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农业信息技术 第六章 作物模拟模型 四、虚拟植物模型的研究应用现状 第二节 虚拟植物模型研究及其应用 （一）地上部模型 国红等利用Greenlab模型模拟了1、3和5年生油松幼树形态。 伍艳莲等基于OpenGL 图形平台，绘制了小麦器官的三维形态，实现了小麦从器官-个体-群体三个层次的形态可视化。 四、虚拟植物模型的研究应用现状 第二节 虚拟植物模型研究及其应用 （二）根系模型 由于根系环境的不可见性和复杂性，以及测量技术和理论方法的局限性，根系模型无论是在模拟效果上还是在功能上都远远滞后于地上部分模型。 20世纪80年代后期，Diggle建立了第一个模拟根系结构的三维模型，可模拟根系的年龄、位置、根段取向以及根系伸长速率和分枝强度，但未考虑根系半径的变化。 Pages等人开发了基于根系结构动态特征的玉米根系结构模型。 四、虚拟植物模型的研究应用现状 第二节 虚拟植物模型研究及其应用 （二）根系模型 Lynch等人建立了SimRoot根系模型，能模拟根系直径变化，研究者应用该模型模拟了大豆根系结构与根系周围土壤磷吸收的关系，评估了不同根系形态结构的资源利用效率。但该模型还不能反映土壤的局部状况的影响、相邻根系的相互作用与竞争等。 虚拟的大豆根系 四、虚拟植物模型的研究应用现状 第二节 虚拟植物模型研究及其应用 （二）根系模型 钟南等利用微分L系统模拟了大豆根系生长动态。 微分L-系统模拟的大豆根系渲染图 四、虚拟植物模型的研究应用现状 第二节 虚拟植物模型研究及其应用 （二）根系模型 张吴平等通过盆栽试验测定，采用从单根到根系进行描述、整合的方式，实现了根系三维空间伸展与分布的重建与模拟以及三维动态分布的可视化表达 玉米根系三维空间分布重建与模拟 五、虚拟植物研究发展趋势 第二节 虚拟植物模型研究及其应用 虽然虚拟植物研究已经有40多年，也取得到了一定成就，但总体上尚处于发展初期，研究手段较为落后，手工数据采集工作量大，模型生理和生态机理性不强，对结构复杂植物表现能力弱，虚拟植物外观真实性不强，尚不能表达植物完整形态，模型适用性和可用性有待于提高。 （1）研究方法的发展与完善 （2）模型结构与功能的完善 简易性 可理解性 普适性 定量化 建模方法的 从植株整体水平上构建虚拟植物模型 根系模拟 虚拟植物模型与具体植物的生态生理模型有机结合 第三节 作物生长与产量形成的数学模拟原理 ——以EPIC模型为例 一、EPIC模型模拟作物生长与产量的机理 二、作物生长和产量形成过程的数学模拟 三、环境胁迫对作物生长与产量形成制约的数学模拟 一、EPIC模型模拟作物生长与产量的机理 第三节 作物生长与产量形成的数学模拟原理 ——以EPIC模型为例 EPIC模型作物产量计算流程图（吴锦，2009） 在逐日气候要素驱动下，首先模拟计算太阳辐射能转化为干物质的数量，主要通过最大叶面积系数、叶面积变化的S形曲线形态参数、叶面积下降速率等作物生长参数来确定。 一、EPIC模型模拟作物生长与产量的机理 第三节 作物生长与产量形成的数学模拟原理 ——以EPIC模型为例 EPIC模型作物产量计算流程图（吴锦，2009） 其次，通过作物生长的最适温度、最低温度与作物生育进程计算温度对叶面积增长的影响效应，通过计算根系分布层次土壤水分和养分状况，估计水分和养分胁迫对叶面积增长的影响效应。 一、EPIC模型模拟作物生长与产量的机理 第三节 作物生长与产量形成的数学模拟原理 ——以EPIC模型为例 EPIC模型作物产量计算流程图（吴锦，2009） 再次，估算作物生长期生物量增长的水分胁迫因子、氮素胁迫因子、磷素胁迫因子和温度胁迫因子，估算干物质的合成数量。 一、EPIC模型模拟作物生长与产量的机理 第三节 作物生长与产量形成的数学模拟原理 ——以EPIC模型为例 EPIC模型作物产量计算流程图（吴锦，2009） 最后，通过作物水分和养分临界期水分、养分亏缺状况估算实际收获指数，最后通过地上部生物量和收获指数计算可供收获的作物经济产量 一、EPIC模型模拟作物生长与产量的机理 第三节 作物生长与产量形成的数学模拟原理 ——以EPIC模型为例 作物生长与土壤水热氮运移耦合模型（胡克林等，2007） 在EPIC模型中，作物生长模型与土壤热量、水分、氮素和磷素等因素之间的耦合关系，类似于胡克林等提出的作物生长与土壤水热氮运移之间的耦合模型 一、EPIC模型模拟作物生长与产量的机理 第三节 作物生长与产量形成的数学模拟原理 ——以EPIC模型为例 与单作物专用模型相比， EPIC模型对作物生理过程和形态特征的细节描述仍然较为简单，只注重作物生长发育的共性特征，未能涉及不同作物的产量构成因素和作物品种之间的差异性。 EPIC模型尚