你知道嗎？土壤也是有“脈搏”的，只是過去我們無法感知。近日，由我國科學家領銜的國際團隊發表研究成果，利用光纖傳感技術給土壤“把脈”，首次捕捉到土壤在降雨和蒸發過程中分鐘級的細微變化，並發現頻繁翻耕反而不利於土壤保水。

研究團隊由中國科學院地質與地球物理研究所副研究員施其斌領銜。他們採用的分布式光纖傳感技術，相當於給土壤接上一條“神經”。埋在地下的普通光纖能感知大地中無處不在的微弱震動，通過分析這些信號，研究人員可以在不破壞土壤的情況下，連續、實時監測土壤內部的結構變化。

研究發現，地震波在土壤中的傳播速度，在干燥時遠比濕潤時快。研究人員解釋，這是因為土壤顆粒間存在一層薄薄的水膜，干燥時水膜產生的毛細力反而把顆粒“拉”得更緊，讓土壤變得更結實﹔濕潤時水膜增厚，顆粒間的結構強度反而下降。更讓研究團隊驚訝的是，土壤結構在干濕變化過程中的波動比傳統的認識高出數倍。

基於這一發現，研究團隊提出“土壤動態毛細應力”模型。他們指出，土壤孔隙存在“瓶頸效應”——就像一根粗細不均的吸管，吸水和排水時，水被“卡”在不同的位置，導致即使含水量相同，土壤內部的毛細力分布也不一樣。研究人員強調，不能把土壤簡單看作一堆散沙，其內部的孔隙實際上是維持水循環的“毛細血管”。借助新模型，光纖數據可以像CT掃描一樣還原土壤深處的孔隙網絡結構。

研究進一步揭示了不同耕作方式對土壤孔隙網絡的影響。在頻繁翻耕的區域，雨水容易淤積在淺表層難以向下滲透，很快就被蒸發散失﹔農具的重壓還會加速淺層土壤的毛細作用，像一個抽水泵把深層水分反向抽到地表。而在免耕或很少翻動的土壤中，水分則能夠迅速下滲並儲存起來，為作物根部提供穩定供水。

這項研究通過地震學與農業科學的交叉，為理解植物與土壤的關系提供了新視角。未來，光纖傳感與人工智能技術的結合，有望為精細化農業管理提供更科學的數據支撐。（記者崔興毅）