小麦遗传改良对15N肥料去向的影响：提升氮素吸收与利用效率的机制研究

为解决尼日利亚半干旱稀树草原地区玉米产量受限于土壤贫瘠和降雨不稳定的问题，研究人员采用DSSAT-CERES-Maize模型与GIS技术，系统评估了不同播种窗口和施氮量对两个玉米品种（SAMMAZ-15和SAMMAZ-27）的产量影响。研究发现，最佳播种期为6月1-15日配合90 kg N ha?1施用量，可使几内亚稀树草原区产量达4000 kg ha?1以上，而萨赫勒地区施氮超过30 kg ha?1则无显著增益。该研究为区域精准农业管理提供了科学依据。

　　

在尼日利亚广袤的稀树草原地带，玉米作为第二大粮食作物，却长期陷入"高产困境"——尽管种植面积占全国谷物耕地的38%，平均单产却仅有2 Mg ha^?1，远低于6 Mg ha^?1的潜在产量。这背后是双重自然枷锁：变幻莫测的降雨让农民难以把握播种时机，而贫瘠的土壤尤其是氮素匮乏更让作物"营养不良"。更棘手的是，农民们面对天价化肥往往陷入两难：少施则减产，多施又面临23.8%的淋溶损失和49.1%的挥发浪费。如何破解这个"氮肥悖论"，成为保障非洲粮食安全的关键命题。

来自Sasakawa Africa Association的研究团队独辟蹊径，将农业模拟技术与空间信息技术相结合。他们选取Kano州三大生态区（几内亚、苏丹和萨赫勒稀树草原）作为天然实验室，以当地主栽品种SAMMAZ-15和SAMMAZ-27为研究对象，运用DSSAT-CERES-Maize模型进行了长达14个生长季的模拟推演。通过校准品种遗传系数、整合66个站点的土壤气候数据，构建了首个覆盖全州的玉米精准管理决策图谱。

研究团队创新性地采用多尺度建模方法：首先基于2014-2019年田间试验数据完成模型校准（nRMSE<15%），随后通过GIS空间插值将点状模拟结果扩展为区域推荐方案。关键技术包括：① DSSAT模型的多环境校准；② 氮肥响应曲线（二次函数）定量分析；③ 36年历史气象数据的趋势解析；④ 跨生态区的空间Yield Gap制图。

播种窗口的生态分化
模拟结果显示，播种延迟会导致产量断崖式下跌，但不同生态区衰减幅度悬殊：几内亚区减产17-34%，苏丹区25-44%，而干旱的萨赫勒区高达32-58%。这表明随着纬度升高，玉米对播种期的敏感性呈几何级数增长。

氮肥响应的阈值效应
在几内亚和苏丹区，氮肥增产效应在90 kg ha^?1时达到平台期（R2>0.85），而萨赫勒区超过30 kg ha^?1后产量即稳定在1000 kg ha^?1左右，揭示出干旱胁迫会大幅压缩作物的氮肥利用空间。

品种-环境-管理互作
SAMMAZ-15在优渥环境中表现抢眼——几内亚区六月上旬播种配合90 kg N ha^?1可实现4000 kg ha^?1高产，但在萨赫勒区其优势消失；相反，SAMMAZ-27在不同环境下的稳定性更胜一筹，展现出"逆境弹性"。

这项发表于《Field Crops Research》的研究，首次通过模型-GIS耦合技术绘制了尼日利亚玉米生产的精细化管理蓝图。其突破性在于：① 量化了生态区划对管理措施的调控效应，证明"一刀切"的施肥建议会造成巨大资源浪费；② 揭示了品种特性与环境的匹配规律，为气候智能型品种布局提供依据；③ 创建的决策支持框架可节省80%以上的田间验证成本。正如论文通讯作者Alpha Y. Kamara强调的："这项研究把‘卫星遥感看不见的’土壤异质性与‘天气预报算不准的’作物响应相结合，为非洲小农户提供了触手可及的精准农业方案。"该成果已被Kano州政府纳入《农业 pastoral发展计划》，预计可使区域氮肥利用效率提升40%以上。