Decoding Climate–Soil Interactions in Kazakhstan’s Drylands: Insights from PCA and SHAP Analyses

2025

Толық мәтін Ашық қол жеткізу: Gold Метадеректер (CSL-JSON)
DOI 10.3390/su172310720
Деректер сенімділігі 70 орташа
Бұл баға қалай есептеледі

Ол жазбаның өзінің тексерілетін белгілерінен құралады: мақаланың DOI-і бар ма, оның деректерін қанша тәуелсіз дереккөз растады, міндетті өрістер толтырылған ба және соңғы растау қаншалықты жаңа. Дереккөздер арасындағы алшақтық пен идентификатордың болмауы бағаны төмендетеді. 80-нен бастап мән жазбаның қосымша тексерусіз жарияланғанын, 60-тан 79-ға дейін — оның сенімділігі төмен күйде жарияланғанын және қолмен тексеру ұсынылатынын білдіреді. Редактор қолмен тексерген жазбаны қайта есептеу 90-нан төмен түсірмейді. Бұл — мақаланың өзіне емес, ол туралы деректерімізге берілген баға.

Аңдатпа

Soil degradation in arid ecosystems is a major threat to sustainable development and food security, especially under accelerating climate change. Kazakhstan, where more than 70% of agricultural land suffers from salinisation, erosion, and humus loss, offers a representative case for studying climate-driven degradation. This study quantitatively assessed the influence of air temperature, precipitation, aridity index, and extreme climatic events on soil properties in the arid regions of western Kazakhstan (Atyrau and Mangystau). The analysis integrated long-term meteorological time series (1941–2023) with field and laboratory data (1967–2024) into a harmonised dataset of 1330 records. Principal component analysis (PCA) identified four degradation gradients explaining 73.6% of total variance, while Random Forest and SHAP algorithms quantified variable importance. Mean annual temperature, frequency of arid years, and aridity index were the strongest predictors of humus, salinity, pH, and CO2 parameters, with climate factors accounting for up to 30% of soil variability. The findings demonstrate that climatic stressors are the main drivers of soil degradation in arid zones, with climate factors explaining up to 30% of the variability in key soil properties (humus, salinity, pH, and CO2)—a substantial proportion that underscores their dominant role relative to local geochemical and anthropogenic influences. The proposed hybrid PCA—Random Forest/SHAP framework provides a robust tool for analysing climate–soil interactions and supports the design of adaptive land-use strategies to achieve Land Degradation Neutrality (LDN) in Kazakhstan and other arid regions.