SPSS在环境地球化学中的应用

杨亮

摘 要： 对海量数据进行统计分析是环境地球化学重要的研究方法。SPSS不仅具有强大的数据统计分析功能，而且界面易于操作。运用SPSS对部分测试数据进行统计分析，在理论和技术上都是可行的。SPSS软件功能虽强大，但并不是专门针对环境地球化学研究而开发的，在以后应用中应结合环境地学问题对SPSS进行适当的编程，使其得到更广泛的应用。

关键词： SPSS 环境地球化学 数据分析 主成分分析

环境地球化学是研究环境中化学物质迁移转化规律及其与环境质量和人类健康关系的学科。现代分析测试技术的应用是环境地球化学研究的基础[1]。在该过程中会产生大量来自研究地域的环境信息载体（如水、气及土壤等）的化学组成数据，这就对海量数据处理提出要求。SPSS目前世界上最新、最流行、最受欢迎的统计软件包之一，包括数据管理、统计分析、图表分析、输出管理等基本功能。SPSS统计分析过程包括统计、均值比较、相关分析、回归分析、聚类分析、数据简化、生存分析、时间序列分析、多重响应等[2]。与其他软件如SAS，SATA等相比，SPSS最显著的特点是使用菜单和对话框操作方式，易于操作。因而成为非统计专业人员应用最多的统计软件，在处理环境地球化学数据时的优越性显而易见[3]-[4]。本文旨在介绍运用SPSS解决环境地球化学中的基本问题，以满足广大环境地球化学研究工作者对科研数据处理的要求，并且在此基础上对某些不足之处进行分析并提出相应的对策建议。

1.SPSS简介

SPSS（Statistical Product and Service Solutions，统计产品和服务解决方案）是由美国SPSS公司20世纪80年代初开发的大型统计学软件包，广泛应用于通讯、医疗、银行、证券、保险、制造、商业、市场研究、科研、教育等领域。本文以SPSS19.0为基础进行介绍。

SPSS具有强大的统计、均值比较、相关分析、回归分析、主成分分析等功能，对大量的实验数据分析处理获取研究成果是环境地球化学的重要研究方法。

SPSS软件菜单栏提供了文件菜单（File）、编辑菜单（Edit）、视图菜单（View）、数据菜单（Data）、数据转换菜单（Transform）、统计菜单（Analyze）、图形菜单（Grap hs）等菜单，便于进行数据操作。以下主要介绍数据转换菜单，统计菜单和图形菜单，如图1。

2.SPSS在环境地球化学中的应用现状

2.1确定区域地球化学背景值和异常值下限

在环境自然体中，化学元素的分布都有一定的规律。了解研究区域特定元素的地理分布特征对于环境质量评价研究具有不可估量的作用。运用SPSS统计分析可以查明这样规律性，并确定每种类型自然具体的环境地球化学质量参数，并以此作为对它们进行相互对比的客观分类标准，从而进行环境质量评价。在统计分析之前，首先要用SPSS对得到的大量原始数据进行整理，对那些在采样、分析、测试过程中因操作错误或发生意外污染产生的异常数据应予舍去。

2.2环境地球化学与人类健康中应用

主要用于现代环境化学元素组成的变化与生物体、人体化学组成和人类健康的相关性研究。运用SPSS探讨某些癌症与微量元素间的关系。通过膳食中常量、微量元素摄入量研究，结合不同群落人体中微量元素的统计结果，分析对人体健康的影响。在综合分析的基础上，探讨了全国及典型地区人发中微量元素的分布规律，取得了很好的经验，并在一些地区的研究中得到了应用。

2.3在农业环境地球化学中的应用

农作物在生长发育过程中，需要不断地从土壤中汲取养分，土壤中营养元素的含量特征直接影响农作物的生长及产量。利用SPSS评价土壤中营养元素的富集与亏缺状况，可为农业区划、合理种植、科学施肥和土壤改良等提供重要的地球化学依据[5]。

目前SPSS在这方面的应用主要集中在确定土壤的理化性质及其类型，土壤污染程度评价，土壤中营养元素含量及其相关性分析。土壤评价要对多个土壤评价指标进行分析，各个指标之间一般会具有一定程度的相关性，每一个指标从某一方面反映了土壤的情况，但依据它们做出综合评价仍有一定的难度。

通过土壤指标进行主成分分析之后，可以从大样本多指标中发现主要指标，并用少数几个指标代替，使得在不损失太多信息的基础上对复杂问题进行分析。通过分析，可以确定影响土质的主要指标。因此，可以通过这些主要指标找出影响土壤等级的原因。

3.SPSS数据分析应用案例

在系统取样采集某河流底泥样品后，针对底泥样品进行各种常微量元素分析，包括对Ca、Al、Si等常量元素，Pb、As、Cr、Cu、Zn等重金属元素进行分析，然后利用SPSS软件进行数据处理，分析该河流重金属分布特征，为了解该流域环境状况及环境治理工作提供参考。

3.1原始数据初步处理

采集了河流底泥样品，测得了数据如表1、表2所示。运用SPSS对得到的样品数据进行了初步分析。从表1可以看出，该河流底泥中重金属含量较高，与中国水系沉积物平均值[6]相比可知，其中Pb平均含量43.750μg/g，是全国平均值（25μg/g）的1.74倍；As平均值14.2μg/g，是全国平均值的（9.1μg/g）1.56倍；Cr平均含量为62.2μg/g，与全国平均值（58μg/g）基本一致；Cu平均含量为63.3μg/g，是全国平均值的（21μg/g）3倍；Zn平均含量为227.4μg/g，是全国平均值（68μg/g）的3.344倍，Cd平均值43.8μg/g，是全国平均值（0.13μg/g）的336.9倍，为了更直观地描述河流底泥中不同元素间含量的差异，做出了饼图，分别见图2和图3。

3.2元素相关性分析

利用SPSS软件进行统计分析，可知主量元素相关性系数见表4。可知Al和Fe、S的相关系数为0.65，0.81，0.67，P和S，Ca的相关系数为0.81，0.88，它们之间呈明显的正相关。Si和P，Ca，S则呈明显的负相关，相关系数为-0.87，-0.73，-0.84。

对于微量元素的相关性分析见表5。可知Cu与Zn，Sr具有较高的相关性，相关性系数分别为0.75，0.71；Pb和Sr的相关性系数为0.75；Zn和Sr的相关性系数为高达0.83。其中Al与Fe，P和S，Ca和Sr，Cu和Pb间的散点图，如图4所示。

4.结语

SPSS易学易用，可以举一反三，事半功倍，提高工作效率，缩短工作周期，保证数据处理的准确性和精密性。同时SPSS的应用范围广，大可至一个国家或地区的庞大数据的分析与预测，小可至一组实验数据的处理，对于较大数据量的处理，显然更占优势。SPSS在环境地球化学数据分析中极具推广价值。

通过以上介绍及案例应用分析，可知SPSS用于环境地球化学在理论上还是实践操作都是可行的。SPSS不是专门从事于环境地球化学研究，这种非专业的SPSS软件，给使用SPSS的研究者带来很大的限制，从某种程度上影响了研究成果的可靠性、实用性，无法最终解决环境地球化学问题[7]。因此需要针对环境地学中的问题，加强与SPSS的功能有机整合，使SPSS在环境地球化学中得到更广泛的应用。

参考文献：

[1]龙莎莎，谈树成，蒋顺德.浅析环境地球化学的研究现状[J].云南地理环境研究，2005，4.

[2]张文彤.SPSS统计分析基础教程[M].高等教育出版社，2004.

[3]张苏江，许宗运.数据统计分析软件SPSS的应用（一）[J].畜牧与兽医，2003.35（3）：23.

[4]吴占福，马旭平，李亚奎.统计分析软件SPSS介绍[J].Journal of Hebei North University （Natural Science Edition），2006，22（6）.

[5]李家熙.区域环境地球化学在农业和生命科学中的应用研究[J].地学园地.

[6]中国环境监测总站.中国土壤元素背景值[M].北京：中国环境科学出版社，1990：330-382.

[7]朱玉，王静，何倩.广义估计方程在SPSS统计软件中的实现[J].中国卫生统计，2011，4.