Analiza korelacji i regresji pomiędzy zawartością metali ciężkich w glebach Górnośląskiego Okręgu Przemysłowego a ich podatnością magnetyczną

• Autorzy: Zawadzki J. , Magiera T. , Strzyszcz Z.

Warianty tytułu

EN

correlation and regression analysis of heavy metal content and magnetic susceptibility in soils from Upper Silesian Industrial Region

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem niniejszej pracy było poznanie współzależności pomiędzy wartością podatności magnetycznej gleb a zawartością metali ciężkich pochodzących z opadu pyłów miejsko-przemysłowych przy pomocy kilku komplementarnych metod statystycznych: analizy korelacji przy użyciu współczynników korelacji Pearsona i współczynników korelacji rang Spearman'a, regresji krokowej, testu niezależności "chi-kwadrat". Podstawą do obliczeń statystycznych było około 600 pomiarów zawartości As, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni i Pb, w górnej (20 cm) warstwie gleby z obszaru Górnośląskiego Okręgu Przemysłowego (GOP). Dane dotyczące zawartości metali ciężkich uzupełniono pomiarami niskopolowej specyficznej podatności magnetycznej (x) dokonanymi w tych samych próbach Stwierdzono istnienie wyraźnej korelacji pomiędzy poziomem zanieczyszczeń antropogenicznych a wielkością mierzonej podatności, chociaż zależności te w glebie są na ogół skomplikowane. Najczęściej występują średnie na poziomie r = 0,5-0,7 i wysokie, na poziomie r = 0,7-0,9 korelacje pomiędzy wielkością podatności a zawartościami badanych metali. Stwierdzono, że badania zależności pomiędzy podatnością magnetyczną, a zawartością metali ciężkich nie powinny być oparte wyłącznie o wyznaczanie współczynnika korelacji Persona. Zastosowanie kilku komplementarnych metod statystycznych pozwala ocenić istniejące współzależności w sposób bardziej prawidłowy. Porównanie wartości współczynnika korelacji liniowej Pearsona oraz współczynnika korelacji rang Spermana wskazuje, że w zakresie stosowanej dokładności związki korelacyjne są liniowe. Podobnych wniosków dostarczają wyniki regresji krokowej wstecznej. Otrzymany model liniowy regresji wielokrotnej wyjaśnia prawie 80% zmienności podatności magnetycznej. Powyższe analizy statystyczne potwierdzają wcześniejsze spostrzeżenia, że magnetometria bazująca na pomiarach podatności magnetycznej gleb stanowi bardzo interesującą alternatywę dla innych metod w zakresie monitoringu zanieczyszczeń antropogenicznych gleby, a w szczególności zanieczyszczeń metalami ciężkimi.

EN

The aim of this paper was to investigate the relationship between magnetic susceptibility of topsoil and content of heavy metal being the result of urban and industrial dust-fall. Tools for this study were some complementary statistic methods such as: correlation analysis using Pearson correlation coefficient, Spearman rank correlation coefficient, stepwise regression and "chi-kwadral" test. The base for statistic analysis was dataset of ca. 600 topsoil samples (20 cm) form Upper Silesian Industrial Region, including content of As, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni and Pb as well as values of low-field specific magnetic susceptibility (y) measured for the same samples. The study clearly confirms a significant correlation between the level of inorganic contamination and the measured susceptibility value, although the correlations in soil are usually more sophisticated. The most often observed correlation coefficients between magnetic susceptibility and heavy metals content were on medium (r = 0.5-0.7) and high (r = 0.7-0.9) level. The statistic analysis of the studied parameters can not be based only on Pearson correlation coefficient. The use of some complementary statistic methods allows for more correct interpretation of existing relationships. The comparable values of Pearson linear correlation coefficient and Spearman rank the correlation coefficient, observed in studied dataset within the range of accuracy used, shows the existence of linear correlation. The similar conclusions have been drawn from the analysis of reverse stepwise regression. The observed model of linear multiple regression explains almost 80% of variability of the x value. Foregoing statistical analysis confirms some earlier observations that magnetometry based on topsoil magnetic susceptibility measurement could be a very interesting and alternative or complementary method for monitoring anthropogenic soil pollution and especially heavy metal contamination level.

Słowa kluczowe

PL

metale ciężkie; podatność magnetyczna; gleba

EN

heavy metal; magnetic susceptibility; topsoil

• Wydawca: Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archiwum Ochrony Środowiska
• Rocznik: 2004
• Tom: Vol. 30, no. 2
• Strony: 71--82
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Zawadzki J.

• Politechnika Warszawska, Instytut Systemów Inżynierii Środowiska, Zakład Metod Matematycznych, ul. Nowowiejska 20, 00-661 Warszawa

autor

Magiera T.

• Instytut Podstaw Inżynierii Środowiska Polskiej Akademii Nauk, ul. M. Skłodowskiej-Curie 34, 41-819 Zabrze

autor

Strzyszcz Z.

• Instytut Podstaw Inżynierii Środowiska Polskiej Akademii Nauk, ul. M. Skłodowskiej-Curie 34, 41-819 Zabrze

Bibliografia

• [1] Dobosz M.: Wspomagana komputerowo statystyczna analiza wyników badań, Problemy współczesnej nauki. Teoria i zastosowania, Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, 2001.
• [2] Greń J.: Statystyka matematyczna. Modele i zadania, PWN, Warszawa 1976.
• [3] Hay K.L., J.A. Dearing, S.M.J. Baban, P.J. Loveland: A preliminary attempt to identify atmospherically- derived pollution particles in English topsoils from magnetic susceptibility measurement, Phys. Chem. Earth, 22, 207-210 (1997).
• [4] Lis J., A. Pasieczna: Atlas geochemiczny Polski, Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa 1995.
• [5] Magiera Т., Z. Strzyszcz: Monitoring magnetyczny na terenach objętych imisjami przemysłowymi, [w:] Monitoring Środowiska, II Forum Inżynierii Ekologicznej - Nałęczów 1998.
• [6] Magiera Т., Z. Strzyszcz: Ferromagnetic minerals of anthropogenic origin in soils of some Polish national parks, Water Air and Soil Poll., 124, 37-48 (2000).
• [7] Magiera Т., J. Lis, J. Nawrocki, Z. Strzyszcz: Podatność magnetyczna gleb Polski, Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa 2002.
• [8] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 września 2002 w sprawie standardów jakości gleby oraz standardów jakości ziemi, Dz. U. 02. 165.1359 z dnia 4 października 2002.
• [9] Statgraphics Plus. Podręcznik Użytkownika, Manguistics, Inc. Kraków 1995.
• [10] Strzyszcz Z.: Ferromagnetic properties of forest soils being under influence of industrial pollution. Air pollution and forest decline, [w:] Proceedings 14th International Meeting for Specialist in Air Pollution, Effects on Forest Ecosystems, IUFRO, Interlaken 1989, pp 201-207.
• [11] Strzyszcz Z.: Ferromagnetism of soil in some Polish National Parks, Mitt. Deut. Boden. Ges., 66, 1119-1122(1991).
• [12] Strzyszcz Z.: Magnetic susceptibility of soils in the area influenced by industrial emissions, [w:]: Soil Monitoring, Monte Verita, Birkhäuser Verlag, Basel 1993,255-269.
• [13] Strzyszcz Z., T. Magiera: Heavy metal contamination and magnetic susceptibility in soils of southern Poland, Phys. Chem. Earth., 23, 1127-1131 (1998).
• [14] Strzyszcz Z., T. Magiera: Podatność magnetyczna niektórych przemysłowych pyłów atmosferycznych i jej znaczenie w monitoringu ekologicznym powierzchni ziemi, Prace i Studia Instytutu Podstaw Inżynierii Środowiska PAN, 54, 205-215 (2000).
• [15] Strzyszcz Z., T. Magiera: Pomiary podatności magnetycznej torfowisk wysokich w monitoringu imisji przemysłowych, Archiwum Ochrony Środowiska, 27 (2) 141-167 (2001).