貴州省威寧縣切溝空間分布特征及影響因子研究

摘要：貴州省西北部發(fā)育有與其他區(qū)域侵蝕狀況不同的切溝，其中以位于貴州省西北部的畢節(jié)市威寧彝族回族苗族自治縣（以下簡稱“威寧縣”）表現(xiàn)最為顯著。有效防控切溝侵蝕產沙是貴州省水土流失防治和生態(tài)環(huán)境保護的核心工作之一。為摸清威寧縣切溝空間分布特征及影響因子，基于ArcGIS軟件進行高清遙感影像解譯，輔以野外調查驗證，開展了威寧縣切溝空間分布特征研究，并采用地理探測器方法分析了切溝空間分布的主要影響因子，結果表明：①威寧縣切溝數(shù)量多、分布廣，共提取切溝12168條，總長度1875.40km，平均切溝密度為0.30km/km2，最大為8.43km/km2；②切溝分布的空間差異性較強，切溝密度從西北向東南逐漸降低；③土壤類型、高程、地層巖性、降雨和土地利用方式是切溝分布的主要影響因子，其中土壤類型、高程2個因子的解釋力最強，均超過5%。

關鍵詞：切溝；空間分布；影響因子；地理探測器；威寧縣；貴州省

中圖分類號：S157文獻標識碼：ADOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2025.03.019

引用格式：趙娟，蔡雄飛，孫泉忠，等.貴州省威寧縣切溝空間分布特征及影響因子研究［J］.中國水土保持，2025（3）：67-70，77.

貴州省地處我國西南腹地，位于云貴高原斜坡地帶，有“貴州高原”之稱，是我國喀斯特環(huán)境發(fā)育的中心地區(qū)[1]。地勢自中部往北、東、南三面傾斜，溯源侵蝕主要形成永久性河谷和沖溝[2]，西部高原除赫章、威寧一帶相對平坦外，一般高原面比較破碎。與北、東、南三面呈現(xiàn)的侵蝕情況不同，西部高原平面上出現(xiàn)了不同發(fā)育階段和發(fā)育規(guī)模的細溝、淺溝、切溝、沖溝和河溝等溝壑[3]，呈現(xiàn)出類似于黃土高原“千溝萬壑”的地理景觀，其中切溝是最典型的地表侵蝕形態(tài)，以位于貴州省西北部的畢節(jié)市威寧彝族回族苗族自治縣（以下簡稱“威寧縣”）表現(xiàn)最為顯著。切溝侵蝕不僅會造成生態(tài)環(huán)境惡化和土地資源浪費[4-5]，還會導致河流含沙量的增加，威脅長江、珠江上中下游地區(qū)的用水安全。因此，有效防控切溝侵蝕是貴州省水土流失防治和生態(tài)環(huán)境保護的核心工作之一[6]。

氣候、地形、植被、土壤、土地利用類型和人類活動等均會影響切溝形成和發(fā)育。與黃土高原區(qū)[3]、南方紅壤丘陵區(qū)[7]、東北黑土區(qū)[8]和西南干熱河谷地區(qū)[9]等切溝侵蝕研究熱點區(qū)域相比，貴州西北部高原切溝分布廣泛，但觀測資料和研究成果較少。因此，本研究以威寧縣為研究區(qū)，基于ArcGIS軟件進行高清遙感影像解譯，輔以野外調查驗證，開展切溝空間分布特征研究，并采用地理探測器方法分析切溝空間分布的主要影響因子，以期為貴州西北部水土保持措施綜合布局提供科學依據(jù)，也為土地資源開發(fā)和管理、美麗鄉(xiāng)村建設等提供支撐。

1研究區(qū)概況

威寧縣地處云貴高原烏蒙山區(qū)，位于26°36′～27°26′N，103°36′～104°45′E，土地總面積6298km2，平均海拔2200m。地貌類型為典型的高原臺地地貌，中部開闊，四周低矮，峰壑交錯；屬亞熱帶季風性濕潤氣候區(qū)，年均氣溫18℃，年均降水量926mm。屬典型的喀斯特地區(qū)[10]，地形結構復雜，坡耕地量大面廣，耕作方式粗放，植被稀少，生態(tài)環(huán)境脆弱。主要土地利用類型有耕地、草地、林地等，森林植被以常綠針葉林和落葉雜灌林為主，主要樹種有華山松、云南松、麻櫟、杜鵑、百脈根等，主要土壤類型為黃棕壤。水土流失嚴重，依據(jù)貴州省水土保持公報，2022年全縣水土流失面積2543.50km2，占土地總面積的40.39%。威寧縣的地形地貌、氣候特征、侵蝕類型、農業(yè)生產條件等在貴州省西北部具有代表性。

2數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1數(shù)據(jù)來源

本研究采用分辨率為30m的DEM和1∶10000地形圖作為基礎數(shù)據(jù)，其來源于地理國情監(jiān)測云平臺；植被覆蓋度數(shù)據(jù)來源于中國地理空間數(shù)據(jù)云平臺；土地利用類型數(shù)據(jù)來源于貴州省2021年水土流失動態(tài)監(jiān)測成果；地層巖性數(shù)據(jù)來源于全國地質資料館1∶25萬地質圖；土壤、降雨數(shù)據(jù)來源于中國科學院資源環(huán)境科學與數(shù)據(jù)中心。

2.2切溝識別方法

基于ArcGIS軟件利用高清遙感影像提取切溝，并在切溝中心位置添加標識點，在研究區(qū)制作漁網調查單元，生成邊長為1km的正方形格網，去除和研究區(qū)無交集格網后共有5964個單元。逐個單元開展切溝識別，歷時3.5個月完成識別工作，共獲得12168條切溝位置點，見圖1。依據(jù)室內切溝識別結果，選擇切溝分布較密集的麻乍鎮(zhèn)、迤那鎮(zhèn)、斗古鎮(zhèn)、么站鎮(zhèn)作為野外調查驗證和數(shù)據(jù)采集的重點樣區(qū)。野外調查驗證是指驗證基于高清遙感影像識別出的切溝在實地是否存在，通過無人機大疆精靈4完成野外數(shù)據(jù)采集，內業(yè)處理使用AgisoftPhotoScanProfessional軟件生成正射影像，對標識點進行加載對比。圖2是以麻乍鎮(zhèn)為例的野外調查驗證結果，與基于高清遙感影像的識別結果具有較好的一致性，表明基于高清遙感影像加上人工解譯的切溝識別方法是可行的。

2.3切溝形成和發(fā)育的主要影響因子分析

依據(jù)切溝形成和發(fā)育的條件及影響因素，綜合考慮自然因素和人類活動影響，本研究選取植被覆蓋度、年降雨量、坡度、高程、土壤類型、土地利用類型、地形濕度指數(shù)、地層巖性8個切溝空間分布影響因子。利用地理探測器中的分異及因子探測方法判別關鍵影響因子，以q值進行表征[11-12]。q值代表自變量對因變量的解釋力，值域為[0，1]，q值越大代表解釋力越強。

3結果與分析

3.1切溝空間分布特征

將切溝密度作為分析切溝空間分布特征的定量指標，采用線密度分析方法，以1km為范圍計算各個格網的切溝密度；再參照《土壤侵蝕分級分類標準》（SL190—2007）中土壤侵蝕分級分類的溝蝕分級指標，運用克里金插值法對切溝密度進行空間插值和分級處理，將研究區(qū)分為基本無侵蝕、輕度侵蝕、中度侵蝕、強烈侵蝕、極強烈侵蝕、劇烈侵蝕6個切溝侵蝕強度等級，其對應的切溝密度分別為≤1、gt;1～2、gt;2～3、gt;3～5、gt;5～7、gt;7km/km2，結果見圖3。

威寧縣共提取切溝12168條，總長度1875.40km，平均切溝密度0.30km/km2，最大密度為8.43km/km2。切溝侵蝕強度的空間分異特征明顯，表現(xiàn)為中度及以上侵蝕強度區(qū)主要分布在西北部，基本無侵蝕區(qū)主要分布在東北部和東南部?；緹o侵蝕區(qū)面積為4358.97km2，占土地總面積的69.21%，除新發(fā)布依族鄉(xiāng)外其余各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有分布，其中切溝密度為0.05～1.00km/km2的面積達4060.08km2，占基本無侵蝕區(qū)面積的93.14%，表明基本無侵蝕區(qū)向輕度侵蝕區(qū)發(fā)展的趨勢明顯。輕度及以上侵蝕區(qū)域面積為1939.03km2，其中強烈及以上侵蝕面積達342.54km2，表明研究區(qū)切溝侵蝕現(xiàn)狀比較嚴重。

3.2影響因子分析

圖4為威寧縣植被覆蓋度、年降雨量、坡度、高程、土壤類型、土地利用類型、地形濕度指數(shù)、地層巖性8個切溝分布影響因子的空間分布特征。威寧縣北部、南部和東部植被覆蓋度較高，西部和東南部較低；年降雨量由東南向西北遞減；坡度整體為西部和南部高于中部和東部；土壤類型以黃棕壤和黃壤為主，粗骨土和紫色土次之，石灰土和山地草甸土零星分布；各土地利用類型中，耕地面積所占比例較大，其次為草地；海拔最低為1249m，最高達2861m；地層巖性中大部分為峨眉山玄武巖；除中部外，其余區(qū)域地形濕度指數(shù)均較低。表1為利用地理探測器方法計算得到的8個影響因子的q值。

1）土壤類型。由表1可知，土壤類型對切溝空間分異特征的解釋力最強，q值為0.0634。威寧縣土壤類型主要有黃棕壤、石灰（巖）土、紫色土、粗骨土、山地草甸土、水稻土、黃壤、巖石。黃棕壤、黃壤和粗骨土的切溝密度較大，分別達到1.37、1.15和1.15km/km2；水稻土切溝密度相對較小，僅有0.27km/km2。切溝在不同土壤類型上的分異特征可能與土壤本身的性質相關。黃棕壤成土母質為砂頁巖，土壤機械淋溶弱，土壤侵蝕嚴重，加速了切溝發(fā)育。硅質黃壤的土層厚度一般在1m以上，下部為比較松散的半風化母質，透水性強，易于崩塌，土壤極易受到沖刷，利于切溝發(fā)育。粗骨土屬于生產性能不良土壤，細粒物質易被淋蝕，部分母巖在干濕條件下物理風化尤為強烈，砂粒含量較高，容易形成切溝。山地草甸土和巖石對研究區(qū)切溝發(fā)育的影響僅次于黃棕壤、黃壤和粗骨土。雖然山地草甸土土壤養(yǎng)分含量較高，但受人類放牧影響，土層淺薄，表面草皮容易被破壞，造成土壤板結，土體通透性降低。研究區(qū)地貌屬典型的喀斯特地貌，巖石類型主要為石灰?guī)r，地表水沿巖石表面流動，容易形成切溝。水稻土保水保肥性強，耕作條件優(yōu)越，可對切溝發(fā)育起到抑制作用。

2）高程。高程的q值僅次于土壤類型，為0.0621。切溝密度隨著高程增加而逐漸增大，隨著海拔增高，氣溫逐漸降低，僅適宜灌木草被生長，有機質分解緩慢，土地破碎程度高，有利于切溝發(fā)育。

3）地層巖性和年降雨量。地層巖性和年降雨量2個因子的q值接近，分別為0.0355和0.0352。切溝發(fā)育密集區(qū)域受宣威組、大埔組、在結山組、黃龍組、馬平組并層、飛仙關組、嘉陵江組并層的影響較大。切溝的發(fā)育過程與地層自身特性緊密相關，上述地層均是容易侵蝕的地層類型，巖性主要為生物屑灰?guī)r、粉砂巖、砂頁巖，形成的土壤貧瘠，土質松散，地表裸露時容易形成地表徑流，有利于切溝發(fā)育。隨著降雨量的增加，切溝密度會逐漸增大，但降雨強度、降雨歷時、累計降雨量、降雨入滲率等都會對切溝形成產生較大影響，在不同的降雨條件下切溝發(fā)育程度存在差異[13]。

4）土地利用類型。土地利用類型的q值為0.0167。切溝密度在不同土地利用類型上表現(xiàn)為：耕地gt;草地gt;建設用地gt;林地gt;裸地gt;園地gt;水域及水利設施用地。耕地、草地和建設用地的切溝密度分別為1.65、1.58、1.37km/km2。耕地大部分位于陡坡區(qū)域，人類活動頻繁，造成土壤疏松，抗侵蝕能力差；大規(guī)模人類放牧活動降低了草地的植被覆蓋，造成切溝發(fā)育；建設用地周邊需要有交通道路，然而修建交通道路通常需要跨越切溝，加上研究區(qū)大部分道路工程建設標準低，工程措施防護少，雨季時上邊坡積水在道路匯集后沿道路流動，在高程較低點流到下坡面，從而加速了坡面切溝的發(fā)育。部分林地也存在切溝，這可能與研究區(qū)大部分林地為細葉多毛的偏干性常綠林和山地灌叢有關，如云南松，受研究區(qū)土壤肥力限制，保水效果較差，容易形成切溝。

5）坡度、植被覆蓋度和地形濕度指數(shù)。坡度、植被覆蓋度的q值較小，分別為0.0139和0.0114，地形濕度指數(shù)的q值最小，僅有0.0039，坡度、植被覆蓋度和地形濕度指數(shù)對切溝密度的影響較小。

4結論

1）威寧縣地處云貴高原烏蒙山區(qū)，屬典型的喀斯特地貌，切溝數(shù)量多、分布廣，由于切溝發(fā)生的空間尺度大，溝道高差較大、地形復雜，因此構建高精度的切溝三維數(shù)字模型比較困難，本研究僅考慮了切溝溝長、面積、密度等二維參數(shù)。

2）威寧縣共提取切溝12168條，總長度1875.40km，平均切溝密度0.30km/km2，最大密度為8.43km/km2。切溝分布的空間差異性較強，切溝密度從西北向東南逐漸降低，中度及以上侵蝕區(qū)主要分布在西北部，基本無侵蝕區(qū)主要分布在東北部和東南部，切溝密度在0.05～1.00km/km2的面積占基本無侵蝕區(qū)面積的93.14%。

3）影響研究區(qū)切溝空間分布的關鍵因子為土壤類型、高程、地層巖性、年降雨量和土地利用類型，土壤類型、高程2個因子對研究區(qū)切溝空間分異特征的解釋力最強，均超過5%。從不同的土壤類型看，黃棕壤、黃壤和粗骨土上切溝最為發(fā)育；切溝密度隨著高程增加而逐漸增大；從不同的地層巖性看，切溝主要分布在宣威組、大埔組、在結山組、黃龍組、馬平組并層；隨著年降雨量增大，切溝密度逐漸增大；耕地、草地和建設用地上切溝分布較多。

4）威寧縣切溝侵蝕易造成嚴重的水土流失問題，水土保持工程應以溝坡兼治為原則，合理布設谷坊工程、溝頭防護工程、截排水工程，形成科學合理的攔、蓄、排水措施體系，尤其是在切溝發(fā)育密集的西北部地區(qū)，應實行水土流失重點防護，以實現(xiàn)水土流失系統(tǒng)、綜合治理。

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（責任編輯李佳星）

收稿日期：2024-03-19

基金項目：貴州省水利科技項目（KT202224，KT202104）

第一作者：趙娟（1990—），女，貴州威寧人，工程師，碩士，主要從事水土保持、生態(tài)建設工作。

通信作者：蔡雄飛（1982—），男，貴州盤州人，教授，博士，主要從事水土保持、土壤環(huán)境污染防治工作。

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