基于RUSLE和地理探測器的鄂西北土壤侵蝕時空分異與歸因

田 培，賈婷惠，平耀東，許 盈，王 哲，劉目興

（華中師范大學(xué) a. 地理過程分析與模擬湖北省重點實驗室；b. 城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，武漢 430079）

土壤侵蝕是全球性生態(tài)環(huán)境問題，嚴(yán)重影響著社會經(jīng)濟(jì)和生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性（Xiong et al.,2019）。土壤侵蝕時空分異是氣候、地形、土壤、植被覆蓋和人為活動等多種因子共同作用的結(jié)果（邱揚 等，2002）。據(jù)《2020 年湖北省水土保持公報》（湖北省水利廳，2021），鄂西北水土流失面積為3 055.41 km2，占全省國土面積的12.91%，其水土流失問題關(guān)系到丹江口水庫水質(zhì)安全，探究鄂西北水土流失的時空分異特征并定量解析其成因，可為其水土流失防治提供科學(xué)依據(jù)。

國內(nèi)外普遍采用USLE/RUSLE模型估算和預(yù)測某個區(qū)域在一定時段內(nèi)的土壤侵蝕量。USLE 最早由Wischmeier等（1965）提出，美國農(nóng)業(yè)部在1997年提出了修正通用水土流失方程（RUSLE），而后其得到了廣泛應(yīng)用（Rymszewicz et al., 2015; Senanayake et al., 2022；田培 等，2022）。劉寶元等（2001）以RUSLE為藍(lán)本，根據(jù)中國土壤侵蝕情況提出中國通用土壤流失方程（CSLE）；Tian 等（2021）基于湖北省典型山地丘陵地區(qū)徑流小區(qū)的土壤侵蝕觀測數(shù)據(jù)，驗證了改進(jìn)RUSLE 模型的適用性；王鈞等（2018）基于RUSLE 模型和GIS 技術(shù)，探討不同土壤侵蝕敏感性的分布規(guī)律及其主導(dǎo)因子的空間分異特征。近年來，地理探測器被廣泛應(yīng)用到自然科學(xué)、社會科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域（丁永康，2022；李夢華，2022）。如趙蒙恩等（2022）運用RUSLE 模型和地理探測器方法，研究2000—2019 年鄂爾多斯市土壤水力侵蝕狀況及影響因子；牛麗楠等（2019）基于RUSLE 模型和地理探測器方法，定量分析了六盤水市土壤侵蝕狀況及其影響因素。地理探測器與RUSLE模型、3S技術(shù)相結(jié)合，可以定量分析土壤侵蝕及其空間異質(zhì)性，揭示土壤侵蝕的主要驅(qū)動因子，同時探測多因子交互作用對土壤侵蝕的貢獻(xiàn)（王勁峰 等，2017）。

作為南水北調(diào)中線水源地——丹江口水庫的集水區(qū)，近年來鄂西北地區(qū)的水土保持研究受到廣泛關(guān)注。李學(xué)敏等（2018）發(fā)現(xiàn)丹江口水庫庫區(qū)及周邊區(qū)域的土壤侵蝕以微度和輕度為主；廖雯等（2021）研究得出2010—2020 年丹江口庫區(qū)土壤保持功能總體趨勢持續(xù)好轉(zhuǎn)；馬方正等（2021）認(rèn)為2012—2017年丹江口市土壤侵蝕敏感性整體呈現(xiàn)南北高、中間低的態(tài)勢。雖然許多成果均為鄂西北地區(qū)土壤侵蝕研究提供了重要參考，但以往研究著重探究單個因子與土壤侵蝕的關(guān)系，存在影響因子選擇不全面（朱明勇 等，2009；章影 等，2017）或多因子交互作用度量不足（廖雯 等，2021；馬方正 等，2021）等問題，而利用地理探測器模型正好可以解決這些問題。因此，本研究基于RUSLE 模型和GIS技術(shù)，探究2005—2020年鄂西北土壤侵蝕的時空分布格局，借助轉(zhuǎn)移矩陣和地理探測器，分析鄂西北地區(qū)土壤侵蝕的成因，量化各影響因子及其交互作用對土壤侵蝕的貢獻(xiàn)，確定土壤侵蝕的高風(fēng)險地區(qū)，探究影響土壤侵蝕強度的主導(dǎo)和交互因素，以期為鄂西北土壤侵蝕防治提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

鄂西北地處漢江中上游地帶，位于31°30′—33°16′ N、109°29′—111°16′ E，包括十堰市茅箭區(qū)、張灣區(qū)、鄖陽區(qū)、鄖西縣、丹江口市、十堰經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)和武當(dāng)山旅游經(jīng)濟(jì)特區(qū)等7個縣（市區(qū)）（圖1）。全域面積約11 658.14 km2，其中丘陵、山地面積分別為6 250、17 430 km2；地勢西北高、東南低，地形特點為山大谷狹、高差大、坡度陡、切割深；屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，多年均溫11.2～15.4℃，年均降雨量為834.4 mm；地帶性土壤類型為山地黃棕壤和黃褐土；植被類型以常綠闊葉林、落葉闊葉林和針葉混交林為主。

圖1 鄂西北區(qū)位分布Fig.1 Location distribution of northwest Hubei

1.2 數(shù)據(jù)來源

降雨數(shù)據(jù)（1 km分辨率）通過地理資源分中心獲?、俳涤陻?shù)據(jù)來源：http://gre.geodata.cn；地形數(shù)據(jù)來自地理空間數(shù)據(jù)云②地形數(shù)據(jù)來源：http://www.Gscloud.cn，從中選擇數(shù)據(jù)集為ASTER GDEM 30 m的影像數(shù)據(jù)；從世界土壤數(shù)據(jù)庫（HWSD）中獲取土壤數(shù)據(jù)③土壤數(shù)據(jù)來源：https://www.trade.gov/harmonized-system-hs-codes，計算研究區(qū)的土壤可蝕性因子K；對于植被覆蓋管理因子C和水土保持措施因子P均采取基于土地利用類型賦值的方法，從中科院數(shù)據(jù)中心獲取2005、2010、2015、2020年共4期的研究區(qū)土地利用數(shù)據(jù)④土地利用數(shù)據(jù)來源：https://www.resdc.cn/DataSearch.aspx。

1.3 研究方法

1.3.1 RUSLE 模型 RUSLE 模型（Renard et al.,1997）的基本形式為：

式中：A為土壤侵蝕模數(shù)［t/（hm2·a）］；R為降雨侵蝕力因子［MJ·mm/（hm2·h·a）］；K為土壤可蝕性因子［t·hm2·h/（MJ·mm·hm2）］；LS為坡長坡度因子（無量綱）；C為植被覆蓋管理因子（無量綱）；P為水土保持措施因子（無量綱）。

1） 降雨侵蝕力因子（R） 降雨侵蝕力是指降水引起土壤侵蝕的潛在能力（楊青林 等，2018），降雨量和降雨強度會對土壤侵蝕造成影響，通過降雨侵蝕力因子R反映，國內(nèi)外學(xué)者針對R因子進(jìn)行大量研究（章文波 等，2003；Dunkerley et al.,2021）。本研究參考《生產(chǎn)建設(shè)項目土壤流失量測算導(dǎo)則SL773-2018》，選擇R因子的計算公式為：

式中：R為年降雨侵蝕力因子，單位為MJ·mm/（hm2·h）；Pn為年降雨量，單位為mm。

2）土壤可蝕性因子（K） 土壤可蝕性因子K反映土壤對侵蝕的敏感程度（謝穎穎 等，2017），依據(jù)Williams等（1984）在EPIC模型中計算K因子值的經(jīng)典算法，結(jié)合鄂西北地區(qū)實際情況，得到K因子的計算公式為：

式中：SSAN為砂粒含量（%）；SSIL為粉砂含量（%）；CCLA為黏粒含量（%）；C為有機(jī)碳的含量（%）。

3）地形因子（LS）L代表坡長因子，影響地面徑流的流速。S代表坡度因子，影響物質(zhì)流動和能量轉(zhuǎn)化的規(guī)模和強度，二者統(tǒng)稱為地形因子LS。結(jié)合鄂西北地形地貌，參考Liu 等（1994）基于水土保持試驗站天然徑流小區(qū)觀測資料提出的模型，借助工具計算LS因子，公式為：

式中：L為坡長因子（無量綱）；S為坡度因子（無量綱）；λ為水平投影坡長（m）；θ為坡度（°）；l為水流長度；α為坡度值；m是可變的坡度指數(shù)。

4）植被覆蓋管理與水土保持措施因子（C、P）植被覆蓋管理因子C是評價徑流沖刷和雨滴擊濺能力的重要指標(biāo)（代僑 等，2021）。水土保持措施因子P是指其他條件相同時，特定水土保持措施下的土壤流失量與未實施水土保持措施地塊順坡耕作時的土壤流失量之比（馬春玲 等，2022）。本研究依據(jù)馮強等（2014）在USLE/RUSLE中植被覆蓋與管理因子研究進(jìn)展所提到的賦值法，參考廖雯（2021）、李學(xué)敏（2018）等在丹江口地區(qū)相關(guān)研究的賦值標(biāo)準(zhǔn)對C、P因子進(jìn)行賦值，具體見表1。

表1 植被覆蓋管理因子（C）和水土保持因子（P）賦值Table 1 Assignment of Vegetation cover management factor (C)and soil and water conservation factor (P)

1.3.2 地理探測器 地理探測器（Geodetector）是近年來探測空間分異性，識別并揭示多要素間交互作用的常用模型，其由因子探測器、交互探測器、風(fēng)險探測器和生態(tài)探測器4 部分組成（王勁峰 等，2017）。本研究參考應(yīng)用地理探測器的相關(guān)成果（Li et al., 2021; Yang et al., 2021；姚昆 等，2022），在明確鄂西北土壤侵蝕時空分異特征后，以降雨侵蝕力、高程、坡度和土地利用類型作為自變量（探測因子），土壤侵蝕強度作為因變量，采用地理探測器的因子、交互和風(fēng)險探測對該區(qū)域土壤侵蝕時空變化進(jìn)行定量歸因。因子探測器的核心是若存在某個自變量x對某個因變量y有影響，那么自變量的空間分布和因變量的空間分布應(yīng)該具有趨同性，其計算公式為：

式中：q為探測因子x對因變量y的探測力值，q∈[0, 1]，q值越大，x對y的解釋力越強，反之則越弱；N和Nh分別是全區(qū)和層的單元數(shù)；和σ2分別是層h和全區(qū)的y值的方差；L表示探測分區(qū)數(shù)。

交互探測主要是通過計算自變量x1和x2對于因變量y和q值，以及x1與x2交互后對y的q值，然后比對單因子的q值與雙因子交互作用后的q值，以此判定交互作用的類型和方向。其交互關(guān)系可以分為5 類，具體見文獻(xiàn)（王勁峰 等，2017）。本研究還通過對研究區(qū)不同時期的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行柵格計算、分區(qū)統(tǒng)計和疊加分析等，得到土壤侵蝕空間分布格局和時間演變規(guī)律，利用區(qū)域直方圖和轉(zhuǎn)移矩陣的方法進(jìn)行處理，分析不同因素對土壤侵蝕的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤侵蝕時空分異特征

2.1.1 時間變化 計算研究區(qū)2005—2020 年平均土壤侵蝕模數(shù)，并依據(jù)《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》（SL190—2007）（中華人民共和國水利部，2008）將土壤侵蝕模數(shù)劃分為6個強度等級，分別統(tǒng)計出鄂西北地區(qū)2005、2010、2015 和2020 年平均土壤侵蝕模數(shù)、土壤侵蝕量和不同侵蝕強度下土壤侵蝕面積及占比（表2）。

表2 鄂西北2005—2020年土壤侵蝕統(tǒng)計Table 2 Statistics of soil erosion in northwest Hubei from 2005 to 2020

由表2 可知，4 個年份的平均土壤侵蝕模數(shù)分別為659.2、686.4、579.7和642.9 t/（km2·a），2020年較2005年下降了2.47%，2005—2020年研究區(qū)土壤侵蝕整體呈現(xiàn)下降趨勢，說明近些年的水土保持取得一定成效。鄂西北地區(qū)整體屬于低強度侵蝕，其中微度侵蝕在侵蝕面積中占比最大，2005、2010、2015 和2020 年分別占總面積的63.0%、61.3%、67.9%和63.6%；輕度侵蝕次之，平均占比為29.0%；劇烈侵蝕面積占比最小，不超過0.2%。從時間變化看，15年間鄂西北地區(qū)侵蝕程度呈現(xiàn)波動減弱的趨勢，輕度、強烈和極強烈侵蝕面積呈現(xiàn)“增加-減少-增加”的變化規(guī)律；相比2005 年，2020 年土壤侵蝕為輕度以上的面積占比下降了2.6%，說明經(jīng)過多年水土保持治理，鄂西北地區(qū)土壤侵蝕得到明顯改善。

表3 鄂西北土壤侵蝕強度占比轉(zhuǎn)移矩陣Table 3 Transfer matrix of soil erosion intensity proportion in northwest Hubei %

2.1.2 空間變化 研究區(qū)2005—2020 年土壤侵蝕強度時空分布如圖2所示，4期土壤侵蝕強度的空間分布基本一致，均以微度和輕度侵蝕為主；土壤侵蝕強度較高的地區(qū)持續(xù)減少，2020年研究區(qū)總侵蝕面積為8 566.23 km2，占區(qū)域總面積的73.48%。微度侵蝕均勻分布于整個研究區(qū)；強烈侵蝕及以上侵蝕強度主要分布在的西部和南部山地丘陵區(qū)，造成該現(xiàn)象的原因之一是丹江口水庫的建設(shè)。張利華等（2006）發(fā)現(xiàn)丹江口庫區(qū)的土壤侵蝕主要分布在坡耕地、荒山荒坡和疏殘幼林地以及開發(fā)建設(shè)項目施工過程中的裸露地上，以25°以上的坡耕地侵蝕最為嚴(yán)重。另外，丹江口大壩的加高淹沒了包括湖北省丹江口市、鄖縣和河南部分地區(qū)土地面積達(dá)3.08萬hm2，使原本有限的土地資源變得更加緊張（湛若云 等，2015；逄智堂 等，2022）。

圖2 鄂西北2005—2020年土壤侵蝕強度時空分布Fig.2 Temporal and Spatial Distribution of Soil Erosion Intensity in Northwest Hubei Province from 2005 to 2020

2.2 土壤侵蝕影響因子分析

土壤侵蝕的時空分異特征與各影響因子的時空分布格局有很強的相關(guān)性（Yuan et al., 2019;Xia et al., 2021），利用分區(qū)統(tǒng)計和轉(zhuǎn)移矩陣的方法，從定性和定量2個方面，探究鄂西北土壤侵蝕影響因子的時空分異成因。在土壤侵蝕各影響因子中，由于土壤可蝕性K發(fā)生變化所需的時間較長，可認(rèn)為在本研究時段內(nèi)相對穩(wěn)定，故不討論其變化。

2.2.1 降雨侵蝕力因子 計算2005—2020 年鄂西北地區(qū)年均降雨量和年均降雨侵蝕力（圖3），結(jié)果顯示二者變化趨勢基本一致，15年間年均降雨量的均值為896.23 mm，年均降雨侵蝕力的均值為4 113.93 MJ·mm/（hm2·h），其中2012 年年均降雨量和年均降雨侵蝕力均達(dá)到最小值，分別為737.87 mm 和2 960.46 MJ·mm/（hm2·h·a）；在本研究選取的2005、2010、2015 和2020 年4 期代表年份中，2015 年的年均降雨侵蝕力最小，為4 314.56 MJ·mm/（hm2·h），較2005年下降幅度為10.74%。

圖3 鄂西北逐年降雨變化趨勢Fig.3 Trend of annual rainfall in northwest Hubei

為進(jìn)一步探究年降雨侵蝕力的空間分布，通過柵格計算得到2005、2010、2015 和2020年鄂西北年降雨侵蝕力因子空間分布（圖4），結(jié)果顯示，研究區(qū)降雨侵蝕力整體呈現(xiàn)自西北向東南遞增的空間分布特征，其中降雨侵蝕力高值在2005 年主要分布于東部和南部地區(qū)，2020 年侵蝕程度明顯減弱，僅分布在鄂西北的東南角；而降雨侵蝕力低值所在區(qū)域則由研究區(qū)西北角擴(kuò)大至中部地區(qū)。

圖4 鄂西北2005—2020年降雨侵蝕力因子時空分布Fig.4 Temporal and spatial distribution of rainfall erosivity factors in northwest Hubei Province from 2005 to 2020

2.2.2 地形因子 地形對土壤侵蝕的影響主要反映在坡度因子上（王猛 等，2021），土壤侵蝕能力隨著坡度的增加而增加，根據(jù)水利部關(guān)于土壤侵蝕坡度等級劃分的標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合研究區(qū)實際情況，將研究區(qū)坡度分為6 個等級，分別為：0°～5°、＞5°～8°、＞8°～15°、＞15°～25°、＞25°～35°和＞35°，2005、2010、2015和2020年4期土壤侵蝕強度與坡度數(shù)據(jù)疊加分析的結(jié)果差異極小，因此為了便于分析和呈現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，取平均值繪制于圖5 中。0°～5°和＞5°～8°的坡度帶內(nèi)土壤侵蝕微弱，主要侵蝕類型為微度侵蝕且侵蝕面積占總侵蝕面積的比例不超過20%；＞15°～25°坡度帶土壤侵蝕面積占比最大，為39.0%，其中主要是中度、強烈和極強烈侵蝕，在該坡度帶中的面積占比分別是49%、46%和48%；其次侵蝕較為嚴(yán)重的是＞25°～35°和＞35°，坡度帶土壤侵蝕面積占研究區(qū)總面積比例分別為29.5%和11.1%，二者侵蝕類型相似均以劇烈侵蝕為主，在25°～35°和＞35°坡度帶的占比為52%和25%；＞8°～15°的坡度帶侵蝕較輕，以微度和中度侵蝕為主，分別占該坡度帶侵蝕面積的28%和34%；＞8°～15°和＞15°～25°地區(qū)以中度、強烈和極強烈侵蝕為主，其侵蝕占比為55.4%。

圖5 鄂西北2005—2020年土壤侵蝕在不同坡度下的分布情況Fig.5 Distribution of soil erosion under different slopes in northwest Hubei Province from 2005 to 2020

基于DEM數(shù)據(jù)將研究區(qū)高程分為6個等級：0～100、＞100～200、＞200～500、＞500～800、＞800～1 500和＞1 500 m，與土壤侵蝕強度數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加，得到不同高程等級下土壤的侵蝕情況（圖6）。其中，地形起伏在0～200 m和＞1 500 m的區(qū)域土壤侵蝕強度較輕；而高程＞200～500 m 的區(qū)域是土壤侵蝕較嚴(yán)重的地區(qū)，侵蝕面積占研究區(qū)侵蝕總面積的47.7%，且侵蝕強度主要為中度、強烈和極強烈，其侵蝕面積占該高程帶面積的60%、53%和51%；侵蝕強度次之的是高程為＞500～800 m 的區(qū)域，該高程帶侵蝕面積占比為31.8%，其中47%面積占比為劇烈侵蝕；高程在＞800～1 500 m 的區(qū)域則以微度和輕度侵蝕為主。由此可見，鄂西北地區(qū)的土壤侵蝕防治應(yīng)著重考慮200～800 m的低山丘陵區(qū)。

1.1 對象 選擇2010年在我院行單純腹股溝疝手術(shù)患者80例，男70例，女10例，年齡22～78歲，平均年齡66.0歲，實施臨床護(hù)理路徑方法。以2009年行單純股溝手術(shù)患者80例為對照組，男68例，女12例，年齡22～77歲，平均年齡68.0歲;采用常規(guī)護(hù)理方法。入選條件:①入院診斷為單純腹股溝疝;②無其他疾病并發(fā)癥;③患者能配合完成各項治療及護(hù)理工作。

圖6 鄂西北2005—2020年土壤侵蝕在不同高程下的變化情況Fig.6 Changes of soil erosion at different elevations in northwest Hubei from 2005 to 2020

2.2.3 植被覆蓋與水土保持因子 本研究植被覆蓋管理因子C和水土保持措施因子P是依據(jù)土地利用類型賦值，所以研究土地利用類型的時空分異狀況可以更好地分析C、P因子的變化規(guī)律。基于2005、2010、2015 和2020 年的土地利用數(shù)據(jù)，得到研究區(qū)土地利用類型的時空分布（圖7）。

由圖7 知，鄂西北地區(qū)4 個年份主要土地利用類型為林地，分別占研究區(qū)總面積的69.37%、69.31%、68.90%和69.64%；其次為耕地和草地，平均面積占比為15%和11%，水域和居民用地面積占比最少，且多分布于丹江口水庫附近；時間變化上，耕地、草地和水域面積呈逐漸減少趨勢，其中耕地和水域的面積下降幅度明顯，2020 年較2005年分別下降6.67%和5.41%；而林地和居民用地的面積呈現(xiàn)增加趨勢，其中居民用地面積漲幅最大，2020年較2005年增長了2.00%。

研究區(qū)2005—2020年土地利用類型轉(zhuǎn)移情況如表4所示，其中2005—2010年土地利用類型之間面積轉(zhuǎn)化極??；2010—2015年主要為草地轉(zhuǎn)化為居民用地，轉(zhuǎn)化面積占國土面積的32.86%；而2015—2020年轉(zhuǎn)化情況復(fù)雜，各類型間均有轉(zhuǎn)化，但轉(zhuǎn)移面積微小不超過8%。從2005—2020 年整體看，林地轉(zhuǎn)化最大，面積轉(zhuǎn)移占比達(dá)42.09%，其中24.08%的面積轉(zhuǎn)化為耕地，14.26%轉(zhuǎn)化為草地；其次為耕地和草地，轉(zhuǎn)化為林地的比例分別為25.58%和15.14%，水域和居民用地轉(zhuǎn)移變化不明顯，面積轉(zhuǎn)移占比＜4%。

表4 鄂西北2005—2020年土地利用類型面積占比轉(zhuǎn)移矩陣Table 4 Transfer matrix of area proportion of land use types in northwest Hubei from 2005 to 2020 %

通過疊加土壤侵蝕強度數(shù)據(jù)和土地利用類型數(shù)據(jù)，定量分析研究區(qū)2005—2020 年土壤侵蝕強度變化與土地利用類型的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)2005—2020年研究區(qū)的土壤侵蝕強度在不同土地利用類型下的變化不明顯，僅在2010—2015 年，各類土壤侵蝕面積有較明顯的增長，增長幅度在0.5%～10%，而2015—2020年，各類侵蝕面積又呈現(xiàn)下降趨勢。分別取2005、2010、2015和2020年均值觀察發(fā)現(xiàn)，耕地的土壤侵蝕程度最高、侵蝕程度屬于輕度及以上的面積占比為85%；其次為草地和林地，從土壤侵蝕強度看，二者主要以微度侵蝕為主，面積占比分別為73.34%和65.95%。

2.3 基于地理探測器的土壤侵蝕定量歸因

應(yīng)用地理探測器的因子分析前，需將各因子數(shù)據(jù)進(jìn)行離散化處理（Zhu et al., 2020；吳鎮(zhèn)宇 等，2022）。針對鄂西北地區(qū)實際情況，將土地利用類型劃分為耕地、林地、草地、水域和居民用地5類；將坡度和高程均劃分為6類（中華人民共和國水利部，2008）；年降雨侵蝕力按照自然斷點法分為9類。采用ArcGIS 10.8 中的漁網(wǎng)點功能，將鄂西北劃分為1 km×1 km格網(wǎng)，共提取11 660個采樣點。

2.3.1 因子探測 從因子探測器結(jié)果（圖8）得知，所有探測因子的P值均為0，均通過顯著性檢驗，表明所選探測因子對鄂西北土壤侵蝕時空分異特征均有顯著影響，均可作為影響因素對其分異性進(jìn)行分析。不同土壤侵蝕因子對土壤侵蝕的解釋力存在差異性，研究區(qū)土壤侵蝕解釋力最強的影響因子是坡度（q=0.174）和土地利用類型（q=0.176），其次是高程（q=0.020）和降雨侵蝕力（q=0.009）。

圖8 鄂西北2005—2020年各影響因素解釋力Fig.8 Explanatory power of influencing factors in northwest Hubei from 2005 to 2020

2.3.2 交互探測 從交互作用探測器結(jié)果（表5）可以看出，不同土壤侵蝕強度下，任意2個影響因子之間的交互作用對土壤侵蝕的解釋力都大于單因子作用，且呈現(xiàn)非線性增強和雙因子增強的特征，表明要綜合考慮各種影響因素對土壤侵蝕的影響。其中，坡度與土地利用交互作用的解釋力最大（q的均值為0.479）；其余解釋力較強的因子交互作用依次為：高程和土地利用（q=0.221）、高程和坡度（q=0.196）、降雨侵蝕力和土地利用（q=0.194）以及降雨侵蝕力和坡度（q=0.193）。

表5 不同影響因子對鄂西北土壤侵蝕強度影響的交互作用Table 5 Interaction effect of different factors on soil erosion intensity in northwest Hubei

2.3.3 風(fēng)險探測 由風(fēng)險探測可知，鄂西北地區(qū)范圍內(nèi)坡度＞35°、高程為500～800 m、年降雨侵蝕力介于4 950.55～6 378.09 MJ·mm/（hm2·h·a）以及耕地覆蓋的區(qū)域是土壤侵蝕發(fā)生的高風(fēng)險區(qū)域，易發(fā)生高強度的土壤侵蝕。

3 討論

本研究中2005—2020年鄂西北地區(qū)以微度侵蝕為主，且整體土壤侵蝕強度呈現(xiàn)波動下降趨勢，這與李嘉麟等（2022）發(fā)現(xiàn)1990—2015年湖北省土壤侵蝕主要為微度和輕度侵蝕以及王海等（2021）發(fā)現(xiàn)2009—2019年丹江口地區(qū)土壤侵蝕強度呈下降趨勢一致。本研究發(fā)現(xiàn)鄂西北土壤侵蝕強度為中度及以上等級的地區(qū)主要分布在坡度為15°～35°和高程為200～800 m 的區(qū)域，這與Rao 等（2016）得出的坡度為15°～25°的區(qū)域是中國土壤侵蝕最嚴(yán)重區(qū)域的結(jié)論類似。鄂西北坡度超過25°的區(qū)域多以劇烈侵蝕為主，主要是該區(qū)域坡度大且草被稀疏，因而單位面積土壤侵蝕量大，這與蘇嫄等（2018）發(fā)現(xiàn)陜南坡度＞25°的區(qū)域是主要的土壤侵蝕坡度段的結(jié)論相符。此外，本研究發(fā)現(xiàn)鄂西北土壤侵蝕的臨界高程值為500～800 m，低于該臨界值時，土壤侵蝕隨高程的增大而增強，反之則隨高程的增大而減弱；這與Sun等（2014）發(fā)現(xiàn)黃土高原地區(qū)的土壤侵蝕臨界高程范圍不同、且不同高程帶下土壤侵蝕強度不同的規(guī)律相符；其主要原因是鄂西北不同區(qū)域內(nèi)部相對高差較大，地形、植被覆蓋度以及局部氣候的垂直地帶特征差異顯著。

地理探測器結(jié)果表明，坡度和土地利用類型的交互影響對鄂西北土壤侵蝕的控制作用最強，4 年解釋力的均值高達(dá)47.9%，這與王歡等（2018）發(fā)現(xiàn)雙因子交互作用有助于增強對土壤侵蝕的解釋力的結(jié)果類似。不同土地利用類型對土壤侵蝕的影響差異顯著，其中耕地的土壤侵蝕最為嚴(yán)重，且土壤侵蝕程度隨坡度增加而明顯加重。因此，在鄂西北土壤侵蝕治理過程中，應(yīng)基于坡度的分布規(guī)律優(yōu)化土地利用格局，從而科學(xué)調(diào)控土壤侵蝕?；诓煌瑫r間尺度的降雨數(shù)據(jù)選擇相應(yīng)計算方法得到降雨侵蝕力，進(jìn)而運用地理探測器得到降雨對土壤侵蝕的解釋力；本研究基于年降雨數(shù)據(jù)得出降雨對土壤侵蝕的解釋力較小，這與馬方正等（2021）采取月降雨數(shù)據(jù)得出鄂西北丹江口地區(qū)降雨對侵蝕的解釋力較小的結(jié)論一致；但仍有部分基于日降雨（Zhang et al., 2022）、月降雨（黃碩文 等，2021）和年降雨（Gao et al., 2019）等不同時間尺度數(shù)據(jù)的相關(guān)研究表明，降雨對區(qū)域土壤侵蝕的解釋力較強。綜上所述，基于地理探測器的降雨對侵蝕的解釋力可能與所采用降雨數(shù)據(jù)的時間尺度有關(guān)，有待進(jìn)一步研究。另外，RUSLE的C、P因子主要是參考相關(guān)研究進(jìn)行賦值，可能對計算精度有一定影響，后續(xù)應(yīng)加強對各因子取值方法的區(qū)域化研究。

4 結(jié)論

基于RUSLE、地理探測器模型和GIS技術(shù)，探究鄂西北地區(qū)土壤侵蝕時空分異特征及其主導(dǎo)影響因子，識別土壤侵蝕高風(fēng)險區(qū)域，主要結(jié)論如下：

1）鄂西北土壤侵蝕強度整體持續(xù)下降，與2005 年相比，2020 年的平均土壤侵蝕模數(shù)下降了16.3 t/（km2·a）、土壤侵蝕量下降了20萬t；空間上呈現(xiàn)西部和南部侵蝕強，中部和北部侵蝕弱的分異格局，整體上以微度和輕度侵蝕為主，二者侵蝕面積之和占總侵蝕面積的93%。

2）鄂西北地區(qū)土地利用類型以林地為主，2005、2010、2015 和2020 年其面積占比均在60%以上，耕地的土壤侵蝕程度最高，輕度及以上等級侵蝕的面積占總侵蝕面積的85%；2005—2020年耕地和草地向林地轉(zhuǎn)化的面積達(dá)11.98%。

3）地形因素顯著影響土壤侵蝕格局，隨高程增大土壤侵蝕強度先升高后降低，侵蝕最嚴(yán)重的高程帶是200～500 m 和500～800 m，二者侵蝕面積占總侵蝕面積的比例為47.7%和31.8%；不同坡度下土壤侵蝕格局不同，15°～25°坡度帶的侵蝕面積最大，占總侵蝕面積的39%，以中度、強烈和極強烈為主，25°～35°侵蝕程度最嚴(yán)重的，其中52%為劇烈侵蝕。

4）由地理探測結(jié)果可知，土地利用類型和坡度是鄂西北地區(qū)土壤侵蝕的主要影響因子，解釋力分別為0.174和0.176，且二者交互作用對土壤侵蝕的解釋力（q=0.479）最強；鄂西北易產(chǎn)生土壤侵蝕的區(qū)域分別為：坡度＞35°、高程為500～800 m、年降雨侵蝕力介于4 950.55～6 378.09 MJ·mm/（hm2·h·a）以及以耕地為主要土地利用類型的地區(qū)。