理大研究揭示雪旱持續威脅全球糧食安全 倡建氣候韌性農業實踐 推動可持續發展

全球氣候變化正重塑農業生態，隨着暖冬現象加劇，冬季降雪不足所引發的「雪旱」日益頻繁，令依賴積雪保溫及供水的冬小麥面臨極大的低溫凍害與缺水風險，對全球糧食安全構成重大威脅。香港理工大學（理大）研究團隊利用創新的可解釋機器學習技術，揭示雪旱對冬小麥產量帶來顯著而持續的負面影響，反映全球糧食安全正面對前所未有的挑戰。這項突破性研究為建構氣候韌性農業、保障糧食安全及推動可持續發展，提供關鍵的科學依據。

此研究由理大土地測量及地理資訊學系副教授、土地及空間研究院核心成員及沿海城市氣候韌性全國重點實驗室成員王碩教授帶領，並與香港大學及美國加州大學爾灣分校學者合作進行。研究結果已刊登於國際權威期刊《自然食品》（Nature Food）。

過去60年間，北半球冬小麥種植區的雪旱發生頻率顯著上升。受雪旱影響的農地比例，已由1960至1970年間的46%至54%，大幅增至2010至2020年間的70%至99%，反映雪旱已由局部風險演變為廣泛性影響。

為準確識別雪旱對作物產量的直接影響，研究團隊開發了XGB-SHAP模型框架，結合極端梯度提升（XGBoost）與夏普利加性解釋（SHAP）方法，有效排除高溫、降雨等其他氣候因素的干擾，定量分析雪旱對冬小麥產量的直接影響。研究亦系統性分析積雪、作物生長與水分條件之間的交互關係，為推動氣候韌性農業系統建設提供堅實的實證基礎。

透過 XGB-SHAP 模型分析，研究發現北半球約 45% 的農地受到雪旱顯著衝擊，其中以歐洲、中亞及美國情況最為嚴重。至於東亞地區，過往因暖冬而延長作物生長期所帶來的增產效益正逐步消退，區域水熱平衡亦愈見不穩。研究進一步指出，施肥量增加、凍害加劇及降水減少，是提高冬小麥對雪旱敏感度的三大主因。雖然提升土壤養分有助促進作物生長，但同時亦會增加作物對水分供應及積雪保溫的依賴；一旦發生雪旱，減產風險反而會被進一步放大。

王碩教授指出：「隨着全球持續暖化，氣候風險已不再局限於熱浪等『急性壓力』，亦包括雪旱這類逐步累積、影響深遠的『慢性壓力』。冬小麥是全球農產品貿易的重要商品，其產量波動可透過國際貿易網絡迅速傳導，推高糧食價格，甚至引發區域性糧食安全危機。」

展望未來，研究團隊建議從作物品種改良、農業管理及風險監測三方面提升農業系統的氣候韌性。除了應加強培育兼具抗寒及抗旱能力的作物品種，農業管理模式亦需由傳統投入密集型生產，逐步轉向更精準且可持續的養分管理系統，而積雪監測亦應納入農業風險評估與預警系統。透過及早識別雪旱風險並提升農業系統適應能力，將有助在氣候變化下維持糧食生產穩定，推動全球農業邁向更可持續的未來。

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