根系是植物生长发育过程中从土壤中获取水分、养分的重要器官,由于植物根系具有向水性,土壤水分空间变化将导致根系分布状况发生变化,并影响作物冠层生长。本文在吸收国内外群株根系研究成果的基础上,分析了局部灌溉条件下棉花群株根系竞争生长和受到土壤水分空间胁迫下根系变形的特征;以元胞自动机模型为基础,对棉花群株根系生长进行模拟,得到如下结论:(1)土壤局部湿润条件下,棉花群株根系具有竞争生长特点,侧根数量决定棉花根系的竞争生长能力。棉花种植间距大时,植株之间所处的土壤水分状况差异较大,侧根数量相差31.7%,根系之间竞争生长能力差别也很大,使得群株棉花地上部生长不整齐;种植间距小时,各棉株所处的土壤水分环境虽然相对较均匀,棉花地上部生长相对均匀,然而,根系之间重叠交叉分布密度大,相互之间的竞争生长激烈,对地上部植株生长也造成影响。(2)局部灌溉且无地下水影响或地下水埋深较深的条件下,土壤水分空间分布较均匀的棉株根系构型基本呈现“伞状”分布,侧根与主根直径相差5-6mm,两者之间的平均夹角在70°—80°之间,并随生育阶段而减小。部分受到土壤水分空间胁迫的棉株侧根变粗成为不定根,表现出主根分叉现象。根系构型的主、次不分明,棉花根系构型不再对称生长。分叉根之间的直径相差1-4mm;分叉根沿垂直方向的夹角变小,平均值在20°—37°之间,并随生育阶段而增大。棉花根系分叉后,根系构型变为没有垂直向下的主根的不定根,整个根系分布得较浅。(3)通过元胞自动机模型可以得到模拟的棉花群株根系构型的分布规律:棉花群株根系密度的分布区域与土壤水分分布相一致;棉花群株根系表现出明显的向灌水点方向生长现象;处理1中灌水点附近的棉株根系竞争能力大于湿润锋附近的棉株根系竞争能力,处理2中也存在一定程度的根系竞争生长现象,且侧根重叠交叉将使根系对水分资源的竞争更激烈。模拟结果与试验结果相一致,证明了用元胞自动机模型进行群株根系模拟的有效性,也可以为确定局部灌溉条件下土壤有效湿润区提供帮助。(4)通过植株生长和根系生长综合分析,处理2的三株棉花植株生长和根系生长较均匀,处理2的棉花3距湿润锋50cm;而处理1的棉花1长势较好,棉花3长势较差,棉花2长势稳定且距湿润锋40cm,因此棉花2处于土壤有效湿润区范围内。因此,在进行局部灌溉设计时,如果土壤有效湿润区为100cm,则棉花株距应设置为20cm左右并且距湿润锋30-40cm,才能保证棉花群株能够获取足够的水肥资源从而生长均匀。