總臺記者從中國科學院地質與地球物理研究所獲悉，該所施其斌領銜的國際研究團隊運用分布式光纖傳感技術（DAS）首次捕捉到了農田土壤在分鐘級的結構波動，并通過獨創(chuàng)的土壤結構模型揭示了耕作方式對土壤水分變化過程的影響。該成果3月20日在國際學術期刊《科學》發(fā)表。
為實現(xiàn)可再生農業(yè)，農學家一直以來在探尋有效方式評估耕作對土壤結構的影響。在這項研究中，研究團隊在不破壞土壤的前提下，實現(xiàn)連續(xù)、高分辨率實時監(jiān)測。通過記錄大地背景噪聲產生的地震波，用以分析土壤結構變化。研究發(fā)現(xiàn)，土壤中地震波傳播速度在降雨和蒸發(fā)過程中產生高于預期數倍幅度的劇烈波動。地震波在干燥土壤中比在濕潤土壤中傳播更快，因為少量水膜產生的毛細應力增加了顆粒間的結構強度。研究團隊發(fā)現(xiàn)的波動反映了水分流動對土壤顆粒結構的獨特作用。
本項研究揭示出不同耕作模式對土壤孔隙網絡產生了截然不同的“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；農具的重壓也加速了淺部土壤毛細應力的抽水作用。而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。
本研究通過地震學與農業(yè)科學的交叉，為科學認識植物與土壤的關系提供了新視角。未來，土壤的光纖傳感與人工智能技術相結合，或為規(guī)?；⒕毣r業(yè)管理提供更多數據支撐。
