Diolch i chi am ymweld â Nature.com. Mae gan y fersiwn porwr rydych chi'n ei ddefnyddio gefnogaeth gyfyngedig ar gyfer CSS. I gael y profiad gorau, rydym yn argymell eich bod chi'n defnyddio porwr wedi'i ddiweddaru (neu'n diffodd y modd cydnawsedd yn Internet Explorer). Yn y cyfamser, er mwyn sicrhau cefnogaeth barhaus, byddwn yn arddangos y wefan heb arddulliau a JavaScript.
Mae llygredd pridd yn broblem fawr a achosir gan weithgareddau dynol. Mae dosbarthiad gofodol elfennau gwenwynig posibl (PTEs) yn amrywio yn y rhan fwyaf o ardaloedd trefol a pher-drefol. Felly, mae'n anodd rhagweld cynnwys PTEs yn ofodol mewn priddoedd o'r fath. Cafwyd cyfanswm o 115 o samplau o Frydek Mistek yn y Weriniaeth Tsiec. Penderfynwyd crynodiadau calsiwm (Ca), magnesiwm (Mg), potasiwm (K) a nicel (Ni) gan ddefnyddio sbectrometreg allyriadau plasma wedi'i gyplysu'n anwythol. Y newidyn ymateb yw Ni a'r rhagfynegwyr yw Ca, Mg, a K. Mae'r matrics cydberthynas rhwng y newidyn ymateb a'r newidyn rhagfynegydd yn dangos cydberthynas foddhaol rhwng yr elfennau. Dangosodd y canlyniadau rhagfynegi fod Atchweliad Peiriant Fector Cymorth (SVMR) wedi perfformio'n dda, er bod ei wall gwreiddyn cymedrig sgwâr amcangyfrifedig (RMSE) (235.974 mg/kg) a'i wall absoliwt cymedrig (MAE) (166.946 mg/kg) yn uwch na'r dulliau eraill a gymhwyswyd. Mae modelau cymysg ar gyfer Atchweliad Llinol Lluosog-Kriging Empirig Bayesaidd (EBK-MLR) yn perfformio'n wael, fel y dangosir. gan gyfernodau penderfyniad llai na 0.1. Y model Atchweliad Peiriant Fector Cymorth Kriging Empirig Bayesaidd (EBK-SVMR) oedd y model gorau, gyda gwerthoedd RMSE isel (95.479 mg/kg) a MAE (77.368 mg/kg) a chyfernod penderfyniad uchel (R2 = 0.637). Mae allbwn y dechneg modelu EBK-SVMR yn cael ei ddelweddu gan ddefnyddio map hunan-drefnu. Mae niwronau wedi'u clwsteru ym mhlân y model hybrid cydran CakMg-EBK-SVMR yn dangos patrymau lliw lluosog sy'n rhagweld crynodiadau Ni mewn priddoedd trefol a chyffiniol. Mae'r canlyniadau'n dangos bod cyfuno EBK ac SVMR yn dechneg effeithiol ar gyfer rhagweld crynodiadau Ni mewn priddoedd trefol a chyffiniol.
Ystyrir nicel (Ni) yn ficrofaetholyn ar gyfer planhigion oherwydd ei fod yn cyfrannu at sefydlogi nitrogen atmosfferig (N) a metaboledd wrea, sydd ill dau yn ofynnol ar gyfer egino hadau. Yn ogystal â'i gyfraniad at egino hadau, gall Ni weithredu fel atalydd ffwngaidd a bacteriol a hyrwyddo datblygiad planhigion. Mae diffyg nicel yn y pridd yn caniatáu i'r planhigyn ei amsugno, gan arwain at glorosis dail. Er enghraifft, mae angen rhoi gwrteithiau sy'n seiliedig ar nicel ar bys cowbeas a ffa gwyrdd i wneud y gorau o sefydlogi nitrogen2. Mae rhoi gwrteithiau sy'n seiliedig ar nicel yn barhaus i gyfoethogi'r pridd a chynyddu gallu codlysiau i sefydlogi nitrogen yn y pridd yn cynyddu crynodiad y nicel yn y pridd yn barhaus. Er bod nicel yn ficrofaetholyn ar gyfer planhigion, gall ei gymeriant gormodol yn y pridd wneud mwy o ddrwg nag o les. Mae gwenwyndra nicel mewn pridd yn lleihau pH y pridd ac yn rhwystro amsugno haearn fel maetholyn hanfodol ar gyfer twf planhigion1. Yn ôl Liu3, canfuwyd mai Ni yw'r 17eg elfen bwysig sy'n ofynnol ar gyfer datblygiad a thwf planhigion. Yn ogystal â rôl nicel mewn datblygiad a thwf planhigion, mae ei angen ar fodau dynol ar gyfer amrywiaeth o gymwysiadau. Electroplatio, cynhyrchu Mae aloion sy'n seiliedig ar nicel, a gweithgynhyrchu dyfeisiau tanio a phlygiau gwreichionen yn y diwydiant modurol i gyd yn gofyn am ddefnyddio nicel mewn amrywiol sectorau diwydiannol. Yn ogystal, mae aloion sy'n seiliedig ar nicel ac erthyglau electroplatiedig wedi cael eu defnyddio'n helaeth mewn offer cegin, ategolion neuadd ddawns, cyflenwadau'r diwydiant bwyd, trydanol, gwifren a chebl, tyrbinau jet, mewnblaniadau llawfeddygol, tecstilau, ac adeiladu llongau5. Mae lefelau cyfoethog o Ni mewn priddoedd (h.y., priddoedd arwyneb) wedi'u priodoli i ffynonellau anthropogenig a naturiol, ond yn bennaf, mae Ni yn ffynhonnell naturiol yn hytrach nag anthropogenig4,6. Mae ffynonellau naturiol nicel yn cynnwys ffrwydradau folcanig, llystyfiant, tanau coedwig, a phrosesau daearegol; fodd bynnag, mae ffynonellau anthropogenig yn cynnwys batris nicel/cadmiwm yn y diwydiant dur, electroplatio, weldio arc, olewau diesel a thanwydd, ac allyriadau atmosfferig o hylosgi glo a llosgi gwastraff a slwtsh Cronni nicel7,8. Yn ôl Freedman a Hutchinson9 a Manyiwa et al. 10, prif ffynonellau llygredd pridd uchaf yn yr amgylchedd uniongyrchol a chyfagos yw mwyndoddwyr a mwyngloddiau sy'n seiliedig ar nicel-copr yn bennaf. Y pridd uchaf o amgylch purfa nicel-copr Sudbury yng Nghanada oedd â'r lefelau uchaf o halogiad nicel sef 26,000 mg/kg11. Mewn cyferbyniad, mae llygredd o gynhyrchu nicel yn Rwsia wedi arwain at grynodiadau nicel uwch mewn pridd Norwy11. Yn ôl Alms et al. 12, roedd faint o nicel y gellir ei echdynnu o HNO3 yn nhir âr gorau'r rhanbarth (cynhyrchu nicel yn Rwsia) yn amrywio o 6.25 i 136.88 mg/kg, sy'n cyfateb i gyfartaledd o 30.43 mg/kg a chrynodiad sylfaenol o 25 mg/kg. Yn ôl kabata 11, gall rhoi gwrteithiau ffosfforws mewn priddoedd amaethyddol mewn priddoedd trefol neu beri-drefol yn ystod tymhorau cnydau olynol drwytho neu halogi'r pridd. Gall effeithiau posibl nicel mewn bodau dynol arwain at ganser trwy fwtagenegis, difrod cromosomaidd, cynhyrchu Z-DNA, atgyweirio torri DNA wedi'i rwystro, neu brosesau epigenetig 13. Mewn arbrofion ar anifeiliaid, canfuwyd bod gan nicel y potensial i achosi amrywiaeth o diwmorau, a gall cyfadeiladau nicel carsinogenig waethygu tiwmorau o'r fath.
Mae asesiadau halogiad pridd wedi ffynnu yn ddiweddar oherwydd ystod eang o faterion sy'n gysylltiedig ag iechyd sy'n deillio o berthnasoedd pridd-planhigion, pridd a pherthnasoedd biolegol pridd, dirywiad ecolegol, ac asesu effaith amgylcheddol. Hyd yn hyn, mae rhagfynegi gofodol elfennau gwenwynig posibl (PTEs) fel Ni mewn pridd wedi bod yn llafurus ac yn cymryd llawer o amser gan ddefnyddio dulliau traddodiadol. Mae dyfodiad mapio pridd digidol (DSM) a'i lwyddiant presennol15 wedi gwella mapio pridd rhagfynegol (PSM) yn fawr. Yn ôl Minasny a McBratney16, mae mapio pridd rhagfynegol (DSM) wedi profi i fod yn is-ddisgyblaeth amlwg o wyddoniaeth pridd. Mae Lagacherie a McBratney, 2006 yn diffinio DSM fel "creu a llenwi systemau gwybodaeth pridd gofodol trwy ddefnyddio dulliau arsylwi in situ a labordy a systemau casglu pridd gofodol ac anofodol". McBratney et al. Mae 17 yn amlinellu mai'r DSM neu'r PSM cyfoes yw'r dechneg fwyaf effeithiol ar gyfer rhagweld neu fapio dosbarthiad gofodol PTEau, mathau o bridd a phriodweddau pridd. Mae Algorithmau Geostatistics a Dysgu Peirianyddol (MLA) yn dechnegau modelu DSM sy'n creu mapiau digideiddiedig gyda chymorth cyfrifiaduron gan ddefnyddio data sylweddol a lleiafswm.
Mae Deutsch18 ac Olea19 yn diffinio geoystadegau fel “y casgliad o dechnegau rhifiadol sy'n ymdrin â chynrychiolaeth priodoleddau gofodol, gan ddefnyddio modelau stocastig yn bennaf, megis sut mae dadansoddiad cyfres amser yn nodweddu data amserol.” Yn bennaf, mae geoystadegau yn cynnwys gwerthuso variogramau, sy'n caniatáu Mesur a diffinio dibyniaethau gwerthoedd gofodol o bob set ddata20. Mae Gumiaux et al.20 yn dangos ymhellach fod gwerthuso variogramau mewn geoystadegau yn seiliedig ar dair egwyddor, gan gynnwys (a) cyfrifo graddfa'r gydberthynas data, (b) nodi a chyfrifo anisotropi mewn anghydraddoldeb set ddata a (c) yn ogystal â chymryd i ystyriaeth y gwall cynhenid ​​​​o'r data mesur sydd wedi'i wahanu oddi wrth yr effeithiau lleol, amcangyfrifir effeithiau'r ardal hefyd. Gan adeiladu ar y cysyniadau hyn, defnyddir llawer o dechnegau rhyngosod mewn geoystadegau, gan gynnwys kriging cyffredinol, cyd-kriging, kriging cyffredin, kriging Bayesaidd empirig, dull kriging syml a thechnegau rhyngosod adnabyddus eraill i fapio neu ragweld PTE, nodweddion pridd, a mathau o bridd.
Mae Algorithmau Dysgu Peirianyddol (MLA) yn dechneg gymharol newydd sy'n defnyddio dosbarthiadau data anlinellol mwy, wedi'u tanio gan algorithmau a ddefnyddir yn bennaf ar gyfer cloddio data, nodi patrymau mewn data, ac a gymhwysir dro ar ôl tro i ddosbarthu mewn meysydd gwyddonol fel gwyddor pridd a thasgau dychwelyd. Mae nifer o bapurau ymchwil yn dibynnu ar fodelau MLA i ragweld PTE mewn priddoedd, fel Tan et al. 22 (coedwigoedd ar hap ar gyfer amcangyfrif metelau trwm mewn priddoedd amaethyddol), Sakizadeh et al. 23 (modelu gan ddefnyddio peiriannau fector cymorth a rhwydweithiau niwral artiffisial) llygredd pridd). Yn ogystal, mae Vega et al. 24 (CART ar gyfer modelu cadw metelau trwm ac amsugno mewn pridd) Sun et al. 25 (cymhwyso ciwbist yw dosbarthiad Cd mewn pridd) ac algorithmau eraill fel k-nearest neighbor, atchweliad wedi'i hybu cyffredinol, ac atchweliad wedi'i hybu. Defnyddiodd Coed MLA hefyd i ragweld PTE mewn pridd.
Mae cymhwyso algorithmau DSM mewn rhagfynegi neu fapio yn wynebu sawl her. Mae llawer o awduron yn credu bod MLA yn well na geoystadegau ac i'r gwrthwyneb. Er bod un yn well na'r llall, mae cyfuniad y ddau yn gwella lefel cywirdeb mapio neu ragfynegi yn DSM15. Mae Woodcock a Gopal26 Finke27; Pontius a Cheuk28 a Grunwald29 yn gwneud sylwadau ar ddiffygion a rhai gwallau mewn mapio pridd a ragfynegwyd. Mae gwyddonwyr pridd wedi rhoi cynnig ar amrywiaeth o dechnegau i wneud y gorau o effeithiolrwydd, cywirdeb a rhagweladwyedd mapio a rhagfynegi DSM. Mae'r cyfuniad o ansicrwydd a gwirio yn un o lawer o agweddau gwahanol sydd wedi'u hintegreiddio i DSM i wneud y gorau o effeithiolrwydd a lleihau diffygion. Fodd bynnag, mae Agyeman et al.15 yn amlinellu y dylid dilysu'r ymddygiad dilysu a'r ansicrwydd a gyflwynir gan greu a rhagfynegi mapiau yn annibynnol i wella ansawdd mapiau. Mae cyfyngiadau'r DSM oherwydd ansawdd pridd sydd wedi'i wasgaru'n ddaearyddol, sy'n cynnwys elfen o ansicrwydd; fodd bynnag, gall y diffyg sicrwydd yn y DSM ddeillio o sawl ffynhonnell gwall, sef gwall cyd-newidyn, gwall model, gwall lleoliad, a Gwall dadansoddol 31. Mae anghywirdebau modelu a achosir mewn MLA a phrosesau geoystadegol yn gysylltiedig â diffyg dealltwriaeth, gan arwain yn y pen draw at or-symleiddio'r broses wirioneddol32. Waeth beth fo natur y modelu, gellir priodoli anghywirdebau i baramedrau modelu, rhagfynegiadau model mathemategol, neu ryngosod33. Yn ddiweddar, mae tuedd DSM newydd wedi dod i'r amlwg sy'n hyrwyddo integreiddio geoystadegau ac MLA mewn mapio a rhagweld. Mae nifer o wyddonwyr pridd ac awduron, fel Sergeev et al. 34; Subbotina et al. 35; Tarasov et al. 36 a Tarasov et al. 37 wedi manteisio ar ansawdd cywir geoystadegau a dysgu peirianyddol i gynhyrchu modelau hybrid sy'n gwella effeithlonrwydd rhagweld a mapio. ansawdd. Mae rhai o'r modelau algorithm hybrid neu gyfunol hyn yn cynnwys Kriging Rhwydwaith Niwral Artiffisial (ANN-RK), Kriging Gweddilliol Perceptron Amlhaenog (MLP-RK), Kriging Gweddilliol Rhwydwaith Niwral Atchweliad Cyffredinol (GR-NNRK)36, Kriging Rhwydwaith Niwral Artiffisial-Perceptron Amlhaenog (ANN-K-MLP)37 a Chyd-Kriging a Atchweliad Proses Gaussaidd38.
Yn ôl Sergeev et al., mae cyfuno gwahanol dechnegau modelu â'r potensial i ddileu diffygion a chynyddu effeithlonrwydd y model hybrid sy'n deillio o hyn yn hytrach na datblygu ei fodel sengl. Yn y cyd-destun hwn, mae'r papur newydd hwn yn dadlau ei bod yn angenrheidiol cymhwyso algorithm cyfun o geoystadegau ac MLA i greu modelau hybrid gorau posibl i ragweld cyfoethogi Ni mewn ardaloedd trefol a pher-drefol. Bydd yr astudiaeth hon yn dibynnu ar Kriging Bayesaidd Empirig (EBK) fel y model sylfaenol ac yn ei gymysgu â modelau Peiriant Fector Cymorth (SVM) ac Atchweliad Llinol Lluosog (MLR). Nid yw croesfridio EBK ag unrhyw MLA yn hysbys. Y modelau cymysg lluosog a welir yw cyfuniadau o kriging cyffredin, gweddilliol, atchweliad, ac MLA. Mae EBK yn ddull rhyngosod geoystadegol sy'n defnyddio proses stocastig yn ofodol sydd wedi'i lleoleiddio fel maes ar hap ansefydlog/llonydd gyda pharamedrau lleoleiddio wedi'u diffinio dros y maes, gan ganiatáu ar gyfer amrywiad gofodol39. Defnyddiwyd EBK mewn amrywiaeth o astudiaethau, gan gynnwys dadansoddi dosbarthiad carbon organig mewn priddoedd fferm40, asesu llygredd pridd41 a mapio pridd priodweddau42.
Ar y llaw arall, mae Graff Hunan-Drefnu (SeOM) yn algorithm dysgu sydd wedi'i gymhwyso mewn amrywiol erthyglau fel Li et al. 43, Wang et al. 44, Hossain Bhuiyan et al. 45 a Kebonye et al.46 Penderfynwch ar briodoleddau gofodol a grwpio elfennau. Mae Wang et al. 44 yn amlinellu bod SeOM yn dechneg ddysgu bwerus sy'n adnabyddus am ei gallu i grwpio a dychmygu problemau anlinellol. Yn wahanol i dechnegau adnabod patrymau eraill fel dadansoddi prif gydrannau, clystyru niwlog, clystyru hierarchaidd, a gwneud penderfyniadau aml-feini prawf, mae SeOM yn well am drefnu ac adnabod patrymau PTE. Yn ôl Wang et al. 44, gall SeOM grwpio dosbarthiad niwronau cysylltiedig yn ofodol a darparu delweddu data cydraniad uchel. Bydd SeOM yn delweddu data rhagfynegiad Ni i gael y model gorau i nodweddu'r canlyniadau ar gyfer dehongli'n uniongyrchol.
Nod y papur hwn yw cynhyrchu model mapio cadarn gyda chywirdeb gorau posibl ar gyfer rhagweld cynnwys nicel mewn priddoedd trefol a chyffiniol. Rydym yn rhagdybio bod dibynadwyedd y model cymysg yn dibynnu'n bennaf ar ddylanwad modelau eraill sydd ynghlwm wrth y model sylfaenol. Rydym yn cydnabod yr heriau sy'n wynebu'r DSM, ac er bod yr heriau hyn yn cael eu datrys ar sawl ffrynt, mae'n ymddangos bod y cyfuniad o ddatblygiadau mewn geoystadegau a modelau MLA yn gynyddrannol; felly, byddwn yn ceisio ateb cwestiynau ymchwil a allai gynhyrchu modelau cymysg. Fodd bynnag, pa mor gywir yw'r model wrth ragweld yr elfen darged? Hefyd, beth yw lefel y gwerthusiad effeithlonrwydd yn seiliedig ar ddilysu a gwerthuso cywirdeb? ​​Felly, nodau penodol yr astudiaeth hon oedd (a) creu model cymysgedd cyfunol ar gyfer SVMR neu MLR gan ddefnyddio EBK fel y model sylfaenol, (b) cymharu'r modelau sy'n deillio o hyn (c) cynnig y model cymysgedd gorau ar gyfer rhagweld crynodiadau Ni mewn priddoedd trefol neu gyffiniol, a (d) cymhwyso SeOM i greu map cydraniad uchel o amrywiad gofodol nicel.
Mae'r astudiaeth yn cael ei chynnal yn y Weriniaeth Tsiec, yn benodol yn ardal Frydek Mistek yn rhanbarth Moravia-Silesia (gweler Ffigur 1). Mae daearyddiaeth yr ardal astudio yn garw iawn ac mae'n rhan o ranbarth Beskidy Moravia-Silesia yn bennaf, sy'n rhan o ymyl allanol Mynyddoedd y Carpathia. Mae'r ardal astudio wedi'i lleoli rhwng 49° 41′ 0′ N a 18° 20′ 0′ E, ac mae'r uchder rhwng 225 a 327 m; fodd bynnag, mae system ddosbarthu Koppen ar gyfer cyflwr hinsoddol y rhanbarth wedi'i raddio fel Cfb = hinsawdd gefnforol dymherus, Mae llawer o lawiad hyd yn oed yn y misoedd sych. Mae'r tymereddau'n amrywio ychydig drwy gydol y flwyddyn rhwng −5 °C a 24 °C, anaml y maent yn disgyn islaw −14 °C neu uwchlaw 30 °C, tra bod y glawiad blynyddol cyfartalog rhwng 685 a 752 mm47. Yr ardal arolwg amcangyfrifedig ar gyfer yr ardal gyfan yw 1,208 cilomedr sgwâr, gyda 39.38% o'r tir wedi'i drin a 49.36% o'r gorchudd coedwig. Ar y llaw arall, yr ardal a ddefnyddiwyd yn yr astudiaeth hon yw tua 889.8 cilomedr sgwâr. Yn ac o gwmpas Ostrava, mae'r diwydiant dur a gweithfeydd metel yn weithgar iawn. Mae melinau metel, y diwydiant dur lle defnyddir nicel mewn duroedd di-staen (e.e. ar gyfer ymwrthedd i gyrydiad atmosfferig) a duroedd aloi (mae nicel yn cynyddu cryfder yr aloi wrth gynnal ei hydwythedd a'i galedwch da), ac amaethyddiaeth ddwys fel rhoi gwrtaith ffosffad a chynhyrchu da byw yn ffynonellau ymchwil posibl o nicel yn y rhanbarth. (e.e., ychwanegu nicel at ŵyn i gynyddu cyfraddau twf mewn ŵyn a gwartheg sydd wedi'u bwydo'n isel). Mae defnyddiau diwydiannol eraill o nicel mewn meysydd ymchwil yn cynnwys ei ddefnydd mewn electroplatio, gan gynnwys nicel electroplatio a phrosesau platio nicel electroless. Mae priodweddau pridd yn hawdd eu gwahaniaethu o liw, strwythur a chynnwys carbonad y pridd. Mae gwead y pridd yn ganolig i fân, yn deillio o'r deunydd rhiant. Maent yn golufial, llifwaddodol neu aeolaidd eu natur. Mae rhai ardaloedd pridd yn ymddangos yn frith yn yr wyneb a'r isbridd, yn aml gyda choncrit a channu. Fodd bynnag, cambisolau a stagnosolau yw'r mathau mwyaf cyffredin o bridd yn y rhanbarth48. Gyda uchderau'n amrywio o 455.1 i 493.5 m, mae cambisolau yn dominyddu'r Weriniaeth Tsiec49.
Map o'r ardal astudio [Crëwyd map yr ardal astudio gan ddefnyddio ArcGIS Desktop (ESRI, Inc, fersiwn 10.7, URL: https://desktop.arcgis.com).]
Cafwyd cyfanswm o 115 o samplau pridd uchaf o briddoedd trefol a pher-drefol yn ardal Frydek Mistek. Y patrwm sampl a ddefnyddiwyd oedd grid rheolaidd gyda samplau pridd wedi'u gosod 2 × 2 km oddi wrth ei gilydd, a mesurwyd pridd uchaf ar ddyfnder o 0 i 20 cm gan ddefnyddio dyfais GPS llaw (Leica Zeno 5 GPS). Mae samplau'n cael eu pecynnu mewn bagiau Ziploc, eu labelu'n iawn, a'u cludo i'r labordy. Cafodd y samplau eu sychu yn yr awyr i gynhyrchu samplau wedi'u malu, eu malu gan system fecanyddol (melin ddisg Fritsch), a'u rhidyllu (maint rhidyll 2 mm). Rhowch 1 gram o samplau pridd wedi'u sychu, eu homogeneiddio a'u rhidyllu mewn poteli teflon wedi'u labelu'n glir. Ym mhob llestr Teflon, dosberthir 7 ml o 35% HCl a 3 ml o 65% HNO3 (gan ddefnyddio dosberthir awtomatig - un ar gyfer pob asid), gorchuddiwch yn ysgafn a gadewch i'r samplau sefyll dros nos ar gyfer yr adwaith (rhaglen aqua regia). Rhowch yr uwchnofiant ar blât metel poeth (tymheredd: 100 W a 160 °C) am 2 awr i hwyluso'r broses dreulio o'r samplau, yna oeri. Trosglwyddwch y goruwchnatur i fflasg folwmetrig 50 ml a'i wanhau i 50 ml gyda dŵr wedi'i ddad-ïoneiddio. Ar ôl hynny, hidlwch y goruwchnatur wedi'i wanhau i diwb PVC 50 ml gyda dŵr wedi'i ddad-ïoneiddio. Yn ogystal, cafodd 1 ml o'r toddiant gwanhau ei wanhau gyda 9 ml o ddŵr wedi'i ddad-ïoneiddio a'i hidlo i diwb 12 ml a baratowyd ar gyfer crynodiad ffug PTE. Penderfynwyd crynodiadau PTEs (As, Cd, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Zn, Ca, Mg, K) gan ICP-OES (Spectrosgopeg Allyriadau Optegol Plasma Cypledig Anwythol) (Thermo Fisher Scientific, UDA) yn unol â dulliau a chytundeb safonol. Sicrhau gweithdrefnau Sicrwydd a Rheoli Ansawdd (QA/QC) (SRM NIST 2711a Montana II Soil). Cafodd PTEs â therfynau canfod islaw hanner eu heithrio o'r astudiaeth hon. Terfyn canfod y PTE a ddefnyddiwyd yn yr astudiaeth hon oedd 0.0004.(chi).Yn ogystal, sicrheir y broses rheoli ansawdd a sicrhau ansawdd ar gyfer pob dadansoddiad trwy ddadansoddi safonau cyfeirio.Er mwyn sicrhau bod gwallau wedi'u lleihau i'r lleiafswm, perfformiwyd dadansoddiad dwbl.
Mae Kriging Bayesaidd Empirig (EBK) yn un o nifer o dechnegau rhyngosod geoystadegol a ddefnyddir wrth fodelu mewn meysydd amrywiol fel gwyddor pridd. Yn wahanol i dechnegau rhyngosod kriging eraill, mae EBK yn wahanol i ddulliau kriging traddodiadol trwy ystyried y gwall a amcangyfrifir gan y model lled-variogram. Mewn rhyngosod EBK, cyfrifir sawl model lled-variogram yn ystod rhyngosod, yn hytrach nag un lled-variogram. Mae technegau rhyngosod yn gwneud lle i'r ansicrwydd a'r rhaglennu sy'n gysylltiedig â'r plotio hwn o'r lled-variogram sy'n ffurfio rhan gymhleth iawn o ddull kriging digonol. Mae proses rhyngosod EBK yn dilyn y tri maen prawf a gynigiwyd gan Krivoruchko50, (a) mae'r model yn amcangyfrif y lled-variogram o'r set ddata mewnbwn (b) y gwerth newydd a ragfynegwyd ar gyfer pob lleoliad set ddata mewnbwn yn seiliedig ar y lled-variogram a gynhyrchwyd a (c) mae'r model A terfynol yn cael ei gyfrifo o set ddata efelychiedig. Rhoddir y rheol hafaliad Bayesaidd fel posterior
Lle mae \(Prob\left(A\right)\) yn cynrychioli'r tebygolrwydd ymylol blaenorol, \(Prob\left(B\right)\) caiff ei anwybyddu yn y rhan fwyaf o achosion, \(Prob (B,A)\). Mae'r cyfrifiad lled-variogram yn seiliedig ar reol Bayes, sy'n dangos tuedd setiau data arsylwi y gellir eu creu o led-variogramau. Yna pennir gwerth y lled-variogram gan ddefnyddio rheol Bayes, sy'n nodi pa mor debygol yw hi o greu set ddata o arsylwadau o'r lled-variogram.
Mae peiriant fector cymorth yn algorithm dysgu peirianyddol sy'n cynhyrchu hyperplan gwahanu gorau posibl i wahaniaethu rhwng dosbarthiadau union yr un fath ond nid yn llinol annibynnol. Creodd Vapnik51 yr algorithm dosbarthu bwriad, ond fe'i defnyddiwyd yn ddiweddar i ddatrys problemau sy'n canolbwyntio ar atchweliad. Yn ôl Li et al.52, SVM yw un o'r technegau dosbarthu gorau ac fe'i defnyddiwyd mewn amrywiol feysydd. Defnyddiwyd cydran atchweliad SVM (Support Vector Machine Regression – SVMR) yn y dadansoddiad hwn. Arloesodd Cherkassky a ​​Mulier53 SVMR fel atchweliad seiliedig ar gnewyllyn, y perfformiwyd ei gyfrifiad gan ddefnyddio model atchweliad llinol gyda ffwythiannau gofodol aml-wlad. Mae John et al54 yn adrodd bod modelu SVMR yn defnyddio atchweliad llinol hyperplan, sy'n creu perthnasoedd anlinellol ac yn caniatáu ar gyfer ffwythiannau gofodol. Yn ôl Vohland et al. 55, mae epsilon (ε)-SVMR yn defnyddio'r set ddata hyfforddedig i gael model cynrychiolaeth fel ffwythiant ansensitif i epsilon sy'n cael ei gymhwyso i fapio'r data yn annibynnol gyda'r duedd epsilon orau o hyfforddiant ar ddata cydberthynol. Anwybyddir y gwall pellter rhagosodedig o'r gwerth gwirioneddol, ac os yw'r gwall yn fwy nag ε(ε), mae priodweddau'r pridd yn ei wneud yn iawn. Mae'r model hefyd yn lleihau cymhlethdod y data hyfforddi i is-set ehangach o fectorau cymorth. Dangosir yr hafaliad a gynigiwyd gan Vapnik51 isod.
lle mae b yn cynrychioli'r trothwy sgalar, \(K\left({x}_{,}{ x}_{k}\right)\) yn cynrychioli'r ffwythiant cnewyllyn, \(\alpha\) yn cynrychioli'r lluosydd Lagrange, N yn cynrychioli set ddata rifol, \({x}_{k}\) yn cynrychioli mewnbwn data, ac \(y\) yw allbwn data. Un o'r cnewyllynnau allweddol a ddefnyddir yw'r gweithrediad SVMR, sef ffwythiant sail rheiddiol Gaussaidd (RBF). Cymhwysir y cnewyllyn RBF i bennu'r model SVMR gorau posibl, sy'n hanfodol i gael y ffactor set gosb mwyaf cynnil C a'r paramedr cnewyllyn gama (γ) ar gyfer data hyfforddi PTE. Yn gyntaf, fe wnaethom werthuso'r set hyfforddi ac yna profi perfformiad y model ar y set ddilysu. Y paramedr llywio a ddefnyddir yw sigma a gwerth y dull yw svmRadial.
Mae model atchweliad llinol lluosog (MLR) yn fodel atchweliad sy'n cynrychioli'r berthynas rhwng y newidyn ymateb a nifer o newidynnau rhagfynegol trwy ddefnyddio paramedrau cronedig llinol a gyfrifir gan ddefnyddio'r dull sgwariau lleiaf. Yn MLR, mae model sgwariau lleiaf yn swyddogaeth ragfynegol o briodweddau pridd ar ôl dewis newidynnau esboniadol. Mae angen defnyddio'r ymateb i sefydlu perthynas llinol gan ddefnyddio newidynnau esboniadol. Defnyddiwyd PTE fel y newidyn ymateb i sefydlu perthynas llinol â'r newidynnau esboniadol. Yr hafaliad MLR yw
lle mae y yn newidyn ymateb, \(a\) yw'r rhyng-gipiad, n yw nifer y rhagfynegwyr, \({b}_{1}\) yw atchweliad rhannol y cyfernodau, mae \({x}_{ i}\) yn cynrychioli rhagfynegydd neu newidyn esboniadol, ac mae \({\varepsilon }_{i}\) yn cynrychioli'r gwall yn y model, a elwir hefyd yn weddilliol.
Cafwyd modelau cymysg trwy gyfuno EBK ag SVMR ac MLR. Gwneir hyn trwy echdynnu gwerthoedd rhagfynegedig o ryngosodiad EBK. Ceir y gwerthoedd rhagfynegedig a geir o'r Ca, K, a Mg wedi'u rhyngosod trwy broses gyfunol i gael newidynnau newydd, fel CaK, CaMg, a KMg. Yna cyfunir yr elfennau Ca, K a Mg i gael pedwerydd newidyn, CaKMg. At ei gilydd, y newidynnau a geir yw Ca, K, Mg, CaK, CaMg, KMg a CaKMg. Daeth y newidynnau hyn yn rhagfynegwyr i ni, gan helpu i ragweld crynodiadau nicel mewn priddoedd trefol a pher-drefol. Perfformiwyd yr algorithm SVMR ar y rhagfynegwyr i gael model cymysg o Beiriant Fector Cymorth Kriging-Empiraidd Bayesaidd (EBK_SVM). Yn yr un modd, mae newidynnau hefyd yn cael eu pibellu trwy'r algorithm MLR i gael model cymysg o Atchweliad Llinol Aml-Empiraidd Bayesaidd Kriging-Empiraidd (EBK_MLR). Yn nodweddiadol, y newidynnau Ca, K, Mg, Defnyddir CaK, CaMg, KMg, a CaKMg fel cyd-newidynnau fel rhagfynegwyr o gynnwys Ni mewn priddoedd trefol a pher-drefol. Yna bydd y model mwyaf derbyniol a geir (EBK_SVM neu EBK_MLR) yn cael ei ddelweddu gan ddefnyddio graff hunan-drefnu. Dangosir llif gwaith yr astudiaeth hon yn Ffigur 2.
Mae defnyddio SeOM wedi dod yn offeryn poblogaidd ar gyfer trefnu, gwerthuso a rhagweld data yn y sector ariannol, gofal iechyd, diwydiant, ystadegau, gwyddor pridd, a mwy. Crëir SeOM gan ddefnyddio rhwydweithiau niwral artiffisial a dulliau dysgu heb oruchwyliaeth ar gyfer trefnu, gwerthuso a rhagweld. Yn yr astudiaeth hon, defnyddiwyd SeOM i ddelweddu crynodiadau Ni yn seiliedig ar y model gorau ar gyfer rhagweld Ni mewn priddoedd trefol a pher-drefol. Defnyddir y data a brosesir yn y gwerthusiad SeOM fel n newidyn fector dimensiwn mewnbwn43,56.Melssen et al. Mae 57 yn disgrifio cysylltiad fector mewnbwn i rwydwaith niwral trwy un haen fewnbwn i fector allbwn gydag un fector pwysau. Yr allbwn a gynhyrchir gan SeOM yw map dau ddimensiwn sy'n cynnwys gwahanol niwronau neu nodau wedi'u gwehyddu i mewn i fapiau topolegol hecsagonol, crwn, neu sgwâr yn ôl eu hagosrwydd. Gan gymharu meintiau map yn seiliedig ar fetrig, gwall meintioli (QE) a gwall topograffig (TE), dewisir y model SeOM gyda 0.086 a 0.904, yn y drefn honno, sy'n uned 55-map (5 × 11). Pennir strwythur y niwron yn ôl nifer y nodau yn yr hafaliad empirig.
Defnyddiwyd 115 o samplau o ddata yn yr astudiaeth hon. Defnyddiwyd dull ar hap i rannu'r data yn ddata prawf (25% ar gyfer dilysu) a setiau data hyfforddi (75% ar gyfer calibradu). Defnyddir y set ddata hyfforddi i gynhyrchu'r model atchweliad (calibradu), a defnyddir y set ddata prawf i wirio'r gallu cyffredinoli58. Gwnaed hyn i asesu addasrwydd gwahanol fodelau ar gyfer rhagweld cynnwys nicel mewn priddoedd. Aeth pob model a ddefnyddiwyd trwy broses groes-ddilysu deg gwaith, a ailadroddwyd bum gwaith. Defnyddir y newidynnau a gynhyrchir gan ryngosodiad EBK fel rhagfynegwyr neu newidynnau esboniadol i ragweld y newidyn targed (PTE). Ymdrinnir â modelu yn RStudio gan ddefnyddio'r pecynnau llyfrgell (Kohonen), llyfrgell (caret), llyfrgell (modelr), llyfrgell (“e1071″), llyfrgell (“plyr”), llyfrgell (“caTools”), llyfrgell (” prospectr”) a llyfrgelloedd (“Metrics”).
Defnyddiwyd amrywiol baramedrau dilysu i benderfynu ar y model gorau sy'n addas ar gyfer rhagweld crynodiadau nicel mewn pridd ac i werthuso cywirdeb y model a'i ddilysu. Gwerthuswyd modelau hybridio gan ddefnyddio gwall absoliwt cymedrig (MAE), gwall sgwâr cymedrig gwreiddyn (RMSE), a phenderfyniad R-sgwâr neu gyfernod (R2). Mae R2 yn diffinio amrywiant y cyfrannau yn yr ateb, a gynrychiolir gan y model atchweliad. Mae RMSE a maint yr amrywiant mewn mesurau annibynnol yn disgrifio pŵer rhagfynegol y model, tra bod MAE yn pennu'r gwerth meintiol gwirioneddol. Rhaid i'r gwerth R2 fod yn uchel i werthuso'r model cymysgedd gorau gan ddefnyddio'r paramedrau dilysu, po agosaf yw'r gwerth at 1, yr uchaf yw'r cywirdeb. Yn ôl Li et al. 59, ystyrir bod gwerth maen prawf R2 o 0.75 neu fwy yn rhagfynegydd da; o 0.5 i 0.75 yw perfformiad model derbyniol, ac islaw 0.5 yw perfformiad model annerbyniol. Wrth ddewis model gan ddefnyddio'r dulliau gwerthuso meini prawf dilysu RMSE a MAE, roedd y gwerthoedd is a gafwyd yn ddigonol ac fe'u hystyriwyd fel y dewis gorau. Mae'r hafaliad canlynol yn disgrifio'r dull dilysu.
lle mae n yn cynrychioli maint y gwerth a arsylwyd, \({Y}_{i}\) yn cynrychioli'r ymateb a fesurwyd, ac mae \({\widehat{Y}}_{i}\) hefyd yn cynrychioli'r gwerth ymateb a ragfynegwyd, felly, ar gyfer yr i arsylwadau cyntaf.
Cyflwynir disgrifiadau ystadegol o newidynnau rhagfynegydd ac ymateb yn Nhabl 1, gan ddangos y cymedr, y gwyriad safonol (SD), y cyfernod amrywiad (CV), y lleiafswm, y mwyafswm, y cwrtosis, a'r sgiw. Mae gwerthoedd lleiafswm ac uchafswm yr elfennau mewn trefn ostyngol o Mg < Ca < K < Ni a Ca < Mg < K < Ni, yn y drefn honno. Roedd crynodiadau'r newidyn ymateb (Ni) a samplwyd o'r ardal astudio yn amrywio o 4.86 i 42.39 mg/kg. Dangosodd cymhariaeth o Ni â chyfartaledd y byd (29 mg/kg) a'r cyfartaledd Ewropeaidd (37 mg/kg) fod y cymedr geometrig cyffredinol a gyfrifwyd ar gyfer yr ardal astudio o fewn yr ystod oddefadwy. Serch hynny, fel y dangosir gan Kabata-Pendias11, mae cymhariaeth o'r crynodiad nicel (Ni) cyfartalog yn yr astudiaeth gyfredol â phriddoedd amaethyddol yn Sweden yn dangos bod y crynodiad nicel cyfartalog cyfredol yn uwch. Yn yr un modd, roedd crynodiad cymedrig Frydek Mistek mewn priddoedd trefol a pher-drefol yn yr astudiaeth gyfredol (Ni 16.15 mg/kg) yn uwch na'r hyn a ganiateir. terfyn o 60 (10.2 mg/kg) ar gyfer Ni mewn priddoedd trefol Gwlad Pwyl a adroddwyd gan Różański et al.Ymhellach, cofnododd Bretzel a Calderisi61 grynodiadau Ni cymedrig isel iawn (1.78 mg/kg) mewn priddoedd trefol yn Tuscany o'i gymharu â'r astudiaeth gyfredol.Canfu Jim62 hefyd grynodiad nicel is (12.34 mg/kg) mewn priddoedd trefol Hong Kong, sy'n is na'r crynodiad nicel cyfredol yn yr astudiaeth hon.Adroddodd Birke et al63 grynodiad Ni cyfartalog o 17.6 mg/kg mewn hen ardal gloddio a diwydiannol trefol yn Sacsoni-Anhalt, yr Almaen, a oedd 1.45 mg/kg yn uwch na'r crynodiad Ni cyfartalog yn yr ardal (16.15 mg/kg).Ymchwil gyfredol.Gellir priodoli'r cynnwys nicel gormodol mewn priddoedd mewn rhai ardaloedd trefol a maestrefol yn ardal yr astudiaeth yn bennaf i'r diwydiant haearn a dur a'r diwydiant metel.Mae hyn yn gyson â'r astudiaeth gan Khodadoust et al. 64 mai'r diwydiant dur a gwaith metel yw prif ffynonellau halogiad nicel mewn priddoedd. Fodd bynnag, roedd y rhagfynegyddion hefyd yn amrywio o 538.70 mg/kg i 69,161.80 mg/kg ar gyfer Ca, 497.51 mg/kg i 3535.68 mg/kg ar gyfer K, a 685.68 mg/kg i 5970.05 mg/kg ar gyfer Mg. Jakovljevic et al. Ymchwiliodd 65 i gyfanswm cynnwys Mg a K priddoedd yng nghanol Serbia. Fe wnaethant ganfod bod y cyfanswm crynodiadau (410 mg/kg a 400 mg/kg, yn y drefn honno) yn is na chrynodiadau Mg a K yr astudiaeth gyfredol. Yn anwahanadwy, yn nwyrain Gwlad Pwyl, asesodd Orzechowski a Smolczynski66 gyfanswm cynnwys Ca, Mg a K a dangos crynodiadau cyfartalog o Ca (1100 mg/kg), Mg (590 mg/kg) a K (810 mg/kg). Mae'r cynnwys yn y pridd uchaf yn is na'r elfen sengl yn yr astudiaeth hon. Dangosodd astudiaeth ddiweddar gan Pongrac et al. 67 fod cyfanswm y cynnwys Ca a ddadansoddwyd mewn 3 phridd gwahanol yn yr Alban, y DU (pridd Mylnefield, pridd Balruddery a phridd Hartwood) yn dangos cynnwys Ca uwch yn yr astudiaeth hon.
Oherwydd y crynodiadau gwahanol a fesurwyd o'r elfennau a samplwyd, mae dosraniadau setiau data'r elfennau'n dangos gwahanol sgiwedd. Roedd sgiwedd a chwrtosis yr elfennau'n amrywio o 1.53 i 7.24 a 2.49 i 54.16, yn y drefn honno. Mae gan bob elfen a gyfrifwyd lefelau sgiwedd a chwrtosis uwchlaw +1, sy'n dangos bod y dosbarthiad data yn afreolaidd, wedi'i ogwyddo i'r cyfeiriad cywir ac wedi cyrraedd uchafbwynt. Mae'r CVs amcangyfrifedig o'r elfennau hefyd yn dangos bod K, Mg, a Ni yn arddangos amrywioldeb cymedrol, tra bod gan Ca amrywioldeb eithriadol o uchel. Mae CVs K, Ni a Mg yn egluro eu dosbarthiad unffurf. Ar ben hynny, nid yw'r dosbarthiad Ca yn unffurf a gall ffynonellau allanol effeithio ar ei lefel cyfoethogi.
Roedd y gydberthynas rhwng y newidynnau rhagfynegol a'r elfennau ymateb yn dangos cydberthynas foddhaol rhwng yr elfennau (gweler Ffigur 3). Dangosodd y gydberthynas fod CaK wedi arddangos cydberthynas gymedrol gyda gwerth r = 0.53, fel y gwnaeth CaNi. Er bod Ca a K yn dangos cysylltiadau cymedrol â'i gilydd, mae ymchwilwyr fel Kingston et al. Mae 68 a Santo69 yn awgrymu bod eu lefelau yn y pridd mewn cyfrannedd gwrthdro. Fodd bynnag, mae Ca a Mg yn wrthwynebus i K, ond mae CaK yn cydberthyn yn dda. Gall hyn fod oherwydd rhoi gwrteithiau fel potasiwm carbonad, sydd 56% yn uwch mewn potasiwm. Roedd potasiwm yn gydberthyn yn gymedrol â magnesiwm (KM r = 0.63). Yn y diwydiant gwrteithiau, mae'r ddwy elfen hyn yn gysylltiedig yn agos oherwydd bod potasiwm magnesiwm sylffad, potasiwm magnesiwm nitrad, a photash yn cael eu rhoi ar briddoedd i gynyddu eu lefelau diffyg. ​​Mae nicel yn gydberthyn yn gymedrol â Ca, K a Mg gyda gwerthoedd r = 0.52, 0.63 a 0.55, yn y drefn honno. Mae'r berthnasoedd sy'n cynnwys calsiwm, magnesiwm, a PTEs fel nicel yn gymhleth, ond serch hynny, mae magnesiwm yn atal amsugno calsiwm, mae calsiwm yn lleihau effeithiau gormod o fagnesiwm, ac mae magnesiwm a chalsiwm yn lleihau effeithiau gwenwynig nicel yn y pridd.
Matrics cydberthynas ar gyfer elfennau sy'n dangos y berthynas rhwng rhagfynegwyr ac ymatebion (Nodyn: mae'r ffigur hwn yn cynnwys plot gwasgariad rhwng elfennau, mae lefelau arwyddocâd yn seiliedig ar p < 0,001).
Mae Ffigur 4 yn dangos dosbarthiad gofodol elfennau. Yn ôl Burgos et al70, mae cymhwyso dosbarthiad gofodol yn dechneg a ddefnyddir i fesur ac amlygu mannau poeth mewn ardaloedd llygredig. Gellir gweld lefelau cyfoethogi Ca yn Ffig. 4 yn rhan ogledd-orllewinol y map dosbarthiad gofodol. Mae'r ffigur yn dangos mannau poeth cyfoethogi Ca cymedrol i uchel. Mae'r cyfoethogi calsiwm yng ngogledd-orllewin y map yn debygol o fod oherwydd defnyddio calch brwd (ocsid calsiwm) i leihau asidedd y pridd a'i ddefnydd mewn melinau dur fel ocsigen alcalïaidd yn y broses gwneud dur. Ar y llaw arall, mae ffermwyr eraill yn well ganddynt ddefnyddio hydrocsid calsiwm mewn priddoedd asidig i niwtraleiddio pH, sydd hefyd yn cynyddu cynnwys calsiwm y pridd71. Mae potasiwm hefyd yn dangos mannau poeth yng ngogledd-orllewin a dwyrain y map. Mae'r Gogledd-orllewin yn gymuned amaethyddol fawr, a gall y patrwm cymedrol i uchel o botasiwm fod oherwydd cymwysiadau NPK a photash. Mae hyn yn gyson ag astudiaethau eraill, fel Madaras a Lipavský72, Madaras et al.73, Pulkrabová et al.74, Asare et al.75, a sylwodd fod sefydlogi pridd a thriniaeth â KCl ac NPK wedi arwain at gynnwys K uchel yn y pridd. Gall cyfoethogi Potasiwm Gofodol yng ngogledd-orllewin y map dosbarthiad fod oherwydd defnyddio gwrteithiau sy'n seiliedig ar botasiwm fel potasiwm clorid, potasiwm sylffad, potasiwm nitrad, potash, a photash i gynyddu cynnwys potasiwm priddoedd gwael. Zádorová et al. 76 a Tlustoš et al. Amlinellodd 77 fod rhoi gwrteithiau sy'n seiliedig ar K wedi cynyddu cynnwys K yn y pridd a byddai'n cynyddu cynnwys maetholion y pridd yn sylweddol yn y tymor hir, yn enwedig K a Mg yn dangos man poeth yn y pridd. Mannau poeth cymharol gymedrol yng ngogledd-orllewin y map a de-ddwyrain y map. Mae sefydlogi coloidaidd mewn pridd yn lleihau crynodiad magnesiwm yn y pridd. Mae ei ddiffyg mewn pridd yn achosi i blanhigion arddangos clorosis rhyngwythiennol melynaidd. Mae gwrteithiau sy'n seiliedig ar fagnesiwm, fel potasiwm magnesiwm sylffad, magnesiwm sylffad, a Kieserite, yn trin diffygion (mae planhigion yn ymddangos yn borffor, coch, neu frown, sy'n dynodi diffyg magnesiwm) mewn priddoedd ag ystod pH arferol6. Gall cronni nicel ar arwynebau pridd trefol a chyffiniol fod oherwydd gweithgareddau anthropogenig fel amaethyddiaeth a phwysigrwydd nicel mewn cynhyrchu dur di-staen78.
Dosbarthiad gofodol elfennau [crëwyd map dosbarthiad gofodol gan ddefnyddio ArcGIS Desktop (ESRI, Inc, Fersiwn 10.7, URL: https://desktop.arcgis.com).]
Dangosir canlyniadau mynegai perfformiad y model ar gyfer yr elfennau a ddefnyddiwyd yn yr astudiaeth hon yn Nhabl 2. Ar y llaw arall, mae RMSE ac MAE Ni ill dau yn agos at sero (0.86 RMSE, -0.08 MAE). Ar y llaw arall, mae gwerthoedd RMSE ac MAE K yn dderbyniol. Roedd canlyniadau RMSE ac MAE yn fwy ar gyfer calsiwm a magnesiwm. Mae canlyniadau MAE ac RMSE Ca a K yn fwy oherwydd setiau data gwahanol. Canfuwyd bod RMSE ac MAE yr astudiaeth hon gan ddefnyddio EBK i ragweld Ni yn well na chanlyniadau John et al. 54 gan ddefnyddio kriging synergaidd i ragweld crynodiadau S mewn pridd gan ddefnyddio'r un data a gasglwyd. Mae allbynnau EBK a astudiwyd gennym yn cydberthyn â rhai Fabijaczyk et al. 41, Yan et al. 79, Beguin et al. 80, Adhikary et al. 81 a John et al. 82, yn enwedig K a Ni.
Gwerthuswyd perfformiad dulliau unigol ar gyfer rhagweld cynnwys nicel mewn priddoedd trefol a pher-drefol gan ddefnyddio perfformiad y modelau (Tabl 3). Cadarnhaodd dilysu model a gwerthuso cywirdeb mai'r rhagfynegydd Ca_Mg_K ynghyd â'r model EBK SVMR a roddodd y perfformiad gorau. Roedd model calibradu Ca_Mg_K-EBK_SVMR model R2, gwall gwreiddyn cymedrig sgwâr (RMSE) a gwall cymedrig absoliwt (MAE) yn 0.637 (R2), 95.479 mg/kg (RMSE) a 77.368 mg/kg (MAE). Roedd Ca_Mg_K-SVMR yn 0.663 (R2), 235.974 mg/kg (RMSE) a 166.946 mg/kg (MAE). Serch hynny, cafwyd gwerthoedd R2 da ar gyfer Ca_Mg_K-SVMR (0.663 mg/kg R2) a Ca_Mg-EBK_SVMR (0.643 = R2); Roedd eu canlyniadau RMSE a MAE yn uwch na'r rhai ar gyfer Ca_Mg_K-EBK_SVMR (R2 0.637) (gweler Tabl 3). Yn ogystal, mae RMSE a MAE y model Ca_Mg-EBK_SVMR (RMSE = 1664.64 a MAE = 1031.49) yn 17.5 a 13.4, yn y drefn honno, sy'n fwy na rhai'r Ca_Mg_K-EBK_SVMR. Yn yr un modd, mae RMSE a MAE y model Ca_Mg-K SVMR (RMSE = 235.974 a MAE = 166.946) yn 2.5 a 2.2 yn fwy na rhai'r Ca_Mg_K-EBK_SVMR RMSE a MAE, yn y drefn honno. Mae'r canlyniadau RMSE a gyfrifwyd yn dangos pa mor grynodedig yw'r set ddata gyda'r llinell orau. Gwelwyd RSME a MAE uwch. Yn ôl Kebonye et al. al. 46 a john et al. 54, po agosaf yw'r RMSE a'r MAE i sero, y gorau yw'r canlyniadau. Mae gan SVMR ac EBK_SVMR werthoedd RSME a MAE meintioli uwch. Gwelwyd bod yr amcangyfrifon RSME yn gyson uwch na'r gwerthoedd MAE, gan ddangos presenoldeb allanolion. Yn ôl Legates a McCabe83, argymhellir y graddau y mae'r RMSE yn fwy na'r gwall absoliwt cymedrig (MAE) fel dangosydd o bresenoldeb allanolion. Mae hyn yn golygu po fwyaf heterogenaidd yw'r set ddata, yr uchaf yw gwerthoedd MAE ac RMSE. Roedd cywirdeb yr asesiad croes-ddilysu o'r model cymysg Ca_Mg_K-EBK_SVMR ar gyfer rhagweld cynnwys Ni mewn priddoedd trefol a maestrefol yn 63.70%. Yn ôl Li et al. 59, mae'r lefel hon o gywirdeb yn gyfradd perfformiad model dderbyniol. Mae'r canlyniadau presennol yn cael eu cymharu ag astudiaeth flaenorol gan Tarasov et al. 36 y creodd ei fodel hybrid MLPRK (Kriging Gweddilliol Perceptron Multilayer), yn gysylltiedig â'r mynegai gwerthuso cywirdeb EBK_SVMR a adroddwyd yn yr astudiaeth gyfredol, RMSE (210) ac roedd yr MAE (167.5) yn uwch na'n canlyniadau yn yr astudiaeth gyfredol (RMSE 95.479, MAE 77.368). Fodd bynnag, wrth gymharu R2 yr astudiaeth gyfredol (0.637) â chanlyniadau Tarasov et al. 36 (0.544), mae'n amlwg bod y cyfernod pennu (R2) yn uwch yn y model cymysg hwn. Mae'r ymyl gwall (RMSE a MAE) (EBK SVMR) ar gyfer y model cymysg ddwywaith yn is. Yn yr un modd, cofnododd Sergeev et al.34 0.28 (R2) ar gyfer y model hybrid a ddatblygwyd (Multilayer Perceptron Residual Kriging), tra bod Ni yn yr astudiaeth gyfredol wedi cofnodi 0.637 (R2). Lefel cywirdeb rhagfynegi'r model hwn (EBK SVMR) yw 63.7%, tra bod y cywirdeb rhagfynegi a gafwyd gan Sergeev et al. 34 yn 28%. Mae'r map terfynol (Ffig. 5) a grëwyd gan ddefnyddio'r model EBK_SVMR a Ca_Mg_K fel rhagfynegydd yn dangos rhagfynegiadau o fannau poeth a nicel cymedrol i nicel dros yr ardal astudio gyfan. Mae hyn yn golygu bod crynodiad nicel yn yr ardal astudio yn bennaf gymedrol, gyda chrynodiadau uwch mewn rhai ardaloedd penodol.
Cynrychiolir y map rhagfynegi terfynol gan ddefnyddio'r model hybrid EBK_SVMR a defnyddio Ca_Mg_K fel y rhagfynegydd.[Crëwyd y map dosbarthiad gofodol gan ddefnyddio RStudio (fersiwn 1.4.1717: https://www.rstudio.com/).]
Cyflwynir crynodiadau PTE fel plân cyfansoddol sy'n cynnwys niwronau unigol yn Ffigur 6. Nid oedd yr un o'r plânau cydran yn arddangos yr un patrwm lliw ag a ddangosir. Fodd bynnag, y nifer priodol o niwronau fesul map a luniwyd yw 55. Cynhyrchir SeOM gan ddefnyddio amrywiaeth o liwiau, a pho fwyaf tebyg yw'r patrymau lliw, y mwyaf cymharol yw priodweddau'r samplau. Yn ôl eu graddfa lliw fanwl gywir, dangosodd elfennau unigol (Ca, K, a Mg) batrymau lliw tebyg i niwronau uchel sengl a'r rhan fwyaf o niwronau isel. Felly, mae CaK a CaMg yn rhannu rhai tebygrwyddau â niwronau trefn uchel iawn a phatrymau lliw isel i gymedrol. Mae'r ddau fodel yn rhagweld crynodiad Ni mewn pridd trwy arddangos arlliwiau canolig i uchel o liwiau fel coch, oren a melyn. Mae'r model KMg yn arddangos llawer o batrymau lliw uchel yn seiliedig ar gyfrannau manwl gywir a chlytiau lliw isel i ganolig. Ar raddfa lliw fanwl gywir o isel i uchel, dangosodd patrwm dosbarthu planar cydrannau'r model batrwm lliw uchel sy'n nodi crynodiad posibl nicel yn y pridd (gweler Ffigur 4). Mae plân cydran model CakMg yn dangos patrwm lliw amrywiol o isel i uchel yn ôl graddfa lliw gywir. Ar ben hynny, mae rhagfynegiad y model o gynnwys nicel (CakMg) yn debyg i'r dosbarthiad gofodol o nicel a ddangosir yn Ffigur 5. Mae'r ddau graff yn dangos cyfrannau uchel, canolig ac isel o grynodiadau nicel mewn priddoedd trefol a pher-drefol. Mae Ffigur 7 yn darlunio'r dull cyfuchlin yn y grwpio k-means ar y map, wedi'i rannu'n dair clwstwr yn seiliedig ar y gwerth a ragfynegwyd ym mhob model. Mae'r dull cyfuchlin yn cynrychioli'r nifer gorau posibl o glystyrau. O'r 115 o samplau pridd a gasglwyd, cafodd categori 1 y nifer fwyaf o samplau pridd, 74. Derbyniodd clwstwr 2 33 o samplau, tra bod clwstwr 3 wedi derbyn 8 sampl. Symleiddiwyd y cyfuniad rhagfynegydd planar saith cydran i ganiatáu dehongli clwstwr yn gywir. Oherwydd y nifer o brosesau anthropogenig a naturiol sy'n effeithio ar ffurfio pridd, mae'n anodd cael patrymau clwstwr wedi'u gwahaniaethu'n iawn mewn map SeOM dosbarthedig78.
Allbwn plân cydran gan bob newidyn Peiriant Fector Cymorth Kriging Bayesaidd Empirig (EBK_SVM_SeOM).[Crëwyd mapiau SeOM gan ddefnyddio RStudio (fersiwn 1.4.1717: https://www.rstudio.com/).]
Cydrannau dosbarthu clwstwr gwahanol [Crëwyd mapiau SeOM gan ddefnyddio RStudio (fersiwn 1.4.1717: https://www.rstudio.com/).]
Mae'r astudiaeth gyfredol yn dangos yn glir dechnegau modelu ar gyfer crynodiadau nicel mewn priddoedd trefol a pher-drefol. Profodd yr astudiaeth wahanol dechnegau modelu, gan gyfuno elfennau â thechnegau modelu, i gael y ffordd orau o ragweld crynodiadau nicel mewn pridd. Dangosodd nodweddion gofodol planar cyfansoddol SeOM y dechneg fodelu batrwm lliw uchel o isel i uchel ar raddfa lliw gywir, gan nodi crynodiadau Ni yn y pridd. Fodd bynnag, mae'r map dosbarthiad gofodol yn cadarnhau'r dosbarthiad gofodol planar o gydrannau a ddangosir gan EBK_SVMR (gweler Ffigur 5). Mae'r canlyniadau'n dangos bod y model atchweliad peiriant fector cymorth (CaMgK-SVMR) yn rhagweld crynodiad Ni mewn pridd fel un model, ond mae'r paramedrau dilysu a gwerthuso cywirdeb yn dangos gwallau uchel iawn o ran RMSE a MAE. Ar y llaw arall, mae'r dechneg fodelu a ddefnyddir gyda'r model EBK_MLR hefyd yn ddiffygiol oherwydd gwerth isel y cyfernod penderfyniad (R2). Cafwyd canlyniadau da gan ddefnyddio EBK SVMR ac elfennau cyfunol (CaKMg) gyda gwallau RMSE ac MAE isel gyda chywirdeb o 63.7%. Mae'n ymddangos bod cyfuno'r algorithm EBK â Gall algorithm dysgu peirianyddol gynhyrchu algorithm hybrid a all ragweld crynodiad PTEs mewn pridd. Mae'r canlyniadau'n dangos y gall defnyddio CaMgK fel rhagfynegwyr i ragweld crynodiadau Ni yn yr ardal astudio wella rhagfynegiad Ni mewn priddoedd. Mae hyn yn golygu bod defnyddio gwrteithiau sy'n seiliedig ar nicel yn barhaus a llygredd diwydiannol y pridd gan y diwydiant dur yn tueddu i gynyddu crynodiad nicel yn y pridd. Datgelodd yr astudiaeth hon y gall y model EBK leihau lefel y gwall a gwella cywirdeb y model o ddosbarthiad gofodol pridd mewn priddoedd trefol neu o amgylch trefi. Yn gyffredinol, rydym yn cynnig cymhwyso'r model EBK-SVMR i asesu a rhagweld PTE mewn pridd; yn ogystal, rydym yn cynnig defnyddio EBK i hybridio ag amrywiol algorithmau dysgu peirianyddol. Rhagfynegwyd crynodiadau Ni gan ddefnyddio elfennau fel cyd-newidynnau; fodd bynnag, byddai defnyddio mwy o gyd-newidynnau yn gwella perfformiad y model yn fawr, y gellir ei ystyried yn gyfyngiad ar y gwaith cyfredol. Cyfyngiad arall ar yr astudiaeth hon yw bod nifer y setiau data yn 115. Felly, os darperir mwy o ddata, gellir gwella perfformiad y dull hybridio optimeiddiedig arfaethedig.
PlantProbs.net.Nicel mewn Planhigion a Phridd https://plantprobs.net/plant/nutrientImbalances/sodium.html (Wedi'i gyrchu 28 Ebrill 2021).
Kasprzak, KS Datblygiadau nicel mewn tocsicoleg amgylcheddol fodern.amgylcheddau.tocsicoleg.11, 145–183 (1987).
Cempel, M. a Nikel, G. Nickel: Adolygiad o'i ffynonellau a thocsicoleg amgylcheddol. Polish J. Environment.Stud.15, 375–382 (2006).
Freedman, B. a Hutchinson, TC Mewnbwn llygryddion o'r atmosffer a chroniad mewn pridd a llystyfiant ger mwyndoddi nicel-copr yn Sudbury, Ontario, Canada.can.J. Bot.58(1), 108-132.https://doi.org/10.1139/b80-014 (1980).
Manyiwa, T. et al.Metelau trwm mewn pridd, planhigion a risgiau sy'n gysylltiedig â phori anifeiliaid cnoi cil ger mwynglawdd copr-nicel Selebi-Phikwe yn Botswana.surroundings.Geochemistry.Health https://doi.org/10.1007/s10653-021-00918-x (2021).
Cabata-Pendias.Kabata-Pendias A. 2011. Elfennau hybrin mewn pridd a… – Google Scholar https://scholar.google.com/scholar?hl=en&as_sdt=0%2C5&q=Kabata-Pendias+A.+2011.+Trace+ Elements+in+soils+and+plants.+4th+ed.+New+York+%28NY%29%3A+CRC+Press&btnG= (Wedi'i gyrchu 24 Tachwedd 2020).
Almås, A., Singh, B., Amaethyddiaeth, TS-NJ o & 1995, heb ei ddiffinio. Effeithiau diwydiant nicel Rwsia ar grynodiadau metelau trwm mewn priddoedd a glaswellt amaethyddol yn Soer-Varanger, Norwy.agris.fao.org.
Nielsen, GD et al.Mae amsugno a chadw nicel mewn dŵr yfed yn gysylltiedig â chymeriant bwyd a sensitifrwydd i nicel.toxicology.application.Pharmacodynamics.154, 67–75 (1999).
Costa, M. a Klein, CB Carsinogenesis nicel, mwtaniad, epigeneteg neu ddetholiad. Amgylchoedd. Persbectif Iechyd. 107, 2 (1999).
Ajman, PC; Ajado, SK; Borůvka, L.; Bini, JKM; Sarkody, VYO; Cobonye, ​​​​NM; Dadansoddiad tueddiadau o elfennau a allai fod yn wenwynig: adolygiad bibliometrig. Geocemeg Amgylcheddol ac Iechyd. Springer Science & Business Media BV 2020. https://doi.org/10.1007/s10653-020-00742-9.
Minasny, B. a McBratney, AB Mapio Pridd Digidol: Hanes Byr a Rhai Gwersi. Geoderma 264, 301–311.https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2015.07.017 (2016).
McBratney, AB, Mendonça Santos, ML & Minasny, B. Ar fapio pridd digidol.Geoderma 117(1-2), 3-52.https://doi.org/10.1016/S0016-7061(03)00223-4 (2003).
Modelu Cronfeydd Dŵr Geostatistegol Deutsch.CV,… – Google Scholar https://scholar.google.com/scholar?hl=en&as_sdt=0%2C5&q=CV+Deutsch%2C+2002%2C+Geostatistical+Reservoir+Modeling%2C +Oxford+University+Press%2C+376+pages.+&btnG= (Wedi'i gyrchu 28 Ebrill 2021).