Multitask Deep Learning Enabling a Synergy for Cadmium and Methane Mitigation with Biochar Amendments in Paddy Soils

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作者
Mengmeng Yin,Xin Zhang,Fangbai Li,Xiliang Yan,Xiaoxia Zhou,Qiwang Ran,Kai Jiang,Thomas Borch,Liping Fang
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:58 (3): 1771-1782 被引量:49
标识
DOI:10.1021/acs.est.3c07568
摘要

Biochar has demonstrated significant promise in addressing heavy metal contamination and methane (CH4) emissions in paddy soils; however, achieving a synergy between these two goals is challenging due to various variables, including the characteristics of biochar and soil properties that influence biochar's performance. Here, we successfully developed an interpretable multitask deep learning (MTDL) model by employing a tensor tracking paradigm to facilitate parameter sharing between two separate data sets, enabling a synergy between Cd and CH4 mitigation with biochar amendments. The characteristics of biochar contribute similar weightings of 67.9% and 62.5% to Cd and CH4 mitigation, respectively, but their relative importance in determining biochar's performance varies significantly. Notably, this MTDL model excels in custom-tailoring biochar to synergistically mitigate Cd and CH4 in paddy soils across a wide geographic range, surpassing traditional machine learning models. Our findings deepen our understanding of the interactive effects of Cd and CH4 mitigation with biochar amendments in paddy soils, and they also potentially extend the application of artificial intelligence in sustainable environmental remediation, especially when dealing with multiple objectives.
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