甘肃河西走廊石羊河流域干旱荒漠绿洲区位于巴丹吉林和腾格里沙漠之间，降雨稀少，地下水的过度开采以及农业用水的浪费，导致沙生植被枯萎死亡，沙尘暴肆虐，土壤盐碱化和生态环境恶化，农业与生态用水矛盾突出，但该区光照资源丰富、昼夜温差大，是我国优质葡萄产区之一，棉花也是该流域下游民勤县调整种植结构中发展的一项支柱产业，因此，如何高效利用有限的水资源进行灌溉是当地棉花和葡萄生产中的一个重要课题。 基于节水灌溉技术原理与作物感知缺水的根源信号理论而提出的根系分区交替灌溉，是对作物部分根区进行正常的灌溉，其余根区受到适度水分胁迫的灌溉方式，在干旱地区具有较大的应用潜力。本文以棉花和葡萄为供试作物，于2004～2005年在香港浸会大学、中国农业大学石羊河流域农业与生态节水试验站和甘肃省民勤县农业技术推广中心试验站进行了棉花温室盆栽试验、沟灌和滴灌条件下的棉花和葡萄田间小区试验，对根系分区交替灌溉条件下土壤水分的动态变化特征、作物生理调控与气孔响应、葡萄茎液流的变化规律与动态模拟、作物系数和耗水规律以及经济产量、品质和水分利用效率等进行了较系统的试验研究，取得了如下一些主要成果： (1)在温室盆栽和大田条件下证实了根系分区交替灌溉可诱发棉花叶片的水分保护机制，在不明显降低光合速率的条件下降低植株叶片的奢侈蒸腾耗水，提高水分利用效率；证明了根系分区交替灌溉可增强棉花的渗透调节能力，使叶片保持较高的膨压。研究发现温室盆栽条件下棉花蒸腾速率随气孔导度呈线性变化，水分利用效率与气孔导度为幂指数关系，当气孔导度低于120mmol·m-2·s-1时水分利用效率随气孔导度降低而升高。通过两年的试验在大田条件下进一步验证了根冠通讯理论的正确性及其在农业节水中应用的巨大潜力。 (2)对棉花根系分区交替灌溉节水机理进行了较系统的试验研究，发现根系分区交替灌溉能够调整作物营养生长与生殖生长的关系，有效控制作物生长冗余，调节光合产物在根冠间的比例和分配，棉花应用根系分区交替灌溉技术可优化根冠比，刺激根系生长和吸收功能的补偿效应。 (3)系统分析了干旱荒漠绿洲区不同滴灌模式下葡萄树茎液流的变化特征及其与环境因子的关系，发现影响葡萄树瞬时茎液流的最主要的气象因子是太阳辐射和气温，液流量与气象多因子之间线性方程的决定系数为：常规滴灌(CDI)＞交替滴灌(ADI)＞固定滴灌(FDI)。葡萄日液流量与ETo呈线性关系，其相对值与土壤含水率呈二次多项式关系，提出了“交替效应因子”的概念；建立了基于Penman-Monteith模式的葡萄瞬时液流量模拟模型，经检验模拟结果较好。 (4)发现葡萄常规滴灌、交替滴灌、固定滴灌条件下全生育期土面蒸发量占阶段总蒸发蒸腾量的比例分别为67.38％、57.04％和60.49％，说明根系分区交替滴灌在减少棵间蒸发量的同时还刺激了根系生长和吸收功能的补偿效应，依据试验资料分析了干旱荒漠绿洲区棉花和葡萄的耗水规律和作物系数，为根系分区交替灌溉技术的推广应用提供了理论依据和技术参数。 (5)田间试验结果表明灌水定额为37.5mm时隔沟交替灌溉棉花的霜前花产量较常规沟灌提高了35.5％，灌水定额为24mm时交替滴灌的霜前花产量较常规滴灌提高了10.63％，根系分区交替灌溉明显增加了棉花纤维长度，改善了皮棉品质；葡萄田间试验结果表明根系分区交替灌溉可显著提高鲜食葡萄的维生素C含量和可食部的比例，调整了可溶性固形物含量和果酸含量，提高了葡萄的成熟度。 研究结果表明在干旱荒漠绿洲区棉花和葡萄上应用根系分区交替灌溉具有较大的节水增产潜力，初步提出了干旱荒漠绿洲区棉花和葡萄根系分区交替灌溉的田间应用模式。