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【文献情报】|J. Hazard.Mater|对包气带中砷的迁移潜力进行可解释的机器学习:利用易获得的土壤属性!

R语言与水文生态环境 • 昨天 • 1 次点击  

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(一)基本信息
  • 期刊:Journal of Hazardous materials

  • 中科院分区:1区  Top环境科学与生态学

  • 影响因子(IF):13.6

(二)作者信息
  • 第一作者:Tho Huu Huynh Tran

  • 通讯作者:Jaeshik Chung a b Seunghak Lee 

  • 第一作者单位:Water Cycle Research Center, Korea Institute of Science and Technology (KIST), Seoul 02792, Republic of Korea

  • 原位连接:https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.138400

(三)文章亮点
  • (1)我们量化了As在包气带中的迁移潜力;

  • (2)我们开发了基于土壤属性的经验预测模型;
  • (3)夏普利加性解释揭示了土壤性质的相互关联效应;
  • (4)该研究强调了定量评估As再迁移性的重要性。
(四)摘要
    包气带作为天然缓冲带,阻止砷( As )等污染物污染地下水资源。尽管As具有一定的固持能力,但我们前期的研究表明,在反复的干湿交替条件下,土壤中仍有大量的As可以被再活化。忽视这一点可能会低估地下水污染的潜在风险。本研究量化了As在包气带中的迁移,并建立了基于土壤性质的预测模型。采用22个非饱和土柱模拟不同土性的包气带。对保砷土柱进行了反复的干湿循环。因此,柱中As的再活化量为13.9 ~ 150.6 mg / kg,相当于初始保留As的37.0 ~ 74.6 %。根据实验结果,建立了使用随机森林算法的机器学习模型,根据容易获得的土壤属性,包括有机质( OM )含量、铁( Fe )含量、均匀系数、D30和容重,预测As的再活化潜力。夏普利加性解释分析揭示了多种土壤属性的相互关联效应。与Fe含量相关的D30对As迁移的贡献最大,其次是OM含量,这是由容重部分介导的。
(五)图文赏析

Fig. 1. Schematic design of the experimental procedure.

Fig. 2. Box diagram illustrating descriptive statistics for RMAs from 22 soil  columns. The box extends from the 25th to the 75th percentile of the data, with  the horizontal line inside the box indicating the median value.

Fig. 3. Performance of RF regression model trained on the entire dataset.

Fig. 4. Dependence plots between soil property and its SHAP values. a) D30 particle size, b) Fe content, c) OM content, d) bulk density (ρb), and e) coefficient of  uniformity (Cu). SHAP values for the bulk density showed no discernible trend, so no fitting line is included.

Fig. 5. Dependence plots illustrating the inter-related effects of D30 and Fe content on their SHAP values. SHAP values for a) D30 and b) Fe content, with the  counterparts indicated by colored dots.

Fig. 6. Dependence plots illustrating the relationship between bulk density and  

its SHAP values, alongside the coupled effect with OM content.

Fig. 7. (a) SHAP summary plot illustrating the impact of soil properties on As  remobilization, (b) Mean Absolute SHAP (MAS) values indicate the relative  importance of each soil property on As remobilization.

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