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Enregistrement W4391649631 · doi:10.1016/j.gexplo.2024.107416

Exploratory functional data analysis of multivariate densities for the identification of agricultural soil contamination by risk elements

2024· article· en· W4391649631 sur OpenAlexafffund
Tomáš Matys Grygar, Una Radojičić, Ivana Pavlů, Sonja Greven, Johanna Nešlehová, Štěpánka Tůmová, Karel Hron

Notice bibliographique

RevueJournal of Geochemical Exploration · 2024
Typearticle
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiqueGeochemistry and Geologic Mapping
Établissements canadiensMcGill University
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaAustrian Science FundGrantová Agentura České RepublikyDeutsche Forschungsgemeinschaft
Mots-clésMultivariate statisticsCluster analysisCompositional dataSoil waterContaminationExploratory data analysisPrincipal component analysisEnvironmental scienceAgricultureSoil scienceComputer scienceData miningStatisticsGeographyMathematicsEcology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Geochemical mapping of risk element concentrations in soils is performed in many countries around the world. It results in numerous large datasets of high analytical quality, which can be used to identify soils that violate individual legislative limits for safe food production. However, there is a lack of advanced data mining tools that would be suitable for sensitive exploratory data analysis of big data while respecting the natural variability of soil composition. To distinguish anthropogenic contamination from natural variations, the analysis of the entire data distribution for smaller subareas is key. In this article, we propose a new data mining methodology for geochemical mapping data based on functional data analysis of probability densities in the framework of Bayes spaces after post-stratification of a big dataset to smaller districts. The tools we propose allow us to analyse the entire distribution, going well beyond a superficial detection of extreme concentration anomalies. We illustrate the proposed methodology on a dataset gathered according to the Czech national legislation (1990–2009), whose information content has not yet been fully exploited. Taking into account specific properties of probability density functions and recent results for orthogonal decomposition of multivariate densities enabled us to reveal real contamination patterns that were so far only suspected in Czech agricultural soils. We process the above Czech soil composition dataset for Cu, Pb, and Zn by first compartmentalizing it into spatial units, the so-called districts, and by subsequently clustering these districts according to diagnostic features of their uni- and multivariate distributions at high concentration levels. These clusters were seen to correspond to compartments that show known features of contamination, such as historical metallurgy of non-ferrous metals and iron and steel production. Comparison between compartments, notably neighbouring districts with similar natural factors controlling soil variability, is key to the reliable distinction of diffuse contamination. In this work, we used soil contamination by Cu-bearing pesticides as an example for empirical testing of the proposed data mining approach. In general, there are no natural and justifiable thresholds of risk element concentrations that would be valid for geographical areas with too much natural heterogeneity. Therefore, national (or larger) soil geochemistry datasets cannot be processed as a whole. As we demonstrate in this paper, empirical knowledge and careful tailoring of statistical tools for the characteristic types of soil contamination are essential for unequivocal identification of the anthropogenic component in real datasets.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,004
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,019
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,008
Score d'incertitude au seuil0,019

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0040,019
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,002
Bibliométrie0,0050,003
Études des sciences et des technologies0,0010,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,039
Tête enseignante GPT0,269
Écart entre enseignants0,230 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations8
Publié2024
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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