计算机科学 > 机器学习
[提交于 2025年4月5日
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标题: 预测土壤大养分水平:基于 pH 值、电导率和酸碱溶液平均功率的机器学习方法
标题: Predicting Soil Macronutrient Levels: A Machine Learning Approach Models Trained on pH, Conductivity, and Average Power of Acid-Base Solutions
摘要: 土壤大量营养元素,特别是钾离子(K$^+$),对于植物健康至关重要,支撑着多种生理和生物过程,并有助于管理生物和非生物胁迫。 缺乏大量营养元素会导致生长迟缓、成熟延迟以及对环境胁迫的敏感性增加,从而强调了精确监测土壤养分的重要性。 尽管传统技术如化学分析、原子吸收光谱法、电感耦合等离子体发射光谱法和电化学方法较为先进,但它们过于昂贵且耗时,因此不适合实时监测大量营养元素。 本研究提出了一种创新的土壤测试方案,利用从合成溶液中获得的数据集来模拟土壤行为。 该数据集涵盖了包括导电性和pH值在内的物理特性,并重点关注三种关键大量营养元素:氮(N)、磷(P)和钾(K)。 四种机器学习算法应用于数据集,随机森林回归器和神经网络被选用于预测土壤养分浓度。 与实验室土壤测试结果的比较显示,使用随机森林模型时磷的预测误差为23.6%,钾为16%;而使用神经网络模型时,磷的预测误差为26.3%,钾为21.8%。 此方法展示了成本效益高且有效的实时土壤养分监测策略,在传统技术的基础上实现了显著进步,增强了维持有利于作物健壮生长的最优养分水平的能力。
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