气候变化下埃塞俄比亚半干旱地区菜豆管理策略：基于DSSAT模型的未来情景预测与适应性优化研究

本研究针对气候变化对埃塞俄比亚东北部Amhara半干旱地区菜豆生产的负面影响，通过集成CMIP6气候模型与DSSAT CROPGRO-Dry bean模型，系统评估了2040s和2080s时段SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下菜豆物候期和产量的响应特征。研究发现升温导致生育期缩短，而CO2浓度升高与降雨增加可提升生物量和籽粒产量。通过多因素耦合模拟，提出选用长生育期品种、延迟播期结合补充灌溉的集成策略，可使产量提升35%-43%，为区域菜豆生产的适应性管理提供了科学依据。

　　

在全球气候变化背景下，埃塞俄比亚作为农业主导型经济体，面临着气温升高、降雨模式改变带来的严峻挑战。该国东北部Amhara半干旱地区以雨养农业为主，菜豆(Phaseolus vulgaris L.)作为重要粮食作物，其生产系统对气候波动尤为敏感。尽管此前研究指出气候变化可能导致作物减产，但针对菜豆的本地化适应性管理策略仍缺乏系统评估，特别是如何通过品种选择、播期调整和水分管理的协同优化来应对未来气候压力。

为此，研究团队在《Journal of Agriculture and Food Research》发表了一项综合性研究，通过耦合气候模型与作物生长模型，预测未来气候情景下菜豆的生产潜力并探索有效的适应性策略。研究人员利用CMIP6（Coupled Model Intercomparison Project Phase 6）中11个全球气候模型的数据，在SSP2-4.5（中等胁迫）和SSP5-8.5（高胁迫）两种共享社会经济路径下，分析了2040s（2030–2060）和2080s（2069–2099）时段的气候变化特征；同时，借助DSSAT（Decision Support System for Agrotechnology Transfer）平台中的CROPGRO-Dry bean模型，对菜豆的物候、生长及产量过程进行了模拟和优化。

研究采用了多源数据融合与模型耦合的方法，包括：从埃塞俄比亚国家气象局获取1984–2014年基线气候数据，从Earth Systems Grid Federation获取未来气候数据；在Sirinka和Jari两个试验点开展田间试验，对三个菜豆品种（Awash-2、Fetene和Ser-119）进行模型校准与验证；利用GLUE（Generalized Likelihood Uncertainty Estimation）方法优化品种遗传参数；通过多因子设计评估不同播期（7月初至8月初）、灌溉制度（雨养与补充灌溉）及品种类型的组合效应。

3.1. 研究区域气候变化特征

预测结果显示，到2040s和2080s，研究区域的年降水量呈增加趋势，但年际变率较大；温度则持续上升，尤其在SSP5-8.5高排放情景下，2080s的年均温增幅可达2.8–3.4°C。季节性分析表明，主要雨季（Kiremt）降雨量增加，但温度升高加剧了蒸发需求，可能导致水分利用矛盾突出。

3.2. 模型校准与验证结果

CROPGRO-Dry bean模型在模拟菜豆物候期、叶面积指数、生物量与产量方面表现出较高精度。校准后的模型在独立验证数据中，开花期和成熟期的模拟误差低于3天，产量模拟的nRMSE（归一化均方根误差）在5–10%之间，d-stat（一致性指数）高于0.8，表明模型适用于当地情景下的菜豆生长模拟。

3.3. CO₂与温度的协同影响

通过敏感性分析发现，CO₂浓度升高至602–702 ppm时，菜豆产量可提升20–26%，但升温（+1°C至+3°C）会抵消这部分增益，尤其在+3°C时减产幅度达20%。此外，温度每升高1°C，菜豆生育期缩短约4–5天，长生育期品种（如Ser-119）受影响更为显著。

3.4. 未来气候对菜豆生产的影响

模拟结果表明，未来气候下菜豆开花和成熟时间普遍提前，但生物量和籽粒产量总体呈增加趋势。在SSP5-8.5情景下，2080s时期产量增幅最高，Awash-2、Fetene和Ser-119品种的产量较基线分别提高55.9%、58.8%和52.4%。这一方面归因于CO₂施肥效应促进光合作用和水分利用效率，另一方面与降雨量增加有关。

3.5. 适应性管理策略的优化

集成管理策略的模拟显示，“长生育期品种+延迟播期+补充灌溉”组合效果最优。在基线气候下，该策略使产量提高43.5%；在2040s和2080s的SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下，产量增幅仍维持在35%以上。延迟播期有助于避开开花期高温胁迫，而补充灌溉有效缓解了雨养条件下的水分不足。

本研究通过模型模拟与多情景分析，证实了未来气候变化对埃塞俄比亚半干旱地区菜豆生产存在显著影响，但通过合理的适应性管理仍可实现产量提升。选用长生育期品种、调整播期和辅以补充灌溉是应对气候压力的有效策略，这些措施不仅有助于稳定生产，还为类似生态区的作物适应性规划提供了理论依据。该研究强调，在气候变化背景下，应通过品种改良与水资源管理的协同，实现农业系统的可持续转型。