尼日利亚半干旱稀树草原区玉米氮肥施用与播种窗口优化模型研究：基于DSSAT-GIS的产量提升策略

针对尼日利亚半干旱稀树草原区玉米产量受土壤贫瘠和降雨不稳定的双重制约问题，研究人员通过DSSAT-CERES-Maize模型与GIS技术，系统评估了两种玉米品种（SAMMAZ-15和SAMMAZ-27）在不同氮肥水平（0-90 kg N ha?1）和播种窗口（6月1日至7月15日）下的长期产量响应。研究发现，最佳管理组合为6月1-15日播种并施用90 kg N ha?1，可使几内亚稀树草原区产量达4000-6000 kg ha?1，而萨赫勒地区氮肥效应在30 kg N ha?1后无显著提升。该研究为区域精准农业提供了空间化决策支持，对提升资源利用效率和粮食安全具有重要意义。

　　

在尼日利亚广袤的半干旱稀树草原上，玉米作为第二大粮食作物，却长期陷入"低产魔咒"——平均单产仅2 Mg ha^?1，不足南非（5.8 Mg ha^?1）的一半。这背后是双重困境：变幻莫测的降雨让农民难以把握播种时机，而贫瘠的土壤（尤其是氮素缺乏）更是雪上加霜。尽管尼日利亚已成为撒哈拉以南非洲最大的氮肥消费国，但高昂的成本、低效的分配体系，加上农民缺乏科学指导，导致氮肥利用率低下，甚至引发近50%的挥发损失。如何破解这一困局？Sasakawa非洲协会（SAA）与伊斯兰开发银行（IsDB）资助的研究团队给出了创新解决方案。

研究人员采用农业技术转移决策支持系统（DSSAT）中的CERES-Maize模块，结合地理信息系统（GIS），对尼日利亚卡诺州三大农业生态区（几内亚、苏丹和萨赫勒稀树草原）开展系统研究。通过校准两个主栽品种（SAMMAZ-15和SAMMAZ-27）的遗传系数，基于14个田间试验数据集（2014-2019年）建立模型，进而模拟66个站点在36年气候数据下的产量响应。

关键技术方法
研究整合了过程模型与空间分析技术：① DSSAT-CERES-Maize模型校准与验证（使用2014-2019年田间数据）；② 长期气候情景模拟（1985-2020年气象数据）；③ 空间插值分析（GIS克里金法）；④ 农艺最优氮肥量（AONR）计算；⑤ 品种×管理（G×M）组合评估。

研究结果

Abstract
模型验证显示SAMMAZ-15的模拟R²>0.85。在几内亚稀树草原区，6月1-15日播种配合90 kg N ha^?1可使SAMMAZ-15产量突破4000 kg ha^?1，而延迟播种导致17-34%的减产。

Context
萨赫勒地区表现出显著的环境限制性，氮肥超过30 kg ha^?1后增产不显著，且播种延迟引发32-58%的产量滑坡。

Methodology
空间制图揭示：几内亚稀树草原产量潜力最高（4000-6000 kg ha^?1），苏丹区为1000-4000 kg ha^?1，萨赫勒区普遍低于2000 kg ha^?1。

Results
SAMMAZ-15在氮肥响应上表现更优，而SAMMAZ-27在不同播种期展现更强稳定性。GIS制图清晰呈现了管理策略的空间异质性。

Discussion
该研究首次在区域尺度量化了播种窗口与氮肥的交互效应，突破传统点尺度研究的局限。模型预测萨赫勒区的低氮响应与当地高pH值（7.1-8.4）导致的铵挥发密切相关。

Conclusions
研究提出"生态区特异性"管理策略：几内亚区推荐高氮投入（90 kg ha^?1）+早播，萨赫勒区宜选用稳定型品种+低氮（30 kg ha^?1）。这种"量体裁衣"式的精准管理方案，为资源受限型农业系统提供了可推广的范式。论文发表于《Field Crops Research》，为非洲玉米生产的智能化决策树立了新标杆。