Predicting Wetland Nitrogen Levels Through Microbial Signatures: A Taxonomy-Based Approach Validated by Machine Learning
Nadia Arjomandi · Yasmin Faghir · Ingrid Wang 等 5 人
利用湿地微生物群落特征结合机器学习预测土壤总氮水平。
16S rRNA测序、QIIME2分析、核心微生物组与随机森林模型。
总氮是唯一与微生物多样性显著相关的因子,8个指示种可高精度分类氮水平。
可将微生物指示种与机器学习结合,开发低成本湿地氮素监测工具并推广至农田。
方法新颖、结论可靠,将微生物组与机器学习结合用于湿地氮素监测,对农业面源污染与精准农业有参考价值,但属基础研究、影响范围有限。
湿地生态系统孕育着多样化的微生物群落,这些群落在调控生物地球化学循环中发挥着关键作用,然而其预测非生物土壤条件的潜力仍未得到充分探索。本研究探讨微生物群落组成能否用于推断环境条件,聚焦于五个非生物因子:pH、钙、总碳、呼吸作用和总氮。利用在QIIME2中处理的16S rRNA扩增子测序数据,总氮成为唯一与微生物α多样性和β多样性显著相关的非生物因子。低氮湿地表现出更高的微生物丰富度和均匀度,而高氮土壤则由少数特化类群主导。核心微生物组和指示物种分析鉴定出八个指示物种,它们分别与高氮或低氮条件独特关联,反映了与氮有效性相关的不同微生物特征。这些指示物种被用于训练随机森林模型,该模型以高准确率对氮水平进行分类。总体而言,微生物特征被证明是氮条件的可靠生物指示物,这种机器学习驱动的、基于分类学的框架为生态监测、精准农业和可持续土地管理提供了实际应用。