当前位置:首页 >> 学术资讯 >> 科研信息

光纤“听诊”,破解土壤“脉动”密码

2026/04/23

文章导读
当你还在依赖经验判断农田该不该浇水时,科学家已经用一根光纤给土壤做起了"CT 扫描”。传统监测往往要破坏土层且数据滞后,但这项登上《科学》的研究却利用背景噪声,首次捕捉到分钟级的土壤结构“脉动”。令人震惊的是,干燥土壤因毛细应力作用,地震波传播速度竟远快于湿润状态,这直接颠覆了常规认知。更关键的是,模型揭示了频繁翻耕如何像“瓶颈”一样锁死水分,而免耕却能构建地下蓄水库。如果不想让宝贵的灌溉水在表层瞬间蒸发,你真的还要继续沿用老式的耕作习惯吗?
— 内容由好学术AI分析文章内容生成,仅供参考。

土壤是地球的“皮肤”,更是全球农业与生态的基石。近日,由中国科学院地质与地球物理研究所领衔的国际研究团队运用分布式光纤传感技术(DAS),首次实时捕捉到了农田土壤在分钟级的结构波动,并通过独创的土壤结构模型揭示了耕作方式对土壤水分变化过程的影响。

为实现可再生农业,农学家一直以来在探寻有效方式评估耕作对土壤结构的影响。针对这个难题,研究团队利用分布式光纤技术,在不破坏土壤的前提下,实现连续、高分辨率的实时监测,通过记录大地背景噪声产生的地震波分析土壤结构变化。

研究团队发现,土壤中地震波传播速度在降雨和蒸发过程中产生高于预期数倍幅度的剧烈波动。少量水膜产生的毛细应力增加了颗粒间的结构强度,导致地震波在干燥土壤中比在湿润土壤中传播更快。这种波动反映了水分流动对土壤颗粒结构的独特作用。

研究团队提出“土壤动态毛细应力”模型,指出由于土壤孔隙的“瓶颈效应”,在脱水和吸水过程中,即使含水量相同,毛细应力的分布也不同。借助该模型,科研人员可以利用光纤数据像CT扫描一样还原土壤深处的孔隙网络特征。

研究揭示,不同耕作模式对土壤孔隙网络产生了截然不同的“改造”。在频繁翻土区域,短暂降雨导致水分淤积在浅表层无法渗透,并迅速蒸散流失;农具的重压也加速了浅部土壤毛细应力的抽水作用。而免耕或干扰较少的土壤则能保证水分迅速渗流与储存,为作物根部提供稳定供水。

研究通过地震学与农业科学的交叉,为科学认识植物与土壤的关系提供了新视角。未来,土壤的光纤传感与人工智能技术相结合,或为规模化、精细化农业管理提供更多数据支撑。

相关研究成果发表在《科学》(Science)上。

论文链接

光纤“听诊”,破解土壤“脉动”密码

分布式光纤传感揭示的耕作对土壤孔隙结构、水分变化的影响

光纤“听诊”,破解土壤“脉动”密码

光纤布设过程(左)和光纤所处的土壤状态(右)


版权声明:
文章来源地质与地球物理研究所,分享只为学术交流,如涉及侵权问题请联系我们,我们将及时修改或删除。

相关学术资讯
近期会议

2026年智慧教育与数据挖掘国际学术会议(SEDM 2026)(2026-06-27)

2026仪器仪表、先进材料与智能制造国际会议(ICIAMIM 2026)(2026-07-02)

2026年第五届机器学习、云计算与智能挖掘国际会议(2026-07-10)

2026年IEEE第三届先进机器人, 自动化工程与机器学习国际会议(ARAEML 2026)(2026-07-24)

第六届互联网技术与教育信息化国际学术会议 (ITEI 2026)(2026-07-24)

第五届航空航天工程与系统国际研讨会(ISAES 2026)(2026-07-24)

第十届教育、管理与社会科学国际学术会议 (ISEMSS 2026)(2026-07-24)

第六届电气工程与机电一体化技术国际学术会议(ICEEMT 2026)(2026-07-24)

第五届能源与电力系统国际学术会议 (ICEEPS 2026)(2026-07-24)

第九届声学、振动、噪声控制国际研讨会(CAVNC 2026)(2026-08-07)

2026年信息化教育、大数据与人工智能国际会议(IEBDA 2026)(2026-7-27)

2026年电子商务、品牌与市场营销国际学术会议(IACEBM 2026)(2026-7-27)

2026年凝聚态物理、量子材料与低温物理国际会议(CMPQMLTP 2026)(2026-7-6)

2026年大数据、区块链与智慧经济国际会议(ICBDBSE 2026)(2026-7-18)

2026年计算机工程与机械化设计制造国际会议(MDMCE 2026)(2026-7-25)

2026年人工智能赋能社会发展国际学术会议(AI4Society 2026)(2026-8-14)

2026化学工程、冶金工程与核科学技术国际会议(CEMEST 2026)(2026-7-9)

2026智慧交通、供应链与物流管理国际会议(STSCLM 2026)(2026-8-9)

2027年第十四届工业工程与应用国际会议 (ICIEA 2027)(2027-4-18)

2026年互联网、电子商务与多媒体技术国际会议(IEMT 2026)(2026-7-11)

小贴士:学术会议云是学术会议查询检索的第三方门户网站。它是会议组织发布会议信息、众多学术爱好者参加会议、找会议的双向交流平台。它可提供国内外学术会议信息预报、分类检索、在线报名、论文征集、资料发布以及了解学术资讯,查找会服机构等服务,支持PC、微信、APP,三媒联动。
综合推荐区