根系是植物的地下部分，是固定植物体，摄取、运输和储存营养物质以及合成一系列有机化合物的重要器官。植物的根构型，即根系在生长介质中的三维空间造型和分布，对水分养分的利用具有十分重要的作用，它随土壤环境而改变。植物根构型十分复杂，难以原位观察、测定，其定量研究一直是世界上根系生物学研究的难点之一。由于根系环境的不可见性和复杂性，一般的生物试验无法原位测定根构型的三维几何参数。随着计算机和仪器分析技术的发展，利用计算机模拟各种土壤环境下植物根系的生长情况，则可以避免其环境的不可见性及其次要因素的影响，定量地研究不同根构型对各种土壤环境因子的适应性变化。 目前对植物根系的模拟研究，有侧重于研究植物根系的生理生态模型方面的，有侧重于植物根系的形态发生模型方面的，但把植物根系的生理生态模型和植物根系的形态发生模型耦合实现“植物根系与环境”交互作用、并结合可视化模型的完整的模拟研究很少，基于现状，本研究建立了植物根系生长的三维可视化模拟系统。根据华南农业大学根系生物学研究中心多个研究课题和本人主持和参加的多个研究课题的需要，对大豆根系在低磷土壤中的生长过程进行了模拟。 在建立植物根系的形态发生模型的研究中，把括号L系统、参数L系统、随机L系统、微分L系统理论结合起来，建立了描述植物根系的连续生长的空间形态构型和表现植物根系生长的随机性和分形特征的一般产生式：根据根系构型的平面特征和三维特征编写了L系统生成规则；用L系统理论描述了植物根系的生长函数；用微分L系统理论表达了根系连续生长的过程。 在建立植物根系的生理生态模型的研究中，把相似理论应用到生物试验设计中，利用本中心自行设计的营养袋纸培系统试验获取生物数据，借助于盆栽试验获得根系生长的生长函数。营养袋纸培系统试验结果表明，营养袋纸培系统试验所获得的根系各几何参数随时间都呈S型曲线变化，并具有不同步的生长过程和不同的生长周期；分析和试验结果表明，营养袋纸培系统中根系的生长与实际的根系生长成相关关系，根据相似理论，只要完成简便易行的营养袋纸培系统试验和盆栽试验，就可在一定程度上预测实际根系的生长过程；在试验数据的统计中，用ⅨCEL软件拟合试验数据，发现根系的生长函数用三次多项式拟合效果最好；此外，在数据获取方面，采用了专用于根系数据获取的扫描仪器，通过专门的图像分析软件DT-SCAN(英国)和WmRHIZO(加拿大)，数码摄影摄像技术等先进手段，测定和获取根构型性状的各项参数。 在建立植物根系的可视化模型的研究中，采用一系列连接在一起的圆台代表植物的根系，计算了根系与根系资源获取率相关的几何参数：总根长、根表面面积和根总体积，对圆台做了平滑处理，采用VisualC++编程和OpenGL强大的图形库实现植物根系的缩放、旋转和平移以及颜色、灯光等的处理；建立了具有辨别和查错功能的L系统生成规则编译，实现了根系的动态三维可视化编译；根据生物学要求进行了系统界面设计，可直观地实现根系的缩放、旋转和平移以及颜色、灯光等的处理和照片的存储等功能；为了在遍历的时候可以运用递归技术，系统的数据结构采用了动态的树状数据结构。 最后，把植物根系的生理生态模型和植物根系的形态发生模型耦合起来，建立了植物根系生长的三维可视化模拟系统。根据所获得的大豆根系生长函数和所编译的L系统生成规则，利用该系统生成了大豆根系生长的三维图形。该系统只需输入三次多项式生长函数的系数，写出有关的产生式，就可直观、迅捷地获得该根系生长的可视化图形。