SPSS在環(huán)境地球化學中的應用

楊亮

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

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

環(huán)境地球化學是研究環(huán)境中化學物質遷移轉化規(guī)律及其與環(huán)境質量和人類健康關系的學科。現(xiàn)代分析測試技術的應用是環(huán)境地球化學研究的基礎[1]。在該過程中會產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)計軟件包之一，包括數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)計分析、圖表分析、輸出管理等基本功能。SPSS統(tǒng)計分析過程包括統(tǒng)計、均值比較、相關分析、回歸分析、聚類分析、數(shù)據(jù)簡化、生存分析、時間序列分析、多重響應等[2]。與其他軟件如SAS，SATA等相比，SPSS最顯著的特點是使用菜單和對話框操作方式，易于操作。因而成為非統(tǒng)計專業(yè)人員應用最多的統(tǒng)計軟件，在處理環(huán)境地球化學數(shù)據(jù)時的優(yōu)越性顯而易見[3]-[4]。本文旨在介紹運用SPSS解決環(huán)境地球化學中的基本問題，以滿足廣大環(huán)境地球化學研究工作者對科研數(shù)據(jù)處理的要求，并且在此基礎上對某些不足之處進行分析并提出相應的對策建議。

1.SPSS簡介

SPSS（Statistical Product and Service Solutions，統(tǒng)計產品和服務解決方案）是由美國SPSS公司20世紀80年代初開發(fā)的大型統(tǒng)計學軟件包，廣泛應用于通訊、醫(yī)療、銀行、證券、保險、制造、商業(yè)、市場研究、科研、教育等領域。本文以SPSS19.0為基礎進行介紹。

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

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)轉換菜單（Transform）、統(tǒng)計菜單（Analyze）、圖形菜單（Grap hs）等菜單，便于進行數(shù)據(jù)操作。以下主要介紹數(shù)據(jù)轉換菜單，統(tǒng)計菜單和圖形菜單，如圖1。

2.SPSS在環(huán)境地球化學中的應用現(xiàn)狀

2.1確定區(qū)域地球化學背景值和異常值下限

在環(huán)境自然體中，化學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)境質量評價研究具有不可估量的作用。運用SPSS統(tǒng)計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)境地球化學質量參數(shù)，并以此作為對它們進行相互對比的客觀分類標準，從而進行環(huán)境質量評價。在統(tǒng)計分析之前，首先要用SPSS對得到的大量原始數(shù)據(jù)進行整理，對那些在采樣、分析、測試過程中因操作錯誤或發(fā)生意外污染產生的異常數(shù)據(jù)應予舍去。

2.2環(huán)境地球化學與人類健康中應用

主要用于現(xiàn)代環(huán)境化學元素組成的變化與生物體、人體化學組成和人類健康的相關性研究。運用SPSS探討某些癌癥與微量元素間的關系。通過膳食中常量、微量元素攝入量研究，結合不同群落人體中微量元素的統(tǒng)計結果，分析對人體健康的影響。在綜合分析的基礎上，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，并在一些地區(qū)的研究中得到了應用。

2.3在農業(yè)環(huán)境地球化學中的應用

農作物在生長發(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作物的生長及產量。利用SPSS評價土壤中營養(yǎng)元素的富集與虧缺狀況，可為農業(yè)區(qū)劃、合理種植、科學施肥和土壤改良等提供重要的地球化學依據(jù)[5]。

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

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

3.SPSS數(shù)據(jù)分析應用案例

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等重金屬元素進行分析，然后利用SPSS軟件進行數(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。運用SPSS對得到的樣品數(shù)據(jù)進行了初步分析。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元素相關性分析

利用SPSS軟件進行統(tǒng)計分析，可知主量元素相關性系數(shù)見表4。可知Al和Fe、S的相關系數(shù)為0.65，0.81，0.67，P和S，Ca的相關系數(shù)為0.81，0.88，它們之間呈明顯的正相關。Si和P，Ca，S則呈明顯的負相關，相關系數(shù)為-0.87，-0.73，-0.84。

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

4.結語

SPSS易學易用，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)處理的準確性和精密性。同時SPSS的應用范圍廣，大可至一個國家或地區(qū)的龐大數(shù)據(jù)的分析與預測，小可至一組實驗數(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)境地球化學數(shù)據(jù)分析中極具推廣價值。

通過以上介紹及案例應用分析，可知SPSS用于環(huán)境地球化學在理論上還是實踐操作都是可行的。SPSS不是專門從事于環(huán)境地球化學研究，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、實用性，無法最終解決環(huán)境地球化學問題[7]。因此需要針對環(huán)境地學中的問題，加強與SPSS的功能有機整合，使SPSS在環(huán)境地球化學中得到更廣泛的應用。

參考文獻：

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

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

[3]張?zhí)K江，許宗運.數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析軟件SPSS的應用（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)境地球化學在農業(yè)和生命科學中的應用研究[J].地學園地.

[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)境科學出版社，1990：330-382.

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