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本研究针对气候变化和社会经济转型对埃及粮食安全的威胁，首次将全球海水养殖生产潜力模型（GOMAP）应用于淡水系统，预测了在三种共享社会经济路径（SSP1-2.6, SSP2-4.5, SSP5-8.5）下埃及五大省份的水产养殖生产潜力（APP）。结果表明，可持续路径（SSP1-2.6）下多数地区可维持或提升产能，而高排放路径（SSP5-8.5）将导致主要产区（如Kafr El-Sheikh）APP下降高达79%，尼罗罗非鱼尤为脆弱，而鲻鱼和鲶鱼则表现出更强的气候韧性。研究为埃及制定气候适应性水产养殖发展规划提供了关键的决策支持工具。
在全球气候变化和人口增长的双重压力下，确保粮食安全已成为各国面临的严峻挑战。对于埃及这样一个严重依赖尼罗河水资源、且水产养殖业贡献了全国80%鱼类产量的国家而言，气候变化带来的水温升高、水资源短缺等风险，正直接威胁着其重要的蛋白质来源和数百万人的生计。埃及是非洲领先的水产养殖生产国，其淡水养殖产量在过去几十年里经历了爆炸式增长，从1990年的6万吨跃升至2021年的约158万吨。然而，这片繁荣景象的背后隐藏着深刻的危机：主要养殖区集中在尼罗河三角洲低洼地带，极易受到海平面上升、盐碱化和极端高温天气的影响。为了预见未来并未雨绸缪，研究人员开展了一项开创性的研究，旨在精确描绘气候变化下埃及水产养殖业的发展轨迹。
为了回答这些问题，研究人员开展了一项名为“气候与社会经济情景下埃及水产养殖未来预测”的研究。这项发表在《Aquaculture》杂志上的研究，首次将原本用于海洋养殖的全球海水养殖生产潜力模型（GOMAP）进行适应性改造，应用于埃及的淡水养殖系统。研究团队设想了三种不同的未来世界发展路径，即共享社会经济路径（SSP），包括可持续发展的SSP1-2.6、中间路径的SSP2-4.5以及高排放的SSP5-8.5。通过这一模型，他们预测了埃及五个主要水产养殖省份（贝赫拉、达米埃塔、卡夫拉谢赫、伊斯梅利亚和塞得港）直到21世纪末的水产养殖生产潜力（APP）。
研究得出了令人警觉且具有明确指向性的结论。未来并非一片黯淡，但选择权掌握在人类自己手中。在积极应对气候变化的可持续发展路径（SSP1-2.6）下，通过严格的减缓措施和改善的水资源管理，埃及大多数水产养殖区能够维持甚至提高其生产潜力。例如，伊斯梅利亚和塞得港在整个世纪都能保持相对于2020年代基准100%的生产潜力。然而，如果世界延续当前的发展模式（SSP2-4.5），生产潜力的地区差异将变得日益悬殊。到2090年代，贝赫拉和卡夫拉谢赫这两个关键产区的APP可能分别下降高达79%和74%。而在最糟糕的高排放路径（SSP5-8.5）下，负面影响将最为严重和广泛，尤其是对于占埃及养殖产量70%的尼罗罗非鱼，到21世纪末，其多个地区的生产潜力将降至50%以下。研究还发现，不同物种对气候变化的耐受性差异显著，鲻鱼和鲶鱼在各种情景下都表现出比罗非鱼更强的气候韧性。这些发现清晰地表明，规避最坏后果、转向可持续发展以及实施有针对性的适应策略，对于保障埃及未来的水产品供应和粮食安全至关重要。
本研究采用了几个关键的技术方法。核心是改造后的GOMAP模型框架，它整合了多个步骤。首先是利用物种分布模型（SDM），包括梯度提升机（GBM）、表面范围包络（SRE）和最大熵（MAXENT）模型，结合未来气候预测数据（来自CMIP6中的GFDL-ESM4.1和IPSL-CM6A-LR模型），来预测尼罗罗非鱼、鲤鱼、鲻鱼和鲶鱼这四种埃及主要养殖鱼类的栖息地适宜性指数（HSI）。其次，研究团队开发了一个基于机器学习（Bootstrap XGBoost模型）的池塘水温预测模型，该模型能根据气温数据高精度地预测未来不同SSP情景下的池塘水温，这是评估热应激的关键。此外，模型还集成了人工神经网络（ANN）用于预测未来鱼类的出场价格，以及饲料配方模型（FEM）用于计算粗蛋白指数（CPI）。最后，通过广义可加模型（GAM）建立了观测到的水产养殖产量与HSI、价格和CPI之间的经验关系，从而估算未来的水产养殖生产潜力（APP）。研究区域聚焦于埃及尼罗河三角洲的五个主要水产养殖省份，养殖场位置数据通过解译谷歌地球卫星影像并结合埃及当地的文献资料获得。
4. 结果
4.1. 气温与池塘水温模型
Bootstrap XGBoost模型在预测池塘水温方面表现出最高的准确性，其均方根误差（RMSE）为0.87，平均绝对误差（MAE）为0.67，优于直接XGBoost、线性回归和时滞模型。这表明该模型能可靠地用于预测未来气候情景下的池塘热状况。
4.2. 各省份水产养殖潜力预测变化
在不同情景下，各省份的APP变化呈现显著差异。在SSP1-2.6路径下，伊斯梅利亚和塞得港在整个世纪都能维持100%的生产潜力（相对于2020年代基准），显示出较强的韧性。卡夫拉谢赫在2050年代会出现下滑，但在世纪末能恢复至95%。在SSP2-4.5路径下，地区不均衡加剧，贝赫拉和卡夫拉谢赫在2090年代的APP将分别降至21%和26%，而伊斯梅利亚仍能维持100%。在SSP5-8.5高排放路径下，负面影响最为严重，贝赫拉和卡夫拉谢赫在2090年代的APP将分别下降23%和25.7%，达米埃塔也表现不佳，仅有塞得港和伊斯梅利亚保持相对较好的韧性。
4.3. 各物种在各省份的水产养殖潜力预测变化
物种层面的预测揭示了不同鱼类对气候变化的敏感性。在SSP1-2.6下，鲻鱼在所有地区和时期都保持100%的APP，表现出极强的气候韧性。尼罗罗非鱼则显示出较大的区域变异性，在卡夫拉谢赫和贝赫拉等地区面临持续挑战，APP显著下降。鲤鱼和鲶鱼的趋势各异，有些地区能维持稳定，有些地区则出现下降。在SSP2-4.5下，差异更加明显，罗非鱼在多个地区表现出高敏感性，APP大幅降低，而鲻鱼依然稳健。鲤鱼在世纪末普遍变得脆弱。在SSP5-8.5下，鲻鱼依然是表现最好的物种。罗非鱼在多数地区APP持续下降，鲤鱼则出现崩溃性下降，鲶鱼在不同地区反应不一。这表明尼罗罗非鱼作为埃及主导养殖物种，对高温尤为敏感。
5. 讨论与结论
研究讨论部分指出，未来水产养殖的发展在不同情景和地区间是不均衡的。在可持续发展路径下，主要养殖区有望维持或提高生产潜力。而在高排放路径下，像卡夫拉谢赫这样的传统产区将面临严重挑战，包括水温升高导致的热应激、海平面上升带来的土地淹没和盐碱化风险，以及城市扩张挤占农业用地。相比之下，伊斯梅利亚和塞得港由于水资源获取相对稳定、基础设施较好，表现出更强的气候韧性。
物种间的差异至关重要。尼罗罗非鱼对高温敏感，当池塘温度超过其最适生长范围（26-32°C）时，会出现氧化应激、免疫抑制甚至死亡，这解释了其在高温情景下APP的下降。而鲻鱼和非洲鲶鱼拥有更广的耐热性和耐低氧能力，因此在不同情景下都保持了较高的生产潜力。
这些变化对埃及的粮食安全和营养安全具有深远影响。鱼类是埃及人动物蛋白摄入的重要来源（约占38%），水产养殖产量的下降可能推高鱼价，影响低收入人群的营养获取。因此，采取适应策略至关重要。在养殖场层面，可以采取加深池塘、设置遮荫设施、使用增氧机等技术来缓解热应激和缺氧。在物种层面，选育耐热品种、促进物种多样化（如增加鲻鱼和鲶鱼的比例）是重要方向。在政策层面，投资于气候韧性强的地区（如伊斯梅利亚和塞得港），并制定合理的土地利用和水资源管理规划，对于整个产业的可持续发展不可或缺。
本研究首次在国家尺度上对埃及淡水水产养殖的未来潜力进行了综合评估，为应对气候变化的决策提供了科学依据。然而，模型也存在一些局限性，例如未考虑短期极端天气事件、水质参数（如溶解氧、氨氮）的动态变化、病害爆发以及饲料成本的市场波动等。未来的研究需要纳入这些更复杂的因素，以提供更精确的预测。总之，确保埃及水产养殖业的未来可持续发展，需要科学、政策和产业界的协同努力，以在气候变化背景下保障粮食和营养安全。
