Штучний інтелект рятує пшеницю від отруйного кадмію

Нові ґрунтові моделі, засновані на даних, здатні забезпечити безпечне вирощування пшениці в умовах забруднення кадмієм без зайвого регулювання.

Кадмій — «токсичний важкий метал, що накопичується в сільськогосподарських культурах» — особливо небезпечний для пшениці, яка “має вищу здатність до його поглинання порівняно з рисом”, зазначено в дослідженні. Попри дотримання стандартів, в умовах китайських сівозмін пшениця часто перевищує граничні рівні цього елементу. Перегляд норм лише посилив обмеження, але без покращення точності прогнозів, це призводить до надмірного регулювання. У відповідь на ці проблеми дослідники з Китаю та США розробили нові моделі, здатні точніше оцінювати ризики.

У дослідженні порівняно традиційні статистичні методи з сучасними алгоритмами машинного навчання та геохімічними підходами. Серед 311 парних зразків ґрунту й пшениці виявлено три ключові фактори впливу: вміст кадмію, pH і катіонообмінна здатність. На основі цих змінних створено низку моделей, зокрема з використанням “екстрагованого CaCl? для представлення біодоступної фракції”. Найефективнішою виявилася модель «екстремально рандомізовані дерева» з найнижчими показниками похибки RMSE 0,221 та MAE 0,165.

Ці моделі дозволили “зворотно розрахувати нові порогові значення кадмію в ґрунті відповідно до національних лімітів”, що є надійнішими за існуючі нормативи. Урахування pH підвищило прогностичну точність та знизило потребу у всеохопній рекультивації. Як зазначає професор Сюеюань Гу: «Нашою метою було створити практичний інструмент, який фермери можуть використовувати безпосередньо». Результати вже можуть стати частиною національних моніторингових програм.

Інтеграція штучного інтелекту в агрономію є кроком до аграрної політики, що базується на даних. За словами авторів, розширення баз даних сприятиме трансформації моделей у системи реального консультування, що підвищить продовольчу безпеку. Це дослідження — зразок поєднання наукової точності з практичними потребами сільського господарства.