根系生长发育的定量化模拟对农业资源高效利用及加快作物新品种的选育至关重要。本研究在作物田间生长条件下,通过空间换时间的方法,进行了无水分/养分胁迫下的玉米栽培试验,通过定株挂牌观测和破坏性取样的方法,测定了不同时间下玉米根系的几何形态特征和生物量,建立了根系结构模型,以不同阶段根系可利用的生物量与根段的几何形态特征与其生物量异速生长关系,构建了生物量驱动下根系生长的结构模型,最后采用可视化的方法动态模拟了玉米根系的生长发育过程。该研究可以进一步应用到智慧农业系统中,实现种植过程的精准调控和替代费时费力的田间试验的虚拟仿真试验。本文的主要研究结果如下:（1）通过以时间换空间的种植方式,最后进行集中取样,清晰直观地获取到了七个不同生长时期的玉米根系结构区别。（2）基于植物学中根系的生长发育结构变化过程,以及玉米根系的生长规律和动态结构变化,利用玉米根系几何形态与生物量间的异速生长关系,参考自动机模型原理,构建了玉米根系的双尺度自动机模型。（3）对所构建的模型进行程序实现和模型参数化,使用了满足根系拓扑结构变化、几何形态特征、空间分布和根间关系的数据结构;对模型中的根长度、分支角度、分支系数及系数变化等进行了参数化,在参数化过程中,玉米根系的主轴根数与根系生长有效积温数的相关关系r~2=0.97,节根层数与根系生长有效积温数的相关关系为r~2=0.96。（4）对已构建模型进行了可视化模拟,重点对第7个周期、第12个周期、第25个周期、第40个周期的模拟结果进行了展示,并对比了考虑纹理和直径变化因素前后的不同效果,最后,对模型中的主要模拟值,不同积温下根长度的模拟结果值与根系实际测量所得的根长度结果值进行了对比。