Thông tin dự án
Tên dự án
Ứng dụng AI dự đoán khả năng tích lũy Arsenic trong gạo dưới tác động của biến đổi khí hậu
Tóm tắt
Arsenic (As) là một nguyên tố độc hại có thể tích lũy trong hạt gạo, ảnh hưởng đến sức khỏe con người, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu (BĐKH) làm thay đổi các điều kiện môi trường đất – nước. Nghiên cứu này ứng dụng các mô hình học máy (XGBoost và Random Forest), để xây dựng mô hình dự đoán hàm lượng As trong hạt gạo dựa trên bộ dữ liệu gồm 1174 mẫu thu thập từ các vùng trồng lúa khắp Việt Nam. Mô hình sau đó được sử dụng để đánh giá xu hướng tích lũy As trong gạo theo các kịch bản biến đổi khí hậu (RCP 4.5, RCP 8.5) tại Việt Nam. Kết quả cho thấy nồng độ As có xu hướng tăng dần theo thời gian với mức độ tích lũy cao hơn trong kịch bản 8.5, phản ánh tác động tiêu cực của BĐKH đối với an toàn thực phẩm. Nghiên cứu này cung cấp công cụ dự báo hữu ích cho các nhà hoạch định chính sách và nông dân trong việc giảm thiểu rủi ro ô nhiễm As trong sản xuất lúa gạo.
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Hữu Tân Long
K67 Khoa học Môi trường
Giáo viên hướng dẫn
GS.TS. Nguyễn Ngọc Minh
Khoa Môi trường – Trường ĐHKHTN, ĐHQGHN
Các tính năng chính
Dự đoán nồng độ Asen trong gạo
Ứng dụng Machine Learning để dự đoán nồng độ Asen trong gạo dựa trên các yếu tố môi trường và khí hậu.
Kịch bản biến đổi khí hậu tác động tới nồng độ Asen
Phân tích các kịch bản biến đổi khí hậu và ảnh hưởng của chúng đến sự tích tụ Asen trong gạo.
Tài liệu
Tổng hợp tài liệu trong nghiên cứu về mối quan hệ giữa biến đổi khí hậu và sự tích tụ Asen trong gạo.
Giới thiệu vấn đề
Gạo là nguồn lương thực thiết yếu, chiếm hơn một nửa khẩu phần ăn của dân số toàn cầu. Trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng gia tăng, việc đảm bảo an toàn và bền vững trong sản xuất lúa gạo đang đối mặt với nhiều thách thức. Một trong những vấn đề đáng quan tâm nhưng thường bị bỏ qua là tác động của biến đổi khí hậu đến hàm lượng Arsenic (As) trong hạt gạo - một kim loại nặng độc hại ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người.
Arsenic tự nhiên tồn tại trong vỏ Trái Đất và phân bố rộng rãi trong môi trường. Việc phơi nhiễm với As có thể gây ra các bệnh lý nghiêm trọng về phổi, tim mạch và ung thư. Đặc biệt, sự tích lũy As trong hạt gạo được xem là một trong những nguy cơ phổ biến và đáng lo ngại nhất, nhất là ở các quốc gia châu Á như Việt Nam - nơi gạo là thực phẩm chủ đạo trong khẩu phần ăn hằng ngày.
Quá trình tích tụ As trong hạt gạo là kết quả của nhiều tương tác phi tuyến giữa các yếu tố môi trường. Phân tích ma trận tương quan cho thấy không có mối liên hệ tuyến tính mạnh giữa các yếu tố đầu vào và hàm lượng As trong gạo. Trong khi đó, biến đổi khí hậu đang làm biến động chu trình As trong hệ sinh thái đất lúa, có khả năng làm gia tăng tỷ lệ Arsenite - dạng As độc tính cao - trong vùng rễ cây lúa.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu được thực hiện với các bước cụ thể như sau:
- Thu thập dữ liệu: Bộ dữ liệu sử dụng gồm 1.174 mẫu từ nhiều vùng trồng lúa rải rác khắp Việt Nam, bao gồm thông tin chi tiết về đặc điểm đất, điều kiện khí hậu và nồng độ As trong hạt gạo.
- Phát triển mô hình học máy: Áp dụng các thuật toán XGBoost và Random Forest nhằm xây dựng mô hình dự đoán nồng độ As trong gạo dựa trên các yếu tố môi trường và khí hậu.
- Mô phỏng kịch bản biến đổi khí hậu: Thực hiện mô phỏng theo hai kịch bản biến đổi khí hậu chính – RCP 4.5 (kịch bản phát thải trung bình) và RCP 8.5 (kịch bản phát thải cao) – để dự đoán xu hướng tích lũy As trong hai giai đoạn: giữa thế kỷ và cuối thế kỷ 21.
- Phân tích xu hướng: Phân tích xu hướng và dự báo tác động của biến đổi khí hậu lên nồng độ As trong gạo theo các kịch bản biến đổi khí hậu khác nhau trong tương lai đưa ra góc nhìn về mức độ rủi ro tiềm ẩn đối với an toàn thực phẩm và sức khỏe cộng đồng.
Ý nghĩa của nghiên cứu
Nghiên cứu có nhiều ý nghĩa trong thực tế như:
- Hỗ trợ quản lý và hoạch định chính sách nông nghiệp: Các cơ quan quản lý có thể sử dụng thông tin dự đoán để quy hoạch vùng trồng lúa an toàn, lựa chọn giống lúa thích ứng, điều chỉnh lịch thời vụ và xây dựng các chính sách hỗ trợ nông dân ứng phó với biến đổi khí hậu.
- Đánh giá hiệu quả các biện pháp can thiệp: Mô hình có thể được dùng để đánh giá hiệu quả của các kỹ thuật canh tác tiên tiến, các biện pháp quản lý đất và nước nhằm giảm thiểu nguy cơ tích tụ Asen trong gạo dưới các điều kiện khí hậu khác nhau.
- Cung cấp thông tin cảnh báo sớm: Khả năng dự đoán nồng độ Asen trước vụ thu hoạch cho phép các cơ quan chức năng và người nông dân chủ động thực hiện các biện pháp kiểm soát chất lượng, đảm bảo an toàn thực phẩm cho người tiêu dùng.
- Hỗ trợ người nông dân lựa chọn phương pháp canh tác: Nông dân có thể dựa trên thông tin dự đoán để đưa ra quyết định về phương pháp canh tác, thời điểm gieo trồng và thu hoạch phù hợp, giảm thiểu rủi ro ô nhiễm Asen và tối ưu hóa năng suất.
- Nâng cao nhận thức cộng đồng: Kết quả và thông tin từ mô hình có thể được sử dụng để tuyên truyền, nâng cao nhận thức của cộng đồng về nguy cơ ô nhiễm Asen do biến đổi khí hậu và các biện pháp phòng tránh hiệu quả.