近日，廣東省科學(xué)院生態(tài)環(huán)境與土壤研究所研究員李芳柏團隊與河南師范大學(xué)副教授張鑫合作，利用機器學(xué)習(xí)揭示了生物炭減緩稻田鎘污染和甲烷排放的協(xié)同機制與潛能。相關(guān)成果以副封面文章的形式發(fā)表于《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》。

稻田為世界上一半以上人口提供糧食，其可持續(xù)性發(fā)展是一個全球關(guān)注的問題。然而，稻田重金屬污染已成為威脅全世界糧食安全的環(huán)境問題。鎘是稻田土壤中最廣泛存在的重金屬，并且在水稻中的生物積累因子高于其他谷物。同時，稻田中溫室氣體（主要是甲烷）的大量排放會導(dǎo)致氣候變化，進(jìn)而破壞全球水稻生產(chǎn)力，因此稻田甲烷的排放進(jìn)一步加劇了稻米安全的挑戰(zhàn)。面對這一普遍存在的水稻困境，生物炭技術(shù)已經(jīng)顯示出其潛力。然而，由于生物炭的多樣性和缺乏成熟的評估工具，在稻田土壤中實現(xiàn)生物炭的多目標(biāo)修復(fù)仍然是一個突出的問題。

李芳柏團隊基于軟參數(shù)共享算法開發(fā)了可解釋的多任務(wù)深度學(xué)習(xí)（MTDL）模型，探索了生物炭修復(fù)稻田鎘污染協(xié)同減排甲烷的潛力。該模型可以準(zhǔn)確地預(yù)測生物炭的協(xié)同效率，從而實現(xiàn)在稻田土壤中利用生物炭協(xié)同緩解鎘污染和甲烷排放。此外，該模型還定量了生物炭特性中決定鎘污染和甲烷減排協(xié)同作用的關(guān)鍵因素，這將為實踐中用于水稻土壤修復(fù)的理想生物炭的制定提供制造指南和標(biāo)準(zhǔn)。

在可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的背景下，水稻土壤修復(fù)需要平衡氣候變化、碳足跡、土壤質(zhì)量改善和食品生產(chǎn)安全等多個目標(biāo)，而該MTDL模型可以進(jìn)一步擴展，納入更多獨立的數(shù)據(jù)集，以實現(xiàn)多個目標(biāo)之間的協(xié)同。

該研究為生物炭可持續(xù)治理土壤問題提供了一個范例，研究結(jié)果極大地擴展了人工智能在可持續(xù)土壤修復(fù)中的潛力。

上述研究得到國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃、廣東省重點研發(fā)計劃、廣東省科技計劃等項目的支持。