福州团队揭示耕作对土壤水分影响

福州科研力量参与突破：中科院团队用光纤传感解码福建农田土壤“呼吸节律”

【金色港湾资讯网为您推荐阅读】

3月20日，国际顶级期刊《科学》在线刊发由中国科学院地质与地球物理研究所施其斌研究员牵头的跨国合作成果。该研究首次将分布式光纤传感技术应用于农田土壤动态监测，在分钟级时间尺度上捕捉到土壤结构的实时响应——这项技术已在福建多地农田开展前期适配性验证，为东南丘陵区水土保持提供本地化观测新路径。

作为地球表层最活跃的“皮肤”，土壤结构直接影响福建山地茶园、沿海蔬菜基地等典型农区的水分利用效率。研究团队摒弃传统取样扰动方式，依托埋设于田间的光纤缆线，持续捕获由自然背景噪声激发的微弱地震波信号，从而无损解析土壤孔隙网络的瞬时变化。

数据分析显示：在降雨入渗与表层蒸发过程中，土壤中地震波传播速度波动幅度达理论预估值的数倍。其机理在于——微量水分形成的液桥显著增强颗粒间毛细应力，使干燥土壤反而表现出更高的波速；这一反直觉现象，恰恰印证了水分迁移对土壤骨架力学特性的动态调控作用。

基于此，团队构建“土壤动态毛细应力”模型，指出孔隙结构存在显著的滞后效应：脱水与吸水路径中，即便含水量一致，毛细应力的空间分布亦不相同。“土壤不是静态颗粒堆，而是具有记忆功能的多孔介质，其孔隙如同维系水循环的‘毛细血管’。”施其斌解释道。该模型使光纤数据具备类似医学CT的深层成像能力，可精准反演福州近郊试验田30厘米深度内的孔隙连通性特征。

对比试验揭示耕作方式的深层影响：在福州周边频繁翻耕的菜田中，短时降雨易致表层积水难以下渗，叠加农机碾压加剧浅层毛细抽提，水分蒸散速率显著升高；而闽北部分推广免耕的生态茶园，则展现出更强的入渗能力和持水稳定性，为茶树根系营造了更均衡的水分环境。

这项融合地震学原理与农业生态需求的交叉研究，不仅刷新了对土壤—植物—水分互作机制的认知，也为福建建设数字农田、发展节水型现代农业提供了可落地的技术接口。后续，光纤传感数据将与AI算法深度融合，助力实现从“看天吃饭”到“知土耕作”的范式升级。