基于环境要素的民国时期黑热病流行危险分区

李孜沫,龚胜生,陈丹阳,王晓伟,石国宁,张 涛

(1.南昌师范学院旅游与经济管理学院, 南昌 330032;2.华中师范大学城市与环境科学学院/可持续发展研究中心, 武汉 430079;3.南昌师范学院教务处, 南昌 330032; 4.山东女子学院旅游学院, 济南 250300;5.邯郸学院经济管理学院, 河北 邯郸 056006)

黑热病(kala-azar),又名内脏利什曼病(visceral leishmaniasis),俗称“痞块病”“大肚子病”等,是由杜氏利什曼原虫(Leishmanisdonovania)引起,经白蛉叮咬传播的慢性地方性传染病.民国时期,黑热病虽被视为法定传染病之外的二种指定传染病中的一种[1],且在当今《中华人民共和国传染病防治法》中,也仅将黑热病列为丙类传染病,但其在历史上的危害与影响仍然不容忽视,特别是在部分地区的危害还甚为惨烈.例如,民国时期淮河流域黑热病频发,病患动辄数万乃至数十万人,在缺乏有效治疗手段时的死亡率高达90%以上,且由于治疗费用高昂,以至普通百姓视黑热病为“穷病”而陷于“不治则死,治则穷”[2]的困境,也有“得了黑热病,倾家荡产丢性命”的说法[3].如果以明清迄民国时期(1368—1949年)为界,此前在中国已见流行的疫病,统称为传统疫病,此后在中国新见流行的疫病,统称为新型疫病.那么,明清迄民国时期是中国天花[4]、鼠疫[5]、疟疾[6]等传统疫病流行的高发期,也是霍乱[7]、猩红热[8]、梅毒[9]、黑热病等新型疫病传入的集中期.黑热病一经传入,便迅速完成“在地化”过程,成为我国一种新传入的慢性地方性传染病.

关于民国时期黑热病流行的研究,集中围绕以下三个层面展开.1) 黑热病流行机制的认知进展.清迄民国时期是黑热病在中国由传入到流行的时期,也是对黑热病流行机制的认知由模糊到清晰的阶段,通过梳理相关文献,认知进展大致可以划分为图1所示时间节点:① 1904年,占领我国山东青岛的德国士兵因黑热病死亡,初次科学证实中国存在黑热病.② 1911年,确认中国黑热病流行区为河北、山东、江苏、安徽、河南.③ 1923年,调查发现黑热病广泛分布于中国长江以北25省.④1925—1927年,确认中华白蛉为中国黑热病传播媒介.⑤ 1927年,发现五价锑剂(Neostibosan)治疗黑热病副作用少、疗效好[15].⑥ 现代医学研究清晰揭示了黑热病流行的传播机制.当白蛉首次叮咬病患或病犬时,病原虫即进入白蛉体内并发育繁殖成前鞭毛体.7日后,当白蛉再次叮咬人体时将鞭毛体注入,即可引发感染.2) 民国时期黑热病的分布特征及原因分析.研究认为,黑热病最早传入山东,后蔓延至河北、安徽、江苏、河南、湖北等地[10],其中,淮河流域[11-12]是民国时期黑热病流行的“重灾区”,也是相关研究开展的“主战场”.研究认为自然生态条件适宜、人居环境低湿阴霾、卫生习惯不良等是黑热病长期在淮河流域流行的主要原因[13].此外,西安[14]等城市黑热病也有不同程度流行.3) 民国时期黑热病流行的诊疗与预防措施.其中,加拿大医生杜儒德(Ernest B. Struthers)可谓在中国推行黑热病研究与防治的先驱之一.他通过梳理诊疗报告及新方法、新药物,不断更新黑热病的治疗“标准”,逐步系统性地将黑热病诊疗指南介绍到中国[15],为民国时期中国黑热病流行的预防与治疗作出了不可磨灭的贡献.西方与中国、政府与社会等不同主体更迭参与,一定程度上可以视为近代中国卫生防疫现代化的缩影[16].不过,虽然清末以来现代卫生防疫机制引入[17],为民国时期疫病防控提供了契机,但是黑热病是一种慢性疫病,其治疗过程漫长且治疗费用高昂,加之时值特殊的历史时期,故而并未有效阻遏黑热病的流行及危害.因此,直至新中国成立初期,黑热病在我国分布地域仍覆盖13个省区,波及650个县市,疫源地面积近600万km2,病人总计多达205万[18],足见危害之重、影响之远.综上所述,学界对民国时期黑热病的相关研究,特别是其流行机制、防治措施等方面已有较多探讨,但针对民国时期全国范围内黑热病流行的时空特征、危险分区、影响因素等的研究仍相对缺乏,因此有必要作进一步深入研究.

1 区域、数据与方法

1.1 研究区域

本文的研究时限为整个民国时期(1912—1949年),历时38 a.为便于比较分析,根据历史时期的阶段特征,进一步划分为民国前期(1912—1927年)、民国中期(1928—1936年)、民国后期(1937—1949年)三个阶段,分别历时16 a、9 a、13 a.

本文的研究区域是现代中国范围.在省级政区上,对区域面积较小的省份进行合并处理,其中,北京、天津并入河北,上海并入江苏,重庆并入四川,香港、澳门、海南并入广东,宁夏并入甘肃,共获得26个省级统计单元.在县级政区上,由于行政区划的历史嬗变,为便于统计,以公元2010年行政区划为参照,将历史政区统一置换为现代政区,并作为文中基本分析单元,同时据此统计黑热病县数、黑热病面积等指标.

1.2 数据来源

1.2.1 黑热病数据 黑热病数据全部来源于《中国三千年疫灾史料汇编·民国卷》[2]一书,从中提取疫时(包括年份、季节)、疫域(包括省份、县域)、疫种(本文即黑热病)等要素并进行量化处理与统计,制成表1.

表1 民国时期黑热病流行广度统计

表1(续)

1.2.2 环境数据 借鉴相关研究成果[5-7]中的因素指标选取,同时兼顾数据可获取性原则,确定地理环境、极端事件、季节差异、气温、降水5大类、21小项指标作为参与黑热病生态位分析的影响因素指标(图2).其中,海拔高程(X1)是30 m空间分辨率的全国范围数字高程数据;河网密度(X2)、距海距离(X3)是通过GIS空间分析方法分别计算的不同区域范围内五级以上河流长度与其区域面积的比值和不同区域至中国海岸线的最近距离;其余各项数据(X4、X5,…,X21)均来源于“1950—2000年中国各地气候数据集”,该数据集是基于DIVA-GIS网站提取的包含全国3 000余个县级政区基础信息的网络共享开源数据,再通过ArcGIS 10.7软件中的反距离权重法进行空间插值处理后,获取的具有连续属性的环境要素栅格图层.

图2 环境数据指标体系Fig.2 Environmental data index system

1.3 研究方法

1.3.1 疫灾指标体系 疫灾指标体系是一套用于历史疫灾地理研究的量化指标方法,文中参考中国历史疫灾地理系列研究[19-20]中的相关概念进行界定,其中:黑热病之年是指在一定区域范围内,不考虑黑热病流行的时间长短和强度高低,只要某年黑热病在任意至少一个县域内流行,即确定该年为黑热病之年;黑热病频度是指民国时期黑热病流行的年数与民国历时年数的比值,用以反映黑热病流行的频繁程度;黑热病县数(或面积)是指民国时期黑热病波及的县级政区数(或国土面积),用以度量黑热病流行的蔓延广度.

1.3.2 MaxEnt生态位分析方法 MaxEnt(maximum entropy model)生态位方法是一种广泛应用于评估和预测物种潜在地理分布的方法[21],其基本原理是通过模拟有限的已知信息,推断未知分布信息.在引入中国历史疫灾地理研究领域后,已相继运用于鼠疫[5]、疟疾[6]、霍乱[7]等疫病的个案分析中.该方法的操作步骤主要有:

1) 确定黑热病已知分布信息.运用ArcGIS 10.7软件赋予民国时期黑热病流行地空间属性,并按照75%、25%的比例标准将民国时期黑热病已知流行数据分别设定为训练数据、测试数据.

2) 筛选黑热病可能影响因素.将图2所示5大类、21小项指标作为可能影响黑热病流行的潜在环境因素.

3) 代入模型分析并获取结果.将已获取的黑热病已知分布数据、潜在环境因素指标代入MaxEnt生态位模型,经模型运算后得到民国时期黑热病流行的适生度、危险度、贡献度等基础数据,再结合ArcGIS 10.7空间可视化工具绘制系列地图.

4) 进行结果分析与综合评价.参考现有研究成果并参照表2划分标准,从四个层面对结果进行分析与评价:① 评价模型的预测精度.通常采用受试者工作特征曲线(即ROC曲线)进行评判,若高于设定的预测阈值则视为正确,反之则视为错误.同时,以AUC值(即ROC曲线下的面积)评判预测结果的精度,并依次划分为较差(0.5～0.7)、一般(0.7～0.8)、较高(0.8～0.9)、极高(0.9～1.0)四级.② 评价黑热病的适生度.通过MaxEnt模型获取的黑热病适生度取值在0～1之间,其值越接近于1,表明适生度范围越广,相应黑热病流行可能性越高,反之则反.③ 评价黑热病的危险度.在黑热病适生度基础上,依据特危(≥0.3)、高危(0.1～0.3)、中危(0.01～0.1)、低危(≤0.01)四级划分黑热病危险度.同时,依据不同区域不同危险等级区域面积所占比例,相应按特危、高危、中危、低危四级标准确定危险等级,占比最多的危险等级即视为该区域的危险等级.④ 评价因子的贡献度.MaxEnt生态位模型会评判参与模拟的环境因子对黑热病流行的潜在影响程度其值越大表明对黑热病流行贡献程度越大,反之则反.为便于分类比较,文中依据影响因素的贡献度划分为弱度(≤5%)、低度(5～10%)、中度(10～20%)、高度(≥20%)四级.

表2 MaxEnt生态位模型预测精度、适生范围、危险等级及影响程度阈值标准

2 结果与分析

2.1 黑热病流行的时空特征

2.1.1 时间变化趋势 民国时期的38年间,全国范围内至少有30个年份有黑热病流行,流行频度为78.95%.民国前、中、后期,黑热病流行频度依次为62.50%、80.00%、100.00%,具有上升趋势.图3显示,民国时期黑热病流行县数曲线(图3a)与波及面积曲线(图3b)具有总体一致的变化趋势,均经历了三次大的波峰,且民国前、中、后期均各有一次流行波峰.其中,第一个波峰为1923年,黑热病波及江苏、安徽等省的30个县,由于缺乏有效治疗,死亡率高达90%以上;第二个波峰为1934—1937年,黑热病流行时间长且波及范围广,波及县数变幅在27～47县之间,特别是1937年成为民国时期黑热病流行的最高峰,如“皖北各县,近年来黑热症猖獗,传染奇速”[2];第三个波峰为1946年,黑热病波及24个县,如在河南开封、新郑、郏县等地,黑热病患者均在1 000人以上[2].

由于导致黑热病传播的中华白蛉通常在每年5～8月最为活跃,这深刻影响到民国时期黑热病流行的季节分布特征.如表1及图3c～图3f所示,民国时期黑热病流行累计年份65个,其中,春季12个(18.46%)、夏季17个(26.15%)、秋季27个(4.54%)、冬季9个(13.85%);黑热病流行累计县数421个,其中,春季88县(20.90%)、夏季103县(24.47%)、秋季165县(39.19%)、冬季65县(15.44%).无论是黑热病年份,还是黑热病县数,均以夏、秋二季为主,二季集中了67.69%(44个)的黑热病年份和63.66%(268县)的黑热病县数.民国时期,日本侵略者的军事调查同样发现“黑热病之感染期,多在五月至七月间,迨至八、九月时即行发生”(《申报》1943年5月6日第2版).黑热病流行于中华白蛉活跃的夏、秋季的季节特征,为夏、秋季开展灭蛉、防蛉以防范黑热病流行提供了必要的科学依据.

2.1.2 空间分布特征 依据表1统计,民国时期,黑热病至少波及全国11个省份的154个县,累计波及372个县.图4a清晰显示出民国时期黑热病流行的空间特征.1) 黑热病几乎全部分布于长江以北地区.时任卫生署寄生虫系主任的姚永政,在谈及黑热病在我国流行的情形时,亦言明“(黑热病)不仅苏北一隅有,长江北岸已传播”(《大公报》1936年5月29日第3版).2) 苏、皖、豫、鲁4省交界地带是黑热病分布密集区.民国时期《大公报》的报道更是特别指出,江苏“清江浦(即淮安)、涟水等地为黑热病大本营”(《大公报》1936年5月29日第10版),希望以此唤醒民国政府与当地百姓对黑热病的防治意识.

注:本图基于自然资源部标准地图服务系统标准地图(审图号GS(2019)1817号)制作,底图无修改.图4 民国时期黑热病已知分布及生态位分析Fig.4 Known distribution and niche analysis of kala-azar in the Republic of China

2.2 黑热病流行的生态位分析

依据表2中的阈值范围,采用ROC曲线下的AUC值对MaxEnt生态位模型的预测精度进行评价.经计算,训练数据AUC=0.977,测试数据AUC=0.974,均高于0.9,表明模型预测精度极高,可以据此分析民国时期黑热病流行的适生度、危险度、贡献度.

2.2.1 适生范围格局 中国黑热病的传播媒介——中华白蛉,主要分布于18°～42°N,102°～124°E的空间范围.在黑热病流行严重的淮河流域,中华白蛉占已鉴定白蛉总数的80%以上,部分地区甚至可达90%以上,而长江以南地区中华白蛉则极为罕见[22].中华白蛉的空间分布很大程度上限定了黑热病的适生范围.如图4b所示,与鼠疫[5]、疟疾[6]、霍乱[7]等疫病相对广泛的适生范围相比,黑热病的适生范围较为局限,集中于长江以北地区,并呈现出一定的圈层结构特征.第一圈层为苏、皖、豫、鲁4省交界地区,是黑热病最佳适生区范围;由第一圈层向外围拓展,依次为第二、三、四圈层,黑热病适生度也逐步下降.黑热病“长江北、类圈层”的适生范围,既决定了其空间分布特征(图4a),也奠定了其危险等级格局(图4c).民国时期,报纸虽曾多次鼓吹黑热病可能侵袭江南地区的预警报导[2],但实际上均未造成大的流行,即是由于江南地区缺乏中华白蛉这一黑热病流行的传播媒介之故.

2.2.2 危险等级判定 根据表3中的统计数据判定省域黑热病流行的危险等级,并绘制图4d,其中,特危省份4个,江苏(含上海)、安徽、河南、山东;高危省份3个,河北(含北京、天津)、山西、陕西;中危省份4个,辽宁、浙江、湖北、四川(含重庆);其余16个省份,皆为低危等级.可以发现,特、高危省份均位于黄河中下游及淮河流域地区.需要进一步说明的是,首先,黑热病流行区具有显著的局地性特征,即使是特危等级的省份,例如江苏、安徽,其黑热病流行区也主要分布于淮河流域一带,即苏北、皖北等局部地区;其次,各省黑热病危险等级延续时间可能相当漫长,因为直至建国后的1958年全国各地才基本消灭黑热病[23].

2.2.3 影响因素分析 地理环境对历史疫灾的空间分异具有基础性影响[24],并在历史时期鼠疫[5]、疟疾[6]、霍乱[7]等疫种的个案研究中得到进一步验证.运用MaxEnt生态位模型评判不同环境因素的影响程度,并结合表2中的阈值范围加以划分,其中:高度因素(≥20%)1项,为河网密度(20.2%);中度因素(20%～10%)2项,为日照时数(17.3%)、海拔高程(14.5%);低度因素(10%～5%)2项,为最低气温(10.0%)、年降水量(8.0%);弱度因素(≤5%)16项,主要有气温年较差(4.3%)、温度季节性(2.3%)、距海距离(1.8%)等.可以发现,黑热病的流行、分布,与河流关系极为密切.在民国时期的疾病调查中,已经认识到黑热病“为害之烈,以沿旧黄河道各地为最”[2]的地域分布倾向.日本殖民者的军事调查也发现“黑热病为中国北方特有之风土病,历年沿黄河流域蔓延各地,为害甚烈……在海拔较低之平原,流行于石灰质冲积层地带及死水湖沼较多之乡村间”(《申报》1943年5月6日第2版).即使在局部地区,如在河南地区,相关调查同样表明黑热病“流行以沿沁河流域一带尤甚”[2].这些调查认识实际上也是对黑热病适生范围地理边界与危险等级地理格局的体现.

表3 民国时期黑热病已知分布及预测等级统计

3 结论与讨论

3.1 结论

通过研究民国时期黑热病流行的时空特征、危险分区与影响因素,可以获得以下结论.

1) 民国时期,黑热病流行频度为78.95%,并在民国前、中、后期的1923年、1934—1937年、1946年分别形成流行高峰.黑热病流行以夏、秋季为主,二季集中了67.69%(44个)的黑热病年份和63.66%(268县)的黑热病县数.

2) 民国时期,黑热病至少波及全国范围内11个省份的154个县,累计波及372个县.第一,黑热病几乎全部分布于长江以北地区.第二,苏、皖、豫、鲁4省交界地带是黑热病分布密集区.

3) 民国时期,黑热病适生范围相对局限,并呈现“长江北、类圈层”的适生空间,既决定了其空间分布特征,也奠定了其危险等级格局.具体而言,黑热病适生区集中于长江以北地区,形成以苏、皖、鲁、豫4省交界地区适生度最高的第一圈层,以及由第一圈层向外围依次拓展,且适生度逐层降低的第二、三、四圈层的分布特征.省级尺度黑热病流行的危险等级中,特危省份4个,江苏(含上海)、安徽、河南、山东;高危省份3个,河北(含北京、天津)、山西、陕西;中危省份4个,辽宁、浙江、湖北、四川(含重庆);其余16个省份,皆为低危等级,呈现出黄河中下游、淮河流域省份危险等级高的地理格局.

4) 民国时期,黑热病流行的影响因素具有四个层次,高度、中度、低度、弱度因素分别有1项、2项、2项、16项,其影响强度由高至低依次为:河网密度(20.2%)、日照时数(17.3%)、海拔高程(14.5%)、最低气温(10.0%)、年降水量(8.0%)、气温年较差(4.3%)、温度季节性(2.3%)、距海距离(1.8%)等,其余因素影响程度很低.

3.2 讨论

1) 从一定程度上看,疫灾流行既是天灾,也是人祸.除了气候、水文、日照、海拔等自然环境因素外,不合理的人类活动方式、军事战争、环境破坏等社会环境因素同样是影响黑热病流行的重要原因.例如,虽然1927年发现使用五价锑剂(Neostibosan)能有效治疗黑热病,但受制于民国时期政治动荡、经济凋敝、战争频仍的社会环境,加之黑热病治疗过程漫长且治疗费用高昂,进而导致政府无暇全力顾及、百姓无力支绌,一定程度上延续了黑热病流行的时间过程、扩展了黑热病分布的空间范围、增强了黑热病影响的危害强度.因此,包括黑热病在内的诸多传染病一直未得到全面有效防控,这种状况甚至一直持续至新中国成立初期,才获得根本改变.

2) 黑热病危险等级的判定是依据不同危险等级所占比重最高者为标准,在一定程度上会降低区域黑热病流行的危险等级.例如,民国时期甘肃陇西一带黑热病流行同样频繁,但该区域占全省国土面积的比重较低,从全省范围看,特、高、中、低危等级面积占比分别为16.36%、13.82%、18.87%、50.95%,因此只能判定为低危等级.