入侵物種會占領沒有它們天敵的地域，然后瘋狂繁殖。

——Ned Jones美國農(nóng)業(yè)部植物保護與檢疫科 統(tǒng)計師

挑戰(zhàn)

保護美國農(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)部運用JMP®實現(xiàn)樣本設計、實驗的設計與修繕、數(shù)據(jù)分析以及其它功能。

結果

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

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

Jones供職于美國農(nóng)業(yè)部動植物衛(wèi)生檢驗署。該署由下屬六科室構成，最大的兩個科室為獸醫(yī)服務科，以及植物保護與檢疫科。其中，植物保護與檢疫科擁有自己的科學智囊團——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是智囊團中唯一的統(tǒng)計專家。

Jones介紹說，獸醫(yī)服務科常年監(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)計系統(tǒng)對其進行追蹤。而植物保護與檢疫科監(jiān)測的外來有害生物達50000種，甚至更多——包括所有進入美國境內(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。

植物保護與檢疫科研究員在多個項目中運用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運用JMP研究涉及樣本設計、實驗的設計與修繕、數(shù)據(jù)分析等方法的項目;同時，JMP也多用于數(shù)據(jù)可視化、問題解決等領域。

風險評估

許可某種植物或植物產(chǎn)品進入美國，需要與之相關的來源國外來物種認證、對該物種的分析報告以及蔓延控制方案，因為所有的產(chǎn)品都將最終流動至消費者手中。

Ned Jones運用預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。

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

一旦獲知并掌握有害物種的侵入途徑，風險管理師就能夠決定采用一種或多種風險管理舉措，以將其入侵風險降低到可接受水平。綜合病蟲害管理計劃(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)部已制訂了樣本計劃，但迄今為止，這些計劃仍缺乏切實的執(zhí)行可能性。

“有時候，這些控制方案功效不夠，有時卻又太過頭。所以我們還在研究。”Jones表示。“我們可以構建一個數(shù)學模型，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?，直到害蟲存活率有效降低，我們才會準許該外來物種產(chǎn)品進入美國。棘手的是，如何了解各控制方案之間相互作用的情況：它們何時是單獨起作用的，何時是協(xié)同起作用的，又何時是起到對抗作用的。”

“我們運用JMP刻畫器來模擬全程，并分享計劃方案。”Jones如是說。

獸醫(yī)服務科運用JMP刻畫器進行基于二項式分布和超幾何分布的樣本設計，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刻畫器能以獨特的視角觀測這些單級或多級樣本設計因素之間的相互作用情況。

獸醫(yī)服務科還要對外來物種進行風險分析，但通常無法取得足夠的數(shù)據(jù)，這時就必須依賴專家意見了。專家們將決定，在實施控制方案后的最高存活響應、最低存活響應以及最可能的存活響應。運用JMP刻畫器，可輸入這些專家意見、并將其轉化為Pert分布——beta分布的一個特例，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，結合以上所有模擬，就可以制作多種控制方案的綜合效應模型了。

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，并用JMP的地圖繪制及動態(tài)氣泡圖等功能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化。

取樣是檢查進入美國為數(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。

最新的例子是關于實木包裝材料的。這種材料常用于保護運輸途中的商品，其監(jiān)管由《國際植物檢疫措施標準第15號》實施。

“事實證明，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。我們正在設法找到控制方案。”

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

幾年前，Jones運用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，從而確定滅蟲重點區(qū)域。他發(fā)現(xiàn)，比起人們之前的估測，實際應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、同樣是關于《國際植物檢疫措施標準第15號》的項目中，Jones也使用了JMP。

“幾十年來，美國一直給歐洲的北約軍隊輸送彈藥。”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，他們擔心上面寄生了松材線蟲(一種微型蠕蟲);一旦進入他們的針葉林，破壞會相當大。”

“蒼蠅”實驗

美國農(nóng)業(yè)部有幾項釋放不育昆蟲的項目。

“在有些昆蟲中，雌性只與一個雄性交配。”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)量就會減少。”

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

Jones負責兩個此類項目：一個是食棉害蟲紅鈴蟲，另一個是果蠅。

“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養(yǎng)殖基地。之后，不育的雄性果蠅也會被運至加利福尼亞。

美國農(nóng)業(yè)部植物保護與檢疫科近期監(jiān)測的外來有害生物達50000種，甚至更多——包括所有進入美國境內(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。

“入侵物種會占領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計及樣本選取中，Jones全程使用JMP軟件。該項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，且置信度達到95%。

“當不育果蠅運到目的地，科學家會檢測各批次，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，來確定其中強壯果蠅的比例。僅其健康基線的測驗，就需花費兩個小時——之后還有別的測驗，時間更久。”

“我用JMP建了這個項目的模型。JMP真是一款有意思的軟件，能夠提供重要的結果。”