我国北方旱区面积宽广，灌溉在农业生产上占极重要的地位，有的地区没有灌溉没有农业。
我国旱区的灌溉水源主要是河川径流和地下水，部分地区靠高山积雪融化后汇集而成的河流。也有少部分地区有地下潜流可资利用，如吐鲁番、哈密一带的坎儿井。
我国旱区的特点是降雨量少和水源不足，扩大灌溉面积和增加灌溉量有极大困难。有些地区的地貌多样，地形复杂，水土流失严重，难以发展灌溉。水的问题使我国北方旱区的农业生产潜力开发得很不够，要开发我国旱区农业的潜力，突出的问题是水。在水源不足的情况下，必须注意节水灌溉和发展径流农业（雨养农业）以提高灌溉水和自然降水的利用率。
一、节水灌溉
1985年我国有灌溉面积7.4亿亩，占16亿亩耕地中的45%。目前所采用的灌溉技术主要是地面灌溉，，占灌溉面积99%。还有少数喷灌、微灌（以滴灌为主，雾灌、微喷灌极少）和地下灌溉。喷灌面积占灌溉面积的0.94%，微灌面积仅占灌溉面积的0.03%.
节水灌溉中的最大问题，是地面灌溉灌水技术粗放，盲目追求单位面积高产，频繁浇水和超定额灌溉。其中除了局部地区引起土壤次生盐渍化、涝害以外，多数地区的严重问题是大大地耗费了有限的水资源，而且得不偿失，贻害后代。在北方旱区，河水资源本来不足，由于浪费严重，广大地区的河流早已干涸。更值得注意的是，由于该地区地表径流资源缺乏，因此，地下水资源储备非常珍贵，但因对地下水的大量超采利用，地下水位已大幅度下降。
由于工农业和人口的发展，不得不过量汲取贮备水，在这种前提下，节水更为重要。为了在节水方面做出努力，减少掠取水资源，节水灌溉势在必行。特别是在我国北方旱区，结合当前实际情况，采取逐步改善的办法，节水灌溉可以从改进地面灌溉的灌水技术和大力推广节水灌溉的灌水新技术两方面入手。
（一）改进地面灌溉的灌水技术
小畦灌溉、短沟灌溉、细流沟灌和稻田湿润灌溉，是节水灌溉的有效措施。目前畦灌的问题是畦面不平，畦太长、过宽，畦首放水量过大，放水时间过长，畦埂矮而松，畦灌时串水漫灌，灌水不均匀，致使灌水定额过大。一般长畦（50-80米）的灌水定额为每亩50-70立方米，短畦（10-15米）为每亩30-40立方米，但目前，多实行粗放的畦灌，致使灌水定额超过每亩100立方米，引起深层渗漏，浪费极大。因此，宜采用小畦灌溉。
沟灌时，在沟的四周，土壤水分达到或接近饱和含水量，离沟较近处的土壤水分可达到田间持水量，而离沟较远的土壤水分，则低于田间持水量。因此，沟灌减少了深层渗漏和流失，较畦灌省水1/3。另外，沟灌后的地面蒸发也较畦灌少得多。沟灌是地面灌水技术较先进的灌水技术，增产省水效果较明显。目前沟灌中存在的问题是沟过长、地面不平、灌水不均匀、灌水定额偏大而浪费水。一般沟长20-30米时，灌水定额小于每亩30立方米，沟长超过50米，灌水定额将大于每亩40立方米。
细流沟灌，就是在沟灌的基础上，采用多沟同时进水，细流长流的一种沟灌法。沟口放水时间长，沟中流量小（每秒0.2升），在长时间的浅水层的沟灌条件下，土壤浸润可达到较深厚的土层，而表土又保持疏松良好的结构，保墒情况良好。我国新疆地区的棉田灌溉，就是根据当地蒸发量大的气候条件，采用了细流沟灌，灌水量每亩25立方米左右。
稻田湿润灌溉，是节水灌溉的有效措施，一般稻田湿润灌溉可较淹灌节省灌溉水40%左右。北方旱区水稻米质优良，但由于水资源不足，水稻面积已压缩。为了挖掘水稻生产潜力，改淹灌为湿润灌溉可节约用水。
（二）节水灌溉新技术
节水灌溉新技术包括有地下灌溉、喷灌、滴灌、雾灌、微喷灌等。可以用较小的灌水定额（每亩10-20立方米）较均匀地浸润土壤。近几年来，国内外为灌水新技术提供的灌水设备，品种不断创新，质量不断提高，为推广节水灌溉新技术提供了物质条件。
1、地下灌溉
地下灌溉是利用埋设在地下的专门设施（渗水管道、鼠道等），将水引入地下，再借土壤毛细管作用，自下而上地浸润土壤。地下灌溉可采用较小的灌水定额（每亩10-20立方米），进行适时适量的灌溉。地下灌溉系统包括水源、输水渠道和渗水管道。渗水管道可用各种材料制造。目前，应用较多的管材，有粘土烧管、瓦管、竹管等，或用钻有小孔的薄壁硬塑料管、半软塑料管。也可用鼠道。
地下灌溉不仅可以采用小定额（每亩10-20立方米）进行渗水灌溉，还可以节省土地，免去筑畦，便于地面的机械化耕作。灌水工作简单，便于自动化，还可以与其他田间管理工作同时进行。渗入管还可起到排水管的作用，改善土壤透气性，并有增加雨水入渗，有效地利用雨水。在我国北方旱区，地下灌溉还可减少土壤蒸发。但地下灌溉的农田表土层湿润较差，对作物幼苗期供水不足。在透水性强的土壤上，仍有一定量的渗漏损失。管道易堵寒。检修较困难。投资较大，施工费劳力。由于渗水管的埋深、坡度、长度均有一定的局限性。地下灌溉促使土壤返盐，不宜在盐碱地上采用。
2、喷灌
喷灌是利用水泵和管道系统，在一定的压力下，把水通过喷头喷到空中，散为细小水滴，象下雨一样灌溉农作物，是一种比较先进的灌水技术。
喷灌可以控制喷水量、喷洒强度和喷洒均匀度，从而避免了地面径流和深层渗漏，防止了水、肥、土的流失。一般喷灌较地面灌溉可以省水50%左右，因此，在北方旱区水源有限的条件下，采用喷灌可节约用水，扩大灌溉面积。由于喷灌能适时量下，采用喷灌可节约用水，扩大灌溉面积。由于喷灌能适时量地满足作物对水分的要求，减少土壤结构的破坏，保持土壤通气良好，促使土壤有机质分解，提高土壤养分的有效性，并能调节田间小气候，给农作物生长创造了良好的条件，因此，喷灌与地面灌溉相比，可使大田作物增产20-30%，蔬菜增产50-100%，从而提高了灌溉水的利用率。
喷灌对土壤、地形、坡度的适应范围广。地形复杂的岗坡地，透水性强的沙土地，不宜发展地面灌溉，或发展地面灌溉难度较大的地区，可以发展喷灌。
发展喷灌主要是一次性投资较大，但从亩产投资来看，喷灌比地面灌投资的增加并不算多。北京市昌平地区1956-1980年的水利投资7792.5万元，发展有效灌溉面积40.3万亩，亩投资为193元。全北京市同期平均亩投资为200元，平原地区通县亩投资为146元。由此可见，非喷灌的水利投资并不低，如用于发展喷灌，并不一定存在投资大的问题。
在提水灌区（井灌区等）尤其是高扬程提水灌区，喷灌增加的能耗与运行费相抵，还略有减少，所以喷灌也并不增加每亩地的能耗与运行费。据北京顺义县水利局资料，当冬小麦喷溉比地面灌溉灌水次数相同或略多时，喷灌比地面灌每亩地可省电9.48-15.9千瓦·小时-1，平均每亩地可省电12.69千瓦·小时-1，当喷灌次数为9次，地面灌溉为6次时，喷灌比地面灌每亩多耗电25.1-40.3千瓦·小时-1，平均每亩地多耗电32.7千瓦·小时-1。从五个试验点总的情况看，喷灌平均每亩地耗电85.15千瓦·小时-1，地面灌平均每亩地耗电87.17千瓦·小时-1，喷灌比地面灌溉每亩地平均可省电2.02千瓦·小时-1。
世界先进国家广泛采用喷灌。苏联在1980年已有喷灌面积1.53亿亩。占灌溉面积的47%。美国在1985年有喷溉面积1.35亿亩，占灌溉面积的37%。近年来，我国喷灌在蔬菜、果园、茶园、桑园、花生等以济作物上有较大发展。据1985年统计，全国有喷灌面积675万亩，占灌溉面积的0.94%。我国半干旱和干旱地区的喷灌面积444万亩，占全国喷灌面积的65.8%。目前我国的喷灌正在逐步稳定地发展中。
3、滴灌
滴灌是滴水灌溉技术的简称。它是利用低压管道系统（通常使塑料管道），将水加压、过滤后，把灌溉水（或化肥溶液）一滴一滴地、均匀而又缓慢地滴入作物根部附近的土层中，使作物主要根区的土壤经常保持在适宜于作物生长的最佳含水量，而作物行间、果树的行间和株间土壤则保持相对干燥。
滴灌时，当水滴离开滴头进入土壤后，除了在重力作用下，水分垂直向下运动，逐渐浸润深处的土壤外，而且水分也在毛管力和土壤基模势的作用下，作垂直运动与水平运动向四周扩散，逐渐湿润滴头所在位置附近的土壤。滴灌停止后，在土壤含水量超过田间持水量时，土壤水仍然受重力作用向下移动。随后，在土壤基模势的作用下，继续缓慢地向下、向四周移动，而达到暂时的平衡状态。滴灌与地面灌溉、喷灌相比，浸润土壤有两点明显的不同。一是滴灌地的土壤表面不是全部湿润的土壤，水分比较均匀。
与其他灌水技术相比，滴灌最为突出的优点是省水。滴灌只浸润作物根部附近的那部分土体，避免了渗漏的损失，也大大地减少了株间土壤表面蒸发。滴灌也没有喷灌时的水滴的漂移损失和蒸发，滴灌的灌水定额约为每亩10立方米左右，是地面灌溉方法灌水定额的1/5-1/4，是喷灌灌水定额的1/3-1/2。在炎热干旱和土壤透水性强的地区，滴灌的省水效果更为显著。滴灌能根据作物需水规律，适时、适量地、均匀而又缓慢地供水、供肥，使作物根层土壤经常保持适宜的水分、空气和养分状况。并使作物行间、株间保持干燥，抑制了部分杂草生长，因此，增产效果显著。与地面灌溉相比，滴灌能使水果增产20-50%，蔬菜增产50-200%，粮食作物增产20-40%。滴灌的水分利用率更高。同喷灌相比，在丘陵山区少地及土地不平整的耕地上采用滴灌更具优越性。此外，它能防止灌区土壤次生盐渍化。甚至还可以利用咸水灌溉，因为作物根系土层经常保持湿润状态，这就是使得土壤中的盐分始终处于稀释状态，并且随着土壤水分的运动，盐分向离根系较远的干土区移动，所以使用咸水滴灌时，水源的含盐量可高达3克·升-1，作物也能正常生长，并获得较高的产量。另外，滴灌不会弄湿作物的基部叶片，避免了盐分对作物的危害。滴灌的操作技术简便，还易于实行自动。滴灌的工作压力低于喷灌，较喷灌节省能源。但滴灌的投资较大，容易发生滴头堵塞的问题。
近年来，新疆农业科学院从国外引进薄壁双壁管，它是由放水孔间距大的内管（高压软管）和放水间距小的外管（低压软管）结合在一起组成的。薄壁双壁管起着毛管（内管）和滴头（外管）的作用，它配水均匀，亩投资比用毛管和滴头便宜30%左右，并可作带状盘卷，放收管方便，便于机械化铺设和回收。
微喷灌是介于喷灌和滴灌的一种微灌灌水技术。它既有滴灌的省水、省能源的优点，又便于克服滴灌滴头易堵塞的弊病，目前正在逐步推广中。
由于滴灌、微喷灌省水、省劳力、省能力、省能源、增产效果显著，目前发达国家已在温室、果园、蔬菜、棉花等经济作物上大力发展。据1983年统计，以滴灌为主的微灌面积，美国为278万亩，占灌溉面积的0.7%，以色列已达到123万亩，占灌溉面积的34.8%。近年来，我国正在逐步发展中，1983年微灌面积已有20万亩。
（三）加速节水灌溉
目前，我国所采用的灌水技术，主要是地面灌溉，由于受到资金、能源和喷、微灌设备条件的限制，不可能在短期内大量发展喷、微灌。因此，当务之急是充分利用好现有北方旱区的水利设施，改进地面灌溉的灌水技术，同时，要在水源不足的特别干旱的地区大力发展喷、微灌。
近十多年来，我国喷灌面积有一定的发展，1985年喷灌面积为675万亩，占灌溉面积的0.9%，而我国半干旱和干旱地区的喷灌面积为444万亩，占全国喷灌面积的65.8%，目前正在稳步发展中，以滴灌为主的微灌，近几年来开始起步，1983年我国微灌面积为20万亩，仅占灌溉面积的0.03%。世界上发达国家的喷灌、微灌的发展相当的快，苏联1980年喷灌面积已达1.53亿亩，占灌溉面积的47%。美国1985年喷灌面积1.35亿亩，占灌溉面积37%，法国和联邦德国的喷灌面积占灌溉面积分别为75%（1980年）91%（1983年）。南斯拉夫、民主德国、保加利亚、匈牙利、罗马尼亚、捷克的喷灌面积占灌溉面积分别为31%，47%，60%，63%，80%和90%。据1983年统计，美国和苏联的微灌面积分别为278万亩和168万亩，各占灌溉面积的0.7%0.05%。地处西亚干旱地区的以色列的内盖夫沙漠约为全国的一半，沙漠中生长着一些小灌木，沙漠表面有土壤化层，这里的沙漠只要有水就可以变为肥沃的土地，因此，那里非常重视节水灌溉技术的使用与发展。以色列在1966年就有喷灌面积229万亩，几乎实现了耕地面积喷灌化。据1983年统计，以色列微灌面积为123万亩（柑桔、棉花、水果），其节水灌溉技术在世界上是领先的。他们的喷灌、微灌的成果已经在实际中得到应用。
我国喷灌和微灌的面积是相当少的，而我国北方旱区的疆域相当广阔。该区水资源不足，灌溉水的利用率又很低。为了充分利用和保护好有限的水资源，造福子孙后代，必须因地制宜地大力发展喷灌灌水技术。
我国北方旱区内，草甸盐渍化土壤、沼泽盐渍化土壤和灌区次生盐渍化土壤等地区，贮存有大量浅层地下咸水，可利用矿化度小于3克·升-1的咸水发展滴灌。这不仅利用了浅层地下咸水的资源，还可促使浅层地下咸水的淡化，降低地下水位，有利于盐渍化土壤的改良。
要提高我国北方旱区灌溉水的有效利用率，除了改进灌水技术，推行节水灌溉之外，还要防止输水渠道系统和蓄水工程（水库、坑塘等）的渗漏损失。目前，我国灌区多为土质渠道，不少灌区的渠道系统紊乱，渠道弯曲多，渠线长，所以渠系有效利用系数低，一般只有0.3-0.5，而有50-70%的水在渠道系统输送过程中渗漏和蒸发损失掉了。为此，我们要进行渠道系统改建，加强计划用水，实行轮灌，缩短固定渠道输水时间，也要采取渠道防渗措施。有条件的地方，可推行输水管道化，使渠道系统的输水损失降低到最低限度，以提高灌溉水的利用率。
土质沟渠、水库、池塘，因土壤是多孔体，渗漏损失严重，并造成邻近地区渍水、盐渍化和土壤侵蚀。
而现代工业技术提供了很多廉价防水材料，可阻止贮水、输水工程的底、壁透水。例如，对于土壤含粘粒量大于15%的地方，可采用钠盐处理。钠盐可分散粘粒；又如采用水泥或沥青护面；也可采用聚乙烯、聚丙烯塑料薄膜做防渗材料，在薄膜上加盖土壤、砾石，以资保护。较深水库和石质土壤上的水库，应采用较厚、韧性较强的乙烯基，或加强的聚丙烯薄膜。
我国北方干旱地区的水库、池塘、沟渠的水面蒸发十分严重，但常被忽视。由于水面暴露面积大，水面蒸发损失超过了生产用水。抑制水面蒸发是增加供水量的重要手段，不需增加工程，就能增加蓄水能力。在水面上使用一层阻止水分气化"阻挡层"，可抑制水面蒸发。例如，自动扩散在水面上，形成密封层的液态化学制剂，如十六醇，它的细长分子，在水面排列一个分子厚的分子层，盖在水面上，15亩水面用量小于60克，需量极少，不限制氧气进入，对人、鱼无毒。但它易受风浪影响。又如，漂浮石蜡板，日晒后融化，在水面上成一柔软的薄膜层。美国亚利桑那州，在一个贮水池覆石蜡4年仍完好，蒸发抑制率达85%，。该石蜡层在天冷时破裂，而晒热后又融化，重新成膜。也可以放置一些漂浮水泥板，多孔轻质塑料等。在西南非洲一座15亩水面的水库上，抑制蒸发效果显著。用固态板抑制蒸发时，可能引起水温增高，以选用绝热、浅色、能避免太阳能进入水体的反射材料为好。此外，用粗沙和卵石填充水库，将水贮存在沙石间的孔隙中，并使水位保持在填充物堆积的表面30厘米以下，也可避免或减少蒸发。
二、径流农业（雨养农业）
从岗坡地汇集降雨径流并用于农业生产，这就是径流农业。其基本要求是集水区来供应种植区足够的水量。根深的多年生作物更能适应径流农业，因为它能利用贮存在土层深处的土壤水。对某些深根、耐旱的果树，可能取得良好的效果。生育期短的农作物（缩短了植物蒸腾和土壤蒸发损耗水分的时间）也能适应径流农业。用径流种植饲草可以增加产草量，大大增加草原的载畜量。径流农业可以延长富含营养的多汁饲料的供应季节，甚至可在特别需要时提供青饲。
约在4000年以前，雨水集成的径流农业就已产生。径流农业使平均年降雨量少到100毫米的田地，也能进行作物生产。古代中东的农民曾清理岗坡上的杂物以增加径流，又沿等高线堆置石坝来汇集径流，并引水到较低的农田。这些措施使农业在沙漠地区得以发展，使许多沙漠地区受益。以色列内盖夫沙漠的径流农业使牧草、大田作物和果园都取得极好的收成，产量比旱地农业高得多，而与灌溉农业的产量相当。麦类产量达每亩约80-300公斤，水果每亩约200-1000公斤，苜蓿草（鲜重）每亩约1000-2500公斤。
以色列内盖夫沙漠径流农业的集水区与耕地面积比例为20：1。在年降雨量只有100毫米的地区，耕地得到的水量约等于300-500毫米的雨水。它将一些小流域分成1-3公顷的小集水区，使径流能畅通地流进岗坡上的水渠里，水渠把水引到修成梯田的耕地里。耕地修有石彻水簸箕，还可使集入农田多余的水流入比它更低的田块。
除了较大面积的集水措施外，在内盖夫沙漠地区也采用微集水面积种植。所谓微集水面积种植，就是在雨水过少、难以形成较大地面径流的地区，在微集水面积周围建起集水区，从集水区上收存雨水形成径流，集中到较低的平坑内，只在坑里种一棵树。微集水面积比起大型集存雨水方法，效率提高了。因为输水损失减少到最低限度。它在雨小、在别处不能供水时，也照样能提供径流。采用微集水面积种植，不需要修水渠、梯田和梯田坎。此外，微集水面积在任何斜坡上都可以修建，甚至包括在几乎水平的平原地段，对不适于采用径流农场院的大片平坦土地上，也可以采用微集水面积种植。
微集水面积种植方法，在我国有着悠久的历史，积累了丰富的经验。我国丘陵山区的水土保持工作中，有很多是利用微集水面积种植的措施。尤其是黄土地区可以充分发挥深厚黄土层的土壤贮水作用。甘肃省定西地区修挖的复式反坡梯田。就是把梯田田面修成反坡，成为反坡梯田（外高里低）并在反坡梯田上方留有一定坡长的坡地，作为"产流区"，汇集降雨径流，用坡地产生径流补充反坡梯田的土壤水分。即采用"以坡补田"的方法。荒坡造林所用的水平沟、鱼鳞坑、沟坑相连，也是利用微集水面积的水土保持措施。
采用径流农业要调查研究：（1）土壤及其蓄水能力，特别是土层深度、土壤的保水、失水及是否易冲刷等方面的特性。种植地段的土层厚度最低限度要有1.5-2米，土壤要透水性强，有高度的贮水能力。集水区土壤必须是不易透水的。（2）地形，主要是坡降及天然径流的流向。（3）降雨特点，主要是降水总量及降水的可靠性等，雨季处在低温季节，平均雨季降雨量最少要达到80毫米。如雨季处在蒸发量大的高温季节，平均雨季雨量必须超过80毫米。在干旱地区，尽管不常下雨，可是将雨水集存起来，其水量仍是可观的，比如在1公顷的土地上，10毫米的降雨就等于100立方米的水。在平均雨量少到80毫米的干旱地区，集存在雨水是可以采用的。我们可以改变地表状况的办法来增加降雨径流。
（一）田地个整
坡降平缓的小集水区（坡降为1-5%为适宜），集存雨水的效果最好。通过清除坡面上的岩石和草木，并把土壤表面压实，一般就可以增加降雨径流量。沿岗坡等高线修筑渠道，可以汇集径流水，并把径流水输入在洼地的坑塘里或引入较低的农田。这些简单的田间工程，主要问题是应避免和防止冲刷。所以只有当土壤冲刷不严重，又有廉价的坡地可利用时，这样的田地修整，才可以成为很经济的集存雨水的方法。
（二）化学处理
雨水集存的一种有前途的措施，是用化学药品处理土壤，这些化学药品能封闭土壤孔隙或使土壤具有斥水性。
钠盐能使土壤的粘粒分散，部分地封闭土壤孔隙，使在含有粘粒的土壤上径流增加。钠盐作为土壤封闭剂很值得研究，因为它价廉，容易购备，并且能抑制杂草生长。
斥水化学药品，如沥青和石蜡作为土壤封闭剂，可用在稳定的、遇水不膨胀的土壤上。
沥青用于建造不透水的集水区，是有希望的，特别是它适用于喷洒铺面。在美国修集水区时，先在坡面上清除草木、整平地面，洒用消毒剂、除莠剂，再喷上两层沥青，一层用来封住土壤毛孔，另一层用来防止风化。在适当的斜坡上，沥青集水区可维持四、五年。近来采用塑料和玻璃纤维加固沥青，并采用砂石覆盖集水区，效果更佳。
把颗粒状的石蜡撒在地上，使其在阳光下融化，渗入土壤毛细孔，也可将溶化的石蜡喷洒在地面上。经验证明，用石蜡处理的小区，产生的径流为雨量的90%，未处理小区只产生30%的径流。石蜡处理区的径流含盐量少（每升少于50毫克），有机物含量少到几乎测不出来。
（三）土壤覆盖
在一些情况下，更好的办法是用一层防水薄膜将土壤盖上，而不是把土壤本身制成泄水表面。尤其是对于多孔的、不稳定的土壤，采用塑料薄膜建造廉价的雨水汇集区是有希望的，但薄膜容易被风损坏。铺盖砂石的塑料薄膜，效果良好，砂石保护了底层的薄膜，防止辐射和风的破坏，如妥为修建和管理，有效期可超过20年。
干旱地区的降雨是零星的、断续的，当降雨集存技术用于"径流农业"时，水就保存在耕种的土壤里。在开采地下水不现实的地区，采用集存雨水措施，发展径流农业是适宜的。它还特别适用于小村庄、学校、家庭、小园地、牲畜和野生动物的供水。有时也可以修建集水小区来供应现存的贮水设施（水库、坑塘等）。
在提高水的利率（包括灌溉水和自然降水）方面，本文着重介绍了节水灌溉和径流农业，也简要地涉及到减少渗漏损失和抑制水面蒸发的问题。但值得注意的是，提高水的利用率除应采取以上措施外，还应注意抑制土面蒸发，抑制蒸腾，选育抗旱优良品种，加强农作物的田间管理和控制农业环境等有关措施，并注意综合考虑才能取得更好的效果。