我国是个农业大国,农业生产对我国经济发展有着不可忽视的影响,而农业的可持续发展离不开水资源。近年来,水资源短缺问题越来越严重,水资源优化配置虽然可以在一定程度上缓解水资源供需矛盾突出的问题,但如果不考虑农业种植的发展要求和需水特性,单纯依靠水资源优化配置难以满足水需求的多样性及多变性。因此,以农业种植的结构合理布局为基础,制定区域节水策略将是未来农业节水重要考虑的方向之一,考虑多目标的种植结构优化研究,提出区域水资源利用方案,对缓解水资源供需矛盾有着重要意义。本研究以京津冀为研究区域,以2016年为优化规划基础年,以2040年为优化规划水平年,将该区域划分为13个小区,选取粮食作物、蔬菜作物和水果三种作物的种植面积为决策变量,以经济效益最大,农业用水量最少和生态效益最大为目标函数,以作物种植面积、总用水量、区域作物产量需求为约束条件,建立农业种植结构多目标优化模型,运用混沌粒子群多目标智能算法对模型进行求解。本研究取得的主要成果如下:(1)在不改变京津冀区域种植规模的前提下,通过种植结构优化,提出了该区域作物种植结构改进方案,其中,优化后粮食作物种植面积由676.7万公顷减少到442.8万公顷,种植比例减少了 25%;蔬菜作物种植面积由133万公顷增加到171.9万公顷,种植比例增加了 5%,水果种植面积由117.6万公顷增加到312.6万公顷,种植比例增加了 21%。(2)应用模型进行种植结构优化后,京津冀区域经济效益增加了 992.26亿元,生态效益增加了 17.28亿元;优化后(2040年)三种作物用水总量为134.15亿立方米,减少了 6.72亿立方米。其中,粮食作物用水减少了 35.08亿立方米,蔬菜作物用水增加了 7.89亿立方米,水果用水增加最多,为20.47亿立方米,从地区上看,北京市优化前三种作物用水总量为2.82亿立方米,优化后用水总量为2.44亿立方米,用水总量减少了 0.38亿立方米;天津市优化前三种作物用水总量为6.73亿立方米,优化后用水总量为6.71亿立方米,减少了 0.02亿立方米,河北省优化前三种作物用水总量为131.31亿立方米,优化后用水总量125亿立方米,减少了 6.31亿立方米。(3)农业种植结构优化调整既可以满足农业供给侧改革的要求,更可以对农作物的经济产出、用水效率和生态环境产生深远影响。将模型成功应用于京津冀区域,显示出种植结构优化在提高作物经济、生态效益以及提升农业用水效率和效益方面有较大潜力,同时是提高区域经济效益、缓解区域水资源短缺严重问题和提高农业生产对生态环境的调节能力的有力措施之一。