《Pathogens》：Spatiotemporal Transmission Networks of Plague in China and Their Driving Factors: Historical Insights for the Sustainable Prevention and Control of Zoonotic Diseases
编辑推荐：
第三次鼠疫大流行在中国造成了严重的死亡率，但其传播路径、空间格局及多因素驱动机制尚未得到全面量化。本研究利用新编制的传播网络数据集、机器学习模型和结构方程模型，重建了1772–1949年间中国的鼠疫传播过程。结果如下：（1）在空间上，鼠疫传播遵循三层模式：首先
第三次鼠疫大流行在中国造成了严重的死亡率，但其传播路径、空间格局及多因素驱动机制尚未得到全面量化。本研究利用新编制的传播网络数据集、机器学习模型和结构方程模型，重建了1772–1949年间中国的鼠疫传播过程。结果如下：（1）在空间上，鼠疫传播遵循三层模式：首先在自然疫源地发生，随后沿交通走廊扩散，最后在城镇发生继发性传播。该网络以短距离接触性传播为主，长距离跳跃式传播为辅。在五个区域中，网络呈现出五种拓扑形态（单核心放射型、多核心平行型、单核心扇形、双核心型及小核心大周边型），核心节点始终位于历史上的交通枢纽和行政中心。（2）不同因素的滞后效应各异：洪水在3年滞后时达到峰值，干旱表现出长达5年的累积效应，温度在2年滞后时发挥作用，降水在1年滞后时效应最强。饥荒、战争和人口密度则表现为同期效应。（3）因素重要性按降序排列为：温度异常、洪水、饥荒、人口密度、干旱、战争和降水。所有因素均表现出非线性阈值效应，包括U型（温度）、倒U型（降水与干旱）、阈值跳跃型（洪水）、J型（饥荒）、N型（战争）和浅U型（人口密度）。（4）结构方程模型识别出饥荒和干旱是最直接的预测因子（路径系数分别为0.739 和0.680 ）。气候因素主要通过“气候异常→灾害频发→饥荒放大→疫情暴发”的灾害链间接发挥作用。这些发现为可持续的人畜共患病防控提供了三个切入点：基于网络拓扑的分级哨点部署、具有1–5年提前期的气候–灾害链预警，以及依据气候区间划分的分级响应。研究结果与SDG 3（良好健康与福祉）和SDG 11（可持续城市与社区）相契合。
一、研究背景与问题提出
鼠疫作为历史上最具破坏性的自然疫源性人畜共患病，具有突发性强、病死率高、跨区域传播范围广等特征。其病原体鼠疫耶尔森菌（Yersinia pestis）通过“啮齿动物宿主—跳蚤媒介—人类”链条传播。人类历史上的三次鼠疫大流行深刻重塑了全球防疫体系与人口格局，其中第三次大流行起源于18世纪中叶的中国云南，持续超过170年，借助航运和铁路传播至亚洲、欧洲、非洲和美洲，是地理范围最广、流行持续时间最长的一次，并留下了丰富的鼠疫记录。
然而，现有研究存在三方面不足：其一，中国尚未构建大规模、长时段、多阶段的鼠疫传播网络，传播路径、枢纽节点和区域传播模式的差异缺乏定量识别；其二，驱动因素研究多停留在同期静态归因层面，动态非线性关系与驱动机制缺乏系统检验；其三，历史鼠疫经验向当代防控体系转化的路径缺失，研究的应用价值未得到充分挖掘。因此，系统重建第三次鼠疫大流行在中国的传播过程与驱动机制，兼具学术价值与现实意义。
二、研究内容与主要结论
研究人员以1772–1949年第三次鼠疫大流行为研究时段，构建鼠疫流行数据库，采用时空传播轨迹提取方法分阶段重建全国鼠疫扩散路径与区域传播模式，进而构建有向加权鼠疫传播网络，并运用随机森林（Random Forest）模型和结构方程模型（Structural Equation Modeling, SEM）系统检验各因素对鼠疫流行的驱动效应。研究得出以下核心结论：鼠疫传播遵循“自然疫源地固定发生—交通走廊线性扩散—沿线城镇继发传播”的三层空间模式，以短距离接触性传播为主、长距离跳跃式传播为辅；五大区域网络呈现五种拓扑形态，核心节点始终与历史交通枢纽和行政中心重合；各驱动因素存在差异化滞后效应与非线性阈值特征；饥荒和干旱是最直接的扰动源，气候因素主要通过灾害链间接发挥作用。这些发现为当代人畜共患病可持续防控提供了分层哨点部署、气候–灾害链预警和分级响应三个切入点，契合SDG 3和SDG 11目标。
三、关键技术方法
研究数据来源包括《中国鼠疫流行史》核心数据（1863条鼠疫记录，选取1772–1949年间1028条）、地方志与民国防疫报告补充数据（新增568条有效记录，最终整合1596条）、气候数据（温度距平和降水距平序列）、灾害数据（《中国三千年气象记录总集》与《中国灾害通史·民国卷》中的洪灾、旱灾、饥荒数据）、人口数据（《中国人口史》）及战争数据（《中国历代战争编年史》）。方法上主要采用：①鼠疫传播网络构建，以县级行政单位为节点，采用三类证据体系判定传播边（A类直接证据边、B类推断边），共识别1652条有向传播边；②多阶滞后相关分析，对7类驱动因素与鼠疫进行0–10年滞后皮尔逊相关分析；③随机森林模型结合SHAP可解释机器学习库，采用5折时间序列交叉验证揭示非线性关联；④结构方程模型，基于“自然—社会—鼠疫”因果链理论框架，采用最大似然（ML）法估计路径系数。
四、研究结果
4.1 自然疫源地与中国鼠疫空间分布
鼠疫自然疫源地与流行区在大尺度空间格局上高度一致：北方旱獭型疫源地（由野生旱獭宿主维持的动物病循环）和草原型疫源地（由黄鼠和沙鼠维持）对应东北和华北的高发区；南方家鼠型疫源地（与人类密切相关的褐家鼠和黄胸鼠维持）对应滇中及华南沿海的高发区。1772–1949年间鼠疫流行并非均匀扩散，而是形成滇中—滇西（大理、昆明、弥勒一带）、东北平原（哈尔滨—沈阳—长春一线）、华北北部（呼和浩特、保定、赤峰一带）和华南沿海（广州、汕头、南宁—钦州一线）四个高风险集聚中心。
4.2 鼠疫传播路径与传播特征
鼠疫传播路径明显依附于现代交通网络：陆路商道和驿道构成早期传播骨架，铁路建成后南满铁路、京汉铁路、滇越铁路形成新传播走廊，疫点沿交通线呈“串珠状”分布。区域上，西南地区以大理、昆明、弥勒为核心节点，沿南方丝绸之路和滇越铁路向外辐射；华南地区广州、汕头、江门、南宁—钦州构成四个副中心，经西江水道和沿海商路连接；东北地区哈尔滨、长春、沈阳沿南满铁路线性排列；华北地区保定、呼和浩特、赤峰、通辽沿农牧交错带和长城线分布；华东地区上海、杭州、宁波、福州为核心节点，沿长江水道和沿海航运分布。短距离接触性传播构成区域内部流行的致密网状骨架，长距离跳跃式传播虽较稀疏但连接了远距离区域，将局部疫源地连成全国性网络。五大区域网络在规模与密度组合上差异显著：华东节点最多但密度最低，呈“大而疏”结构；西南节点最少但密度最高，呈“小而密”结构。五区域E–I指数均为负值，表明省内接触性传播占主导。网络拓扑形态上，东北为单核心放射型（哈尔滨为核心，总度28），华北为多核心平行型（保定、沧州、满洲里等并列），华东为单核心扇形（泉州为核心，总度9），华南为双核心型（南宁与汕头锚定陆路与海路两个传播方向），西南为小核心大周边型（大理为绝对核心，总度14）。
4.3 驱动因素对鼠疫的影响
滞后相关分析显示：洪水在3年滞后时相关最强（0.684），干旱在5年滞后时持续上升（0.504），温度在2年滞后时达峰（0.425），降水在1年滞后时显著负相关（?0.505），饥荒（0.539）、战争（0.488）和人口密度（0.325）以同期效应为主。随机森林SHAP重要性排序为：温度异常居首，洪水和饥荒紧随其后，人口密度和干旱贡献中等，战争和降水贡献较弱。非线性分析揭示各因素均存在阈值效应：温度呈U型（低温和高温两端均升高风险），降水呈倒U型（异常接近0时风险最高），洪水呈阈值跳跃型（低于200时无贡献，超过250后急剧上升），干旱呈倒U型（中等干旱最危险），饥荒呈J型（严重饥荒时风险快速上升），战争呈N型，人口密度呈浅U型。
4.4 各因素驱动鼠疫的具体路径
结构方程模型拟合指标良好（χ2/df = 2.67，CFI = 0.966，TLI = 0.921，RMSEA = 0.062，SRMR = 0.041）。直接路径上，饥荒与鼠疫关联最强（路径系数0.739 ），其次为干旱（0.680 ）、战争（0.541 *）、温度（0.511 ）、洪水（0.331 ）、人口密度（0.221 *），降水为直接负向（?0.22 ）。间接路径上，饥荒构成灾害—社会因素关联鼠疫的核心中介节点：洪水→饥荒（0.267 ）、干旱→饥荒（0.544 ***）、战争→饥荒（0.130 *）均通过提升饥荒风险间接关联鼠疫，形成“洪水—饥荒—鼠疫”和“干旱—饥荒—鼠疫”的灾害链模式。
五、讨论与结论
讨论部分指出，相较于以往基于空间邻近推断的研究方法，本研究直接从历史鼠疫流行记录出发，以疫病发生的真实时间和原始记载为判据逐条确定传播关系，网络构建的准确性和可靠性显著提升。温度作为初始驱动源具有“辅助”作用：高温增强宿主繁殖效率和病原体活性，低温虽抑制病原体活性但使人群聚居更密集、室内通风差，反而加速传播。降水呈“极端加剧”模式：过多降水诱发洪灾迫使带菌宿主迁入村镇，过少降水导致干旱使啮齿动物向水源和人类聚居区集中。饥荒作为人类活动因素，通过营养不良降低人群抵抗力、难民流动促进传播；战争破坏医疗体系和防疫措施，军队调动加速跨区域传播。研究还提出普遍性启示：人畜共患病防控需同时监测生态源头和社会通道；历史滞后窗口（洪水约3年、干旱约5年、温度1–2年）可作为监测提前期的历史基线参考；根据网络拓扑优先在交通枢纽、边境口岸和港口城市部署哨点比全国均匀部署更具成本效益。
结论部分总结：本研究以地方志补充中国鼠疫记录，重建了1772–1949年第三次鼠疫大流行在中国的传播网络，并运用机器学习模型和结构方程模型检验了网络结构与自然—社会因素对鼠疫流行的驱动机制。三点发现尤为相关：第一，中国鼠疫传播遵循“自然疫源地固定发生—交通走廊线性扩散—城镇继发传播”的三层空间模式，以短距离接触性传播为主、长距离跳跃式传播为辅，区域网络呈现五种拓扑形态，核心节点与历史交通枢纽和行政中心一致；第二，七类因素的效应既非同期的也非均匀的，洪水和干旱滞后最长（3年和5年），温度、降水、饥荒在1–2年内起作用，人口和战争即时作用，且各因素通过不同阈值模式运作；第三，饥荒和干旱是鼠疫最直接的扰动源（路径系数0.739 和0.680 ），气候因素主要通过“气候异常→灾害频发→饥荒放大→疫情暴发”的灾害链间接发挥作用。这些结果为当代人畜共患病可持续防控提供了基于网络拓扑的分级哨点部署、具有1–5年提前期的气候–灾害链预警以及依据气候区间和灾害等级的分级响应等具体切入点，可推广至中国现存鼠疫疫源地及全球类似人畜共患病风险区域。
