总结！探地雷达在作物根系探测中的应用

更新时间：2026-05-26

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作物根系体在植物生态系统中扮演着重要的角色，它既可以帮助作物在生长发育过程中获取所需的水和营养物质，也是支撑、稳固植物体的重要器官。提高作物水肥利用效率，尤其是通过改善作物根系提高作物抗逆性是解决粮食短缺问题和实现农业可持续发展的重要途径。然而不同于地上部分，作物根系的不可见性给其测量带来了非常大困难。植物学上常用的测定方法主要有微根窗管技术、高分辨率Ｘ射线断层扫描（CT）、核磁共振成像（NMR）、液流方法和电阻率成像技术等方法，这些探测技术也都存在着各种各样的局限性。为了满足栽培和育种对作物根系信息高通量的需求，急需发展原位无损的根系测量方法。近年来，探地雷达作为一种新兴的地球物理探测方法，已被应用于植物根系的无损性探测中。与其他侵入破坏性的方法相比，探地雷达具有野外便携、操作简单、采样迅速、探测分辨率较高、抗干扰能力强等优点，为长期无损且快速地获取景观尺度上的植物根系信息提供了更多的可能。

探地雷达基本原理

探地雷达（Ground Penetrating Radar）是一种无损检测技术，其方法是利用高频电磁波以宽频带短脉冲形式，通过发射天线被定向送入地下，经存在电性差异的地下地层或目标体反射后返回地面，由接收天线所接收。高频电磁波在介质中传播时，其传播路径、电磁场强度与波形将随通过介质的电性特征与几何形态而变化。根据接收反射回波的双程走时、幅度、相位等信息，对地下目标体进行判别。目前探地雷达用于作物根系研究方面主要包括根的参数估计（根的生物量、直径）、根系空间分布探测、根系形态结构重建等。

探地雷达探测作物根系的地球物理前提

作物根系体自身材质特点及含水率不同对介质自身的电导率的影响较为明显。当含水率系数在纤维饱和点以上时，电导率大致呈直线形式增大，其电导率值与周围土壤差异性就变得较大，说明在地下水较为丰富的土壤地域中，利用探地雷达探测植物根系体存在可行条件。

受到不同作物影响，不同种植物根系体的电导率随植物根系体密度及纹理增加而变大，但同一品种的植物根系体之间电导率几乎没有差别。其主要原因是随着植物根系体密度纹理增大时，胞壁物质含量增多，从而偶极子数目也多，导致电导率增大，其和周围土壤介质的电导率就会产生差异。

因此认为利用植物根系体本身因含水率、密度纹理等多种因素的变化产生的电导率不同，与周围土壤介质的电导率之间的差异来进行探地雷达探测工作的地球物理条件是可以实现的。

探地雷达天线选择

中国农业科学院致力于解决农业和农村经济重大科技问题，开展关键技术攻关、高新技术研究及产业化、基础与应用基础研究、宏观战略研究。作物栽培与耕作一直是学院重点研究方向，因此作物根系探测研究也尤为重要。根据用户对作物根系深度与直径的探测需求，为用户配置雷达主机SIR4000以及350HS和1600MHz天线。

产品优势

1.天线频率范围广。雷达主机可以兼容的天线频率范围宽，天线种类多，可满足不同种类工程检测项目的需要。而且主机既能连接模拟天线又能连接数字天线。

2.超叠加技术（Hyper Stacking）。实时平均叠加多组扫描信号，显著抑制环境噪声，在低电导率土壤中穿透深度能显著提升，弱目标反射信号识别能力远超传统ETS系统。

3.三维空间重构。通过多角度扫描融合生成3D立体图像，直观展示目标体空间分布、交叉关系及埋藏层次，支持现场定义时间切片厚度，快速输出卫星地图与GIS地理参考报告。

4.专业处理软件RADAN。探地雷达处理软件功能大，处理数据方便快捷，除了配备专用的雷达数据后处理软件外，用户还可根据自己的需要选择特殊功能的软件模块，包括：道路结构评估软件、钢筋结构识别软件、快速三维成像软件、交互式三维解释软件、桥梁结构及锈蚀分析软件等。

探地雷达其他方面应用

第一，市政设施及管线探测。探地雷达可用于探测各种金属和非金属管线探测(PE、PVC、水泥等) 管线探测、地下结构物(地道、人防、地下室、地下暗河、岩溶等)、路面塌陷、地下土壤分类、绘制管网图。

第二，公路及机场跑道探测。探地雷达可以在公路路面及机场跑道厚度检测、地下埋设物探测、路基下水囊软弱体、蜂窝等地下缺陷探测、公路及机场跑道基础结构检测。

第三，建筑工程质量检测。探地雷达可用于建筑物结构检测、钢筋分布与定位、钢筋保护层厚度检测，建筑探伤(空洞、裂缝、蜂窝等)检测、建筑物内隐蔽物查找。

第四，隧道检测。隧道衬砌厚度检测、隧道衬砌内部缺陷查找、隧道超前预报、探隧道仰拱及铺底探测，钢拱架、钢筋保护层检测。

第五，地质与水文勘测。探地雷达可在地质剖面分析、断层等浅层构造探测、基坑探测、矿区采空区探测、水文地质分析、滑坡滑脱面探测、河床探测、水工建筑探测。6.其他检测，例如考古探测、军事与安全检测、大坝坝体检测、树木雷达检测等。

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