記者14日從農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測(cè)所獲悉，該所產(chǎn)地環(huán)境監(jiān)測(cè)與預(yù)警創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)日前在國際期刊《危險(xiǎn)材料雜志》上發(fā)表了一項(xiàng)重要成果，首次構(gòu)建了基于機(jī)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(cè)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(shí)現(xiàn)了修復(fù)材料的精準(zhǔn)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(jìn)入食物鏈，從而對(duì)人類健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。生物炭因其獨(dú)特的多孔結(jié)構(gòu)、高穩(wěn)定性及強(qiáng)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嵶髡摺F(tuán)隊(duì)首席科學(xué)家安毅告訴科技日?qǐng)?bào)記者，傳統(tǒng)修復(fù)材料生物炭篩選主要依賴田間試驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)室培養(yǎng)的“試錯(cuò)法”，存在周期長(zhǎng)、成本高、地域適配性差、機(jī)制認(rèn)知模糊等痛點(diǎn)。
針對(duì)這些痛點(diǎn)，研究團(tuán)隊(duì)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(píng)議文獻(xiàn)近1700篇，系統(tǒng)分析了234組試驗(yàn)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(tuán)隊(duì)副研究員杜兆林介紹，研究突破性地將機(jī)器學(xué)習(xí)算法引入修復(fù)材料設(shè)計(jì)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(cè)模型。
通過特征工程及超參數(shù)優(yōu)化后的隨機(jī)森林算法，該模型實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)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(dòng)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(cè)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(shí)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。
