北京
来源：光明日报
本报北京3月23日电（记者崔兴毅）
你知道吗？土壤也是有“脉搏”的，只是过去我们无法感知。近日，由我国科学家领衔的国际团队发表研究成果，利用光纤传感技术给土壤“把脉”，首次捕捉到土壤在降雨和蒸发过程中分钟级的细微变化，并发现频繁翻耕反而不利于土壤保水。
研究团队由中国科学院地质与地球物理研究所副研究员施其斌领衔。他们采用的分布式光纤传感技术，相当于给土壤接上一条“神经”。埋在地下的普通光纤能感知大地中无处不在的微弱震动，通过分析这些信号，研究人员可以在不破坏土壤的情况下，连续、实时监测土壤内部的结构变化。
研究发现，地震波在土壤中的传播速度，在干燥时远比湿润时快。研究人员解释，这是因为土壤颗粒间存在一层薄薄的水膜，干燥时水膜产生的毛细力反而把颗粒“拉”得更紧，让土壤变得更结实；湿润时水膜增厚，颗粒间的结构强度反而下降。更让研究团队惊讶的是，土壤结构在干湿变化过程中的波动比传统的认识高出数倍。
基于这一发现，研究团队提出“土壤动态毛细应力”模型。他们指出，土壤孔隙存在“瓶颈效应”——就像一根粗细不均的吸管，吸水和排水时，水被“卡”在不同的位置，导致即使含水量相同，土壤内部的毛细力分布也不一样。研究人员强调，不能把土壤简单看作一堆散沙，其内部的孔隙实际上是维持水循环的“毛细血管”。借助新模型，光纤数据可以像CT扫描一样还原土壤深处的孔隙网络结构。
研究进一步揭示了不同耕作方式对土壤孔隙网络的影响。在频繁翻耕的区域，雨水容易淤积在浅表层难以向下渗透，很快就被蒸发散失；农具的重压还会加速浅层土壤的毛细作用，像一个抽水泵把深层水分反向抽到地表。而在免耕或很少翻动的土壤中，水分则能够迅速下渗并储存起来，为作物根部提供稳定供水。
这项研究通过地震学与农业科学的交叉，为理解植物与土壤的关系提供了新视角。未来，光纤传感与人工智能技术的结合，有望为精细化农业管理提供更科学的数据支撑。
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