植物生长建模是植物学、数学、计算机科学等多种学科相结合的课题.最近几年中,植物模型研究的方向是将植物的内在的生理过程和空间形态相结合的功能结构形式.GreenLab模型是近年来一直在发展着的一个植物结构功能模型,主要包括形态发生模型和生理模型两部分;计算的结果为单株植物在各个周期产生的生物量、器官的大小、方向和空间位置等.以往的GreenLab模型是个确定性模型,不能反映植株个体之间的差异.该文的主要研究内容是在GreenLab模型中引入模拟芽的生长活动的随机过程,并预测和模拟随机植物结构中器官个数和产量的统计特征.GreenLab模型中的形态发生模型为一个双尺度自动机,其中用"宏状态"、"微状态"及相互之间的跳转关系模拟植物的生长单元、生长单元中的叶元以及它们的生长顺序.在确定性生长的情况下,由于植物的分层组织特性,可以通过子结构方法可以递归地算出由形态发生模型得到的器官(节间、花、叶、果)的个数.计算所得的器官的个数将与GreenLab模型的生理模型的参数相结合,例如器官的相对汇强、扩张函数、异速生长系数等,用于计算每个生长周期总的生物量产量及分配,各种器官的重量、大小等等.根据得到的器官大小以及各种角度的定义可以构造出植物的三维形态.在GreenLab确定性模型框架基础之上,该文在形态发生模型中引入与芽的生长活动相联系的各种生长概率,即植物顶芽的存活概率、生长概率、叶元的出现概率和侧芽的分枝概率等.这样,每个周期的器官个数以及产生的生物量的变化都变成随机过程.为计算随机生长下的生物量的均值与方差,该文首先利用复合过程的求解方法以及子结构方法逐步地推导出分枝结构中器官个数的均值、方差和协方差,然后将结果用于各个生长周期随机生物量的均值、方差与协方差的递推计算.