光纤技术实现农田土壤水分快速实时监测

北京，3月20日——土壤含水量一直是农业生产的关键基础，直接影响着作物生长和产量。近日，中国科学院地质与地球物理研究所等单位的科学团队，携手开发了一项利用分布式光纤传感的新技术，打造出了“土壤听诊器”。这套设备首次能够以分钟为单位，实时监视农田土壤水分的动态变化，为分析不同耕作方式对土壤健康的影响打开了全新窗口。相关成果已于20日发表于《科学》杂志。

农学界长期关注如何在不扰动土壤的情况下，准确捕捉耕作方式对土壤结构造成的影响。为破局，研究团队把光纤布设到农田表层，通过监听土壤中地震波传播速度的改变，捕捉大地噪音如何影响土壤粒子结构，从而追踪土壤的动态变化。

科研人员创新提出了名为“土壤动态毛细应力”的新理论。论文主要作者、通讯作者——中国科学院地质与地球物理研究所副研究员施其斌介绍：“与其把土壤看作普通的颗粒集合，不如将其理解为多孔媒介，孔隙结构如同一张毛细血管网，支撑着水分的不断循环。”应用这个模型，利用光纤传感收集到的数据，能像做CT一样，把土壤深处的孔隙网络特征展现得更加清楚和直观。

新技术不仅能实时监测水分流动，还能识别各类耕作方式对土壤结构的影响。在传统频繁翻耕区域，光纤数据显示，降雨时水分多积于浅层且渗透速度慢，随后又容易迅速蒸发。而农机频繁作业又加剧浅层土壤的毛细抽水，使水分流失更加严重。相比之下，在免耕或人为干扰较低的地块，水分能够高效下渗并储存，更好地保障作物根系对水的需求，就像一块充足的海绵。

施其斌表示，这项研究巧妙地将地震学监测方法应用到农业领域，拓展了对植物和土壤关系的理解。展望未来，光纤传感与人工智能相结合，有望实现更大范围、更高精度的农田土壤实时监测，为节水农业和精细化管理提供强有力的数据保障。