植物根系探测监测方案
时间：2026-06-01
涉川
一、方案介绍
本方案以S-CGRT 宽频地质雷达树木根系探测仪为核心，采用双频自适应电磁脉冲探测 + 智能三维成像技术，构建全程无损、高精度、可视化的植物根系地下空间监测体系。设备无需开挖土壤、不损伤根系，可实现 0~3m 土层范围内树木根系的二维剖面成像、平面分布展示、三维立体建模，精准获取根系埋深、直径、长度、分布密度及周边土壤空洞、积水、疏松等缺陷数据。整机一体化便携设计，单人即可完成野外全流程作业，配套专业分析软件自动生成量化参数与标准化报告，广泛应用于古树名木保护、市政园林养护、工程施工防护、林业科研等场景，为树木健康评估、移栽规划、工程避让、倒伏风险防控提供科学、精准的地下数据支撑。
二、监测目标
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实现 0~3m 土层根系全覆盖探测，浅层细根≥8mm、深层主根≥20mm精准识别，平面定位误差≤±20mm，深度误差≤4%。
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生成根系二维剖面图、平面分布图及三维立体模型，直观还原地下根系空间生长形态。
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自动测算根系长度、平均直径、分布密度、覆盖范围、埋深极值等核心量化参数，无需人工核算。
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同步检测根系周边土壤空洞、积水、疏松层等地下缺陷，辅助判断树木长势衰弱与倒伏诱因。
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建立树木根系全生命周期监测档案，支持历史数据对比与生长趋势分析。
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适配砂土、壤土、黏土等不同土质，自动校准环境误差，保障复杂场地探测精度。
三、需求分析
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传统检测痛点：人工挖掘、剖面取样破坏性强，易损伤根系与土壤生态；钻孔取样盲区大，无法还原根系整体分布；检测效率低、成本高，无法规模化普查。
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古树名木保护刚需：百年珍稀古树严禁破坏性检测，需无损手段排查根系腐烂、缺失、空洞等隐患，支撑复壮养护与移栽规划。
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工程施工防护需求：市政改造、管线铺设、基坑施工前需探明施工区域根系分布，优化施工路线，避免根系损伤导致树木死亡。
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城市安全防控需求：台风、暴雨多发区域需排查行道树根系锚固能力，识别根系浅、缺损等倒伏风险隐患，保障公共安全。
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园林养护管理需求：需精准掌握苗木根系生长状态，指导灌溉、施肥、修剪，提升移栽成活率与养护效果。
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科研数据需求：林业科研需连续、量化的根系生长数据，支撑林木生长规律、固土护坡能力等课题研究。
四、监测方法
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双频地质雷达探测法：低频 380MHz 用于深层主根探测，高频 880MHz 用于浅层细根识别，双频自适应切换兼顾深浅层探测精度。
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环形 / 矩形扫描法：以树干为中心，采用环形扫描覆盖根系辐射范围，矩形扫描覆盖线性区域，确保无遗漏探测。
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多截面分层检测法：沿树干径向布设多条扫描线，多截面交叉验证，精准定位根系三维空间分布。
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土壤自适应校准法：内置多土质参数库，现场自动校准介电常数，抵消土壤湿度、密实度带来的探测误差。
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智能滤波去噪法：自动过滤地下管线、碎石、建筑垃圾等干扰信号，提升根系识别准确率。
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三维建模重构法：多路径扫描数据融合，通过算法重构根系三维立体模型，直观呈现空间延展状态。
五、应用原理
系统基于宽频地质雷达电磁反射探测原理工作：
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设备天线向地下发射高频宽频电磁脉冲信号，信号在均质土壤中匀速传播、稳定衰减；
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当信号遇到根系、土壤空洞、土层夹层等不同介质时，因介电常数差异产生反射、折射与散射；
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接收模块实时捕捉反馈信号，记录信号往返时间、强度、相位偏移等数据；
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主控芯片结合土壤校准参数，换算出目标的埋藏深度、位置与形态；
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经滤波降噪、增益优化、畸变校正后，软件自动重构根系二维剖面与三维模型，输出量化参数与检测报告。
六、功能特点
核心功能
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深浅层双模式探测：覆盖 0~3m 土层，精准区分细根、侧根、主根，完整还原根系分层结构。
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三维立体成像建模：自动生成二维剖面、平面分布、三维立体模型，根系形态直观可见。
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智能参数统计：自动测算根系长度、直径、密度、覆盖范围、埋深等核心指标，数据量化精准。
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土壤环境自适应：适配砂土、壤土、黏土，自动校准介电参数，消除环境误差。
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地下缺陷同步检测：识别土壤空洞、积水、疏松层，辅助判断树木健康与倒伏风险。
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数据全生命周期管理：实时存储、溯源查询，支持多格式导出，建立根系生长档案。
产品优势
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全程 100% 无损：无需开挖、不损伤根系与土壤，完美适配古树名木保护性检测。
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便携单人作业：整机≤14kg，模块化免工具组装，单人即可完成搬运、扫描、分析全流程。
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高效批量普查：单株树木扫描仅需 10~15 分钟，作业效率较传统挖掘提升 90% 以上。
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抗干扰高精度：智能滤波剔除地下杂物干扰，探测数据与实际开挖偏差≤5%。
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低门槛易操作：可视化触控终端，简单培训即可上手，无需专业雷达技术背景。
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全场景强适配：支持露天野外、硬化地面、绿化带、边坡等多种作业环境。
七、硬件清单
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S-CGRT 地质雷达探测主机
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双频自适应探测天线（380MHz+880MHz）
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12V 大容量锂电池组（续航≥8h）
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便携式触控数据处理终端
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树木根系三维成像分析软件
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专用数据传输线、校准工具
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工业级便携收纳手提箱
八、硬件参数（量程、精度）
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项目
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技术指标
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探测天线频段
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低频 380MHz、高频 880MHz 双频自适应
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最大探测深度
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0~3000mm（0~3m）
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最小识别根系直径
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浅层细根≥8mm，深层主根≥20mm
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平面定位精度
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≤±20mm
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深度测量精度
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≤±4%
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数据采集间距
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0.4mm / 点（高密度连续采集）
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扫描行进速度
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0~0.6m/s（可调）
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供电方式
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DC12V 锂电池
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连续工作时长
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≥8 小时
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整机重量
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≤14kg（含天线、主机、电池）
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工作温度
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-10℃~+55℃
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存储温度
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-20℃~+70℃
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数据输出格式
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JPG、DXF、CSV、三维模型文件
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九、方案实现
1. 监测点位布设
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古树名木：以树干为中心，环形扫描半径 5~10m，径向布设 4~8 条扫描线，覆盖根系主要分布区；
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行道树 / 景观树：单株矩形扫描范围 2m×4m，重点探测主干两侧根系分布；
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工程施工区：沿施工边界线性扫描，间距 0.5m，探明施工影响范围内所有根系；
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边坡防护区：沿等高线布设扫描线，间距 1m，评估根系固土护坡能力。
2. 现场实施步骤
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设备组装：连接天线、主机与电池，无需工具，1 分钟完成整机组装；
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场地预处理：清理扫描区域石块、杂草，保证地面平整，移除大面积金属遮挡物；
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土壤校准：选择现场均质土壤区域，完成介电参数自动校准，消除环境误差；
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路径扫描：按规划路径匀速推进设备，系统自动记录扫描轨迹与数据；
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多截面复测：对疑似缺陷区域增加扫描线，交叉验证提升精度；
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数据保存：扫描完成后保存原始数据，收纳设备转移至下一点位。
3. 系统调试
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开机自检，确认天线、电池、通信模块正常；
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用标准校准块验证探测深度与定位精度；
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测试软件成像、参数计算、报告生成功能；
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连续 3 次扫描同一区域，验证数据重复性与稳定性。
十、数据分析
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成像可视化分析：生成根系二维剖面图（深度 - 距离）、平面分布图（水平范围）、三维立体模型，直观展示根系空间形态；
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量化参数统计：自动计算根系总长度、平均直径、分布密度、覆盖面积、最大埋深、最小埋深等指标；
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健康状态评估：结合根系分布均匀度、腐烂缺失比例、土壤缺陷情况，判定根系健康等级；
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倒伏风险研判：分析根系锚固深度、分布范围、土壤支撑情况，评估树木倒伏风险；
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历史对比分析：多次检测数据叠加对比，跟踪根系生长趋势与缺陷发展变化；
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报告自动生成：一键输出含成像图、量化参数、健康评估、养护建议的标准化检测报告，支持 PDF/Excel 导出。
十一、预警决策
四级风险预警机制
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预警等级
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触发条件
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风险描述
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处置措施
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蓝色预警
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根系分布均匀，无明显缺陷，土壤状态良好
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健康状态
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常规养护，定期监测
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黄色预警
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局部根系稀疏 / 细小，或存在小范围土壤空洞
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轻度隐患
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加强水肥管理，半年后复检
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橙色预警
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根系缺损≥20%，或存在大面积土壤疏松 / 积水
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中度风险
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针对性复壮养护，加固支撑，3 个月后复检
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红色预警
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根系缺损≥40%，或主根腐烂 / 悬空，土壤存在大空洞
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重度危险
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立即采取加固措施，必要时移栽或移除，设置围挡警示
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处置流程
探测→自动分析评级→推送预警→现场复核→制定养护 / 处置方案→实施整改→复检销号→归档更新根系档案。
十二、方案优点
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无损生态保护：零开挖、零损伤，彻底解决传统检测破坏根系与土壤的痛点，尤其适合古树名木保护。
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高效低成本：单人作业、快速扫描，效率提升 90%，成本降低 70%，适配大面积普查。
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精准可视化：三维成像直观呈现根系分布，量化参数精准，决策有据可依。
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全场景适配：支持硬化地面、边坡、林地等复杂环境，自动校准不同土质误差。
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数据可追溯：建立全生命周期根系档案，支持历史对比与生长趋势分析。
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低门槛易推广：操作简单，无需专业技术背景，基层养护人员即可快速上手。
十三、应用领域
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市政园林：行道树健康普查、绿化工程验收、养护方案制定、倒伏风险排查；
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古树名木保护：根系健康诊断、复壮效果评估、移栽前土球尺寸规划；
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工程施工：市政改造、管线铺设、基坑施工前根系勘查，规避施工损伤；
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林业科研：林木根系生长规律研究、固土护坡能力评估、苗木成活率分析；
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地产景观：小区绿化施工勘查、苗木种植布局优化、后期养护指导；
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道路基建：公路 / 铁路沿线树木根系检测，防范根系破坏路基、管线。
十四、效益分析
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生态效益：无损检测保护树木根系与土壤生态，提升古树名木存活率，助力生态保护。
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安全效益：提前识别根系缺陷与倒伏风险，避免树木倒伏伤人毁物事故，保障公共安全。
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经济效益：大幅降低检测与养护成本，提升苗木移栽成活率 30% 以上，减少工程施工赔偿。
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管理效益：数字化根系档案 + 自动报告，实现树木精细化、智能化管护，提升管理效率。
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科研效益：提供连续、量化的根系实测数据，支撑林业与生态科研课题研究。
十五、国标规范
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LY/T 2899-2017《城市树木无损检测技术规范》
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GB/T 51168-2016《城市古树名木养护和复壮工程技术规范》
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CJJ 82-2012《园林绿化工程施工及验收规范》
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GB/T 50329-2021《林业工程质量检测技术规范》
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CJ/T 340-2011《绿化种植土壤》
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ISO 17652:2018《土壤质量 根系长度密度的测定》
十六、参考文献
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LY/T 2899-2017 城市树木无损检测技术规范 [S]
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GB/T 51168-2016 城市古树名木养护和复壮工程技术规范 [S]
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张建国，李吉跃。树木根系生态与检测技术研究进展 [J]. 林业科学，2021
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王彦辉，于澎涛。地质雷达在林木根系无损探测中的应用研究 [J]. 林业科学研究，2020
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刘勇。城市园林树木健康诊断与养护技术 [M]. 中国林业出版社，2022
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ISO 17652:2018 Soil quality — Determination of root length density[S]
十七、案例分享
某城市园林局对辖区内 120 株百年古树开展根系健康普查，采用本方案 S-CGRT 根系探测仪：
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无损完成所有古树根系三维探测，成功检出 17 株古树存在根系腐烂、土壤空洞问题，其中 3 株主根缺损≥30%，触发红色预警；
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依据探测数据制定针对性复壮方案，对红色预警古树采取根系修复、支撑加固措施，避免了古树倒伏死亡；
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为 8 株计划移栽的古树精准确定土球尺寸，移栽成活率达 100%，较传统经验法提升 40%；
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全程仅用 15 天完成全部检测，生成标准化检测报告 120 份，建立了全市古树根系电子档案，成为古树智慧保护标杆项目。
某市政道路改造项目施工前，采用本方案探测施工沿线 260 棵行道树根系，优化施工路线与管线铺设方案，避免了 87 棵树木根系损伤，减少绿化赔偿与移栽费用超 200 万元，同时保障了工程进度。
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