一、節水灌溉的理論依據
科學技術的進步和生產的發展，促進了人們對灌溉原理的認識不斷深化。水資源的緊缺，給灌溉科學提出了新的目標和要求。為了既能節約用水，又能保持農業持續發展，即最經濟地利用有限的水資源和最有效地進行灌溉，必須要有一定的節水灌溉理論作指導。
水分在時空上的分布不均，作物在生育過程的需水要求不同，使得要保持二者間的平衡往往是暫時的或相對的。從全過程和整體觀察，在許多情況下，水分虧缺矛盾總是不可避免。
這種水分虧缺包括：供給土壤水量小於土壤水分消耗量的“土壤水分虧缺”；蒸騰失水大於根係吸水的“作物水分虧缺”。關鍵的問題是在不同的可供水量條件下，為了獲得最佳產量，允許作物在什麼時候發生水分虧缺及允許虧缺到什麼程度？作物對水分脅迫逆境適應的能力有多大？當某生育階段發生水分虧缺，經過灌溉補救以後，其後遺影響大小及延續時間的長短最終會對產量和產品質量構成哪些影響？揭示並依據這些規律便可科學地製定非充分灌溉的策略，為非充分灌溉和節水灌溉提供理論依據。
（1）物種資源中存在著一係列的對水分虧缺的適應機製，可采用增加作物在遭受幹旱逆境時的定植、生長、發育和生產能力。這種機製表現為幹旱時的逃旱（或避旱）和耐旱（或抗旱）作用。逃旱是指在土壤有效水分耗盡前，提前成熟；耐旱是指可增加對逆境耐性的適應能力，如延遲脫水和增加耐脫水能力。水分生理學研究表明，受水分脅迫的許多作物都表現了脯氨酸（PRO）和脫落酸（ABA）的積累。PRO增加對於滲透性的調節具有重要作用，作物通過滲透調節，能使細胞內滲透勢大於周圍環境的滲透勢，以便維持細胞內一定膨壓，有利於保持水分和各種代謝過程的進行及抗滲透脅迫能力的增強。ABA的積累能對氣孔關閉有某種作用，從而減少和調節蒸騰強度，有利於作物體保持一定水分。這種生物適應能力隨作物種類和品種不同有較大的差異，可對作物的耐性增加和延遲脅迫的適應機製作出生理解釋和揭示，有助於非充分灌溉和節水灌溉作物品種、種類的分析和選擇。
（2）幹旱和半幹旱地區的某些土壤的水分特征，提供了低定額灌溉的可能性。據對我國西北地區黃土的水分物理學研究表明，其土壤水分特征曲線在接θf處，水分有效性下降很快；而在40％～80％θf的範圍內，土壤水分為作物利用的有效性下降非常緩慢。在此範圍以內的土壤水分對作物的吸收影響，幾乎同等有效（其能態指標接近）。若這類土壤從田間持水率的70％降低到50％時，其葉水勢並不明顯下降，而當葉片滲透勢含水率降低到40%以下時，才與70％的供水植株的葉片表現有明顯差異，這一研究結果與黃土的水分特征對作物有效性範圍的研究基本吻合。表明在西北幹旱和半幹旱的黃土地區，土壤水分的有效性與植物根係吸水速率相關，保持低含水量水平，不會使作物遭受明顯幹旱而大幅度減產。為非充分灌溉和農業節水並獲得中等以上的產量提供了可能。華北地區冬小麥的研究也表明，整個生育期適宜土壤含水率的下限可控製在田間持水率的50％～60％，顯著區別於過去的70％或以上的結論，均為低定額的灌溉節水提供了土壤水分物理學的重要依據。
（3）作物具有一種有限缺水效應，在適度的水分虧缺情況下並不一定會顯著降低產量。作物在適度水分虧缺的逆境下，對於有限缺水具有一定的適應和抵抗效應，在經受了短期和適度水分脅迫影響，雖對生長和發育產生了一定抑製，但經過灌水的補救，一段時間後又會加快生長，表現為一種補償生長的效應。根據產量形成同化作用的理論及數學模型Y=HI∫heA·dt，隻有當水分虧缺降低了單位麵積（A）作物的同化作用，改變了同化物分配比例（HI）時，才會使產量（Y）降低。適度的有限缺水，雖然會影響葉片生長擴張，但並不影響葉片的氣孔開放，不至於對光合作用速率產生明顯影響，最終也不會影響產量。由於水分虧缺對蒸騰的影響遲緩於生長，在水分虧缺過程，蒸騰作用卻超前於光合作用的下降，因此即使在輕、中度缺水情況下，氣孔開度減小，蒸騰速率可能較大幅度下降，但光合作用仍不致顯著下降，最終並不一定會造成產量的明顯降低。
控製作物生長的最佳水分環境，科學地掌握生長過程的水分促控（也稱“幹濕交替”）技術，盡管在某些生育階段出現適度水分虧缺，對於促進作物的群體高產具有積極作用。如我國總結棉花和玉米的“蹲苗”、水稻的控水“落幹”增產經驗。Turner於1989年的研究認為，早期適度水分虧缺，對小麥、玉米、向日葵、花生、豆科牧草也會有利於增產。對於有限缺水可能引起增產的機製的研究初步揭示：如引起作物體內營養分配模式的改變，引起同化物從營養器官向生殖器官分配的增加，從而有利於經濟產量的形成。刺激腋芽、新葉和花的發育，有利於無限習性作物產量的形成。由於氮素的重新分配，促進了根冠上部大葉的發育及根係下紮。“蹲苗”使作物各部分滲透壓、吸水力相應提高，地下部分根係延伸生長，根毛區延伸生長加快，新的根毛加多等，都有利於作物從較深土層中吸收水分、加大根係吸水強度。禾穀類作物生長後期適度缺水，會促進灌漿的進程，使灌漿的初期速率得以加快，直到嚴重水分虧缺來臨之前，小麥體內物質運輸速率並不降低，可提高禾穀類作物的經濟產量。對於塊根作物--甜菜，生長後期適度缺水，雖產量會有所降低，但對於改善產品品質，提高含糖率有重要作用，最終產糖量仍有提高。關於作物有限缺水效應的應用，要注意缺水的時機和適度值的量化，以便在指導非充分灌溉和節水灌溉的實踐中減少風險性和可消除的缺水滯後影響（或稱後遺影響）的大小。