學實驗數據的原理和具體步驟，為群落結構分析和群落物種多樣性分析提供基礎。

1計算準備

1.1操作系統與軟件版本

操作系統采用 Windows 10操作系統， Excel 軟件為 Microsoft Office Excel 2007中文版。

1.2群落物種的重要值計算公式

1.3原始數據矩陣構建

樣地采用相鄰格子法進行調查，設置50m×50m的樣地，在樣地內設置5m×5m的小樣方，在小樣方內進行每木檢尺，檢尺結果分樣方填入原始數據記錄表，見圖1。

2 計算原理與計算過程

2.1 計算中應用的excel公式

COUNTIF，計算區域內滿足給定條件的單元格的個數，主要用于計算樣地內某樹種的株數、出現某樹種的樣方數等。

SMALL和LARGE，用于數值型數據進行排序，SMALL-某列或某行數據從小到大進行排列，LARGE-某列或某行數據從大到小進行排列，用于樣地內樹木種類的統計、各樹種重要值排序等。

MATCH，在指定方式下與指定項匹配的數組元素的相應位置，用于樣地內各樹種重要值排序等。

VLOOKUP，在表格或數值數組的首列查找指定的數值，并由此返回表格或數組當前行中指定列的數值，用于樣地內樹木種類的統計等。

IF，判斷是否滿足某個條件，如果滿足返回一個值，如果不滿足則返回另一個值，用于統計樣地內的樹木種類、統計某種出現的樣方數、某些無意義數值的規避等。

SUM，返回某一單元格區域中所有數值之和，用于計算各所有樹種的密度之和、頻度之和、胸高斷面積之和等。

2.2 實驗原始數據的整理

將實驗中收集到的原始數據按圖1所示輸入數據，在E4輸入“=B4&C4”，得到“1銀白楊”，即樣方號和樹種的合并值，在E列中，用鼠標點擊已輸入公式，按住鼠標拖動至所需位置，計算結果均出現在E列中;在F4輸入“=IF（COUNTIF（E$4：E4，E4）>1，0，1）”，得到“1”，樣方號和樹種均相同的只出現一次，用于統計某樹種出現的樣方數，在F列中，用鼠標點擊已輸入公式，按住鼠標拖動至所需位置，計算結果均出現在F列中;在G4輸入“=PI（）*D4*D4/40000”，得到“0.034636”，得到C4這株樹的胸高斷面積，在G列中，用鼠標點擊已輸入公式，按住鼠標拖動至所需位置，計算結果均出現在列G中，見圖2。

2.3 群落出現的樹木種類統計

在I4輸入“=IF（COUNTIF（C$4：C4，C4）>1，""，C4）”，得到“銀白楊”，在I列中，用鼠標點擊已輸入公式，按住鼠標拖動至所需位置，計算結果均出現在I列中，即樣地內出現的樹種只有第一次出現才顯示，第二次以后出現就顯示空白;在H4輸入“=IF（I4<>""，A4，""）”，得到“1”，在I列中，用鼠標點擊已輸入公式，按住鼠標拖動至所需位置，計算結果均出現在H列中，即I列顯示樹種則H列顯示數字，I列顯示空白則H列顯示空白;在J4輸入“=SMALL（H$4：H$178，A4）”，得到“1”，在J列中，用鼠標點擊已輸入公式，按住鼠標拖動至所需位置，計算結果均出現在列中，即H列顯示的數字，從小到大排序;在K4輸入“=VLOOKUP（J4，H$4：I$178，2，FALSE）”，得到“銀白楊”，即，J4的數值在H列中的值，I列的樹種，在K列中，用鼠標點擊已輸入公式，按住鼠標拖動至所需位置，計算結果均出現在列中。K列即為樣地內出現的所有樹種，見圖3。