非充分灌溉是指由于水不充分，使得水分供给状况不能充分满足作物的需求，从而使作物实际用水速率小于最佳水分环境条件下的需水速率灌溉方法。 我国是个严重缺少淡水的国家，特别是北方大部分地区都难以进行充分灌溉，研究和推广非充分灌溉技术，可以缓解我国农业缺水的矛盾，节省水资源，降低农业生产成本，提高农产品经济效益。
一、控制性干湿交替灌溉模式
控制性干湿交替灌溉是指人为的使作物根系半边湿润、半边处于干燥的土壤环境内，充分利用水分，避免干旱发生的一种全新灌溉方法。
干湿交替灌溉会影响作物的生长发育吗？大量的研究、试验表明，处于干燥区域内的根系吸水受到限制后，能产生一些特殊的化学物质。这些物质传输到叶片某部位后，发出受到水分胁迫的批示信号，使叶片气孔开度减小，减少叶片水分的蒸腾，从而减少水分的消耗，尽管仍有部分根系处于充分湿润状态下也是如此。发出指示信号的物质是脱落酸（ABA），主要在处于干燥土壤内的根系中形成。脱落酸的浓度随干旱的加剧而增加，可帮助作物监测土壤中的水分状况，并据此调节作物的水分消耗速率，从而使植株的干物质积累不会明显减少。总之，干湿交替灌溉对作物的生育和产量影响微小。
交替灌溉与地面全部湿润灌溉相比，可以显著减少作物株间水分蒸发损失和叶片水分蒸腾损失，提高水分的利用效率。据梁宗锁等人研究，在灌水下限控制为田间持水量的55%~65%，根系分成相等两部分实施交替灌水时，用水量减少34%~36.8%，而作物生长、产量仅下降6%~12%，节水效果极为显著。
交替灌溉通过人为的控制，干燥与湿润区域交替出现，即上次灌水的区域，下次灌水时让其干燥，而上次保持干燥的区域，下次灌水，从而使不同区域的根系能够交替，接受一定程度的水分胁迫（亏缺）。在常规沟灌的基础上，采用交替隔沟灌溉的方式，可实现交替性灌溉。利用滴灌、渗灌等系统，轮流交替着在作物的两侧供水，每次只让一侧的根系区域湿润，而另一侧的根系区域则保持干燥，也可以实现交替性灌溉。
二、调亏灌溉模式
调亏灌溉是指作物在某一生育期内，有目的、主动地减少灌水量，造成作物受到一定程度的水胁迫的灌溉方法。它有别于其他非充分灌溉方式，如亏水灌溉、有限灌溉等。
在华北地区，有的桃园采用调亏灌溉、桃树矮化密植等模式，已取得明显的经济效益。传统的桃园生产采用大树稀植、高肥水管理模式。因桃树成年后树体较大，故种植密度较低，约330株/公顷。这种栽培模式，早期树体发育慢，达到盛果期需6~7年，而成年树营养生长过旺，树冠过厚，透光性差，造成果实品质差和产量低。为解决透光问题，每年需要多次修剪枝条，而且耗工费时。
调亏灌溉为桃园实施矮化密植创造了条件。原北京农业工程大学与澳大利亚持续灌溉研究所进行合作研究中，桃树密度1300~2500株/公顷，并比传统栽培模式提前2~3年进入盛果期。他们主要是通过调控水分供应抑制树冠发育，既大量减少修剪工作量，又解决了透光问题。根据桃树果实生长情况，可分为5个时期：开花座果期（1期）、缓慢生长期（2期）、快速生长期（3期）、充实成熟期（4期）和采后期（5期）。第二期主要以营养生长为主，枝条生长旺盛，果实生长缓慢，适宜实施调亏灌溉。在北京地区，第二期处于5月25至6月30日之间，降雨量相对较少，为调亏灌溉的实施提供了良好的条件。在采用水亏缺处理时，灌水量等于A级蒸发皿蒸发量的20%和40%，以灌水量等于A级蒸发皿蒸发量的80%为对照。资料显示，在第二期实施水分亏缺处理，该期结束时，果实大小与对照基本没有区别，枝条的生长却有明显下降。进入第三期充分供水，至果实成熟时，处理的果实反而较大，产量也略有增加。枝条在挂果的季节内总长减少20厘米，减少幅度为40%，树冠直径在五年中可减少2米，修剪量每年减少64%。大大地节省了水肥，降低了生产成本，却获得果实个大、品质好，产量略有增加的效果。
目前，一些研究者正探索在小麦、玉米和棉花等作物上实施调亏灌溉的可能性和实施技术，并已取得了一定进展。