科技日報北京3月20日電 （記者陸成寬）土壤的水分狀況是農業生產基礎，決定著作物的生長態勢與最終收成。來自中國科學院地質與地球物理研究所等單位的科研人員，利用分布式光纖傳感技術，打造出一款土壤“聽診器”，首次實現對農田土壤水分波動的分鐘級實時監測，為理解不同耕作方式對土壤健康的影響提供了全新視角。相關研究成果20日在線發表於《科學》雜志。

在不破壞土壤的前提下，如何精准掌握耕作方式對土壤結構的影響，是農學家長期以來面臨的難題。為破解這一困境，研究團隊將光纖鋪設在農田土壤表面，通過捕捉大地背景噪聲產生的地震波在土壤中的傳播速度變化，來反推土壤顆粒結構的動態。

團隊提出了全新的“土壤動態毛細應力”模型。論文第一作者兼通訊作者、中國科學院地質與地球物理研究所副研究員施其斌說：“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，孔隙結構是維持水循環的‘毛細血管’。”借助這一模型，光纖監測數據能像CT掃描一樣，清晰還原出土壤深處的孔隙網絡特征。

這項技術還能“診斷”出不同耕作方式對土壤的改造痕跡。在傳統頻繁翻耕的區域，光纖數據顯示，短暫的降雨導致水分淤積在淺表層難以滲透，隨后又迅速蒸發散失。同時，農具的重壓加速了淺層土壤的毛細抽水作用，加劇了水分流失。而在免耕或人為干擾較少的土壤中，水分能夠迅速向下滲流並儲存起來，像海綿一樣為作物根系穩定供水。

施其斌表示，這項研究巧妙地將地震學觀測手段應用於農業科學研究，為認識植物與土壤的相互作用提供了新視角。未來，光纖傳感結合人工智能技術，有望實現對大范圍農田土壤墒情的高精度、實時監測，為發展節水農業和精細化管理提供堅實的數據支撐。