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Enregistrement W4396560268 · doi:10.3389/frwa.2024.1379284

Machine-learning based approach to examine ecological processes influencing the diversity of riverine dissolved organic matter composition

2024· article· en· W4396560268 sur OpenAlexaff
Moritz Müller, Juliana D’Andrilli, Victoria Silverman, Raven L. Bier, Malcolm A. Barnard, Miko Chang May Lee, Florina Stephanie Richard, Andrew J. Tanentzap, Jianjun Wang, Michaela L. de Melo, YueHan Lu

Notice bibliographique

RevueFrontiers in Water · 2024
Typearticle
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueIsotope Analysis in Ecology
Établissements canadiensUniversité du Québec à MontréalTrent University
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésSedimentDissolved organic carbonComposition (language)Fourier transform ion cyclotron resonanceEnvironmental scienceEcologyEnvironmental chemistryEarth scienceChemistryGeologyMass spectrometryBiologyPaleontology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Dissolved organic matter (DOM) assemblages in freshwater rivers are formed from mixtures of simple to complex compounds that are highly variable across time and space. These mixtures largely form due to the environmental heterogeneity of river networks and the contribution of diverse allochthonous and autochthonous DOM sources. Most studies are, however, confined to local and regional scales, which precludes an understanding of how these mixtures arise at large, e.g., continental, spatial scales. The processes contributing to these mixtures are also difficult to study because of the complex interactions between various environmental factors and DOM. Here we propose the use of machine learning (ML) approaches to identify ecological processes contributing toward mixtures of DOM at a continental-scale. We related a dataset that characterized the molecular composition of DOM from river water and sediment with Fourier-transform ion cyclotron resonance mass spectrometry to explanatory physicochemical variables such as nutrient concentrations and stable water isotopes (2H and 18O). Using unsupervised ML, distinctive clusters for sediment and water samples were identified, with unique molecular compositions influenced by environmental factors like terrestrial input and microbial activity. Sediment clusters showed a higher proportion of protein-like and unclassified compounds than water clusters, while water clusters exhibited a more diversified chemical composition. We then applied a supervised ML approach, involving a two-stage use of SHapley Additive exPlanations (SHAP) values. In the first stage, SHAP values were obtained and used to identify key physicochemical variables. These parameters were employed to train models using both the default and subsequently tuned hyperparameters of the Histogram-based Gradient Boosting (HGB) algorithm. The supervised ML approach, using HGB and SHAP values, highlighted complex relationships between environmental factors and DOM diversity, in particular the existence of dams upstream, precipitation events, and other watershed characteristics were important in predicting higher chemical diversity in DOM. Our data-driven approach can now be used more generally to reveal the interplay between physical, chemical, and biological factors in determining the diversity of DOM in other ecosystems.

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)0,002
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,004
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: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,002
Score d'incertitude au seuil0,008

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0020,004
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0020,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
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 Opus0,006
Tête enseignante GPT0,187
Écart entre enseignants0,181 · 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'admission1
Résumé présentoui

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