第一期：种植结构优化技术
种植结构优化技术是依据当地的水、土、光、热资源特征以及不同作物需水特性和耗水规律，以高效、节水为原则，以水定植，合理安排作物的种植结构及灌溉规模，限制和压缩高耗水、低产出作物的种植面积，从而建立与当地自然条件相适应的节水高效型作物种植结构，以缓解用水矛盾，提高降水和灌溉水的利用效率。该技术可在较大范围内产生节水效果。
一、技术原理、要点和适用条件
1、技术原理
不同作物对水分亏缺的反应不同，这集中表现在抗旱节水特性和水分利用效率的差异。作物抗旱性是在缺水条件下作物能获得足够产量的能力。作物的节水性是指作物以较低的水分消耗，维持正常生长发育并获得一定经济产量的特性。水分利用效率是指单位耗水量生产的生物量、经济产量以及经济价值。许多研究结果表明，在相同干旱条件下，不同作物种间的水分利用效率存在很大差异，通常可达到2-5倍。由于不同作物种间的抗旱节水特性与水分利用效率差异以及雨水资源的时空分布不均，这就为作物选择与合理布局而建立节水型种植结构提供了理论依据。
2、技术要点
（1）选择需水与降水耦合性好、耐旱、水分利用率高的作物品种
适当扩大水分利用效率较高的作物（如甘薯、春玉米、马铃薯等）种植面积，压缩水分利用较低的作物（如春小麦、亚麻等）种植面积，以充分利用当地水资源。在华北平原两熟制地区的深井灌区，压缩高耗水冬小麦、夏玉米等作物，增加传统的耐旱节水优质高效的作物种植，如春播或者夏播的谷子、高粱等小杂粮、豆类、以及优质饲草、甘薯、特种玉米和其他特色作物。在北方灌溉水源保证率不高的地区，严格控制稻田的规模，对稻田面积的扩大要进行认真的水资源供需平衡论证。1亩稻田的灌溉用水可以满足3亩充分灌溉的旱作用水，稻田只能在局部低洼易涝地上发展。对于士壤还没有彻底脱盐的盐渍化地区，每年需要大量淡水用于压碱、洗盐，平衡士壤盐分，更需要加大水稻改旱作的力度，推动稻田改制。在南方丘陵地区压缩一些灌溉保证率不高，冬春严重缺水的岗丘稻田，即俗称的"望天田"、"雷响田"，加强地面径流拦蓄，充分利用相对丰富的天然降水实行退水改旱，或水旱轮作，种植耗水较少但经济效益较高的旱地作物，如棉花、麻类、烟草、瓜菜、药材，果树或其他经济作物、经济林木。
（2）调整作物熟制，使之与水分条件相适应
根据我国夏秋季节降水较多、光热充足的特点，适当扩大夏秋作物的种植比例，以充分利用水热资源。如南方三熟制双季稻区，淘汰劣质低效的双季早稻，增加一季旱作；在热量条件两熟有余，三熟略感不足的长江中下游地区，改部分双季稻三熟制为单季稻两熟制，扩大一季中稻或一季晚稻的种植，保证冬种的充分生长，即常说的"三三得九不如二五得一十"；减少早春整地播种，缓解夏季双抢期间灌溉高峰期的用水压力；北方西部干旱条件下的一熟制冬小麦或春小麦地区，由于小麦对水分要求的条件较高，可以改种部分耐旱节水的小杂粮、豆类、饲草，或建立节水高效的轮作制；在黄淮豫东平原，春夏播作物需水和降水的耦合关系较好，生长期降雨量占年降雨量的60%以上，尤以棉花最高，达82%，其次是春播花生、红薯和高梁等。
（3）调整作物播期
调整作物播期，使作物生育期耗水与降水相耦合，可以提高作物对降水的有效利用。对于灌区，要根据来水的季节变化特点，合理安排作物种植比例，缓解用水矛盾。
（4）优化协调粮、经、饲三者比例
在满足粮食生产基本需求的情况下，调整农业结构，压缩粮食种植面积并提高其品质，增加饲料作物、经济作物、林果、名优特产作物的种植比例。把目前以粮食作物为主兼顾经济作物的二元结构，逐步发展为"粮、经、饲"的三元结构。
（5）发展立体、轮作种植
我国各地因所在的纬度、海拔高度不同，气候条件有很大差异，应根据当地的自然条件、土壤条件和作物的生物学特性，采用不同的种植方式，合理搭配种植。一般无霜期较长、热量充足的地区，应积极发展间、套、复种等种植方式；无霜期较短、热量资源较差的地区，应采用以间作为主要形式的种植方式，或实行高秆作物与矮秆作物、深根作物与浅根作物的混作等，以充分利用有限的水、肥、光、热资源。
立体种植应遵循的原则：
A．不仅作物地上部分的茎、枝、叶应当分布合理，而且作物根系也应搭配合理，使地下部分深、浅根作物配合，达到既提高光热资源利用率，又提高不同深度的土壤水分利用率的目的。
B．根据当地的降水特征，做到不同需水特征的作物合理搭配，并特别重视利用夏秋季节的雨热资源。
C．充分注意不同作物的需水要求，采用不同的耕作方式。
D．根据作物套种的需水特点，调整灌水时间和灌水方式，尽量做到套种作物和前茬作物或另一套种作物之间一水两用。
轮作种植应遵循的原则：
a．高耗水作物与低耗水作物搭配，有利于水分恢复和平衡；
b．深根作物与浅根作物搭配，以充分利用土壤深层储水，并增强土壤蓄纳降水的能力，提高土壤水分的保蓄能力；
c．根据当年降雨年型和播前土壤墒情合理安排种植。在干旱年，种植耐旱作物，丰水年种植丰水高产品种。
3、适用作物
适用于各类作物。
4、适用条件
对于水资源短缺严重，种植结构不合理，粮食作物种植比例过大，经济作物比例过小，作物种植与降水、光热不适应，茬口不合理，连茬、重茬过多的地区适宜采用该项技术。
5、与其他节水措施（如节水灌溉工程）的关联性
目前我国的灌溉农业区主要种植小麦、水稻等需水量较大的作物，现有农田灌溉系统大都为渠系灌溉。种植业结构调整后，蔬菜、瓜果、苗圃、花卉等经济作物的比重将逐步加大，这些作物大都属小水勤灌型作物，其需水量远不如小麦、水稻等高耗水作物大。因而，以防渗混凝土衬砌渠道为主的水利设施已不能适应结构调整后的灌溉需要，必须对现有灌溉系统进行改造和再利用，在此基础上，推广喷灌、微灌等现代灌溉技术，使节水灌溉技术与农业结构调整相适应。如瓜果种植区宜采用滴灌、涌泉灌等灌溉形式；对经济价值较高的密植型经济作物种植区可以采用微喷灌；露天种植的经济价值一般的蔬菜及对灌水要求不高的作物，可根据当地经济条件，选用大田固定式、半固定式或移动机组式喷灌灌溉形式，也可以采用低压管道输水，进行沟灌或畦灌；温室作物由于其特殊的内部条件限制，不宜采用普通地面灌溉，应当选用滴灌、微喷灌等灌溉形式。
6、使用成本
种植结构调整后，原来种植粮食作物的农户可能改种棉花、油料、蔬菜、瓜果、花卉等经济作物，这些经济作物与粮食作物相比是劳动相对密集的农作物，所以种植结构调整后劳动力成本会有一定的上升。
7、节水、增产、增效综合效果
据有关研究表明，运用该项技术在不降低作物产量的条件下可节水20%～30%，作物水分利用效率提高0.3千克每立方米以上，降水利用效率提高15%～20%，农业生产效益提高15%～20%。
8、推广应用总体情况
（1）总体推广情况
1980年以来，我国种植业结构发生了较大的变化，1980年到1996年粮食作物面积占农作物总播面积的份额下降了6个百分点，经济作物和其他作物的份额分别上升了3个百分点。其中水稻面积比例下降了3.2个百分点；小麦面积比例西北下降了13个百分点，东北下降4.72个百分点；玉米面积比例增长了2.28个百分点；棉花面积比例下降了0.3个百分点；油料面积比例上升了近3个百分点；蔬菜面积比例增长了5.5 个百分点。
（2）推广措施
加快种植结构调整，除了政策和财力上给予扶持外，还需各级政府建立健全社会化服务体系，加强技术服务与示范，加大宣传，搞好培训，提高农民整体素质，同时还大力提倡农民个人或联户搞节水高效农业项目，大力推广新型管理模式。
（3）限制因素
① 有的地方政府在长期计划经济思想束缚下，强调"以粮为纲"，使得包括各种经济作物在内的"多种经营"实际上处于被限制的状态。
② 农民大多还处在一家一户的分散种植状态，种植结构处于无序的局面，种植结构调整难以推行。
③种植结构优化的工作对象是广大农民和千家万户，由于目前很多地方还没有建立节水经济机制，国家的节水目标与农民增产、增收目标不一致，影响了种植结构调整的推行。如北京地区将原来的小麦—夏玉米一年两茬种植模式改为限水型作物春玉米一年一茬后，尽管能节水2250立方米每公顷，但农民收入减少817.5元每公顷，如果农民得不到节水成本补偿，难以调动广大农民节水的积极性。
9、技术支撑条件
近年来，国内许多科研单位和高校在区域作物种植结构优化方面进行了大量的工作，提出了相应的支持技术，可为我国各地区因地制宜地确定种植结构优化的方向和目标、措施提供技术依托。
10、主要技术依托单位
中国农业科学研究院农田灌溉研究所、中国农业大学、西北农林科技大学、中国农业科学研究院农业资源与农业区划研究所、中国水利水电科学研究院水利科学研究所等。