A novel four-dimensional prediction model of soil heavy metal pollution: Geographical explanations beyond artificial intelligence "black box"

环境科学 地理空间分析 污染物 可解释性 外推法 污染 水槽(地理) 计算机科学 统计 机器学习 数学 地图学 地理 生物 有机化学 化学 生态学
作者
Qi Wang,Cangbai Li,Dongmei Hao,Yafei Xu,Xuewen Shi,Tongxu Liu,Weimin Sun,Zelong Zheng,Jianfeng Liu,Wanqi Li,Wengang Liu,Jiaxue Zheng,Fangbai Li
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:458: 131900-131900 被引量:21
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2023.131900
摘要

The current artificial intelligence (AI)-based prediction approaches of soil pollutants are inadequate in estimating the geospatial source-sink processes and striking a balance between the interpretability and accuracy, resulting in poor spatial extrapolation and generalization. In this study, we developed and tested a geographically interpretable four-dimensional AI prediction model for soil heavy metal (Cd) contents (4DGISHM) in Shaoguan city of China from 2016 to 2030. The 4DGISHM approach characterized spatio-temporal changes in source-sink processes of soil Cd by estimating spatio-temporal patterns and the effects of drivers and their interactions of soil Cd at local to regional scales using TreeExplainer-based SHAP and parallel ensemble AI algorithms. The results demonstrate that the prediction model achieved MSE and R2 values of 0.012 and 0.938, respectively, at a spatial resolution of 1 km. The predicted areas exceeding the risk control values for soil Cd across Shaoguan from 2022 to 2030 increased by 22.92% at the baseline scenario. By 2030, enterprise and transportation emissions (SHAP values 0.23 and 0.12 mg/kg, respectively) were the major drivers. The influence of driver interactions on soil Cd was marginal. Our approach surpasses the limitations of the AI "black box" by integrating spatio-temporal source-sink explanation and accuracy. This advancement enables geographically precise prediction and control of soil pollutants.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
duidui完成签到,获得积分10
刚刚
ccc完成签到,获得积分20
刚刚
Hzy发布了新的文献求助10
1秒前
1秒前
1秒前
Lucas应助我是小蜜蜂采纳,获得10
2秒前
2秒前
科研通AI6.3应助李可欣采纳,获得10
2秒前
Lucas应助小菊cheer采纳,获得10
2秒前
陈海明完成签到,获得积分10
2秒前
2秒前
西瓜完成签到,获得积分10
3秒前
3秒前
无极微光应助大海123采纳,获得20
3秒前
李超发布了新的文献求助30
3秒前
完美世界应助JUDY采纳,获得10
4秒前
4秒前
4秒前
5秒前
平常心发布了新的文献求助10
5秒前
Akim应助激昂的问玉采纳,获得10
5秒前
ZXY完成签到,获得积分10
6秒前
科研通AI6.1应助Elio采纳,获得10
6秒前
隐形曼青应助ccc采纳,获得10
6秒前
simple应助科研通管家采纳,获得10
6秒前
大模型应助科研通管家采纳,获得10
6秒前
6秒前
DKY发布了新的文献求助10
6秒前
7秒前
orixero应助科研通管家采纳,获得10
7秒前
11发布了新的文献求助10
7秒前
simple应助科研通管家采纳,获得10
7秒前
7秒前
彭于晏应助科研通管家采纳,获得10
7秒前
隐形曼青应助科研通管家采纳,获得10
7秒前
深情安青应助科研通管家采纳,获得10
7秒前
simple应助科研通管家采纳,获得10
7秒前
FashionBoy应助科研通管家采纳,获得10
7秒前
simple应助科研通管家采纳,获得10
7秒前
星辰大海应助科研通管家采纳,获得10
7秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Burger's Medicinal Chemistry, Drug Discovery and Development, Volumes 1 - 8, 8 Volume Set, 8th Edition 1800
Cronologia da história de Macau 1600
Contemporary Debates in Epistemology (3rd Edition) 1000
International Arbitration Law and Practice 1000
文献PREDICTION EQUATIONS FOR SHIPS' TURNING CIRCLES或期刊Transactions of the North East Coast Institution of Engineers and Shipbuilders第95卷 1000
BRITTLE FRACTURE IN WELDED SHIPS 1000
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 纳米技术 计算机科学 化学工程 生物化学 物理 复合材料 内科学 催化作用 物理化学 光电子学 细胞生物学 基因 电极 遗传学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6161371
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 7989468
关于积分的说明 16608627
捐赠科研通 5269483
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2811461
邀请新用户注册赠送积分活动 1791478
关于科研通互助平台的介绍 1658265