近年来,精准农业逐渐成为我国农业转型的风向标。在目前精准农业的发展中,作物的功能与结构模型可以准确地模拟出作物生长发育与其环境条件之间的关系,是精准农业的重要内容之一,同时也是实现农业可持续发展的重要方式之一。本文基于植物功能—结构模型中生理生态与形态结构相互反馈的机制,以张杂谷10号为研究对象,通过对谷子生长发育与外界环境之间相互关联的研究,建立了谷子的功能—结构模型。本文主要研究内容如下:1.田间试验:于二零二一年五月,在试验田种植张杂谷10号,记录播种时间,出苗时间,温度数据以及田间谷子生长发育的状况,并且进行破坏性取样,测定并记录谷子的各器官形态数据和生物量数据。2.室内试验:将试验田种植的苗期谷子取样,拍摄图像。通过轮廓提取和骨架提取等相结合的算法对所拍摄的图像进行识别分析,测量出苗期谷子的形态数据,为建立模型过程中数据的收集提供了省时省力的方法。3.模型构建:通过对田间试验数据的分析,确定谷子生长发育的基本单元,通过谷子叶元与有效积温之间的相互关联,建立了谷子的拓扑结构模型;按照不同器官在生长发育过程中的异速规则建立了谷子叶片、节间和穗的形态模型;模型中使用库强与扩展率两者的乘积作为谷子叶片、节间和穗的生物量理论需求值,建立了谷子在生长发育过程中的生物量分配与累积模型。4.模型参数化及实现:通过分析获得的数据,得出谷子发育参数;根据田间谷子生长发育情况观测数据的分析与梯度下降法,对谷子生物量分配模型中的隐含参数进行反求;对谷子叶片面积、节间体积、谷穗长度和干物质量之间的关系等进行数据分析,得到谷子器官形态模型中的参数;使用C++编程语言实现谷子生长发育的建模与输出。5.模型验证:以山西省晋中市太谷区武家堡不同位置试验区域的谷子取样数据对模型进行检验。试验选择了验证区域第10个生长周期和第17个生长周期的谷子,对这两个周期谷子地上部不同器官的生物量分配与累积结果及形态结构变化规律进行模拟,并且将不同位置上谷子叶片及节间的生物量试验模拟数值与试验测定的实际数值进行了比较。试验结果表明,模拟值与真实结果整体上比较吻合,本研究的谷子功能—结构模型能够较好地反映出谷子地上部的生长及发育过程,可以根据本模型为实际农业生产提供有效建议。