近日，工學院研究團隊在農業工程領域權威期刊《農業工程學報》（中文領軍期刊）發表題為“基于探地雷達的白蠟樹根系形態特征及生物量定量分析”的研究成果。該研究創新性地將探地雷達（GPR）技術應用于樹木根系檢測，建立了一套完整的根系形態特征與生物量無損分析方法，為林業生態監測與智能林業發展提供了關鍵技術支撐。
根系作為植物吸收水分養分、穩固植株的關鍵器官，其形態特征與生物量分布是理解生態系統物質循環的重要基礎。然而，傳統挖掘、土壤取芯等侵入性檢測方法不僅耗時費力，還會破壞根系原生生長環境，難以實現動態監測。探地雷達作為一種地球物理技術，雖已在根系檢測中初現應用潛力，但如何精準解譯雷達信號、重建三維根系構型（RSA）并實現生物量定量分析，仍是領域內的關鍵挑戰。
研究團隊以中國北方9年生白蠟樹為對象，采用900MHz探地雷達進行方形網格掃描，通過GPR C-scan數據體構建三維根系模型。該技術通過提取反射雙曲線頂點定位根系空間位置，結合雷達波傳播時長估測根系直徑，最終將根系抽象為圓臺體模型，實現了長度、表面積、體積等形態參數的定量分析。實驗數據顯示，GPR重建的根系總長度、總表面積、總體積與整根挖掘結果相比，準確率分別達66.77%、80.72%和93.84%，生物量估算準確率達76.09%。
圖1：GPR 在方形網格掃描法下獲取的C-scan 數據
圖2：兩種方法重建根系構型效果的對比
這項研究突破了傳統檢測的破壞性局限，建立了“雷達掃描-三維重建-生物量反演”的全流程無損分析方法。研究發現，GPR對0.1-0.4米深度的根系識別率達76.9%，且能有效捕捉根系生長角度、分枝分布等復雜特征。該技術可廣泛應用于森林資源調查、城市綠化根系保護、水土保持評估等領域，為氣候變化下根系生態適應性研究提供了關鍵工具。
本研究的第一作者為工學院博士研究生樊國秋，通訊作者為工學院副教授梁浩，北京林業大學為第一完成單位。
該工作得到了國家自然科學基金（42001298）及國家重點研發計劃項目（2023YFC3006804）的資助。
論文鏈接：http://www.tcsae.org/article/doi/10.11975/j.issn.1002-6819.202410186?viewType=HTML
