[發(fā)明專利]一種利用探地雷達測量植物地下根的生物量的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010151210.2
• 申請日: 2010-04-16
• 公開（公告）號: CN101813644A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 崔喜紅;陳晉;沈金松
• 申請（專利權(quán)）人: 北京師范大學(xué)
• 主分類號: G01N23/20
• 分類號: G01N23/20;G01V3/12
• 代理公司: 北京億騰知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 11309
• 代理人: 陳惠蓮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種測量植物地下根的生物量的方法，尤其是一種利用探地雷達測量植物地下根的生物量的方法。

背景技術(shù)

根系在植物生態(tài)系統(tǒng)中扮演著重要的角色，它既可以幫助植物在生長發(fā)育過程中獲取基本的土壤資源(如水和營養(yǎng)物質(zhì))，也是支撐、固定植物體的重要器官。此外，根系對于生態(tài)系統(tǒng)中碳循環(huán)的貢獻也是不可或缺的，大約占據(jù)森林總碳量的20％～40％，同時根系還是根圍環(huán)境中土壤呼吸的主要推動力。近來，對植物根系在全球氣候變化中的作用研究，表明了粗根的生物量(Biomass，某一時刻單位面積內(nèi)實存生活的有機物質(zhì)(干重)總量，通常用kg/m²表示)會隨著CO₂濃度的升高而增加，也證明了粗根可以長期的吸收和存儲根圍環(huán)境中過量的CO₂。隨著人們對植物根系在生態(tài)系統(tǒng)以及全球氣候變化中重要作用的認識，為了更好的理解根系作用、地球生物化學(xué)循環(huán)過程及全球變化的多方面問題，迫切需要了解與根系相關(guān)的參數(shù)，例如根系大小、生物量、分布范圍、結(jié)構(gòu)和三維構(gòu)造等。但是由于在根系研究的過程中，對植物根的觀察和取樣較為困難，導(dǎo)致對根系參數(shù)的定量估算存在方法上的不足與限制。因此，尋求新的、能夠準確地估測根系參數(shù)的方法和技術(shù)在生態(tài)學(xué)研究中顯得尤為重要。

探地雷達(Ground?Penetrating?Radar，GPR)也稱地質(zhì)雷達，是用來探測地下目標分布特征的一種地球物理技術(shù)。探地雷達的基本構(gòu)成如圖1所示，其原理主要是利用電磁波在遇到具有不同介電常數(shù)的兩種物質(zhì)界面時會發(fā)生不同反射這一特點，通過對反射信號的分析處理來實現(xiàn)對目標的探測。不同介質(zhì)介電常數(shù)不同，形成電性界面，這是電磁波在地下傳播過程中發(fā)生反射的條件。探測時，雷達發(fā)射機1產(chǎn)生的高頻電磁波以寬頻短脈沖的形式由地面通過發(fā)射天線11送入地下，經(jīng)地層2或地下目標體3反射后返回地面，被接收天線12接收，然后在接收機中進行數(shù)據(jù)采樣和數(shù)據(jù)處理。電磁波在地下介質(zhì)中傳播時，其傳播的路徑、電磁場強度與波形將隨所通過介質(zhì)的電性、幾何形態(tài)等因素的變化而產(chǎn)生不同程度的變化。因此可以根據(jù)回波信號的時延、形狀及頻譜特性等參數(shù)，解釋出目標深度、介質(zhì)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及空間分布特征。

然而，目前利用探地雷達來研究根系分布形態(tài)在很大程度上還局限于定性制圖，定量的研究還沒有達到完全成功。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種利用探地雷達測量植物地下根的生物量的方法，以減少或避免前面所提到的問題。

具體來說，本發(fā)明提供了一種利用探地雷達測量植物地下根的生物量的方法，其可以通過探地雷達對植物地下根的生物量進行精確的定量測量，其獲得的測量結(jié)果與植物地下根的實際生物量相關(guān)性較高。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種利用探地雷達測量植物地下根的生物量的方法，所述方法包括步驟：

A、通過所述探地雷達掃描獲得待測量的植物地下根的具體位置，并產(chǎn)生相應(yīng)的反射波形掃描數(shù)據(jù)；

B、選擇經(jīng)過該待測量的植物地下根的中心位置正上方的一個反射波的波形圖；

C、根據(jù)所述波形圖，從中提取五個波形參數(shù)，分別為雷達發(fā)射波到達所述地下根位置處所產(chǎn)生的反射信號的最大振幅值Max_A、最小振幅值Min_A、反射波形中所述兩個振幅值對應(yīng)的過零點時間間隔t₁和t₂以及探地雷達記錄的到達根位置處的雷達波往返于地面之間的雙程走時t；

D、針對上述五個波形參數(shù)構(gòu)建三個綜合指數(shù)：P_{max_A}、P_{min_A}和P_{amp_d}，該三個綜合指數(shù)的定義如下：

P_{max_A}＝Max_A×vt/2

P_{min_A}＝Min_A×vt/2

P_{amp_d}＝P_{max_A}×t₁/2+P_{min_A}×t₂/2

其中，v是對應(yīng)根的埋深位置的探地雷達的雷達波速；

E、根據(jù)公式W＝K×P_{amp_d}獲得所測量的植物地下根的生物量，其中，W表示植物地下根的生物量，K表示探地雷達所測量的地下根在該區(qū)域范圍內(nèi)所對應(yīng)的一個特性常數(shù)。

優(yōu)選地，所述特性常數(shù)K的測量方法包括如下步驟：