现阶段运用工程节水、农艺节水、化控节水等节水措施，存在成本高、易带来生态环境问题等不利因素，难以大规模推广应用。优化调整种植结构，对增加农业生产综合效益，提高水资源利用效率效益具有重要意义。论文以经济效益、社会效益、生态效益和水分生产效益最大为目标函数，以区域粮食安全、种植面积、可利用水资源量和农业总产值等为约束条件，建立水资源约束条件下的农业种植结构优化模型，运用多目标智能优化算法求解;将模型应用于河套灌区，得到不同目标情境下4种种植结构优化方案。本研究取得的主要结果如下:　　(1)应用模型进行种植结构优化后，河套灌区综合效益与水分生产利用效益均有一定的提高。与种植结构优化前相比，优化后综合效益增加7.61％，其中经济效益增加了14.07％，社会效益增加了11.86％，生态效益增加了0.74％;水分生产效益增加了16.08％。农业可利用水资源量优化后较优化前共节约了5.8亿m3，占河套灌区农业可利用水资源量的11.94％。　　(2)在不同目标情景下，设置了4种种植结构优化方案，分别侧重经济收益、粮食安全、生态系统服务价值和水资源的高效利用4个方面，经济收益型方案适合于快速发展农村经济，增加农户收入，但社会效益和水分生产效益较其他三种方案小。粮食安全型方案目的是充分保障粮食安全，在粮食安全存在隐患时，推荐使用本方案。生态效益型方案侧重于生态效益目标，注重生态系统所带来的服务价值，该方案综合效益最大，但经济效益较其他方案小，说明注重生态效益，促进可持续发展应是灌区种植业发展方向，但会在一定程度上减少经济效益。水资源高效利用方案侧重于水分生产效益，目的是提高水资源的利用效率和效益，该方案水分生产效益最高，但综合效益较其他方案小，表明水资源已成为灌区经济社会和可持续发展的制约性因素。　　(3)农业种植结构优化调整既是农业供给侧改革的需要，也是提高种植业综合效益以及提升农业用水效率和效益的重要手段。河套灌区应用实例表明种植结构优化在提高区域综合效益和节约用水方面显示出较大潜力，是缓解河套灌区乃至西北干旱半干旱地区农业生产中水资源短缺的有力措施之一。