自上世纪80年代研制出第一代节能日光温室及其蔬菜生产技术体系以来,此后相继研制出第二代、第三代节能日光温室及其蔬菜生产技术体系,取得了显著的经济、社会和生态效益。但是节能日光温室类型多样,外形构造各异。前屋面有抛物线形、圆形、双曲线形、一坡一立形、下挖式一面坡形等;后屋面的仰角和长度有各式各样;墙体规格也各异。采用何种外形构造更能使温室充分利用太阳光能、获取最佳环境效应值得深入研究探讨。另一方面,日光温室内作物冠层结构如何配置才能最大限度地提高冠层光能利用率,也是日光温室生产中需要解决的重要理论问题。因此,本研究以生产上应用面积最大的第二代节能日光温室和番茄为试验温室和作物配置种类,运用仿真模拟方法,优化了节能日光温室外形构造,解析了日光温室内番茄最佳光能利用效率的冠层配置结构,具体结果如下:1.提出了一种模拟节能日光温室及番茄群体光环境的虚拟仿真方法。采用Gro IMP开源软件建立了基于FSPM（Functional-structural plant modelling,植物功能结构建模）的北纬41.5o的沈阳地区外界虚拟光场景、节能日光温室3D虚拟仿真模型和番茄植株配置虚拟仿真模型。相比于普通数学建模模拟,FSPM模型可以更加直观可视化的模拟温室及植物冠层的复杂光环境。2.基于光环境虚拟仿真模型,创建了节能日光温室外形构造优化筛选建模方法。在创建的节能日光温室结构功能3D仿真模型基础上,拓展建成外接温室热平衡方程的温度计算方法;利用这一方法对温室各项结构参数进行模拟及实际测量验证,证明方法可靠和准确。而后建立了温室外形构造中间差值模拟筛选方法,采用这种方法对我国41.5°N地区节能日光温室121种前部结构和后部结构组合的14,641种温室外形构造进行模拟,并对模拟数据进行PCA,探索各外形构造变量间的数量关系以及影响温室采光保温的主要建筑参数特征。结果表明,温室脊高对温室的太阳辐射捕获量有着显著的正向作用,而增加前屋面曲面弧度对地面辐射具有负面作用。筛选得出了4种最佳夜间温度性能温室外形结构,在41.5°N地区,在不改变温室建筑材料及厚度条件下,与测试用第二代节能日光温室相比较,温室内冬至日最低温度可提高2℃,换算为煤炭消耗量减少53 kg,预计温度升高2℃,可提高番茄产量5%左右。3.采用外接拓展温室及番茄叶片能量平衡方程的方法,建立适用于节能日光温室番茄冠层叶片层级微环境仿真的光-温耦合模型,对温室各表面（北墙、前屋面、后坡和土壤）及番茄叶面进行高精度的光、温模拟并经实际测定验证,证明模型准确和可靠。采用此模型揭示了正常种植番茄（高度1.8 m）的第二代节能日光温室—辽沈Ⅰ型节能日光温室内一天中光、热微气候动态变化状态,分析结果表明:正午时刻与对照的空温室相比,冠层遮阴部分的地面辐射下降了约200 W m-2（约50%）,北墙遮阴部分的辐射强度下降约50-100 W m-2（约15%）。冠层下部叶片层级≤5的叶片接收的光辐射仅占吸收总辐射的极少部分,因此在实际生产过程中可以将冠层下部叶片予以去除。4.采用外接拓展温室能量平衡方程模块和扩展K＆L光合模块,在同时考虑天气条件、温室结构、冠层结构、叶片温度、年龄和气孔导度的情况下建立了适用于节能日光温室番茄冠层叶片层级光合生理模拟模型,模拟动态叶面光、温、气孔导度和光合作用。对晴天和阴天两种天气情况的各表面平均温度（包括:温室内部空气、前屋面、北墙、后坡、土壤和番茄叶片）进行模拟并经实际测定验证,同时对光合作用模拟模型的各参数曲线进行验证,证明模型准确和可靠。采用模型计算并证明了不考虑叶温影响（叶片温度设置为恒定值25°C）会在预测温室叶片光合作用时产生相当大的误差（晴天7.6%,阴天8.3%）。采用模型模拟计算冠层叶片的光合限制情况,对比分析晴天和阴天限制各叶片层级小叶光合速率的主要限制因子。确定叶温是导致节能日光温室冬季阴天正午条件下光合生化限制（BL）增加的主要限制因素。5.利用之前建立的仿真模型计算128种种植策略（2种垄向、4种种植模式、16种种植密度）和8种番茄株型结构对叶片水平光截获、温度和碳同化的影响和两者之间的量化关系。采用偏最小二乘路径建模方法（PLS-PM）对节能日光温室小气候条件下的种植模式与株型配置之间的定量关系进行数值分析。研究结果表明,东西垄向-递增行种植模式具有更优的光截获性能。与植物株型结构变化相比,改变种植策略对番茄冠层叶面的光辐射、温度、光合作用和干物质的总体影响更为显著,其中株距的影响最为明显,而改变种植模式虽没有对冠层的光截获产生巨大的影响,但可以对冠层光分布均匀性有很大影响。与其他株型结构处理相比,在不改变整株叶面积的条件下,增加番茄植株叶片数量/面积（N/A）将对干物质产生相当大的影响。增加节间长度、枝条长度、叶片长/宽（L/W）和叶片仰角也会对光合及干物质产生积极影响。设计得出集合8种株型结构的最佳参数值的番茄理想株型结构,该理想株型结构的冬至日正午冠层叶片层级累积光截获量较参考株型增加了20.2%。