Использование алгоритмов машинного обучения для классификации компонентов почв с различной гидрофильностью

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Предварительно оценены возможности пилотной модели – классификатора, обученного распознаванию следов микробной деятельности на твердых поверхностях, свидетельствующих о развитии почвоподобных тел. Для машинного обучения собрана база данных объемом 500 образцов, описанных самостоятельно и в открытых источниках в период с 1988 г. по настоящее время; среди них 59 образцов представляли почвенные горизонты, 146 материнские породы и почвоподобные образования, а также породообразующие минералы, сопутствующие компоненты почвообразования, ксенобиотики, распространенные в техногенно преобразованных ландшафтах мира. Образцы вошли в базу данных в вариациях дисперсности, покрытия биопленками и пленками иной природы, химической и физической обработки. Массив значимых для машинного обучения признаков образцов включал квантили распределения контактного угла смачивания и обобщающие категориальные показатели геометрии поверхности, минерального состава, состояния органического вещества. Целевой функцией классификации служило наличие устойчивых следов микробной деятельности на твердой поверхности. Недостающие данные реконструировали с помощью процедур Монте-Карло и случайной перевыборки. В результате численных экспериментов по оптимизации качества обучения получен сбалансированный обучающий набор данных, содержащий 1233 элемента псевдовыборок. Обучено и оценено 6 моделей классификаторов с вариацией параметров. Наиболее производительный классификатор – пятислойная нейронная сеть со случайно отключаемыми нейронами – продемонстрировал на тестовой выборке правильность предсказаний 0.74 и ROC AUC 0.80, что выше, чем у более простых и быстродействующих (правильность и ROC AUC 0.70). На основании несогласия классификаций между экспертом-человеком и обученным алгоритмом установлены общие черты сложных для машинной классификации образцов: со следами жизнедеятельности, карбонатные, дисперсные – что позволяет определить направление сбора информации для повышения производительности классификатора. Разработка алгоритма распознавания следов микробной деятельности полезна для уточнения механизмов почвообразования, биогеохимических и биогеотехнологических процессов в грунтах различного происхождения, в том числе терраформирования.

Об авторах

О. А. Софинская

Казанский (Приволжский) федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: ushik2001@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8785-4505
Россия, ул. Кремлевская, 4/5, Казань, 420008

Ф. А. Муравьев

Казанский (Приволжский) федеральный университет

Email: ushik2001@mail.ru
Россия, ул. Кремлевская, 4/5, Казань, 420008

Д. Раконяц

Белорусский государственный университет; Московский физико-технический институт

Email: ushik2001@mail.ru
Белоруссия, пр-т Независимости, 4, Минск, 220030; Институтский пер., 7, Московская обл., Долгопрудный, 141701

Л. М. Маннапова

Казанский (Приволжский) федеральный университет

Email: ushik2001@mail.ru
Россия, ул. Кремлевская, 4/5, Казань, 420008

Список литературы

  1. Алексеев И.В. Развитие комплексного инженерно-геологического и микробиологического мониторинга на Яковлевском руднике для повышения безопасности ведения очистных работ под неосушенными водоносными горизонтами. дис. … канд. геол.-минерал. наук. СПб., 2015.
  2. Горячкин С.В., Мергелов Н.С., Таргульян В.О. Генезис и география почв экстремальных условий: элементы теории и методические подходы // Почвоведение. 2019. № 1. C. 5–19. https://doi.org/10.1134/S0032180X19010040
  3. Дашко Р.Э., Котюков П.В. Инженерно-геологическое обеспечение эксплуатационной надежности подземных транспортных сооружений в Санкт-Петербурге // Записки Горного института. 2011. Т. 190. С. 71–77. http://elibrary.ru/item.asp?id=20876963
  4. Дашко Р.Э., Норова Л.П., Руденко Е.С. Эволюция геоэкологического состояния подземного пространства Санкт-Петербурга // Разведка и охрана недр. 1998. № 7–8. С. 57–59.
  5. Зорина А.С. Биопленки нитрилгидролизующих бактерий Alcaligenes Faecalis 2 и Rhodococcus Ruber Gt 1 в процессах трансформации нитрилов и амидов карбоновых кислот. Дис. … канд. биол. наук. Пермь, 2020.
  6. Иноземцев С.А., Таргульян В.О. Верхнепермские палеопочвы: свойства, процессы, условия формирования. М.: ГЕОС, 2009. 188 с.
  7. Кабов О.А., Зайцев Д.В. Влияние гистерезиса смачивания на растекание капли под действием гравитации // Доклады Академии Наук. 2013. Т. 451. № 1. С. 37–40. https://doi.org/10.7868/S0869565213190122
  8. Матвеева Н.В., Милановский Е.Ю., Рогова О.Б. Способ подготовки образцов почв для определения контактного угла смачивания методом сидячей капли // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2019. Вып. 97. С. 91–112. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2019-97-91-112
  9. Муравьев Ф.А., Винокуров В.М., Галеев А.А., Булка Г.Р., Низамутдинов Н.М., Хасанова Н.М. Парамагнетизм и природа рассеянного органического вещества в пермских отложениях Татарстана // Георесурсы. 2006. № 2(19). С. 40–45.
  10. Новоселов А.А., Константинов А.О. Карбонатные коры на фасадах зданий и сооружений города Тюмени: разнообразие и факторы формирования // Известия Томского политех. ун-та. Инжиниринг георесурсов. 2019. Т. 330. № 3. С. 40–49. https://doi.org/10.18799/24131830/2019/3/163
  11. Русанов А.И., Есипова Н.Е., Соболев В.Д. Сильная зависимость краевого угла от давления // Доклады Академии наук. 2019. Т. 487. № 2. С. 169–173. https://doi.org/10.31857/S0869-56524872169-173
  12. Семиколенных А.А., Таргульян В.О. Почвоподобные тела автохемолитотрофных экосистем пещер хребта Кугитангтау (Восточный Туркменистан) // Почвоведение. 2010. № 6. С. 658–672. https://doi.org/10.1134/S0032180X19010040
  13. Сидоренко С.А. Органическое вещество и биолитогенные процессы в докембрии. М.: Наука, 1991. 104 с.
  14. Софинская О.А., Костерин А.В., Галеев А.А. Неоднородность смачивания поверхности гидрофобизированных почв и почвообразующих пород // Почвоведение. 2022. № 3. С. 326–336. https://doi.org/10.31857/S0032180X22030133
  15. Флоровская В.Н. Люминесцентно-битуминологический метод в нефтяной геологии. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1957. 293 с.
  16. Холодов В.А., Ярославцева Н.В., Яшин М.А., Фрид А.С., Лазарев В.И., Тюгай З.Н., Милановский Е.Ю. Контактные углы смачивания и водоустойчивость почвенной структуры // Почвоведение. 2015. № 6. С. 693–701. https://doi.org/10.7868/S0032180X15060064
  17. Шапиро Т.Н., Дольникова Г.А., Немцева Н.В., Санджиева Д.А., Лобакова Е.С. Идентификация и физиологическая характеристика консорциума углеводородокисляющих бактерий нефти и нефтепродуктов // Журн. микробиол. 2018. № 4. С. 107–113. https://doi.org/10.36233/0372-9311-2018-4-107-113
  18. Шеин Е.В., Верховцева Н.В., Быкова Г.С., Пашкевич Е.Б. Агрегатообразование в каолинитовой суспензии при микробиологической модификации поверхности глины // Почвоведение. 2020. № 3. С. 351–357. https://doi.org/10.31857/S0032180X20030077
  19. Achtenhagen J., Goebel M-O, Miltner A., Kaestner M. Bacterial impact on the wetting properties soil minerals // Biogeochemistry. 2015. V. 122(2-3). https://doi.org/10.1007/s10533-014-0040-9
  20. Ahmed N., Siow K.S., Wee M.F.M.R. et al. A study to examine the ageing behaviour of cold plasma-treated agricultural seeds // Sci. Rep. 2023. V. 13. P. 1675. https://doi.org/10.1038/s41598-023-28811-w
  21. Alhammadi A.M., AlRatrout A., Singh K. et al. In situ characterization of mixed-wettability in a reservoir rock at subsurface conditions // Sci. Rep. 2017. V. 7. P. 10753. https://doi.org/10.1038/s41598-017-10992-w
  22. AlRatrout A., Blunt M. J., Bijeljic B. Spatial correlation of contact angle and curvature in pore-space images // Water Res. Res. 2018. V. 54. P. 6133–6152. https://doi.org/10.1029/2017WR022124
  23. AlRatrout A., Blunt M.J., Bijeljic B. Wettability in complex porous materials, the mixed-wet state, and its relationship to surface roughness // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2018. Sep. 4. V. 115(36). P. 8901–8906. https://doi.org/10.1073/pnas.1803734115
  24. AlRatrout A., Raeini Q.A., Bijeljic B., Blunt M. Automatic measurement of contact angle in pore-space images // Adv. Water Res. 2017. P. 109. https://doi.org/10.1016/j.advwatres.2017.07.018
  25. Andryukov B.G., Romashko R V., Efimov T.A. et al. Mechanisms of adhesive-coadhesive interaction of bacteria in the formation of a biofilm // Molecular Genetics, Microbiology and Virology. 2020. V. 35(4). P. 195–201. https://doi.org/10.17116/molgen202038041155
  26. Arvind K.J. Microbiological processes in improving the behavior of soils for civil engineering applications: a critical appraisal // Journal of hazardous, toxic, and radioactive waste. 2022. V. 26(2). https://doi.org/10.1061/(ASCE)HZ.2153-5515.0000686
  27. Aslam T., Deurer M., Müller K. et al. Does an increase in soil organic carbon improve the filtering capacity of aggregated soil for organic pesticides? A case study // Geoderma. 2009. V. 152. P. 187–193. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2009.06.015
  28. Assadi-Langroudi A., O’Kelly B.C., Barreto D. et al. Recent advances in nature-inspired solutions for ground engineering (NiSE) // Int. J. Geosynthetics Ground Engineer. 2022. V. 8. https://doi.org/10.1007/s40891-021-00349-9
  29. Atherton S., Polak D., Hamlett C. et al. Drop impact behaviour on alternately hydrophobic and hydrophilic layered bead packs // Chem. Engineering Res. Design. 2016. V. 110. P. 200–208. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2016.02.011
  30. Bachmann J., Goebel M.O. Soil water repellency / in Encyclopedia of Soils in the Environment. Elsevier, 2023. V. 5. P. 203–215. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-822974-3.00116-6
  31. Bachmann J., McHale G. Superhydrophobic surfaces: a model approach to predict contact angle and surface energy of soil particles // Eur. J. Soil Sci. 2009. V. 60(3). P. 420–430. https://doi.org/10.1111/j.1365-2389.2008.01118.x
  32. Bachmann J., Woche S. K., Goebel M.-O. et al. Extended methodology for determining wetting properties of porous media // Water Res. Res. 2003. V. 39. https://doi.org/10.1029/2003WR002143
  33. Banks E.D., Taylor N.M., Gulley J. et al. Bacterial calcium carbonate precipitation in cave environments: a function of calcium homeostasis // Geomicrobiology J. 2020. V. 27(5). P. 444–454. https://doi.org/10.1080/01490450903485136
  34. Borah M.P., Kalit B.B., Jose S. et al. Fabrication of hydrophobic surface on Eri silk/wool fabric using nano silica extracted from rice husk // Silicon. 2023. V. 15. P. 7039–7046. https://doi.org/10.1007/s12633-023-02568-3
  35. Chao Z., Zhen L., Peng D. Contact angle of soil minerals: A molecular dynamics study // Computers and Geotechnics. 2016. V. 75. P. 48–56. https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2016.01.012
  36. Chen J.H.M., Liu Y. A facile and straightforward immersion approach to enhance the hydrophobicity of melamine sponge for efficient cleanup of crude oils and organic solvents // J. Porous Mater. 2024. V. 31. P. 587–596. https://doi.org/10.1007/s10934-023-01540-1
  37. Chen M., Wu D., Chen D. et al. Experimental investigation on the movement of triple-phase contact line during a droplet impacting on horizontal and inclined surface // Chemical Engineering Science. 2020. V. 226. P. 115864. https://doi.org/10.1016/j.ces.2020.115864
  38. Dejong J.T., Kavazanjian, E. Bio-mediated and Bio-inspired Geotechnics // Geotechnical fundamentals for addressing new world challenges. Series in Geomechanics and Geoengineering. Springer, 2019. P. 193–207. https://doi.org/10.1007/978-3-030-06249-1_7
  39. Deshpande R.A., Navne J., Adelmark M.V. et al. Understanding the light induced hydrophilicity of metal-oxide thin films // Nat. Commun. 2024. V. 15. P. 124. https://doi.org/10.1038/s41467-023-44603-2
  40. Diehl D. Soil water repellency: Dynamics of heterogeneous surfaces // Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects. 2013. V. 432. P. 8–18. http://dx.doi.org/10.1016/j.colsurfa.2013.05.011
  41. Dorobantu L., Bhattacharjee S., Foght J.M., Gray M.R. Atomic force microscopy measurement of heterogeneity in bacterial surface hydrophobicity // Langmuir. 2008. V. 24(9). P. 4944–4951. https://doi.org/10.1021/la7035295
  42. Eberlein C., Baumgarten T., Starke S., Heipieper H. J. Immediate response mechanisms of Gram-negative solvent-tolerant bacteria to cope with environmental stress: cis-trans isomerization of unsaturated fatty acids and outer membrane vesicle secretion // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2018. V. 102. P. 2583–2593. https://doi.org/10.1007/s00253-018-8832-9
  43. Fahland M., Mishra R. Computational model and simulations of contact angle and geometry effects on centrifugal microfluidic step-emulsification // Microfluid Nanofluid 2023. V. 27. P. 59. https://doi.org/10.1007/s10404-023-02666-z
  44. Farber L., Al-Aaraj, D., Smith R., Gentzler M. Formation and internal microstructure of granules from wetting and non-wetting efavirenz/ ron oxide blends // Chem. Engineering Sci. 2020. V. 227. P. 115909. https://doi.org/10.1016/j.ces.2020.115909
  45. Fér M., Leue M., Kodešová R., Gerke H., Ellerbrock R. Droplet infiltration dynamics and soil wettability related to soil organic matter of soil aggregate coatings and interiors // J. Hydrology and Hydromechanics. 2016. V. 64(2). P. https://doi.org/10.1515/johh-2016-0021
  46. Francone A., Merino S., Retolaza A. et al. Impact of surface topography on the bacterial attachment to micro- and nano-patterned polymer films // Surfaces and Interfaces. 2021. V. 27. P. 101494. https://doi.org/10.1016/j.surfin.2021.101494
  47. Galeev A.A., Vinokurov V.M., Mouraviev F.A., Osin Y. N. EPR and SEM study of organo-mineral associations in Lower Permian evaporite dolomites // Appl. Magnetic Resonance. 2019. V. 35. P. 473–479. https://doi.org/10.1007/s00723-009-0178-0.
  48. Gao D., Wang F., Lyu B. et al. Multifunctional cotton fabric with durable antibacterial, superhydrophobicity, and UV resistance based on Ag@TiO2 Janus nanoparticles // Cellulose. 2024. V. 31. P. 2617–2633. https://doi.org/10.1007/s10570-023-05727-2
  49. Ghodrati M., Mousavi-Kamazani M., Bahrami Z. Synthesis of superhydrophobic coatings based on silica nanostructure modified with organosilane compounds by sol-gel method for glass surfaces // Sci. Rep. 2023. V. 13. P. 548. https://doi.org/10.1038/s41598-023-27811-0
  50. Gordon C. Contact angle distribution of particles at fluid interfaces // Langmuir: the ACS J. Surfaces Colloids. 2014. V. 31. P. 891–897. https://doi.org/10.1021/la5040195
  51. Gray C.J., Engel A.S. Microbial impact on aquifer carbonate geochemistry // The ISME J. Int. Soc. Microbial. Ecology. 2013. V. 7. P. 325–337. https://doi.org/10.1038/ismej.2012.105
  52. Guo R., Dalton L., Fan M. et al. The role of the spatial heterogeneity and correlation length of surface wettability on two-phase flow in a CO2-Water-Rock System // Adv. Water Res. 2020. V. 146. P. 103763. https://doi.org/10.1016/j.advwatres.2020.103763
  53. Guvensen N.C., Demir S., Ozdemir G. Effects of magnesium and calcium cations on biofilm formation by Sphingomonas paucimobilis from an industrial environment // Current Opinion in Biotechnology. 2013. V. 24(1). P. S68. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2013.05.185
  54. Haider S.A., Raj A. Liquid drops on compliant and non-compliant substrates: an ellipsoid-based fitting for approximating drop shape and volume // Microfluid Nanofluid. 2023. 27. P. 49. https://doi.org/10.1007/s10404-023-02659-y
  55. Hamlett C., Atherton S., Shirtcliffe N. et al. Transitions of water-drop impact behaviour on hydrophobic and hydrophilic particles // Eur. J. Soil Sci. 2013. V. 64. P. 324–333. https://doi.org/10.1111/ejss.12003
  56. Hao X., Yao H., Zhang P. et al. Multifunctional solar water harvester with high transport selectivity and fouling rejection capacity // Nat. Water. 2023. V. 1. P. 982–991. https://doi.org/10.1038/s44221-023-00152-y
  57. Hark R., Harmon R.S. Geochemical Fingerprinting Using LIBS // Springer Series in Optical Sciences. 2014. V. 182. P. 309–344. https://doi.org/10.1007/978-3-642-45085-3-12
  58. Hassanloofard Z., Gharekhani M., Zandi M. et al. Fabrication and characterization of cellulose acetate film containing Falcaria vulgaris extract // Cellulose. 2023. V. 30. P. 6833–6853. https://doi.org/10.1007/s10570-023-05337-y
  59. Hata T., Tsukamoto M., Mori H., Kuwano R., Gourc J.P. Evaluation of multiple soil improvement techniques based on microbial functions // Proc. GeoFrontiers Adv. Geotechnical Engineering. Dallas. 2011. V. 211. Р. 3945–3955. https://doi.org/10.1061/41165(397)403
  60. Hiremani V., Goudar N., Gasti T. et al. Exploration of multifunctional properties of piper betel leaves extract incorporated polyvinyl alcohol-oxidized maize starch blend films for active packaging application // J. Polymers Env. 2022. V. 30. P. 1314–1329. https://doi.org/10.1007/s10924-021-02277-1
  61. Hoefs J. Geochemical fingerprints: a critical appraisal // Eur. J. Mineral. 2010. V. 22. P. 3–15. https://doi.org/10.1127/0935-1221/2010/0022-1997
  62. Huhtamäki T., Tian X., Korhonen J., Ras R. Surface-wetting characterization using contact-angle measurements // Nature Protocols. 2018. V. 13. P. 1521–1538. https://doi.org/10.1038/s41596-018-0003-z
  63. Ibrahim A., Elkatatny S. Data-driven models to predict shale wettability for CO2 sequestration applications // Sci. Rep. 2023. 13. https://doi.org/10.1038/s41598-023-37327-2
  64. Jańczuk B., Białopiotrowicz T. Components of surface free energy of some clay minerals // Clays and Clay Minerals. 1988. V. 36. P. 243–248.
  65. Jung H., Kim K., Ko J.-H. Effect of a marine bacterial biofilm on adhesion and retention of pseudo barnacle to silicone coating surface // Korean J. Chem. Engineering. 2014. V. 31. P. 262–267. https://doi.org/10.1007/s11814-013-0218-1
  66. Kandukuri P., Deshmukh S., Katiresan S. Influence of the static contact angle on the liquid film coverage for falling-film systems // Flow Turbulence Combust. 2023. V. 111. P. 1253–1277. https://doi.org/10.1007/s10494-023-00484-5
  67. Kirichenko E., Gatapova E. Studying of the contact angle hysteresis on various surfaces // MATEC Web of Conf. 2016. V. 72. P. 01045. https://doi.org/10.1051/matecconf/20167201045
  68. Kirk S., Strobel M., Christopher S. L., Stuart J. A statistical comparison of contact angle measurement methods // J. Adhesion Sci. Technol. 2019. V. 33(16). P. 1758–1769. https://doi.org/10.1080/01694243.2019.1611400
  69. Kocijan A., Conradi M., Hočevar M. The influence of surface wettability and topography on the bioactivity of TiO2/Epoxy Coatings on AISI 316L // Stainless Steel Materials. 2019. V. 12. P. 1877. https://doi.org/10.3390/ma12111877
  70. Krylach I.V., Fokina M.I., Kudryashov S.I. et al. Microfluidic water flow on laser-patterned MicroCoat®–coated steel surface // Appl. Surface Sci. 2021. V. 581. P. 152258. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.152258
  71. Kulshreshtha Y., Vardon P.J., Du Y. et al. Biological stabilisers in earthen construction: a mechanistic Understanding of their response to water-ingress // The 4th International Conf. on Bio-Based Building Materials, June 16th–18th, 2021, Barcelona, Spain. Conference Paper. June, 2021. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/CTA.1.529
  72. Lai H., Wu S., Cui M., Chu J. Recent development in biogeotechnology and its engineering applications // Front. Struct. Civ. Eng. 2021. V. 15(5). P. 1073–1096. https://doi.org/10.1007/s11709-021-0758-0
  73. Law K.-Y., Zhao H. Surface wetting: Characterization, contact angle, and fundamentals. Switzerland: Springer Cham, 2016. 162 p. https://doi.org/10.1007/978-3-319-25214-8
  74. Leelamanie D.A.L., Karube J., Yoshida A. Characterizing water repellency indices: Contact angle and water drop penetration time of hydrohobized sand // Soil Sci. Plant Nutrition. 2008. V. 54. P. 179–187. https://doi.org/10.1111/j.1747-0765.2007.00232.x
  75. Leelamanie D.A.L., Karube J. Effects of hydrophobic and hydrophilic organic matter on the water repellency of model sandy soils // Soil Sci. Plant Nutrition. 2009. V. 55. P. 462–467. https://doi.org/10.1111/j.1747-0765.2009.00388.x
  76. Lefebvre G., Galet L., Chamayou A. Dry coating of talc particles with fumed silica: Influence of the silica concentration on the wettability and dispersibility of the composite particles // Powder Technology. 2011. V. 208(2). P. 372–377. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2010.08.031
  77. Li Y., Yu D., Wang X. et al. Lauric arginate/cellulose nanocrystal nanorods-stabilized alkenyl succinic anhydride pickering emulsion: enhancement of stabilization and paper sizing performance // Cellulose. 2022. V. 29. P. 1–17. https://doi.org/10.1007/s10570-022-04502-z
  78. McHale G., Newton M., Shirtcliffe N. Water-repellent soil and its relationship to granularity, surface roughness and hydrophobicity: A materials science view // Eur. J. Soil Sci. 2005. V. 56. P. 445–452. https://doi.org/10.1111/j.1365-2389.2004.00683.x
  79. McHale G., Newton M. Liquid marbles: Principles and applications // Soft Matter. 2011. 7. P. 5473–5481. https://doi.org/10.1039/C1SM05066D
  80. Melim L.A., Northup D.E., Boston P.J., Spilde M.N. Preservation of fossil microbes and biofilm in cave pool carbonates and comparison to other microbial carbonate environments // Palaios. 2016. V. 31. P. 177–189. http://dx.doi.org/10.2110/palo.2015.033
  81. Meng J., Yang G., Liu L. et al. Cell adhesive spectra along surface wettability gradient from superhydrophilicity to superhydrophobicity // Sci. China Chem. 2017. V. 60. P. https://doi.org/10.1007/s11426-016-9031-8
  82. Mitik-Dineva N. Bacterial attachment to micro- and nanostructured surfaces. Thesis … Doctor of Philosophy. 2009. Swinburne University of Technology.
  83. Mundozah A.L., Tridon C.C., Cartwright J.J., Salman A D., Hounslow M.J. Wetting of binary powder mixtures // Int. J. Pharmaceutics. 2019. V. 572. P. 118770. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2019.118770
  84. Nagy N. Capillary Bridges on Hydrophobic Surfaces: Analytical contact angle determination // Langmuir. 2022. V. 38. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.2c00674
  85. Nembrini S., König I. R., Wright M. N. The revival of the Gini importance? // Bioinformatics. 2018. V. 34(21). P. 3711–3718. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6198850/
  86. Nguyen H., Ybarra A., Başağaoğlu H. et al. Biofilm viscoelasticity and nutrient source location control biofilm growth rate, migration rate, and morphology in shear flow // Sci. Rep. 2021. V. 11. https://doi.org/10.1038/s41598-021-95542-1
  87. Ojeda G., Gi J.M., Mattana S. et al. Biochar ageing effects on soil respiration, biochar wettability and gaseous CO2 adsorption // Mitig. Adapt. Strateg. Glob. Change 2024. V. 29. P. 11. https://doi.org/10.1007/s11027-024-10107-7
  88. Pommé L.E., Bourqui R., Giot R., Auber D. Relative Confusion Matrix: An efficient visualization for the comparison of classification models // Artificial Intelligence and visualization: advancing visual knowledge discovery. Studies in Computational Intelligence. V. 1126. Springer, 2024. P. 223–243. https://doi.org/10.1007/978-3-031-46549-9_7
  89. Pronk G.J., Heister K., Vogel C. et al. Interaction of minerals, organic matter, and microorganisms during biogeochemical interface formation as shown by a series of artificial soil experiments // Biol. Fertil. Soils. 2017. https://doi.org/10.1007/s00374-016-1161-1
  90. Regaieg M., Nono F., Faisal T.F. et al. Large-Pore network simulations coupled with innovative wettability anchoring experiment to predict relative permeability of a mixed-wet rock // Transp. Porous Med. 2023. V. 147. P. 495–517. https://doi.org/10.1007/s11242-023-01921-9
  91. Rohit S., Haider A., Raj A. ANN-aided stiffness characterization of thin membranes using droplet motion // Acta Mechanica. 2023. V. 235. P. 1–18. https://doi.org/10.1007/s00707-023-03755-4
  92. Ruiz-Cabello F.J., Rodríguez-Valverde M.A., Marmur A., Cabrerizo-Vílchez M. Comparison of sessile drop and captive bubble methods on rough homogeneous surfaces: a numerical study // Langmuir: ACS J. Surfaces Colloids. 2011. V. 27. P. 9638–9643. https://doi.org/10.1021/la201248z
  93. Semprebon C., McHale G., Kusumaatmaja H. Apparent contact angle and contact angle hysteresis on liquid infused surfaces // Soft Matter. 2016. V. 13(1). P. 101–110. https://doi.org/10.1039/C6SM00920D
  94. Shang J., Flury M., Harsh J., Zollars R. Comparison of different methods to measure contact angles of soil colloids // J. Colloid Interface Sci. 2008. V. 328. P. 299–307. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2008.09.039
  95. Shang X., Luo Z., Gatapova E., Kabov O., Bai B. GNBC-based front-tracking method for the three-dimensional simulation of droplet motion on a solid surface // Computers Fluids. 2018. V. 172. P. 181–195. https://doi.org/10.1016/j.compfluid.2018.06.021
  96. Shein E.V., Verkhovtseva N.V., Milanovsky E.Yu., Romanycheva A.A. Microbiological modification of kaolinite and montmorillonite surface: changes in physical and chemical parameters (model experiment) // Biogeosystem. Technique. 2016. V. 3(9). P. 229–234. https://doi.org/10.13187/bgt.2016.9.229
  97. Sofinskaya O.A., Andrushkevich O.Y., Galiullin B.M. et al. Surface Properties of Carbonate Speleothems in Karst Caves Changing Under Biofilms // Biogenic–Abiogenic Interactions in Natural and Anthropogenic Systems 2022. Proceedings in Earth and Environmental Sciences. Springer, 2023. P. 495–511. https://doi.org/10.1007/978-3-031-40470-2_29
  98. Sofinskaya O.A., Mannapova L.M., Usmanov R.M. et al. Biogeochemical interface development in a model carbonate-clayey soil // Environ. Earth Sci. 2024. V. 83. P. 6. https://link.springer.com/article/10.1007/s12665-023-11312-4
  99. Spilde M.N., Boston P.J., Northup D.E., Odenbach K.J. Rock coatings: potential biogenic indicators // Ground Truth From Mars. 2008. V. 1. P. 4045.
  100. Spilde M.N., Kooser A., Boston P.J., Northup D.E. Speleosol: A Subterranean Soil // ICS Proceedings. Mineralogy. 2009. Р. 338–344.
  101. Tarabal V.S., Abud Y.K.D., da Silva F.G. et al. Effect of DMPEI coating against biofilm formation on PVC catheter surface // World J. Microbiol. Biotechnol. 2024. V. 40. P. 6. https://doi.org/10.1007/s11274-023-03799-7
  102. Tan P.N. Receiver Operating Characteristic // Encyclopedia of Database Systems. Springer, 2009. https://doi.org/10.1007/978-0-387-39940-9_569
  103. Tariq Z., Ali M., Hassanpouryouzband A. et al. Predicting wettability of mineral/CO2/brine systems via data-driven machine learning modeling: Implications for carbon geo-sequestration // Chemosphere. 2023. V. 345. P. 140469. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2023.140469
  104. Unkovich M., McBeath T., Llewellyn R. et al. Challenges and opportunities for grain farming on sandy soils of semi-arid south and south-eastern Australia // Soil Res. 2020. V. 58(4). P. 323–334. https://doi.org/10.1071/SR19161
  105. Wagner D., Milodowski A. E., West J. M., Wragga J., Yoshikawa H. Mineralogical comparisons of experimental results investigating the biological impacts on rock transport processes // Environ. Sci.: Processes Impacts. 2013. V. 15. P. 1501. https://doi.org/10.1039/C3em00188a
  106. Wang H., Orejon D., Song D. et al. Non-wetting of condensation-induced droplets on smooth monolayer suspended graphene with contact angle approaching 180 degrees // Commun. Mater. 2022. V. 3. P. 75. https://doi.org/10.1038/s43246-022-00294-8
  107. Wang L., van Paassen L., Pham V., Mahabadi N., He J., Gao Y. A (simplified) biogeochemical numerical model to predict saturation, porosity and permeability during Microbially Induced Desaturation and Precipitation // Water Res. Res. 2023. V. 59. P. https://doi.org/10.1029/2022WR032907
  108. Wang Z., Yang, Y., Xiang, W. et al. Performance and mechanisms of greywater treatment in a bio-enhanced granular-activated carbon dynamic biofilm reactor // NPJ Clean Water. 2022. V. 5. P. 56. https://doi.org/10.1038/s41545-022-00198-7
  109. Weisbrod N., McGinnis T., Rockhold M.L., Niemet M.R., Selker J.S. Effective Darcy-scale contact angles in porous media imbibing solutions of various surface tensions // Water Resour. Res. 2009. V. 45(4). P. https://doi.org/10.1029/2008WR006957
  110. Werb M., Falcón G.C., Bach N.C. et al. Surface topology affects wetting behavior of Bacillus subtilis biofilms // NPJ Biofilms Microbiomes. 2017. V. 3. P. 11. https://doi.org/10.1038/s41522-017-0018-1
  111. Williams D., Kuhn A., Amann M. et al. Computerized Measurement of Contact Angles 1 // Galvanotechnik. 2010. V. 101. P. 2502–2512.
  112. Woche S., Goebel M.-O., Kirkham M. et al. Contact angle of soils as affected by depth, texture, and land management // Eur. J. Soil Sci. 2005. V. 56. P. 239–251. https://doi.org/10.1111/j.1365-2389.2004.00664.x
  113. Wróblewski P., Kachel S. The concept of the contact angle in the process of oil film formation in internal combustion piston engines // Sci. Rep. 2023. V. 13. P. 20715. https://doi.org/10.1038/s41598-023-47763-9
  114. Wu J., Zhang M., Wang X., Li S., Wen W. A Simple approach for local contact angle determination on a heterogeneous surface // Langmuir: ACS J. Surfaces Colloids. 2011. V. 27. P. 5705–5708. https://doi.org/10.1021/la200697k.
  115. Xu Z., Li Z., Liu Q. Recent advances in studying colloidal interactions in mineral processing // Mining, Metallurgy Exploration. 2019. 36. P. 35–53. https://doi.org/10.1007/s42461-018-0023-9
  116. Yan J., Moreau A., Khodaparast S. et al. Bacterial biofilm material properties enable removal and transfer by capillary peeling // Adv. Materials. 2018. V. 30. https://doi.org/10.1002/adma.201804153
  117. Yuan Y., Hays M., Hardwidg P., Kim J. Surface characteristics influencing bacterial adhesion to polymeric substrates // RSC Adv. 2017. V. 7. P. 14254–14261. https://doi.org/10.1039/C7RA01571B.
  118. Zeng Ch., Van Paassen L.A., Zheng J. et al. Soil stabilization with microbially induced desaturation and precipitation (MIDP) by denitrification: a field study // Acta Geotechnica. 2022. V. 17. P. 5359–5374. https://doi.org/10.1007/s11440-022-01721-3
  119. Zhang B., Wang J., Liu Z. et al. Beyond Cassie equation: Local structure of heterogeneous surfaces determines the contact angles of microdroplets // Sci. Rep. 2014. V. 4. P. 5822. https://doi.org/10.1038/srep05822
  120. Zhang L., Wang S., Wang T. et al. Polishing mechanisms of various surfactants in chemical mechanical polishing relevant to cobalt interconnects // Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2023. V. 128. P. 5425–5436. https://doi.org/10.1007/s00170-023-12246-8
  121. Zorina A.S., Maksimova Y.G., Demakov V.A. Biofilm formation by monocultures and mixed cultures of Alcaligenes Faecalis 2 and Rhodococcus Ruber Gt 1 // Microbiology. 2019. V. 88(2). P. 164–171. https://doi.org/10.1134/S0026261719020140
  122. Zuo Y., Ding M., Bateni A., Hoorfar M., Neumann A. Improvement of interfacial tension measurement using a captive bubble in conjunction with axisymmetric drop shape analysis (ADSA) // Aspects. 2004. V. 250. P. 233–246. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2004.04.081

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Приложение
Скачать (194KB)
Метаданные
3. Рис. 1. Некоторые принципы предобработки данных для целей МО в почвоведении.

Скачать (131KB)
Метаданные
4. Рис. 2. Примерный вид распределений КУ на поверхностях образцов с устойчивыми следами биопленок (голубые столбики) и без них (розовые столбики) по собственным измерениям: 0 – предметное стекло: дезинфицирующий раствор и прокаливание, 1 – стекло с биопленкой, 12 – шлиф мраморного оникса, 13 – мраморный оникс с биопленкой, 86 – бентонит с биопленкой, 87 – бентонит: прокаливание, 108 – каолин: прокаливание, 109 – каолин с биопленкой.

Скачать (278KB)
Метаданные
5. Рис. 3. Сбалансированные признаки поверхности образцов, использованных для МО. Расшифровка обозначений признаков – в табл. 2.

Скачать (217KB)
Метаданные
6. Рис. 4. Кривая ROC для нейросети – классификатора образцов на наличие устойчивых следов биопленок с оптимальными характеристиками.

Скачать (71KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025