記者14日從農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)境保護科研監(jiān)測所獲悉，該所產(chǎn)地環(huán)境監(jiān)測與預(yù)警創(chuàng)新團隊日前在國際期刊《危險材料雜志》上發(fā)表了一項重要成果，首次構(gòu)建了基于機器學(xué)習(xí)的生物炭修復(fù)農(nóng)田土壤鎘污染效果智能預(yù)測模型。該技術(shù)通過深入量化生物炭結(jié)構(gòu)性質(zhì)、土壤理化性質(zhì)與修復(fù)效果之間的復(fù)雜關(guān)聯(lián)，成功實現(xiàn)了修復(fù)材料的精準匹配與方案優(yōu)化。
“鎘作為一種常見的農(nóng)田土壤重金屬污染物，容易通過作物富集進入食物鏈，從而對人類健康構(gòu)成嚴重威脅。生物炭因其獨特的多孔結(jié)構(gòu)、高穩(wěn)定性及強吸附能力，被廣泛用于重金屬污染土壤的鈍化修復(fù)?！闭撐耐ㄓ嵶髡?、團隊首席科學(xué)家安毅告訴科技日報記者，傳統(tǒng)修復(fù)材料生物炭篩選主要依賴田間試驗或?qū)嶒炇遗囵B(yǎng)的“試錯法”，存在周期長、成本高、地域適配性差、機制認知模糊等痛點。
針對這些痛點，研究團隊以生物炭修復(fù)農(nóng)田土壤鎘污染為基礎(chǔ)，檢索過去二十年中發(fā)表的同行評議文獻近1700篇，系統(tǒng)分析了234組試驗數(shù)據(jù)，最終建立了生物炭修復(fù)土壤鎘污染的案例庫。
論文第一作者、團隊副研究員杜兆林介紹，研究突破性地將機器學(xué)習(xí)算法引入修復(fù)材料設(shè)計領(lǐng)域，成功構(gòu)建了包含“生物炭結(jié)構(gòu)性質(zhì)—土壤理化性質(zhì)—施用參數(shù)”的智能預(yù)測模型。
通過特征工程及超參數(shù)優(yōu)化后的隨機森林算法，該模型實現(xiàn)了多項創(chuàng)新：明確生物炭結(jié)構(gòu)性質(zhì)為首要影響因素，其中pH值是決定性參數(shù)；具備動態(tài)模擬能力，只需輸入特定土壤的理化性質(zhì)數(shù)值和生物炭結(jié)構(gòu)性質(zhì)數(shù)值，即可輸出鎘鈍化效率預(yù)測值，誤差范圍控制在±5%以內(nèi)；可提供區(qū)域適配方案，提供實現(xiàn)區(qū)域最佳鎘污染鈍化效果的理想生物炭結(jié)構(gòu)性質(zhì)數(shù)據(jù)集。
