Nghiên cứu này đưa ra lời giải thích rõ ràng về lý do tại sao quá trình cày xới lại làm thay đổi cấu trúc đất. Ảnh: Marine Denolle/Đại học Washington

Cày bừa là một phương pháp canh tác lâu đời nhằm chuẩn bị đất cho việc gieo trồng bằng cách lật lớp đất mặt để lộ ra lớp đất mới. Phương pháp này – nhằm mục đích cải thiện sự lưu thông nước và chất dinh dưỡng – vẫn phổ biến cho đến ngày nay, nhưng những lo ngại về sự suy thoái đất đã khiến một số người quay trở lại với các phương pháp canh tác tái tạo ít làm xáo trộn đất hơn.

Trong một nghiên cứu do Đại học Washington dẫn đầu, mới công bố ngày 19/3 trên Tạp chí Science, cho thấy việc cày xới và nén chặt đất làm phá vỡ các mạng lưới mao dẫn phức tạp bên trong đất, vốn tạo cho đất đặc tính xốp tự nhiên.

Các nhà nghiên cứu đã xem xét tác động của việc cày xới đất đến độ ẩm và khả năng giữ nước của đất bằng các phương pháp ban đầu được thiết kế để theo dõi động đất. Họ đã đặt cáp quang dọc theo các cánh đồng tại một trang trại thử nghiệm ở Vương quốc Anh và ghi lại chuyển động mặt đất từ ​​các thửa ruộng được cày xới và nén chặt khác nhau do lốp xe máy kéo kéo thiết bị nông nghiệp.

 “Nghiên cứu này đưa ra lời giải thích rõ ràng về lý do tại sao quá trình cày xới, một trong những hoạt động nông nghiệp lâu đời nhất của nhân loại, lại làm thay đổi cấu trúc đất theo những cách ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ nước của đất”, đồng tác giả David Montgomery , giáo sư khoa học Trái đất và vũ trụ tại Đại học Washington, cho biết.

Mối liên hệ giữa việc cày xới và suy thoái đất đã được xác lập từ khá lâu, nhưng cơ sở lý luận thì chưa thực sự vững chắc.

“Điều này nghe có vẻ phi lý,” Montgomery nói.

Việc cày xới đất được cho là tạo ra các lỗ để nước có thể thấm đến rễ cây, nhưng thay vào đó, nó lại phá vỡ những kênh nhỏ này trong đất, khiến nước mưa đọng lại trên bề mặt và tạo thành lớp vỏ bùn. Theo thời gian, điều này có thể làm tăng xói mòn và nguy cơ lũ lụt. Các nhà nghiên cứu đã quan sát hiện tượng này một cách chi tiết bằng các phương pháp địa chấn.

Trong khoảng một thập kỷ trở lại đây, các nhà khoa học vật lý đã và đang tìm cách khai thác mạng lưới cáp quang để thực hiện các quan sát từ xa. Họ sử dụng kỹ thuật gọi là cảm biến âm thanh phân tán, hay DAS, ghi lại chuyển động mặt đất dựa trên độ biến dạng của cáp. Vì công nghệ này rất nhạy, nó cũng có thể ghi lại tốc độ truyền sóng âm qua một chất, được gọi là vận tốc địa chấn.

Khi đất bị ướt, vận tốc sóng địa chấn thay đổi. Âm thanh truyền chậm hơn qua bùn so với đất khô.

“Chúng tôi muốn tìm hiểu xem liệu các công cụ địa chấn có thể được sử dụng để hiểu cách đất – dưới các chế độ xử lý khác nhau – sẽ phản ứng với sự biến đổi của môi trường hay không”, tác giả chính Marine Denolle , phó giáo sư khoa học Trái đất và vũ trụ tại Đại học Washington, cho biết.

Một trang trại thực nghiệm gần Newport ở Vương quốc Anh, trực thuộc Đại học Harper Adams, đã trở thành địa điểm thử nghiệm lý tưởng cho thí nghiệm của họ.

Trang trại được chia thành nhiều luống, được canh tác đều đặn trong hơn hai thập kỷ.

Có các luống không cày xới, các luống cày xới sâu 10 cm và các luống cày xới sâu 25 cm. Hiện tượng nén chặt đất là tác dụng phụ của việc cày xới do máy kéo gây ra. Các mức độ nén chặt khác nhau được kiểm tra bằng cách điều chỉnh áp suất lốp máy kéo.

“Chúng tôi đã tận dụng một thí nghiệm tự nhiên vốn đã được thực hiện, nhưng chưa được đo lường,” Montgomery nói.

Các nhà nghiên cứu đã bố trí một đường cáp quang dọc theo các ô thí nghiệm. Họ thu thập dữ liệu chuyển động mặt đất liên tục trong 40 giờ và kết hợp với dữ liệu thời tiết trong cùng khoảng thời gian đó, với lượng mưa nhẹ đến vừa phải và nhiệt độ ôn hòa.

“Chúng tôi đã quan sát sự rung động tự nhiên của mặt đất và nhận thấy rằng nó thực sự nhạy cảm với các yếu tố môi trường, bao gồm cả lượng mưa,” Qibin Shi , tác giả chính và cựu nghiên cứu sinh sau tiến sĩ về khoa học Trái đất và vũ trụ tại Đại học Washington, hiện đang làm việc tại Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, cho biết.

Họ đã xác định tác động của từng chiến lược canh tác đến phản ứng của đất đối với lượng mưa bằng cách so sánh xu hướng vận tốc địa chấn giữa các địa điểm nghiên cứu. Shi đã phát triển nhiều mô hình khác nhau để xử lý dữ liệu và giúp các nhà nghiên cứu hiểu vận tốc địa chấn liên quan đến độ ẩm của đất.

Phương pháp này đơn giản, tiết kiệm chi phí và cung cấp độ phân giải không gian và thời gian tốt hơn nhiều so với các công cụ giám sát trước đây.

Các nhà nghiên cứu tin rằng công nghệ này có thể giúp nông dân hiểu cách quản lý đất đai của họ, cung cấp cảnh báo lũ lụt theo thời gian thực, cải thiện các mô hình hệ thống trái đất bằng cách tinh chỉnh ước tính hàm lượng nước trong khí quyển và cung cấp thông tin tốt hơn cho bản đồ nguy cơ động đất với dữ liệu về rủi ro hóa lỏng đất.