一种帮助阻止害虫的新方法

斑点灯笼蝇，翡翠白蜡蛀虫，铁杉绵蚜，亚洲长角甲虫。这些只是意外引入北美的数百种外来害虫中的一小部分，它们造成了数百万美元的损失，更不用说对农田和森林的生态破坏了。

像美国农业部这样的管理机构致力于控制这些害虫，寻找方法来控制它们的爆发和影响。但是一种害虫传播到新地区的速度有多快呢?和在哪里?

研究人员地理空间分析中心美国北卡罗来纳州立大学(North Carolina State University)最近开发了一种新的预测技术，可以帮助美国农业部(USDA)和其他机构回答这些问题，比以往任何时候都更快更容易。

它被称为PoPS，即害虫或病原体传播预测，这是一种复杂但易用的工具，可以用来预测潜在的任何物种的传播。

利用大数据和模型预测害虫的传播

计算机模型是预测虫害和引起植物病害的病原体传播的常用方法。运行这些模型通常需要大量的数据——千兆字节的数据——并且熟练掌握计算机代码语言。各种软件通常也需要,所以是一个熟悉的来龙去脉模型校准和验证:确保一个数据模型是相配的喂养它,检查模型做一份好工作的预测应该是什么。

对于那些需要快速得到答案的经理，而不是编程专家，这项任务可能会令人生畏。在大多数情况下，准备数据和模型来模拟害虫的传播可能需要几个月到一年的时间。pop是一个几乎完全自动化的框架，它要求用户输入一些简单的输入来进行管理场景的预测和比较。

新的PoPS模型有何不同?

有了持久性有机污染物，管理人员只需提供三年的虫害信息，并调整网络仪表板上的一些值，以回答紧迫的问题，如何时、何地、虫害可能增长多少，以及制止虫害可能需要多少成本。

“你可以输入你的数据，pop会做任何事情，验证会告诉你它有多准确，”他说克里斯•琼斯他是地理空间分析中心的研究助理，也是持久性有机污染物的主要开发者。该框架使用两年的输入数据来校准其数学模型，并使用第三年的数据来验证它。天气数据和寄主植物的地图是从现有的存储库中提取的，持久性有机污染物甚至将原始值重新分类为模型可以使用的值。琼斯指出:“大多数模型都不能帮你做到这一点。”

通过使用一个电脑鼠标在地图上绘制形状预测的传播,用户甚至可以告诉持久性有机污染物,他们想申请管理,如消除寄主植物或设置目标昆虫陷阱,系统将计算财务成本以及对传播的影响,帮助治疗方案进行比较。从本质上说，该系统帮助用户评估哪些地方最好，以及预期的投资回报。

利用大数据和PoPS来控制斑点苍蝇

持久性有机污染物的首批测试之一是预测传播发现lanternfly为美国农业部和宾夕法尼亚州农业部工作。该物种原产于亚洲，2014年在宾夕法尼亚州东南部首次发现;自那以后，它已经蔓延到其他四个州，推动了16个县的隔离。

斑点灯蝇通过吸收流经植物茎部的液体来吸取植物的生命。它们最喜欢的食用植物也受到人们的高度重视——包括葡萄藤、啤酒花和用作木材的硬木——威胁着多个州数十亿美元的产业。

美国农业部动植物卫生检验局(APHIS)和宾夕法尼亚州农业部正在积极行动针对这种新出现的害虫并概述了遏制其蔓延的预算，但他们也需要一个地理空间工具来帮助他们决定把努力的重点放在哪里，并决定需要多少钱来产生影响。

琼斯和他的团队着手解决这个问题，利用持久性有机污染物在隔离区内外，利用不同的资金水平，生成管理设想。琼斯报告说，在持久性有机污染物的初步试验中，“在管理上多花16%的钱，就能使总感染面积减少50%以上，即使管理是在管理区内随机分配的。”在没有管理人员的情况下，灯笼蝇在地图上爆炸，但管理人员有限的战略投资使这种害虫被限制在隔离区。

接下来是什么?

北卡罗莱纳州的地理空间分析中心和美国农业部APHIS之间建立模型原型的初步伙伴关系“已经开花结果”，Jones说，这是一个旨在产生迫切需要的决策分析的多维项目。

目前，一个由地理空间分析博士生、博士后学者和研究助理组成的团队正在努力优化持久性有机污染物的web界面，改进宿主地图和模型的功能，并评估其许多潜在用途。

2019年4月，该研究团队在北卡罗莱纳州百年校园接待了动植物卫生检验局植物保护和检疫副主任，为持久性有机污染物仪表盘揭布。6月，该团队将持久性有机污染物带到华盛顿特区外的动植物卫生检验局总部，向更多机构领导展示其能力。

从一开始，这个项目就是合作的。“这是一个参与式的过程，”琼斯说。来自政府科学家、分析师和实地管理人员的反馈已经成为框架设计的一部分，并继续激励研究可以采取的更多方向。琼斯说:“这个项目自两年前开始以来发展迅速。”“APHIS肯定计划让这成为他们的一个关键决策工具。”

一个新的网络界面将很快面世流行的网站，使更广泛的用户可以访问该框架。项目合作伙伴希望它将推动一系列应用程序的进展。琼斯说:“这不仅仅是为了管理。”“理想情况下，我希望其他研究人员也能使用它。”

例如，持久性有机污染物的预测可用于计划实验和现场抽样设计。推广代理人也可以使用这个模型来帮助农民了解和预测虫害和植物疾病在农业领域内的传播，以周、月或年为时间尺度。

所有这些应用都具有现实世界的含义，并利用数据和计算来做出实际的决策。琼斯说:“这是我希望我所有研究的方向——人们会使用的东西。”

这篇文章是出版在地理空间分析中心。