根系是植物重要组成部分，根系研究是解明植物、土壤及其相互作用的基础。为了更好的理解根系作用、地球生物化学循环过程及全球变化的多方面问题，迫切需要了解与树木根系相关一些参数，如根的大小、生物量、分布范围、结构和三维构造等。植物根系的传统探测方法不仅耗时费力而且会破坏根系原生环境。因此寻求一种无损性的根系探测技术尤为重要。探地雷达作为一种无损性探测工具，在直接进行无损测量根系生物量和根的分布形态方面表现出了巨大的潜力。　　 本研究利用频率为500 MHz、900 MH和2 GHz的探地雷达天线系统，在野外沙地控制实验的条件下对树根进行探测，并借助于先进的数字信号处理技术，针对树根这种特殊目标物对雷达探测数据进行处理，在此基础上对根径和根的生物量进行估计，得到了较为满意的效果，主要研究结果如下：　　 (1)先进的数字信号处理技术不仅有利于识别雷达探测数据中根的位置，而且有利于与根特征相关的信息参数的提取；　　 (2)2GHz频率天线探测的数据分辨率最高，甚至可以探测直径为0.5cm的细根，但由于信号能量衰减较快，只能探测得到60cm的深度；而900MHz频率和500MHz频率的天线分辨率较低，探测不到直径为0.5cm的细根，但信号穿透力较强，探测深度超过80cm；　　 (3)提出了一个新的表现信号强度特征的综合能量指数Pamp_d。该指数考虑到了根的不同深度条件对雷达探测信息影响，对反射信号的衰减情况进行了补偿和纠正，较其它研究中提出的参数更为客观有效。基于该指数建立了一个单根生物量估测模型，可用于对根的生物量信息进行有效估测。对比三种雷达频率的估测效果发现，500 MHz频率的探地雷达天线系统是建立利用反射信号强度估测生物量模型的最佳选择。　　 (4)提出了一个新的波形参数AT，该参数与根的直径之间具有较强的相关性。利用波形参数AT对60cm以上深度的根的直径估测精度较高，在根径估测方面具有很大的优越性；对比三种雷达频率的估测效果发现，2GHz频率的探地雷达天线系统是建立利用反射波形估测根径模型的最佳选择。　　 (5)提出利用GPR的根径估测信息对粗长根的生物量进行推算的新方法，并且该方法优于直接利用GPR能量参数对根的生物量进行估测；　　 (6)分析了根的含水量对探地雷达探测植物根系方面的影响，表明根的含水量越高，越容易被探地雷达所识别；含水量的大小会影响探地雷达对根的生物量的估计精度，但基本不会影响探地雷达对根径尺寸的估计；　　 (7)分析了根的水平间距和垂直间距对探地雷达探测植物根系方面的影响，表明只有当相邻两根的间距大于一定范围时，探地雷达才能分辨出单根。这种分辨能力随着探地雷达频率的增加而增加，可识别的根的最小间距随着频率的增加而减小；当根的间距大于雷达能够辨识单根的范围时，对探地雷达估测根径基本没有影响，当两根处于水平位置时，对生物量的估测会随着水平间距的减小而增大；当两根处于垂直位置时，对于处于上部的根生物量估测模型影响不大，但对处于下部的根生物量的估测有一定程度的影响；当根的间距小于雷达能够辨识单根的范围时，则探地雷达对根径和生物量的估测都将失去其有效性。　　 这些研究结果不仅有助于提高基于GPR数据得到的根径估测模型的准确性，同时也更加深入地发掘了探地雷达在根系研究中所具备的巨大潜力。