本书针对数字农业与智慧农业的发展需求，综合运用系统分析原理和定量建模技术，以农作系统中品种环境－技术生长的动态关系为主线，全面介绍有关作物模拟模型与数字作物系统的基本原理、研究方法、关键技术，并展望未来的发展趋势与应用前景，突出基于生理生态过程的综合性和普适性作物生长与生产力形成模型，基于作物模型的决策支持技术及数字化作物模拟预测系统，为作物生产力预测预警、气候变化效应评估、生产管理方案优化、适宜品种性状设计等提供定量化和智能化工具，对于发展现代农业和保障粮食安全具有重要意义。全书在框架结构与内容体系上兼顾前沿性与知识性、机理性与应用性，反映了作者团队在作物模拟领域的最新研究成果及未来发展愿景。
本书主要面向有关数字农业与智慧农业领域的教育、科研、管理人员及高校研究生和高年级本科生，特别适合作为现代农学方面的教学、科研参考书。

前言
第1章 作物模拟发展概述
1.1 作物模拟的产生与发展
1.1.1 作物模拟的定义
1.1.2 作物模拟模型的类型
1.1.3 作物模拟的发展历程
1.1.4 作物模拟不同学派的发展特点
1.2 作物模拟的主要特征
1.2.1 作物系统模拟的意义
1.2.2 作物生长模型的基本特征
1.2.3 生长模拟与生长分析的比较
1.2.4 生长模型与统计模型的比较
1.3 作物模拟的功能与作用
1.3.1 作物模型的功能
1.3.2 作物模型的应用领域
1.3.3 作物模型与其他技术的耦合
第2章 作物模拟原理与方法
2.1 作物生产系统特征分析
2.1.1 作物生长系统分析方法
2.1.2 作物生产系统的等级性
2.1.3 作物生产系统的水平和过程
2.2 作物模拟的数据支撑
2.2.1 历史资料获取
2.2.2 模拟支持研究
2.3 作物关系定量表达
2.3.1 模拟研究的尺度
2.3.2 析因法与系数化
2.3.3 遗传参数
2.4 作物模拟模型研制程序
2.4.1 模型选择与系统定义
2.4.2 资料获取与算法构建
2.4.3 模块设计与模型实现
2.4.4 模型检验与改进完善
2.5 作物情景模拟技术
2.5.1 作物情景模拟思路
2.5.2 作物情景模拟应用
第3章 作物阶段发育与器官建成模拟
3.1 作物温光反应与生理发育时间
3.1.1 发育阶段的定义与划分
3.1.2 阶段发育的生理因子与概念模式
3.1.3 作物温光反应的模拟
3.2 生理发育时间与阶段预测
3.2.1 每日热敏感性
3.2.2 生理发育时间
3.2.3 顶端发育阶段的预测
3.2.4 物候期的预测
3.3 作物个体器官建成模拟
3.3.1 顶端原基的分化
3.3.2 叶片的出现
3.3.3 根系与茎秆的生长
3.3.4 籽粒发育与衰老
3.4 作物群体器官建成
3.4.1 群体叶面积
3.4.2 分蘖动态与成穗
第4章 作物光合作用与同化物积累模拟
4.1 冠层光能分布与截获
4.1.1 大气上界的光合有效辐射
4.1.2 冠层顶部的光合有效辐射
4.1.3 冠层内光的分布与吸收
4.2 叶片和冠层光合作用
4.2.1 单叶光合作用
4.2.2 冠层光合作用
4.2.3 光合作用影响因子
4.2.4 呼吸作用
4.3 同化物积累与生物量
4.3.1 群体净同化量
4.3.2 群体干物质积累
第5章 作物籽粒产量与品质形成模拟
5.1 作物籽粒产量形成模型
5.1.1 日同化量的分配
5.1.2 作物各器官干物质增长
5.2 作物籽粒品质形成模型
5.2.1 籽粒蛋白质形成模型
5.2.2 籽粒淀粉形成模型
第6章 作物温度胁迫效应模拟
6.1 作物温度胁迫效应
6.1.1 我国作物温度胁迫时空特征
6.1.2 作物温度胁迫的生理效应
6.2 作物低温胁迫响应模拟
6.2.1 作物生长模型对低温胁迫响应能力的比较
6.2.2 低温胁迫对作物生长发育及产量形成影响的模拟
6.3 作物高温胁迫响应模拟
6.3.1 作物生长模型对高温胁迫响应能力的比较
6.3.2 高温胁迫对作物生长发育和产量形成影响的模拟
第7章 作物水分关系模拟
7.1 土壤-作物水分模型描述
7.1.1 土壤水分模型的基本公式
7.1.2 作物对降水的截留
7.1.3 地表径流的计算
7.1.4 降水或灌溉的入渗
7.1.5 农田蒸散的算法
7.1.6 根系吸水函数
7.1.7 层间水分再分配
7.1.8 土壤水分特征值的估算
7.2 水分影响因子
7.2.1 水分胁迫对作物生长过程的影响
7.2.2 水分影响因子计算
7.3 模型计算与验证
7.3.1 计算流程
7.3.2 模型验证
第8章 作物养分动态模拟
8.1 土壤氮素动力学
8.1.1 土壤无机态氮的淋洗量
8.1.2 矿化与固定（生物固持）
8.1.3 作物残留与还田秸秆分解
8.1.4 硝化作用与反硝化作用
8.1.5 铵的黏土矿物固定与释放、吸附与解吸
8.2 土壤磷素的动态模拟
8.2.1 土壤有效磷基本平衡模型
8.2.2 土壤有效磷各组分的动态模拟
8.3 土壤钾素的动态模拟
8.3.1 土壤有效钾基本平衡模型
8.3.2 土壤有效钾各组分的动态模拟
8.4 养分吸收与分配
8.4.1 氮素的吸收与分配动态
8.4.2 磷素的吸收与分配动态
8.4.3 钾素的吸收与分配动态
8.5 养分效应因子
8.5.1 氮效应因子
8.5.2 磷效应因子
8.5.3 钾效应因子
8.5.4 养分亏缺因子
第9章 作物形态结构模拟与可视化表达
9.1 作物形态结构模型的构建
9.1.1 叶片生长的动态模拟
9.1.2 叶鞘长度的动态模拟
9.1.3 节间长度和宽度的动态模拟
9.1.4 茎叶夹角的动态模拟
9.1.5 叶曲线的动态模拟
9.1.6 穗生长的动态模拟
9.2 作物结构-功能模型的构建
9.2.1 作物单位器官干物质分配的动态模拟