作物群体用水优化是未来干旱缺水地区节水农业发展的一个重要方向,而以种植业结构的优化提高其自身的节水功能是作物群体用水优化的重要组成部分。针对目前我国农业用水比重大、效率低,而工程节水、化控节水、农艺节水等节水措施成本高、易造成污染或难以大面积推广等问题,依据调查数据、统计数据及试验数据,对节水型农业种植结构优化的原理体系、分区方法、优化方法、评价方法、调控政策等进行了系统研究,以期通过种植结构的优化来提高种植业综合效益尤其是节水效益。论文取得的主要成果如下:(1)建立了节水型农业种植结构优化原理体系。以已有相关理论为基础,建立了包括作物优选原理、农产品需求及资源限制原理,以及作物时空布局原理在内的节水型农业种植结构优化原理体系。作物优选原理以作物热力学阈值和作物适宜性综合指数实现对适宜种植作物类型的优选,解决了区域“种什么?”的问题;农产品需求及资源限制原理决定不同类型作物播种面积的上、下限值,确定了区域“种多少?”的问题;作物时空布局原理决定作物的复种、轮作、连作、间作、套种等,回答了区域“如何布局?”的问题。(2)探索了综合考虑自然与人文因素进行节水型农业种植结构分区的方法。在分析节水型农业种植结构分区影响因子系统的基础上,选取了适宜黑河流域的21个分区指标;采用因子分析从这21个指标中提取了彼此不相关的且能反映原变量绝大部分(93.258%)信息的5个公共因子,其后依据这5个公共因子运用快速聚类分析进行聚类;依据聚类结果,将流域分为山地饲草旱作片、山前粮经雨养灌溉片、东部平原粮经灌溉片、西部平原果蔬灌溉片、中部平原经作灌溉片及荒漠戈壁绿洲经饲灌溉片等6个节水型农业种植结构分区,并拟定了各分区适宜的发展方案。(3)构建了基于混沌粒子群算法的节水型农业种植结构多目标优化模型。该模型以总净产值最大、粮食作物总产量最大、生态效益最大以及水分生产效益最大为4个优化目标,以不同作物的年播种面积为决策变量,以人类和其它产业对种植业的需求,以及耕地资源、种植业可利用灌溉水总量等有限资源为约束条件。应用该模型于黑河干流中游地区,结果表明:多目标混沌粒子群优化算法具有收敛速度快,不易陷入局部极值的优点;该区域采用节水型农业种植结构优化方案后,在播种面积有一定减少的情况下,不仅经济效益、社会效益及生态效益均有所提高,且能消减7%左右的种植业灌溉水量。(4)建立了融入实码加速遗传算法的节水型农业种植结构优化方案投影寻踪评价模型。应用该模型于黑河干流中游地区种植结构调整方案的评价和优选,以资源利用高效性、经济合理性、社会公平性及生态安全性为准则,选取了19项指标,对2006、2020及2030年3个水平年的各4类方案(经济效益型方案、粮食安全型方案、生态效益型方案和节水型方案)共12个优化方案进行评价。结果表明,节水型方案最符合干旱地区水资源匮缺及生态环境脆弱的实际,是3个水平年种植业结构调整的最优方案,评价结果与区域近年来的种植业发展情况相符,并能客观、真实地反映各评价指标的贡献率和方向性。(5)在对农户进行节水型农业种植结构调整意愿调查分析的基础上,探讨了种植结构调整的调控对策。以问卷调查等形式,获取了农户对节水型农业种植结构调整支持率及其影响因素的资料,其后利用Logit模型与Logistic模型对调查结果进行了分析,结果表明:节水型农业种植结构调整支持率的影响因素重要性按从大到小的排序为农户年龄、是否认为调整种植结构有节水意义、进行节水型种植业调整时是否只认为资金限制、是否希望政府参与、农户文化程度、是否认为开发抗旱品种有节水意义,据此提出应建立试验示范机制、宣传培训机制、经济补偿机制、政府导向机制、科技投入机制,以期保证节水型农业种植结构优化调整的顺利实施。