SPSS在環(huán)境地球化學(xué)中的應(yīng)用

楊亮

摘 要： 對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析是環(huán)境地球化學(xué)重要的研究方法。SPSS不僅具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析功能，而且界面易于操作。運(yùn)用SPSS對部分測試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，在理論和技術(shù)上都是可行的。SPSS軟件功能雖強(qiáng)大，但并不是專門針對環(huán)境地球化學(xué)研究而開發(fā)的，在以后應(yīng)用中應(yīng)結(jié)合環(huán)境地學(xué)問題對SPSS進(jìn)行適當(dāng)?shù)木幊蹋蛊涞玫礁鼜V泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： SPSS 環(huán)境地球化學(xué) 數(shù)據(jù)分析 主成分分析

環(huán)境地球化學(xué)是研究環(huán)境中化學(xué)物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律及其與環(huán)境質(zhì)量和人類健康關(guān)系的學(xué)科。現(xiàn)代分析測試技術(shù)的應(yīng)用是環(huán)境地球化學(xué)研究的基礎(chǔ)[1]。在該過程中會產(chǎn)生大量來自研究地域的環(huán)境信息載體（如水、氣及土壤等）的化學(xué)組成數(shù)據(jù)，這就對海量數(shù)據(jù)處理提出要求。SPSS目前世界上最新、最流行、最受歡迎的統(tǒng)計(jì)軟件包之一，包括數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)計(jì)分析、圖表分析、輸出管理等基本功能。SPSS統(tǒng)計(jì)分析過程包括統(tǒng)計(jì)、均值比較、相關(guān)分析、回歸分析、聚類分析、數(shù)據(jù)簡化、生存分析、時(shí)間序列分析、多重響應(yīng)等[2]。與其他軟件如SAS，SATA等相比，SPSS最顯著的特點(diǎn)是使用菜單和對話框操作方式，易于操作。因而成為非統(tǒng)計(jì)專業(yè)人員應(yīng)用最多的統(tǒng)計(jì)軟件，在處理環(huán)境地球化學(xué)數(shù)據(jù)時(shí)的優(yōu)越性顯而易見[3]-[4]。本文旨在介紹運(yùn)用SPSS解決環(huán)境地球化學(xué)中的基本問題，以滿足廣大環(huán)境地球化學(xué)研究工作者對科研數(shù)據(jù)處理的要求，并且在此基礎(chǔ)上對某些不足之處進(jìn)行分析并提出相應(yīng)的對策建議。

1.SPSS簡介

SPSS（Statistical Product and Service Solutions，統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品和服務(wù)解決方案）是由美國SPSS公司20世紀(jì)80年代初開發(fā)的大型統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件包，廣泛應(yīng)用于通訊、醫(yī)療、銀行、證券、保險(xiǎn)、制造、商業(yè)、市場研究、科研、教育等領(lǐng)域。本文以SPSS19.0為基礎(chǔ)進(jìn)行介紹。

SPSS具有強(qiáng)大的統(tǒng)計(jì)、均值比較、相關(guān)分析、回歸分析、主成分分析等功能，對大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理獲取研究成果是環(huán)境地球化學(xué)的重要研究方法。

SPSS軟件菜單欄提供了文件菜單（File）、編輯菜單（Edit）、視圖菜單（View）、數(shù)據(jù)菜單（Data）、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換菜單（Transform）、統(tǒng)計(jì)菜單（Analyze）、圖形菜單（Grap hs）等菜單，便于進(jìn)行數(shù)據(jù)操作。以下主要介紹數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換菜單，統(tǒng)計(jì)菜單和圖形菜單，如圖1。

2.SPSS在環(huán)境地球化學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1確定區(qū)域地球化學(xué)背景值和異常值下限

在環(huán)境自然體中，化學(xué)元素的分布都有一定的規(guī)律。了解研究區(qū)域特定元素的地理分布特征對于環(huán)境質(zhì)量評價(jià)研究具有不可估量的作用。運(yùn)用SPSS統(tǒng)計(jì)分析可以查明這樣規(guī)律性，并確定每種類型自然具體的環(huán)境地球化學(xué)質(zhì)量參數(shù)，并以此作為對它們進(jìn)行相互對比的客觀分類標(biāo)準(zhǔn)，從而進(jìn)行環(huán)境質(zhì)量評價(jià)。在統(tǒng)計(jì)分析之前，首先要用SPSS對得到的大量原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，對那些在采樣、分析、測試過程中因操作錯(cuò)誤或發(fā)生意外污染產(chǎn)生的異常數(shù)據(jù)應(yīng)予舍去。

2.2環(huán)境地球化學(xué)與人類健康中應(yīng)用

主要用于現(xiàn)代環(huán)境化學(xué)元素組成的變化與生物體、人體化學(xué)組成和人類健康的相關(guān)性研究。運(yùn)用SPSS探討某些癌癥與微量元素間的關(guān)系。通過膳食中常量、微量元素?cái)z入量研究，結(jié)合不同群落人體中微量元素的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，分析對人體健康的影響。在綜合分析的基礎(chǔ)上，探討了全國及典型地區(qū)人發(fā)中微量元素的分布規(guī)律，取得了很好的經(jīng)驗(yàn)，并在一些地區(qū)的研究中得到了應(yīng)用。

2.3在農(nóng)業(yè)環(huán)境地球化學(xué)中的應(yīng)用

農(nóng)作物在生長發(fā)育過程中，需要不斷地從土壤中汲取養(yǎng)分，土壤中營養(yǎng)元素的含量特征直接影響農(nóng)作物的生長及產(chǎn)量。利用SPSS評價(jià)土壤中營養(yǎng)元素的富集與虧缺狀況，可為農(nóng)業(yè)區(qū)劃、合理種植、科學(xué)施肥和土壤改良等提供重要的地球化學(xué)依據(jù)[5]。

目前SPSS在這方面的應(yīng)用主要集中在確定土壤的理化性質(zhì)及其類型，土壤污染程度評價(jià)，土壤中營養(yǎng)元素含量及其相關(guān)性分析。土壤評價(jià)要對多個(gè)土壤評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分析，各個(gè)指標(biāo)之間一般會具有一定程度的相關(guān)性，每一個(gè)指標(biāo)從某一方面反映了土壤的情況，但依據(jù)它們做出綜合評價(jià)仍有一定的難度。

通過土壤指標(biāo)進(jìn)行主成分分析之后，可以從大樣本多指標(biāo)中發(fā)現(xiàn)主要指標(biāo)，并用少數(shù)幾個(gè)指標(biāo)代替，使得在不損失太多信息的基礎(chǔ)上對復(fù)雜問題進(jìn)行分析。通過分析，可以確定影響土質(zhì)的主要指標(biāo)。因此，可以通過這些主要指標(biāo)找出影響土壤等級的原因。

3.SPSS數(shù)據(jù)分析應(yīng)用案例

在系統(tǒng)取樣采集某河流底泥樣品后，針對底泥樣品進(jìn)行各種常微量元素分析，包括對Ca、Al、Si等常量元素，Pb、As、Cr、Cu、Zn等重金屬元素進(jìn)行分析，然后利用SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，分析該河流重金屬分布特征，為了解該流域環(huán)境狀況及環(huán)境治理工作提供參考。

3.1原始數(shù)據(jù)初步處理

采集了河流底泥樣品，測得了數(shù)據(jù)如表1、表2所示。運(yùn)用SPSS對得到的樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行了初步分析。從表1可以看出，該河流底泥中重金屬含量較高，與中國水系沉積物平均值[6]相比可知，其中Pb平均含量43.750μg/g，是全國平均值（25μg/g）的1.74倍；As平均值14.2μg/g，是全國平均值的（9.1μg/g）1.56倍；Cr平均含量為62.2μg/g，與全國平均值（58μg/g）基本一致；Cu平均含量為63.3μg/g，是全國平均值的（21μg/g）3倍；Zn平均含量為227.4μg/g，是全國平均值（68μg/g）的3.344倍，Cd平均值43.8μg/g，是全國平均值（0.13μg/g）的336.9倍，為了更直觀地描述河流底泥中不同元素間含量的差異，做出了餅圖，分別見圖2和圖3。

3.2元素相關(guān)性分析

利用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可知主量元素相關(guān)性系數(shù)見表4?？芍狝l和Fe、S的相關(guān)系數(shù)為0.65，0.81，0.67，P和S，Ca的相關(guān)系數(shù)為0.81，0.88，它們之間呈明顯的正相關(guān)。Si和P，Ca，S則呈明顯的負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.87，-0.73，-0.84。

對于微量元素的相關(guān)性分析見表5。可知Cu與Zn，Sr具有較高的相關(guān)性，相關(guān)性系數(shù)分別為0.75，0.71；Pb和Sr的相關(guān)性系數(shù)為0.75；Zn和Sr的相關(guān)性系數(shù)為高達(dá)0.83。其中Al與Fe，P和S，Ca和Sr，Cu和Pb間的散點(diǎn)圖，如圖4所示。

4.結(jié)語

SPSS易學(xué)易用，可以舉一反三，事半功倍，提高工作效率，縮短工作周期，保證數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性和精密性。同時(shí)SPSS的應(yīng)用范圍廣，大可至一個(gè)國家或地區(qū)的龐大數(shù)據(jù)的分析與預(yù)測，小可至一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，對于較大數(shù)據(jù)量的處理，顯然更占優(yōu)勢。SPSS在環(huán)境地球化學(xué)數(shù)據(jù)分析中極具推廣價(jià)值。

通過以上介紹及案例應(yīng)用分析，可知SPSS用于環(huán)境地球化學(xué)在理論上還是實(shí)踐操作都是可行的。SPSS不是專門從事于環(huán)境地球化學(xué)研究，這種非專業(yè)的SPSS軟件，給使用SPSS的研究者帶來很大的限制，從某種程度上影響了研究成果的可靠性、實(shí)用性，無法最終解決環(huán)境地球化學(xué)問題[7]。因此需要針對環(huán)境地學(xué)中的問題，加強(qiáng)與SPSS的功能有機(jī)整合，使SPSS在環(huán)境地球化學(xué)中得到更廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]龍莎莎，談樹成，蔣順德.淺析環(huán)境地球化學(xué)的研究現(xiàn)狀[J].云南地理環(huán)境研究，2005，4.

[2]張文彤.SPSS統(tǒng)計(jì)分析基礎(chǔ)教程[M].高等教育出版社，2004.

[3]張?zhí)K江，許宗運(yùn).數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS的應(yīng)用（一）[J].畜牧與獸醫(yī)，2003.35（3）：23.

[4]吳占福，馬旭平，李亞奎.統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS介紹[J].Journal of Hebei North University （Natural Science Edition），2006，22（6）.

[5]李家熙.區(qū)域環(huán)境地球化學(xué)在農(nóng)業(yè)和生命科學(xué)中的應(yīng)用研究[J].地學(xué)園地.

[6]中國環(huán)境監(jiān)測總站.中國土壤元素背景值[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1990：330-382.

[7]朱玉，王靜，何倩.廣義估計(jì)方程在SPSS統(tǒng)計(jì)軟件中的實(shí)現(xiàn)[J].中國衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)，2011，4.