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Enregistrement W7113895743 · doi:10.1016/j.geoderma.2025.117645

Reconstructing soil acidity neutralization curves using Machine learning and chemical or spectral soil signatures

2025· article· en· W7113895743 sur OpenAlexafffund

Notice bibliographique

RevueGeoderma · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueSoil Geostatistics and Mapping
Établissements canadiensUniversité Laval
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaRio TintoGraymont
Mots-clésLimeTitrationTitration curveMean squared errorSoil pHSoil testLearning curveChemometrics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

• Machine learning accurately reconstructs full soil titration curves using Ca(OH) 2 and standard soil inputs. • Models achieve R 2 > 0.92 and RMSE < 0.21 pH units, ensuring precision across soil types. • Dynamic lime prescriptions are derived from fitted titration curves and allow target-specific flexibility. • Spectral (SSM) and hybrid (HM) models offer rapid, reagent-free, and scalable alternatives to SMP. • A tiered deployment strategy enables labs to adopt models based on existing analytical capacities. Soil acidity management often relies on lime recommendation methods that are imprecise, time-consuming, or involve hazardous reagents like the SMP buffer solution. This study introduces an alternative approach by developing and evaluating machine learning (ML) models to predict the change in soil pH (ΔpH) following incremental applications of hydrated lime (Ca(OH) 2 ). A total of 418 soil samples from Eastern North America were analyzed for their chemical properties, mid-infrared (MIR) spectral signatures, and complete titration curves obtained through acid-base neutralization. Three ML models were tested: a Chemical Signature Model (CSM) based on routine soil analyses, a Spectral Signature Model (SSM) relying solely on MIR spectra, and a Hybrid Model (HM) combining both data sources. All models demonstrated high accuracy, achieving R 2 values above 92 % and RMSE values below 0.21 pH units. The HM achieved the highest performance (R 2 = 94 %, RMSE = 0.18), closely followed by the SSM, indicating the practical equivalence of the two approaches since converting ΔpH curves into absolute pH curves always requires the initial soil pH. SHapley Additive exPlanations ( SHAP) values were used to interpret variable importance in each model. In the CSM, lime dose and initial pH were dominant predictors, followed by organic matter, Mehlich-3 extractable Ca (Ca M3 ), and Al (Al M3 ). In the SSM and HM models, specific MIR spectral regions corresponding to hydroxyl, carboxylic, silicate, and organo-mineral functional groups were highly informative, confirming consistency with known soil chemistry principles. These findings enable the automated reconstruction of titration curves, paving the way for dynamic, accurate, and safe lime recommendation systems tailored to laboratory capabilities: CSM for immediate implementation and SSM or HM for laboratories adopting MIR spectroscopy. This approach aligns with precision agriculture principles, supporting sustainable and site-specific management of soil acidity.

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)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,002
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: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,010
Score d'incertitude au seuil0,021

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,000
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 Opus0,014
Tête enseignante GPT0,255
Écart entre enseignants0,241 · 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

Citations3
Publié2025
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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