Soil organic carbon estimation using remote sensing data-driven machine learning

随机森林 土壤碳 环境科学 支持向量机 均方误差 土壤质地 决定系数 遥感 相关系数 空间分布 梯度升压 土地利用 土壤科学 自然地理学 计算机科学 土壤水分 地理 数学 统计 生态学 机器学习 生物
作者
Qi Chen,Yiting Wang,Xicun Zhu
出处
期刊:PeerJ [PeerJ, Inc.]
卷期号:12: e17836-e17836 被引量:29
标识
DOI:10.7717/peerj.17836
摘要

Soil organic carbon (SOC) is a crucial component of the global carbon cycle, playing a significant role in ecosystem health and carbon balance. In this study, we focused on assessing the surface SOC content in Shandong Province based on land use types, and explored its spatial distribution pattern and influencing factors. Machine learning methods including random forest (RF), extreme gradient boosting (XGBoost), and support vector machine (SVM) were employed to estimate the surface SOC content in Shandong Province using diverse data sources like sample data, remote sensing data, socio-economic data, soil texture data, topographic data, and meteorological data. The results revealed that the SOC content in Shandong Province was 8.78 g/kg, exhibiting significant variation across different regions. Comparing the model error and correlation coefficient, the XGBoost model showed the highest prediction accuracy, with a coefficient of determination (R²) of 0.7548, root mean square error (RMSE) of 7.6792, and relative percentage difference (RPD) of 1.1311. Elevation and Clay exhibited the highest explanatory power in clarifying the surface SOC content in Shandong Province, contributing 21.74% and 13.47%, respectively. The spatial distribution analysis revealed that SOC content was higher in forest-covered mountainous regions compared to cropland-covered plains and coastal areas. In conclusion, these findings offer valuable scientific insights for land use planning and SOC conservation.
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