中新網(wǎng)北京3月20日電 (記者 孫自法)作為全球農(nóng)業(yè)與生態(tài)的基石，有地球“皮膚”之譽的土壤如何受耕作方式影響？長期以來頗受學界關(guān)注。

　　實現(xiàn)不破壞土壤實時監(jiān)測

　　中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所施其斌副研究員領(lǐng)銜的國際研究團隊，最新研究運用被形象稱為光纖“聽診器”的分布式光纖傳感技術(shù)(DAS)，首次捕捉到農(nóng)田土壤在分鐘級的結(jié)構(gòu)波動，并通過獨創(chuàng)的土壤結(jié)構(gòu)模型揭示了耕作方式對土壤水分變化過程的影響。

　　北京時間3月20日凌晨，這項重要研究成果論文在國際學術(shù)期刊《科學》(Science)上線發(fā)表。研究團隊認為，未來，土壤的光纖傳感與人工智能(AI)技術(shù)相結(jié)合，或為規(guī)模化、精細化農(nóng)業(yè)管理提供更多數(shù)據(jù)支撐。

　　論文第一作者和通訊作者施其斌介紹說，為實現(xiàn)可再生農(nóng)業(yè)，農(nóng)學家一直以來在探尋有效方式評估耕作對土壤結(jié)構(gòu)的影響。本項研究中，研究團隊利用光纖“聽診器”，在不破壞土壤的前提下，實現(xiàn)連續(xù)、高分辨率的實時監(jiān)測；通過記錄大地背景噪聲產(chǎn)生的地震波，用以分析土壤結(jié)構(gòu)變化。

　　研究團隊發(fā)現(xiàn)，土壤中地震波傳播速度在降雨和蒸發(fā)過程中產(chǎn)生高于預(yù)期數(shù)倍幅度的劇烈波動；地震波在干燥土壤中比在濕潤土壤中傳播更快；波動反映了水分流動對土壤顆粒結(jié)構(gòu)的獨特作用。

　　學科交叉研究提供新視角

　　研究團隊通過建立“土壤動態(tài)毛細應(yīng)力”模型指出，由于土壤孔隙的“瓶頸效應(yīng)”，在脫水和吸水過程中，即使含水量相同，毛細應(yīng)力的分布也不同。

　　施其斌表示，與其將土壤視作簡單的顆粒集合體，不如將其視為多孔介質(zhì)，孔隙結(jié)構(gòu)是維持水循環(huán)的“毛細血管”。借助新建模型，光纖數(shù)據(jù)能像計算機斷層掃描(CT)一樣還原土壤深處的孔隙網(wǎng)絡(luò)特征。

　　這項研究還通過地震學與農(nóng)業(yè)科學的交叉，為科學認識植物與土壤的關(guān)系提供了新視角，發(fā)現(xiàn)不同耕作模式對土壤孔隙網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生了截然不同的“改造”：在頻繁翻土區(qū)域，短暫降雨導致水分淤積在淺表層無法滲透，并迅速蒸散流失；農(nóng)具的重壓也加速了淺部土壤毛細應(yīng)力的抽水作用；免耕或干擾較少的土壤則能保證水分迅速滲流與儲存，為作物根部提供穩(wěn)定供水。(完)