编辑推荐：
在非洲，灌溉土地占比低、农业生产力匮乏。研究人员运用作物模型 DSSAT 与机器学习（XGBoost），探究撒哈拉以南地区灌溉潜力。结果显示，灌溉可使谷物产量平均提升 14%-17%，还确定了优先干预区域，为农业发展提供重要参考。
在广袤的非洲大陆，农业发展面临着诸多严峻挑战。一方面，灌溉土地的比例极低，世界平均灌溉耕地占比达 17.7%，而非洲仅为 5.8%，撒哈拉以南非洲更是低至 3.5% ；另一方面，农业生产力十分低下，这使得非洲在全球农业版图中处于劣势地位。随着非洲人口的持续增长，粮食需求与日俱增，同时气候变化对农作物产量的影响日益加剧，提升农业生产力、稳定粮食产量迫在眉睫。在这样的背景下，探寻非洲灌溉农业的发展潜力成为关键课题，对于保障非洲的粮食安全、减少贫困具有至关重要的意义。
为了解决上述问题，来自多个研究机构的研究人员（Ana Klinnert、Marco Rogna 等）展开了深入研究。他们聚焦于撒哈拉以南非洲地区，旨在探究该地区灌溉在谷物生产方面的潜力，并确定优先进行灌溉干预的区域。相关研究成果发表在《Agricultural Water Management》上。
研究人员主要运用了两种关键技术方法：一是利用作物模型 DSSAT（Decision Support System for Agrotechnology Transfer，农业技术转移决策支持系统）进行作物模拟。他们从国际土壤参考与信息中心（ISRIC）获取土壤特征数据，从美国国家航空航天局（NASA）的 POWER 项目获取气象数据，并结合选定的管理实践数据，在部分随机选取的地块上模拟四种谷物（小米、玉米、高粱和水稻）在雨养和最优灌溉条件下的生长情况。二是运用机器学习算法 XGBoost（Extreme Gradient Boosting，极端梯度提升），以 DSSAT 模型的输入数据为解释变量，对剩余地块的作物产量和水需求进行预测。
研究结果
- 产量差异：通过模拟和预测，研究发现灌溉对四种谷物产量提升效果显著。平均来看，小米产量可提升 15.1%，玉米提升 17.14%，水稻提升 13.87%，高粱提升 16.87%。不过，不同地区的产量增益存在较大差异，在一些地区，灌溉甚至能使产量翻倍。例如，高粱虽耐旱，但在最优灌溉条件下，产量增益在百分比上表现突出。
- 水需求与生产力：不同作物的需水量不同，高粱是最需水的作物，其次是水稻、玉米和小米。研究还计算了水生产力（即每增加一毫升灌溉水所获得的平均额外产量），发现赤道地区虽然产量增益相对较小，但由于需水量也低，水生产力水平与其他地区相当甚至更高，如尼日利亚中部的小米种植区。
- 优先干预区域：综合考虑水生产力和径流（表示水的可获取性），研究确定了不同类型灌溉系统的优先干预区域。对于有池塘或简单水收集装置的灌溉系统，南非比勒陀利亚周边、赞比亚与莫桑比克之间（包括马拉维）以及莫桑比克与津巴布韦边境地区，对小米、玉米和水稻种植具有较高潜力；高粱的优先区域还包括莫桑比克与南非的南部边境、马达加斯加北部以及赞比亚北部与坦桑尼亚的边境地区。对于更复杂的灌溉系统（径流为零的地区），尼日利亚北部与尼日尔南部之间的区域，以及埃塞俄比亚、肯尼亚与坦桑尼亚边境、南非西南部海岸等地，对多种作物灌溉有重要潜力。
研究结论与讨论
研究表明，撒哈拉以南非洲地区的灌溉农业具有巨大潜力，即使在低施肥条件下，灌溉也能显著提高谷物产量和收入。然而，由于研究的地理范围较大，在一些关键因素上存在精度损失，如 DSSAT 模拟时基因型和特定过程方法选择未充分考虑地理差异，输入数据也存在一定偏差等。尽管如此，该研究为撒哈拉以南非洲地区灌溉项目的规划提供了重要参考，确定的优先干预区域有助于更有效地分配公共资金，最大化灌溉项目的社会经济效益，对保障地区粮食安全和减少贫困具有重要意义。未来研究可在此基础上，进一步细化分析，考虑更多地理和农业生产的实际因素，为非洲农业发展提供更精准的指导。
