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针对撒哈拉以南非洲豇豆因生物和非生物胁迫导致产量低的问题，研究人员评估 CSM-CROPGRO - 豇豆模型在模拟豇豆生长和产量的性能，探究最优播种窗口和密度。发现除 SAMPEA 9 外，最优密度为 40 株 /m2，播种窗口因区域而异，为豇豆增产提供依据。
在撒哈拉以南非洲，豇豆作为重要的豆类作物，其谷物和饲料对粮食和饲料具有重要价值。然而，受多种生物和非生物胁迫影响，豇豆产量较低。尽管已开发出一些抗逆品种和配套农艺管理技术，但如何在不同环境下合理部署品种和管理措施仍需深入研究。作物模拟模型是评估目标地点作物品种部署和管理方案的有用工具，而 CSM-CROPGRO - 豇豆模型在西非的应用和评估研究较少。为填补这一知识空白，来自相关研究机构的研究人员开展了一系列研究，旨在评估该模型在不同环境下模拟豇豆生长和产量的性能，并利用模型评估尼日利亚稀树草原不同环境下豇豆品种的最佳播种窗口和种植密度，相关研究发表在《Field Crops Research》。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：利用尼日利亚稀树草原广泛的数据集，在多个地点对 CSM-CROPGRO - 豇豆模型进行校准和验证；运用 DSSAT 4.7.5 的季节分析工具，考虑不同种植密度和播种窗口，对三个豇豆品种在四个地点 36 年（1987-2022）的产量表现进行长期模拟；使用线性混合效应（LMEs）模型分析播种窗口、种植密度、品种及其交互作用对谷物产量的影响；采用高稳定指数（HSI）确定维持豇豆谷物产量稳定的最佳播种窗口与种植密度组合。
模型校准和评估
通过对三个豇豆品种（SAMPEA 9、SAMPEA 14、FUAMPEA 1）的基因型系数进行估计和迭代调整，模型准确模拟了豇豆的物候期（开花天数 RMSE 为 0.58-0.67 天，nRMSE 为 1.36-1.46%；生理成熟天数 RMSE 为 0.82-1.73 天，nRMSE 为 1.09-2.29%）、谷物产量（RMSE 为 86-121 kg/ha，nRMSE 为 3.66-6.14%）和总干物质（RMSE 为 260-295 kg/ha，nRMSE 为 4.79-10.73%），各项指标的 d-index 均较高，表明模拟值与观测值吻合良好，验证了模型的可靠性。
季节分析
- 品种、播种窗口和种植密度对谷物产量的影响：不同地点的平均长期谷物产量存在差异，品种、种植密度和播种窗口的主效应显著。SAMPEA 9 产量最高且对种植密度不敏感，而 SAMPEA 14 和 FUAMPEA 1 的产量随种植密度从 13.3 株 /m2 增加到 40 株 /m2 而提高。播种窗口延迟会导致产量线性下降，早期播种（如 SW1）产量较高。
- 最佳播种窗口和密度组合：在几内亚稀树草原北部，部分品种播种可延迟至 7 月 14 日或 7 月 29 日；在苏丹稀树草原农业生态区，所有品种应在 7 月 1-14 日播种。除 SAMPEA 9 外，其他品种在所有农业生态区的最佳种植密度为 40 株 /m2，而 SAMPEA 9 无需超过当前行业推荐的 13.3 株 /m2。HSI 分析显示，SAMPEA 9 在不同地点和管理组合下稳定性最高。
讨论
模型校准和评估结果表明，CROPGRO - 豇豆模型能够准确预测尼日利亚稀树草原雨养豇豆的生长和产量，可用于模拟作物管理措施的效果。长期模拟显示，豇豆表现受地点、品种和管理措施影响显著，土壤类型、降雨分布、太阳辐射和温度等是重要因素。SAMPEA 9 因种子较大、叶面积指数发展较快等原因，对密度增加反应较小，而早熟品种因初始叶面积指数较低，更适合较高密度。不同区域的最佳播种窗口差异与气候和土壤条件有关，晚播可能导致水分胁迫和产量下降。
结论
本研究通过校准和评估 CROPGRO - 豇豆模型，明确了尼日利亚稀树草原不同环境下豇豆品种的最佳播种窗口和种植密度。SAMPEA 9 表现出广泛的适应性和产量稳定性，而早熟品种需较高种植密度以实现高产。研究结果为优化豇豆管理、提高生产力和增强种植抗逆性提供了科学依据，有助于缩小实际产量与潜力之间的差距，对非洲地区的粮食安全和农业可持续发展具有重要意义。
