基于自然因素的空间预测和中国表面土壤中典型重金属的来源分配:机器学习模型的应用
Jin Chao1, Huangling Gu1, Qinpeng Liao1
1School of Metallurgy and Environment, Central South University, Changsha, 410083, China; Chinese National Engineering Research Center for Control & Treatment of Heavy Metal Pollution, Changsha, 410083, China.
Environmental pollution (Barking, Essex : 1987)
|December 9, 2024
概括
机器学习模型准确地预测土壤中的重金属 (HM) 分布,识别地质和土壤特性等关键自然因素. 这有助于了解污染风险,并为环境管理策略提供信息.
科学领域:
- 环境科学 环境科学
- 地质化学 地质化学
- 数据科学数据科学数据科学
背景情况:
- 预测土壤中的天然重金属 (HM) 分布对于评估污染风险至关重要.
- 土壤的空间异质性需要先进的技术来准确的大规模预测.
- 现有的方法往往缺乏全面的HM分布映射所需的精度.
研究的目的:
- 开发和验证机器学习模型,用于预测五种重金属的天然土壤含量: (As), (Cd), (Cr), (Hg) 和 (Pb).
- 确定影响这些重金属在土壤中的分布的主要自然因素.
- 创建一个重金属分布在中国的预测地图.
主要方法:
- 开发和应用机器学习模型,特别是随机森林 (RF),以预测土壤HM含量.
- 对特征的重要性进行分析,以确定地质属性,土壤特性,气候条件和生态功能的影响.
- 在中国各地预测的重金属度的空间映射.
主要成果:
- 随机森林 (RF) 模型实现了最高的预测准确性,其 R 平方值为 0.64.
- 研究中的重金属度较高的地区主要是中国西南和中南部.
- 地质属性,特别是母材料石质 (18-25%的贡献),是影响HM含量的最重要因素,其次是土壤特性,气候和生态因素.
结论:
- 机器学习为预测异质土壤中的自然重金属分布提供了一个强大的工具.
- 地质因素是土壤重金属含量的主要驱动因素,土壤特性发挥着变化但重要的作用.
- 开发的模型和分布图为控制土壤污染和环境规划提供了宝贵的见解.


