拒有害生物于千里之外

 入侵物種會(huì)占領(lǐng)沒有它們天敵的地域，然后瘋狂繁殖。

——Ned Jones美國農(nóng)業(yè)部植物保護(hù)與檢疫科 統(tǒng)計(jì)師

挑戰(zhàn)

保護(hù)美國農(nóng)業(yè)及自然資源免遭植物蟲害、有害雜草等威脅。

解決方案

美國農(nóng)業(yè)部運(yùn)用JMP®實(shí)現(xiàn)樣本設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與修繕、數(shù)據(jù)分析以及其它功能。

結(jié)果

JMP幫助美國農(nóng)業(yè)部植物保護(hù)與檢疫科研究員估測植物病蟲害入侵風(fēng)險(xiǎn)、限制其進(jìn)入途徑、監(jiān)控其動(dòng)向及繁殖情況等。

當(dāng)Ned Jones辦公室的電話響起時(shí)，沒有人知道他將面對怎樣的挑戰(zhàn)。不過，這是JMP大展身手的絕好機(jī)會(huì)。

Jones供職于美國農(nóng)業(yè)部動(dòng)植物衛(wèi)生檢驗(yàn)署。該署由下屬六科室構(gòu)成，最大的兩個(gè)科室為獸醫(yī)服務(wù)科，以及植物保護(hù)與檢疫科。其中，植物保護(hù)與檢疫科擁有自己的科學(xué)智囊團(tuán)——總部位于北卡羅來納首府羅利市的“植物健康科技中心”;而Jones是智囊團(tuán)中唯一的統(tǒng)計(jì)專家。

Jones介紹說，獸醫(yī)服務(wù)科常年監(jiān)測的外來有害生物僅50種左右，而且有著完備的取樣與統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)對其進(jìn)行追蹤。而植物保護(hù)與檢疫科監(jiān)測的外來有害生物達(dá)50000種，甚至更多——包括所有進(jìn)入美國境內(nèi)并攻擊本土植物的昆蟲、攻擊本土植物的病害，及攻擊本土植物的植物等——而這一數(shù)據(jù)還在逐步上升。

植物保護(hù)與檢疫科研究員在多個(gè)項(xiàng)目中運(yùn)用SAS和JMP，以抵御有害物種入侵美國，并控制國土上既存有害物種的蔓延。在日常工作中，Jones運(yùn)用JMP研究涉及樣本設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與修繕、數(shù)據(jù)分析等方法的項(xiàng)目;同時(shí)，JMP也多用于數(shù)據(jù)可視化、問題解決等領(lǐng)域。

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

許可某種植物或植物產(chǎn)品進(jìn)入美國，需要與之相關(guān)的來源國外來物種認(rèn)證、對該物種的分析報(bào)告以及蔓延控制方案，因?yàn)樗械漠a(chǎn)品都將最終流動(dòng)至消費(fèi)者手中。

Ned Jones運(yùn)用預(yù)測刻畫器研究并模擬白蠟窄吉丁蟲(一種毀壞白蠟樹的害蟲)的活動(dòng)。

“我們制訂了綜合病蟲害管理計(jì)劃(IPM)，來管理全體外來物種商品。當(dāng)其它國家有意向美國輸入外來物種商品時(shí)，我們也鼓勵(lì)他們執(zhí)行這一計(jì)劃。”Jones解釋道。

一旦獲知并掌握有害物種的侵入途徑，風(fēng)險(xiǎn)管理師就能夠決定采用一種或多種風(fēng)險(xiǎn)管理舉措，以將其入侵風(fēng)險(xiǎn)降低到可接受水平。綜合病蟲害管理計(jì)劃(IPM)的內(nèi)容包括農(nóng)藥噴灑、擇優(yōu)收獲、作物打蠟、冷處理、熱處理，以及訓(xùn)練農(nóng)民發(fā)現(xiàn)感染作物等。美國農(nóng)業(yè)部已制訂了樣本計(jì)劃，但迄今為止，這些計(jì)劃仍缺乏切實(shí)的執(zhí)行可能性。

“有時(shí)候，這些控制方案功效不夠，有時(shí)卻又太過頭。所以我們還在研究。”Jones表示。“我們可以構(gòu)建一個(gè)數(shù)學(xué)模型，表明‘好，這是第一種方案的害蟲存活率，現(xiàn)在我們看第二種方案’，然后不斷地并行或按序?qū)嵤└骺刂品桨福钡胶οx存活率有效降低，我們才會(huì)準(zhǔn)許該外來物種產(chǎn)品進(jìn)入美國。棘手的是，如何了解各控制方案之間相互作用的情況：它們何時(shí)是單獨(dú)起作用的，何時(shí)是協(xié)同起作用的，又何時(shí)是起到對抗作用的。”

“我們運(yùn)用JMP刻畫器來模擬全程，并分享計(jì)劃方案。”Jones如是說。

獸醫(yī)服務(wù)科運(yùn)用JMP刻畫器進(jìn)行基于二項(xiàng)式分布和超幾何分布的樣本設(shè)計(jì)，包括檢測水平、檢測靈敏度、蟲害感染幾率、置信度以及樣本數(shù)據(jù)大小。JMP刻畫器能以獨(dú)特的視角觀測這些單級(jí)或多級(jí)樣本設(shè)計(jì)因素之間的相互作用情況。

獸醫(yī)服務(wù)科還要對外來物種進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，但通常無法取得足夠的數(shù)據(jù)，這時(shí)就必須依賴專家意見了。專家們將決定，在實(shí)施控制方案后的最高存活響應(yīng)、最低存活響應(yīng)以及最可能的存活響應(yīng)。運(yùn)用JMP刻畫器，可輸入這些專家意見、并將其轉(zhuǎn)化為Pert分布——beta分布的一個(gè)特例，需用到基本的beta參數(shù)。這一步驟就能夠使JMP刻畫器成功模擬出專家的意見。然后，結(jié)合以上所有模擬，就可以制作多種控制方案的綜合效應(yīng)模型了。

追蹤白蠟窄吉丁蟲

美國農(nóng)業(yè)部追蹤外來物種的動(dòng)向，將其放在人口中心、商品農(nóng)業(yè)、自然資源等大環(huán)境中考量。他們記錄截獲每種新物種的日期及地點(diǎn)，并用JMP的地圖繪制及動(dòng)態(tài)氣泡圖等功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化。

取樣是檢查進(jìn)入美國為數(shù)巨大的農(nóng)業(yè)貨物的唯一方式。美國農(nóng)業(yè)部Ned Jones如是說。

最新的例子是關(guān)于實(shí)木包裝材料的。這種材料常用于保護(hù)運(yùn)輸途中的商品，其監(jiān)管由《國際植物檢疫措施標(biāo)準(zhǔn)第15號(hào)》實(shí)施。

“事實(shí)證明，這絕不是件小事情。”Jones表示，“我們已經(jīng)確知的，就有兩種害蟲是通過這種包裝材料進(jìn)入美國的——白蠟窄吉丁蟲和亞洲長角天牛。這兩種生物都在美國境內(nèi)大量繁殖，尤其是白蠟窄吉丁蟲。我們正在設(shè)法找到控制方案。”

自20世紀(jì)90年代進(jìn)入美國以來，白蠟窄吉丁蟲已蔓延到14個(gè)州，毀壞了約1億株白蠟樹，被認(rèn)為是美國境內(nèi)最具破壞力的外來昆蟲之一。

幾年前，Jones運(yùn)用JMP制作了一款模型，用來估算白蠟窄吉丁蟲每年遷移的范圍，從而確定滅蟲重點(diǎn)區(qū)域。他發(fā)現(xiàn)，比起人們之前的估測，實(shí)際應(yīng)搜索的范圍要大得多。

樹立信心

在另一次與美國國防部合作、同樣是關(guān)于《國際植物檢疫措施標(biāo)準(zhǔn)第15號(hào)》的項(xiàng)目中，Jones也使用了JMP。

“幾十年來，美國一直給歐洲的北約軍隊(duì)輸送彈藥。”Jones說道，“但大約五年前，歐洲方面反對我們再用木箱裝載。我們的木箱大多是松木的，他們擔(dān)心上面寄生了松材線蟲(一種微型蠕蟲);一旦進(jìn)入他們的針葉林，破壞會(huì)相當(dāng)大。”

“蒼蠅”實(shí)驗(yàn)

美國農(nóng)業(yè)部有幾項(xiàng)釋放不育昆蟲的項(xiàng)目。

“在有些昆蟲中，雌性只與一個(gè)雄性交配。”Jones解釋道。“如果我們在這種昆蟲群中大量投放不育雄性昆蟲，再讓雌性昆蟲與之交配，該種類昆蟲數(shù)量就會(huì)減少。”

美國農(nóng)業(yè)部有養(yǎng)殖昆蟲的設(shè)施，可通過射線照射使之不育。當(dāng)這些昆蟲成年，便將其釋放至重點(diǎn)管控或滅殺區(qū)域。

Jones負(fù)責(zé)兩個(gè)此類項(xiàng)目：一個(gè)是食棉害蟲紅鈴蟲，另一個(gè)是果蠅。

“我們沿著與墨西哥交界的國境線，釋放不育的果蠅，以減少其后代數(shù)量。”Jones表示。“至于墨西哥那一邊，我們就無能為力了。但如果能在國境線兩邊都大量投放不育的雄性昆蟲，那么美國任何害蟲的繁衍能力都會(huì)降低。”

美國農(nóng)業(yè)部在果蠅盛行的危地馬拉和夏威夷各有一個(gè)養(yǎng)殖基地。之后，不育的雄性果蠅也會(huì)被運(yùn)至加利福尼亞。

美國農(nóng)業(yè)部植物保護(hù)與檢疫科近期監(jiān)測的外來有害生物達(dá)50000種，甚至更多——包括所有進(jìn)入美國境內(nèi)并攻擊本土植物的昆蟲、攻擊本土植物的病害，及攻擊本土植物的植物等。

“入侵物種會(huì)占領(lǐng)沒有它們天敵的地域，然后瘋狂繁殖。”Jones說。

在美國軍械庫彈藥箱的樣本設(shè)計(jì)及樣本選取中，Jones全程使用JMP軟件。該項(xiàng)目研究旨在向歐洲方面提供證據(jù)，說明這些彈藥箱的害蟲感染幾率僅有0.5%乃至更少，且置信度達(dá)到95%。

“當(dāng)不育果蠅運(yùn)到目的地，科學(xué)家會(huì)檢測各批次，以得到其健康水平的基線數(shù)據(jù)。我們想知道，其中有多少是‘可用果蠅’。”

“果蠅通常都不強(qiáng)壯?？晌覀冿@然需要它們四處飛飛，找些雌性交配。所以我們檢測每一組果蠅，來確定其中強(qiáng)壯果蠅的比例。僅其健康基線的測驗(yàn)，就需花費(fèi)兩個(gè)小時(shí)——之后還有別的測驗(yàn)，時(shí)間更久。”

“我用JMP建了這個(gè)項(xiàng)目的模型。JMP真是一款有意思的軟件，能夠提供重要的結(jié)果。”