Comprehensive nutrient analysis in agricultural organic amendments through non-destructive assays using machine learning

营养物 计算机科学 环境科学 机器学习 化学 有机化学
作者
Erick K. Towett,Lee B. Drake,Gifty Acquah,Stephan M. Haefele,S. P. McGrath,Keith Shepherd
出处
期刊:PLOS ONE [Public Library of Science]
卷期号:15 (12): e0242821-e0242821 被引量:6
标识
DOI:10.1371/journal.pone.0242821
摘要

Portable X-ray fluorescence (pXRF) and Diffuse Reflectance Fourier Transformed Mid-Infrared (DRIFT-MIR) spectroscopy are rapid and cost-effective analytical tools for material characterization. Here, we provide an assessment of these methods for the analysis of total Carbon, Nitrogen and total elemental composition of multiple elements in organic amendments. We developed machine learning methods to rapidly quantify the concentrations of macro- and micronutrient elements present in the samples and propose a novel system for the quality assessment of organic amendments. Two types of machine learning methods, forest regression and extreme gradient boosting, were used with data from both pXRF and DRIFT-MIR spectroscopy. Cross-validation trials were run to evaluate generalizability of models produced on each instrument. Both methods demonstrated similar broad capabilities in estimating nutrients using machine learning, with pXRF being suitable for nutrients and contaminants. The results make portable spectrometry in combination with machine learning a scalable solution to provide comprehensive nutrient analysis for organic amendments.
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