优化埃及不同农业气候区小麦产量与水分利用效率的灌溉与品种选择模型研究

为解决埃及水资源短缺与小麦产量不稳定的问题，研究人员通过DSSAT CERES-Wheat模型结合田间试验，系统评估了不同灌溉策略（50%-90%土壤水分耗竭）与CO2浓度（380-460 ppm）对三个小麦品种（Sakha94、Shandweel1、Sids1）的影响。研究发现，高频灌溉（50%耗竭）使Sakha94增产22%，而限水灌溉（90%耗竭）提升Shandweel1和Sids1的水分利用效率（WP_Irrigation）15-20%。CO2升至390 ppm可增产5%，但+3°C高温会抵消其效益。该研究为干旱区小麦生产提供了精准管理方案，对保障粮食安全与水资源可持续利用具有重要意义。

　　

在埃及这个严重依赖小麦进口的国家，水资源短缺和气候变化正对粮食安全构成双重威胁。全国95%的小麦种植依赖灌溉，而尼罗河水资源的日益紧张使得农业用水捉襟见肘。更令人担忧的是，随着气温升高和CO₂浓度增加，传统种植模式正面临前所未有的挑战——高温会缩短小麦生长周期，而CO₂虽然可能提升光合效率，但其实际效益尚不明确。在这种背景下，如何通过科学手段优化灌溉策略和品种选择，成为摆在农业科学家面前的紧迫课题。

中国农业科学院的研究团队联合埃及科学家，在《Agricultural Water Management》发表了一项开创性研究。他们采用DSSAT CERES-Wheat模型，结合埃及四个典型农业气候区（Al-Ismailia、Luxor、Al-Behera、Bani Suef）为期两年的田间试验数据，系统模拟了不同水肥管理方案下三个主栽小麦品种的响应规律。研究特别关注了CO₂-温度互作效应，首次在埃及全境尺度上量化了气候变化对小麦生产的复合影响。

研究团队运用了三大关键技术：1）基于GLUE（广义似然不确定性估计）算法的模型校准，通过4000次模拟优化品种参数；2）长期（1981-2010）气候情景模拟，整合AgMERRA气象数据集；3）多因素敏感性分析，测试5种CO₂水平（380-460 ppm）与3个升温幅度（+1°C至+3°C）的15种组合效应。田间试验设置了5种灌溉梯度（土壤水分耗竭率50%-90%），监测了物候期、产量构成和水分利用效率等关键指标。

3.1 模型校准与验证

通过对比模拟与实测数据发现，模型对生物量预测最准确（R2=0.36，d-index=0.76），而对抽穗期的模拟存在8天偏差。PCA分析显示，品种Shandweel1对环境变化响应最敏感，其性状变异占主成分的70%。

3.2 长期模拟结果

30年数据显示，Luxor地区在390 ppm CO₂下采用50%耗竭灌溉时，Sakha94产量可达6.1 t/ha，比380 ppm条件提高5%。但水分利用效率呈现相反趋势——90%耗竭处理使WP_Irrigation提升20%，证明"少灌多次"策略在节水方面的优势。

3.3 CO₂-温度互作效应

最引人注目的发现是：当CO₂达440 ppm且升温+1°C时，所有品种增产10-25%；但温度升至+3°C后，Sakha94的生长周期缩短20天，导致产量下降25%。这表明高温会抵消CO₂肥效，尤其对热敏感品种影响显著。

这项研究首次在埃及全境尺度上揭示了"水-CO₂-温度"三重胁迫的交互规律。其价值不仅在于证实了Shandweel1等品种的节水潜力，更重要的是构建了可推广的决策框架——在CO₂≤440 ppm且升温≤2°C的地区，可采用60%耗竭灌溉搭配耐热品种；而高温风险区则需选育长生育期品种。研究者建议下一步整合CMIP6气候模型和遥感数据，将研究拓展到流域尺度。这些成果为北非干旱区的农业适应策略提供了科学依据，对实现联合国SDG2（零饥饿）目标具有重要实践意义。