Soil microorganisms control organic matter cycling and largely determine how soil systems can cope with and mitigate climate change and environmental threats. Representing microbial dynamics in process-based soil models is therefore critical to predict carbon cycling in soils, albeit highly challenging to inform from data. One promising approach to improve their parametrisation is the integration of genomic data, yet modelling the complex and unknown relationship between genomes and the processes the microbes are driving is an unsolved problem. In this work, we present the first hybrid modeling framework for deriving biokinetic parameter values of a process-based soil organic matter turnover model from metagenome-inferred functional traits based on DNA sequencing data. Our model predicts biokinetic parameters of the process-based model from genomic trait data with a neural network and integrates constraints from ecological theory and literature to ensure realistic behavior, even of non-observed state variables. We evaluate our method on synthetic genomic trait datasets of varying complexity and on real data, showing that our approach improves performance over multiple baselines and learns the dynamics of unmeasurable components of the process-based model effectively, even for small training datasets.


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ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
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