种植业的结构优化是农业可持续发展的重要内容。处于干旱地带的石河子垦区是典型的绿洲农业,农业用水占有很大比重,尤其是种植业,随着经济社会的快速发展,工业用水和生活用水需求的不断增加,水资源供需矛盾日趋严峻。同时石河子垦区种植模式比较单一,棉花占主导地位。单一的种植模式带来了诸多问题,粮食供给不足,农田土壤盐碱化等问题日益显现。因此,如何在水资源短缺的情况下,实现种植业结构的优化配置是推进石河子垦区农业的可持续发展和人民生活水平提高的重要途径。本文在国内外相关研究的基础上,首先分析了水资源约束下种植业结构调整的内涵和特征,阐述了相关理论基础;其次,介绍了石河子垦区区域状况和用水结构及其变动情况,同时分析了垦区种植业结构现状及变动趋势,并指出当前石河子垦区水资源仍比较匮乏,农业灌溉用水占到总用水量的90%,而农业用水中种植业用水占有很高比重;石河子垦区当前种植业结构比较单一,并不是合理最优的;依据保证粮食生产安全,提高水资源利用效率,实现经济效益、生态效益和社会效益最优化的原则,根据石河子垦区种植业发展特点及用水现状,建立水资源约束条件下的种植业结构调整目标函数及约束条件,实证分析石河子垦区种植业结构调整及其优化效果,得出结论:以提高水资源利用效率,保证粮食生产安全和经济社会生产生活需求的前提下,石河子垦区种植业结构调整方向应以小麦、玉米、棉花、油料、甜菜、瓜果为主要调整对象,扩大小麦、豆类、油料和瓜果的种植面积,减少玉米和棉花等耗水资源较大的农作物的种植面积,稍微增加苜蓿为主要饲料饲料作物的播种面积,并且经济作物调整中仍保持着棉花这一比较优势作物;最后提出相关政策建议,有助于优化垦区种植业结构,满足垦区经济社会发展对粮食生产和各种作物的需求,有助于实现经济效益和生态效益的最优化,提高用水效率,保护整个区域的生态环境,有助于农户的收入的增加,促进石河子垦区现代化农业可持续健康发展。