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農業が土壌の自然構造をどのように破壊するかを光ファイバーセンサーが明らかに—-中国科学院

土壌は単に「土」として認識されがちですが、実際には、地球の天然スポンジのような働きをするダイナミックな生命システムです。残念なことに、中国科学院地質地球物理研究所（IGGCAS）のSHI Qibin博士が国際パートナーと協力して主導した新しい研究によると、深耕や重機の使用などの一般的な農業慣行は、この自然システムを大きく混乱させる可能性があるという。この研究は、 科学 3月19日の論文は、健康な土壌には、微細な孔と水路からなる自然の内部「配管」ネットワークがあり、これによって水が地中深く浸透し、植物の根に利用できるようになることが示された。頻繁な耕作やトラクターの交通量が多いと、土壌の構造が破壊されるだけでなく、作物が洪水や干ばつの両方に耐えられるようにする土壌の能力も低下します。研究チームは新しい技術を使用して、掘削せずに地下の土壌プロセスを観察しました。研究者らは、高速インターネット ネットワークで使用されるものと同様の標準的な光ファイバー ケーブルを、英国のハーパー アダムス大学の実験農場全体に設置された大規模センサー アレイに変換しました。このアレイを使用して水の流れによって生成される小さな地面の振動を検出することにより、研究者らは土壌を通る水の動きを分刻みで監視することができました。彼らは、高解像度の光ファイバーデータを使用して、雨が激しく耕作された土壌の表面近くに溜まる傾向があることを観察しました。水は浅いままであるため、日光によって急速に蒸発し、より深い土壌層が乾燥した状態になります。対照的に、荒らされていない土壌は効率的な天然フィルターとして機能し、水を素早く吸収し、乾燥期に植物がアクセスできる深い層に水を蓄えます。これらの観察を説明するために、研究チームは土壌細孔構造内の「インクボトル効果」を想定した動的毛細管応力モデルを開発した。つまり、水は細孔（瓶）に流れ込みやすいのですが、流れ出しにくいのです。これらの違いは、たとえ全体の水分含有量が同じであっても、土壌が乾燥しているか湿っているかに応じて、土壌を多かれ少なかれ強く保持する毛細管力に起因します。このモデルは、一般に土壌の強度が主に総水分含有量に依存すると仮定する従来の土壌力学よりもはるかに複雑です。これらの自然構造を保存することは、気候変動によってますます極端になる気象条件に作物が適応するのを助けるために重要であると研究者らは説明した。この研究は、土地を物理的に乱すことなく土壌水系の健全性を評価するために、分散型光ファイバーセンシングと農業地震学のより大きな分野を導入した点で注目に値する。このようにして地球の声を「聞く」ことで、科学者や農家は農地の土壌状態をリアルタイムで「診断」し、持続可能な食料生産のためのより回復力のある戦略を開発できるようになります。分散音響センシングによって明らかにされる、土壌の多孔質構造と水文学的プロセスに対する農業実践の影響。 (画像提供: IGGCAS)光ファイバーケーブルの敷設（左）とケーブル付近の土壌の状態。 (画像提供：マリーン・デノール) #農業が土壌の自然構造をどのように破壊するかを光ファイバーセンサーが明らかに中国科学院