早上八點(diǎn)，你的電話響了，來電者說他后院有一棵九十年樹齡的紅杉（學(xué)名：Sequoia sempervirens），這棵樹的根系把他露臺和車庫地面的混凝土板撐裂了，他想把這些樹根砍掉。

   全國各地每天都會上演這類情景。當(dāng)樹木栽培專家檢查情況時，他會思考：我怎樣才能確定樹根到底在哪里？哪些樹根是造成損壞的原因？有多少樹根，它們有多深？我可以安裝根障且不影響樹木的穩(wěn)定性嗎？我應(yīng)該建議把樹移走嗎？

   即使是經(jīng)驗豐富的樹木栽培專家，由于無法看到混凝土板下方的情況，要回答這些問題也并非易事。

   傳統(tǒng)上，在進(jìn)行混凝土拆除和土壤開挖后，才能得出合理的結(jié)論。最終，你可能會發(fā)現(xiàn)損壞只是由正常的地面移動和沉降引起的。

   如果我們有一種可靠的方法來確定樹木的根系在地下的位置，那么就可以保護(hù)大量樹木。這將有助于我們更好地管理挖溝作業(yè)，最大限度地減少對根系的損害。我們也能更深入地了解，在建筑工地，樹木保護(hù)圍欄應(yīng)該設(shè)置在多遠(yuǎn)的地方。而且，當(dāng)出現(xiàn)問題時，比如樹木與硬質(zhì)景觀發(fā)生沖突，知道根系的位置能幫助我們與客戶溝通，并提供讓所有相關(guān)人員都受益的建議。

使用物理方法暴露根系以便于檢查

    有多種方法可用于挖掘土壤中的根系并對其進(jìn)行識別研究。在某種程度上，這些侵入性操作過程中確實會對根系造成損傷。比如使用壓縮空氣清除根系周圍的土壤是一種常見方法。水力挖掘或真空挖掘是將加壓水與真空設(shè)備結(jié)合使用，將液化的土壤吸入等候的罐式卡車中。一種被稱為“探坑挖掘”的程序有時會用于直觀檢查根系。在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)會挖掘出一個個檢查孔，人們可以利用空氣、水或手工挖掘的方式來暴露根系，以便進(jìn)行檢查。目前最廣泛使用的根系檢查方法仍然是手工操作，使用鎬或鏟子。如果檢查區(qū)域位于瀝青或混凝土等堅硬表面之下，需要先移除這些堅硬表面才能接觸到土壤，這是不現(xiàn)實的。

無損技術(shù)在根系檢測中的應(yīng)用

    如果你要進(jìn)行一項根系研究，無論是涉及為水管線路挖掘溝槽，還是檢查車庫地面的損壞情況。如果有可能的話，依據(jù)來自非侵入性來源、無需挖掘就能獲得的數(shù)據(jù)來制定決策，這無疑是非常有利的。如果你只需收集數(shù)據(jù)然后離開，就好像你從未去過那里一樣，那么對于你的客戶以及你所檢測的樹木來說，這確實會是最佳狀況。

TRU樹木雷達(dá)

    十多年來，非侵入性探地雷達(dá)在全球范圍內(nèi)已成功應(yīng)用于地下根系測繪。它能夠穿透瀝青、混凝土等堅硬表面，然后深入土壤，大規(guī)模識別根系及其深度。事實證明，這項技術(shù)對于樹木栽培、管養(yǎng)保護(hù)專家而言是一種非常有效的工具。

它的工作原理是什么？

探地雷達(dá)（GPR）是一項成熟技術(shù)，30多年來已在全球范圍內(nèi)應(yīng)用于眾多不同領(lǐng)域。雷達(dá)是一種目標(biāo)探測系統(tǒng)，它利用電磁波（具體而言是無線電波）來確定移動和固定目標(biāo)的距離、高度、方向（或深度）及速度。如今，雷達(dá)的用途似乎無窮無盡。例如，當(dāng)你查看天氣預(yù)報時，實際上是在查看氣象雷達(dá)的數(shù)據(jù)——它能告知你所在區(qū)域何時、何地會出現(xiàn)強(qiáng)降水。雷達(dá)波在穿過云層時，會測量云層中的水汽密度及其移動速度。氣象學(xué)家借助這些信息，就能大致判斷降雨開始的時間和降雨量。目前，雷達(dá)已廣泛應(yīng)用于航空、汽車、執(zhí)法、樹木風(fēng)險評估以及地下目標(biāo)定位等領(lǐng)域。

在上方的根系檢測流程示意圖中，雷達(dá)就是通過以下方式探測地下根系的：技術(shù)人員會預(yù)先設(shè)定探測深度，當(dāng)雷達(dá)天線沿地面移動時，每移動0.2英寸（約0.5厘米），系統(tǒng)就會向土壤中發(fā)射一道無線電信號。當(dāng)這道信號遇到根系時，大部分信號會被根系反射回來，隨后精準(zhǔn)地傳回天線內(nèi)置的接收器。這些數(shù)據(jù)會被記錄到現(xiàn)場計算機(jī)中。雷達(dá)正是通過這種方式區(qū)分根系與巖石、金屬碎片等其他物體的。舉個例子，就像使用探魚器定位魚類時，聲吶波會被魚體內(nèi)的魚鰾反射，從而顯示出魚的位置和深度一樣；探地雷達(dá)的原理與之類似，只是它使用的是無線電波。

盡管雷達(dá)成像無法生成單根或多根根系的實際圖像，但根據(jù)該技術(shù)與土壤剖面中根系的相互作用情況，它能生成根系預(yù)測位置的圖像。

根系數(shù)據(jù)分析

    上圖是土壤剖面 “虛擬溝槽視圖”，如同透過一扇窗口觀察土壤中的根系。具體來說，可以這樣理解：想象你正使用挖掘機(jī)挖掘一條深溝槽，挖掘過程中，會在土壤剖面的不同深度發(fā)現(xiàn)樹根；當(dāng)溝槽挖掘完成后，你便可以走下去，站在溝槽底部，能看到挖掘溝槽時被切斷的所有樹根 —— 它們從溝槽不同深度的土壤中凸出來。觀察上圖中的每個 “×”，它們代表的就是土墻上被切斷樹根的位置，其中不同顏色的 “×” 對應(yīng)著樹根所處的不同深度。

   在上述項目的檢測結(jié)果中，雷達(dá)不僅確定了混凝土的厚度，還明確了樹根相對于混凝土板底部的位置。圖右側(cè)的兩條垂直綠線，是技術(shù)人員在掃描過程中，將天線移過混凝土表面裂縫時，在現(xiàn)場計算機(jī)上實際標(biāo)注的標(biāo)記點(diǎn)。

數(shù)據(jù)展示的不同方式

    除了我們剛剛討論的虛擬溝槽視圖外，該軟件還能以俯視圖的形式展示數(shù)據(jù)。在這里，你可以查看所有根系，甚至可以根據(jù)三個不同的根系深度類別來篩選根系數(shù)據(jù)。借助這一功能，你可以調(diào)整軟件參數(shù)設(shè)置，使其只顯示特定深度的根系，例如地表以下前40cm、40到60cm等深度的根系。

    軟件還能提供俯視空間視圖，它利用3D連線功能生成概念性的線條圖，根據(jù)你收集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)描繪出地下根系系統(tǒng)可能的樣子。在下方（右下側(cè)）的案例研究中，根系數(shù)據(jù)被疊加在場地地圖上，為建筑工地劃定了可視化的樹木保護(hù)區(qū)域（TPZ）。

TRU樹木雷達(dá)及其現(xiàn)場應(yīng)用

    對于仍在使用傳統(tǒng)根系定位方法的樹木栽培師而言，無損雷達(dá)成像技術(shù)為他們打開了以往無法企及的新大門。

Dave Dockter(加利福尼亞州,城市樹木栽培專家)

   在一項根系檢測項目中，正對著名的“帕洛阿爾托紅杉樹”的混凝土擋土墻進(jìn)行一系列40英尺的水平線掃描。

正在進(jìn)行根系測繪，

涉及室外的一棵橡樹；

圖中他正在室內(nèi)的硬木和水泥地板上進(jìn)行掃描，

以評估這棵樹的根系結(jié)構(gòu)。

正在游泳池壁上進(jìn)行根系測繪。

未在照片中出現(xiàn)的大型紅杉樹被懷疑是造成這種混凝土損壞的原因。

使用400MHz的天線，

在橡膠人行道上檢查一棵膠皮糖香樹（Liquidambar styraciflua）的大型結(jié)構(gòu)性樹根。

在一家酒店的車道上探尋樹根。

這是一項樹木保護(hù)項目的一部分，該項目旨在保護(hù)這棵有100年歷史的無花果樹（Ficus macrophylla），為未來的建設(shè)做準(zhǔn)備。

這項技術(shù)使用起來困難嗎？它的局限性是什么？

     探地雷達(dá)（GPR）在全球范圍內(nèi)的主要用途是地下檢測、混凝土/鋼筋檢測。其他用途包括對“常規(guī)”物體的地球物理探測——灌溉和公用管道、墳?zāi)?、化糞池、地下含水層、管道泄漏等。根系是一個非常復(fù)雜且屬于“非常規(guī)”的檢測應(yīng)用，目前市面上唯一開發(fā)出這種專門軟件包來解讀和繪制二維及三維地下根系布局、密度和形態(tài)的探地雷達(dá)系統(tǒng)來自TreeRadar公司。

     TreeRadar公司開發(fā)了名為TBA（根系分析軟件）的專用自動化軟件。從現(xiàn)場收集的根系數(shù)據(jù)會通過該軟件進(jìn)行處理，最終生成根系測繪結(jié)果以及數(shù)據(jù)的各種呈現(xiàn)方式。這種分析過程可以在現(xiàn)場使用筆記本電腦進(jìn)行，也可以在辦公室撰寫報告時進(jìn)行，這是市場上唯一的大容量根系檢測設(shè)備。

    目前，該軟件無法識別或顯示雷達(dá)在土壤剖面中遇到的多種不同大小的根系，這一重要功能仍在開發(fā)中。在尺寸算法完成之前，可以使用兩種不同的天線將根系分為兩個尺寸類別。900MHz的天線會發(fā)射高頻信號，能夠穿透土壤至1米深的位置。在穿透過程中，它會開始探測直徑為1cm及以上的根系。400MHz的天線功能相同，但會產(chǎn)生更低的頻率，可識別直徑更大的結(jié)構(gòu)性根系。這種天線會開始探測直徑為2.5cm及以上的根系，其探測深度可達(dá)3-4米。鑒于其探測深度方面的性能，在施工時，這種天線確實是首選。例如，當(dāng)樹木專家需要在進(jìn)行建筑施工或深挖溝渠之前，計算鄰近樹木結(jié)構(gòu)性根系的損失比例時，就會用到它。在軟件持續(xù)開發(fā)期間，使用這兩套設(shè)備將能為樹木栽培專家提供更多關(guān)于根系大小的信息。

   使用樹木雷達(dá)繪制根系圖的優(yōu)勢之一在于這項技術(shù)用于定位地下根系的方法。如前所述，雷達(dá)是一種目標(biāo)探測系統(tǒng)，根系主要是通過其內(nèi)部的水分來識別的。健康的根系反射信號強(qiáng)烈；受損的根系反射信號微弱。被切斷或死亡（缺乏水分）的根系則沒有反射信號，不會在最終的分析結(jié)果中顯示出來。

    對于樹木學(xué)家來說，在對過去出現(xiàn)過樹干腐爛問題的樹木進(jìn)行3級風(fēng)險檢查時，這類信息至關(guān)重要。樹木學(xué)家根據(jù)這些數(shù)據(jù)能夠迅速發(fā)現(xiàn)，由于根系受損，可能還存在需要考慮的穩(wěn)定性問題。查看這類數(shù)據(jù)的最佳方式是利用該軟件的空間俯視功能。通過這種方式，樹木學(xué)家可以直觀地看到那些通常應(yīng)該有根系但實際卻沒有根系的區(qū)域的空間布局。

    有時，被掃描的區(qū)域可能會帶來問題。有些土壤可能由各種不同類型的埋藏填充材料構(gòu)成。舉例來說：樹木生長的位置下方是建筑垃圾回填的，上方為表層土覆蓋。當(dāng)對這個區(qū)域進(jìn)行掃描時，雷達(dá)信號會毫無問題地穿過土壤，直到遇到外來的填充材料，之后，在含有填充物的較低層面，數(shù)據(jù)就會變得不可靠。因此，有時在遇到那些可能影響數(shù)據(jù)收集的情況之前，我們確實不知道自己要應(yīng)對的是什么情況。

   重黏土?xí)走_(dá)信號產(chǎn)生影響。不同土壤層中高濃度的黏土?xí)诜瓷涞睦走_(dá)波穿過土壤返回時降低其振幅（使其衰減）。這意味著，由于黏土的作用，當(dāng)信噪比逐漸降低或減弱時，根系探測會變得更加困難。不過，如今TBA根系分析軟件中內(nèi)置了增強(qiáng)型信號處理濾波器，這大大提高了信噪比，使目標(biāo)反射體（根系）在黏土中更易于探測，從而增加探測的可能。

來源：來自于Robert Booty (注冊咨詢樹木栽培師)；Robert Booty是第487號注冊咨詢樹木栽培師，擁有國際樹木學(xué)會（ISA）樹木風(fēng)險評估資格，他是樹木栽培咨詢公司的顧問。48多年來，他一直從事樹木栽培實踐以及樹木的養(yǎng)護(hù)和研究工作。以上資料由其整理。