基于模拟美国牛只移动网络的电子标识与数字化报告可追溯性评估

《Frontiers in Veterinary Science》：Assessment of cattle traceability using electronic identification and digital movement reporting in simulated United States cattle movement networks

　　

摘要

引言：在疾病暴发期间，美国（US）动物卫生官员必须识别患病及高风险动物并实施控制措施。对于快速传播的疾病，动物的电子标识（electronic identification, EID）和动物移动的数字化报告（digital reporting, DR）可能是实现快速、有效追踪和控制措施实施所必需的。目前，美国并不要求报告所有牛只移动，仅要求对奶牛和部分肉牛类别使用官方EID。本项目构建了一个模拟的国家级牛只移动网络，以评估在不同EID和DR水平下农场的可追溯性。

方法：生成了一个为期30天的模拟美国牛只移动网络。在该网络中，农场、市场、加工企业及其他场所为节点，场所之间的移动为边。从完整网络中随机抽取100个母牛-犊牛农场、100个市场和100个育肥场作为“关注农场”（farms of interest, FOIs），以评估其接触农场的可追溯性。为生成可追溯网络，通过二项过程（binomial process）为源节点分配EID状态，为目的地节点分配DR状态。EID和DR概率从代表当前美国牛只估计使用水平的基线水平开始，并逐步提高至最高水平，即75%的肉牛农场对出场移动进行标识，90%的农场报告入场移动。当源农场进行标识且目的地农场进行报告时，该次移动被视为可追溯并纳入可追溯网络。

结果与讨论：在基线情景下，三种农场类型的可追溯入场接触均为零。随着EID和DR水平的提高，可追溯性随之增加。在最高EID和DR水平下，母牛-犊牛FOIs的平均可追溯接触百分比为83.56%，市场FOIs的总接触为86.5%，育肥场FOIs为75.63%。这些结果支持提高EID标识使用和DR报告水平以实现快速、有效的追踪，并为改善可追溯性提供了实施目标。当前的EID和DR采用水平可能不足以实现有效的电子追踪，需要更高的使用水平以促进快速追踪。

论文解读：模拟美国牛只移动网络中电子标识与数字化报告对动物疾病可追溯性的影响

一、研究背景与问题

动物疾病可追溯性（Animal Disease Traceability, ADT）是美国农业部（USDA）定义的“了解患病及高风险动物所在位置、曾去过何处以及何时到达该处”的能力。一个高效且准确的追踪系统能够改善疾病控制资源的部署，从而影响疫情暴发的结局。快速追踪可通过动物的电子标识（Electronic Identification, EID）和动物移动的数字化报告（Digital Reporting, DR）来实现，即将移动的来源和目的地位置报告至可检索的电子数据库。然而，目前美国肉牛的数字标识采用率较低，动物卫生官员可获取的肉牛移动记录往往不完整，导致电子追踪效率低下，手工追踪所需时间较长且不稳定。

美国农业部的ADT计划已实施十余年，在规则覆盖牛只（大于18月龄且性完整的牛、任何年龄的奶牛以及用于展览的牛）的追踪速度和准确性方面取得了显著进展。2024年ADT最终规则要求受覆盖动物使用视觉和电子均可读的官方标识。然而，小于18月龄的肉用犊牛不受官方标识规则约束，因此数字化可追溯性较低。此外，许多州对不跨州界的移动和直接运往屠宰场的移动豁免报告要求。这些标识和报告豁免使得大量牛只移动在数字上不可追溯。为弥补这一缺口，美国牛肉行业近年来日益重视提高牛只可追溯性。2016–2020年牛肉行业长期计划将提高可追溯性列为优先事项；2021–2025年计划则将可追溯性描述为“关键且紧迫”。以往研究已证明，在口蹄疫（Foot and Mouth Disease, FMD）暴发模型中，提高追踪效率可显著减少需扑杀动物数量和限制移动的畜群数量。然而，目前尚无定量估计达到特定电子可追溯性水平所需的电子标识和报告牛只比例。

二、研究目的与方法概述

本研究的目的是创建一个涵盖美国所有牛只移动的模拟移动网络，包括通常豁免报告的运动，然后以不同概率应用电子标识和数字化移动报告，生成电子可追溯的移动网络，并比较随机选择的母牛-犊牛农场、育肥场和市场在标识与报告情景下的成功电子追踪接触比例。模拟网络生成采用InterSpread Plus（ISP）软件，基础参数集和种群文件来自USDA流行病学与动物健康中心（USDA-CEAH）开发的全国FMD模型。研究设定了基线情景（代表当前EID和DR使用水平）以及多组改进情景，包括以母牛-犊牛农场为重点的情景（CC 5020、CC 5050、CC 5075、CC 7590）、以市场为重点的情景（Market 5050、Market 9090）和全行业改进情景（All 5075、All 7575、All 7590）。从完整网络中随机选取100个母牛-犊牛农场、100个市场和100个育肥场作为“关注农场”（FOIs），在可追溯网络中追踪其接触农场，并与完整网络中的接触总数比较。使用了EpiContactTrace R包进行直接农场到农场的接触追踪，市场接触按每周拍卖周期聚合。

三、主要结果

完整网络描述：经过后处理的30天完整网络共包含1,739,723次移动，615,470个节点（农场、市场、经销商或加工企业）。平均路径长度为7.38，整体平均度为5.65。在完整网络中，母牛-犊牛FOIs的接触数范围为1至183，平均16.26；育肥场FOIs的接触数范围为1至1,669，平均279.73；市场FOIs的7天追踪期内总接触数范围为35至250，平均122.26。

各情景可追溯网络中的移动数量：基线情景中，完整网络仅3.17%的移动出现在可追溯网络中。当EID和DR概率提高时，可追溯移动数量增加。全行业改进情景带来了最显著的增加，All 7590情景中85.57%的移动可追溯。

接触可追溯百分比：基线情景下，除一个育肥场FOI有2个可追溯接触（共356个）外，所有母牛-犊牛和育肥场FOIs的可追溯入场接触均为零；市场FOIs的中位总接触可追溯比例为2.4%。在母牛-犊牛重点情景中，CC 5020和CC 5050情景下母牛-犊牛和育肥场FOIs的中位可追溯比例仍为0%；CC 7590情景中母牛-犊牛FOIs中位达到100%，育肥场为50.18%，市场为67.59%。在市场重点情景中，市场FOIs的可追溯性有所改善，Market 9090中市场FOIs中位可追溯比例为68.2%，但母牛-犊牛FOIs中位仍为0%。在全行业改进情景中，All 7590情景实现了最高可追溯性：母牛-犊牛FOIs平均83.56%，育肥场75.63%，市场86.5%，中位数分别为100%、84.30%和91.4%。

可变性评估：对基线、CC 5050和All 7590情景额外追踪100个农场（共200个）的估计与100个农场结果相比变化小于5%，表明100个农场的估计已收敛。

四、讨论与结论

研究表明，当前估计的EID和DR使用水平导致三种FOI类型均出现数字追踪失败，说明现有技术实施水平不足以在快速传播疾病（如FMD）暴发时完成仅依赖电子的动物疾病追踪。提高EID和DR使用水平可显著提高可追溯性。仅针对母牛-犊牛或市场来源的改进带来的提升有限，而全行业同步提高EID和DR水平的效果最为显著。All 7590情景（75%EID和90%DR）中所有FOI类型的中位接触可追溯性超过84%，可对疫情控制产生重要影响。研究还指出，当前美国缺乏统一、可集中访问的动物移动数据库，数据分散在多个系统中，这限制了实际追踪效率。尽管手动追踪方法有效，但可能不够快速以影响FMD疫情进展。研究结果支持需要同时提高EID使用率和向可访问数据库的DR报告率。此外，EID的价值不仅限于疾病控制，还可用于生产者增值营销和农场数据管理。未来研究应纳入个体动物级别的EID和DR，以及探讨经济权衡、成本与市场收益，以支持全国范围内的技术采用。