Machine learning-assisted model for predicting biochar efficiency in colloidal phosphorus immobilisation in agricultural soils

生物炭 土壤水分 农业 环境科学 胶体 农业工程 农学 土壤科学 化学 化学工程 工程类 生态学 生物 有机化学 热解
作者
Kamel Mohamed Eltohamy,Mohamed G. Alashram,Ahmed Islam ElManawy,Daniel Menezes‐Blackburn,Sangar Khan,Junwei Jin,Xinqiang Liang
出处
期刊:Biochar [Springer Nature]
卷期号:7 (1) 被引量:4
标识
DOI:10.1007/s42773-025-00442-6
摘要

Abstract The loss of colloidal phosphorus (P coll ) from agricultural lands significantly contributes to nonpoint source nutrient pollution of receiving waters. This study aimed to develop an advanced machine learning (ML) model to predict the immobilisation efficiency of P coll (IE-P coll ) by biochar in agricultural soils. Six ML algorithms were evaluated using a dataset containing 18 biochar- and soil-related variables. The random forest (RF) algorithm outperformed the others (R 2 = 0.936–0.964, RMSE = 2.536–3.367), achieving superior test performance (R 2 = 0.971, RMSE = 2.276). Key biochar-related parameters, such as oxygen content, total phosphorus content, and application rate were found to be stronger drivers of IE-P coll than most soil parameters. Soil Olsen-P was found to be a more reliable predictor of IE-P coll than the other soil-related parameters. Feature selection techniques narrowed down the original 18 features to the most critical ones, enhancing the performance of the model. A graphical user interface based on the optimised model was developed to provide practical field-based predictions of IE-P coll under varying conditions. This study highlights the strong potential of using biochar as a sustainable soil amendment to enhance P coll immobilisation, thereby reducing non-point source nutrient pollution from agricultural soils. Graphical Abstract
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