Универсальное уравнение потери почвы
USLE РАЗРАБОТАНО

Универсальное уравнение потери почвы (USLE) — широко используемая математическая модель , описывающая процессы эрозии почвы . [1]

Модели эрозии играют важную роль в сохранении почвенных и водных ресурсов и оценке загрязнения неточечных источников , включая: оценку и инвентаризацию нагрузки наносов , планирование и проектирование сохранения для контроля наносов и для продвижения научного понимания. USLE или одна из ее производных являются основными моделями, используемыми правительственными агентствами США для измерения водной эрозии. [2]

Модель USLE была разработана в США на основе данных об эрозии почвы, собранных в 1930-х годах Службой охраны почв Министерства сельского хозяйства США ( USDA ) (сейчас Служба охраны природных ресурсов USDA ). [3] [4] Модель использовалась в течение десятилетий для целей планирования охраны природы как в Соединенных Штатах, где она возникла, так и по всему миру, и использовалась для содействия реализации многомиллиардной программы охраны природы США. Пересмотренное универсальное уравнение потери почвы (RUSLE) [5] и модифицированное универсальное уравнение потери почвы (MUSLE) продолжают использоваться для аналогичных целей.

Обзор моделей эрозии

Два основных типа моделей эрозии — это модели, основанные на процессах, и эмпирически основанные модели. Модели, основанные на процессах (физически основанные), математически описывают процессы эрозии отрыва, переноса и осаждения и посредством решений уравнений, описывающих эти процессы, дают оценки потери почвы и выхода осадков с определенных участков поверхности земли. Наука об эрозии недостаточно развита для того, чтобы существовали полностью основанные на процессах модели, которые не включают эмпирические аспекты. Основным показателем, возможно, для дифференциации основанных на процессах моделей от других типов моделей эрозии является использование уравнения непрерывности осадков, обсуждаемого ниже. Эмпирические модели напрямую связывают факторы управления и окружающей среды с потерей почвы и/или выходом осадков через статистические соотношения. Лейн и др. [6] представили подробное обсуждение относительно природы основанных на процессах и эмпирических моделей эрозии, а также обсуждение того, что они назвали концептуальными моделями , которые лежат где-то между основанными на процессах и чисто эмпирическими моделями. Текущие исследовательские усилия, связанные с моделированием эрозии, направлены на разработку основанных на процессах моделей эрозии. С другой стороны, стандартной моделью для большинства оценок эрозии и планирования природоохранной деятельности является эмпирически обоснованная модель USLE, и продолжаются активные исследования и разработки технологии прогнозирования эрозии на основе USLE .

Описание USLE

USLE был разработан на основе экспериментов по эрозии и симулятору осадков. USLE состоит из шести факторов для прогнозирования долгосрочной средней годовой потери почвы (A). Уравнение включает фактор эрозионной силы осадков (R), фактор эродируемости почвы (K), топографические факторы (L и S) и факторы управления посевами (C и P). Уравнение принимает простую форму произведения:

А = Р К Л С С П {\displaystyle A=RKLSCP}

USLE имеет еще одну концепцию экспериментальной важности — концепцию единичного участка. Единичный участок определяется как стандартное состояние участка для определения эродируемости почвы . Эти условия возникают, когда коэффициент LS = 1 (уклон = 9% и длина = 22,1 м (72,6 фута), где участок находится под паром , а обработка почвы производится вверх и вниз по склону, и не применяются никакие методы сохранения (CP = 1). В этом состоянии:

К = А / Р {\displaystyle К=А/Р}

Более простой метод прогнозирования K был представлен Вишмайером и др. [7] , который включает размер частиц почвы, содержание органического вещества, структуру почвы и проницаемость профиля. Фактор эродируемости почвы K можно приблизительно рассчитать по номограмме, если эта информация известна. Факторы LS можно легко определить по диаграмме эффекта склона, зная длину и градиент склона. Фактор управления посевами (C) и фактор методов сохранения (P) получить сложнее, и их необходимо определить эмпирически по данным участка. Они описываются в коэффициентах потери почвы (C или P с / C или P без).

За последние несколько десятилетий появились различные методы вычисления пяти факторов RUSLE. [8] Однако определение фактора P оказалось сложной задачей, поскольку обычно отсутствует геопространственная информация о конкретных методах сохранения почвы в данном регионе. Таким образом, для оценки значения фактора P в формуле RUSLE часто используется комбинация типа землепользования и градиента уклона, где более низкое значение указывает на более эффективный контроль эрозии почвы. [9]

Создание границ полей, таких как каменные стены, живые изгороди, земляные насыпи и линчеи, эффективно предотвращало или уменьшало эрозию почвы в доиндустриальном сельском хозяйстве. [10] Недавно была разработана новая модель P-фактора для Европы на основе данных, полученных в ходе статистического обследования, в котором зафиксировано наличие каменных стен и травяных полей в странах ЕС. Хотя это одна из первых попыток включить особенности культурного ландшафта в модель эрозии почвы в континентальном масштабе, авторы исследования указали на несколько ограничений, таких как небольшое количество обследованных точек и выбранный метод интерполяции. [11] Было продемонстрировано, что ландшафтная археология имеет потенциал для заполнения этого пробела в данных о методах сохранения почвы с использованием инструмента на основе ГИС , называемого исторической характеристикой ландшафта [12] (HLC). Исходя из предположений, что строительство границ полей всегда представляло собой эффективный метод ограничения эрозии почвы и что эффективность любых мер по сохранению для смягчения эрозии почвы увеличивается с увеличением уклона, было разработано новое уравнение P-фактора, интегрирующее HLC в модель RUSLE. В недавнем исследовании моделирование данных археологических исследований ландшафта в уравнении оценки потери почвы позволяет глубже осмыслить, как исторические стратегии управления почвой могут быть связаны с текущими экологическими и климатическими условиями. [13]

Смотрите также

  • Сертифицированный специалист по контролю эрозии и наносов ( CPESC )
  • Борьба с эрозией
  • WEPP (Проект прогнозирования водной эрозии), физическая модель имитации эрозии

Ссылки

  1. ^ Хадсон, Норман (1993). Полевые измерения эрозии почвы и стока, выпуск 68. Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций. стр.  121–126 . ISBN 9789251034064.
  2. ^ Национальная служба сохранения ресурсов, Министерство сельского хозяйства США. Вашингтон, округ Колумбия. 61 FR 27998 «Техническая помощь». 1996-06-04.
  3. ^ Вишмейер, У. Х. и Д. Д. Смит. 1978. «Прогнозирование потерь от эрозии из-за осадков: руководство по планированию охраны природы». Справочник по сельскому хозяйству № 537. Министерство сельского хозяйства США/Управление по науке и образованию, Типография правительства США, Вашингтон, округ Колумбия. 58 стр.
  4. ^ Вишмейер, У. Х. и Д. Д. Смит, 1960. «Универсальное уравнение потери почвы для руководства планированием природоохранного фермерства». Trans. Int. Congr. Soil Sci., 7th, p. 418-425.
  5. ^ Министерство сельского хозяйства США - Служба сельскохозяйственных исследований. 2014. «Пересмотренное универсальное уравнение потери почвы (RUSLE) - Добро пожаловать в RUSLE 1 и RUSLE 2».
  6. ^ Лейн, Л. Дж., Э. Д. Ширли и В. П. Сингх. 1988. «Моделирование эрозии на склонах холмов». стр. 287-308. В: MG Anderson (ред.) «Моделирование геоморфологических систем». John Wiley, Publ., NY.
  7. ^ Wischmeier, WH, CB Johnson и BV Cross. 1971. "Номограмма эродируемости почвы для сельскохозяйственных угодий и строительных площадок". Журнал Soil and Water Conservation 26:189-193. ISSN  1941-3300
  8. ^ Ghosal, Kaushik; Das Bhattacharya, Santasmita (2020-04-01). «Обзор модели RUSLE». Журнал Индийского общества дистанционного зондирования . 48 (4): 689– 707. doi :10.1007/s12524-019-01097-0. ISSN  0974-3006.
  9. ^ Тянь, Пэй; Чжу, Чжаньлян; Юэ, Цимэн; Хэ, И; Чжан, Чжаои; Хао, Фанхуа; Го, Вэньчжао; Чэнь, Линь; Лю, Мусин (01.09.2021). «Оценка эрозии почвы с помощью RUSLE с улучшенным фактором P и ее проверка: исследование на примере горных и холмистых районов провинции Хубэй, Китай». Международные исследования по сохранению почв и воды . 9 (3): 433– 444. doi : 10.1016/j.iswcr.2021.04.007 . ISSN  2095-6339.
  10. ^ Гуттманн-Бонд, Эрика (2019). Переосмысление устойчивости: как археология может спасти планету. Oxbow Books. doi :10.2307/j.ctv13pk7cp. ISBN 978-1-78570-992-0. JSTOR  j.ctv13pk7cp.
  11. ^ Панагос, Панос; Боррелли, Паскуале; Мойсбургер, Катрин; ван дер Занден, Эмма Х.; Поесен, Жан; Алевелл, Кристин (01.08.2015). «Моделирование влияния методов поддержки (P-фактора) на снижение эрозии почвы водой в европейском масштабе». Environmental Science & Policy . 51 : 23–34 . doi : 10.1016/j.envsci.2015.03.012 . ISSN  1462-9011.
  12. ^ Дабо, Нильс; Каррер, Франческо (2020-07-02). «Характеристика исторического ландшафта: технические подходы за пределами теории». Landscapes . 21 (2): 152– 167. doi : 10.1080/14662035.2020.1993562 . ISSN  1466-2035.
  13. ^ Брандолини, Филиппо; Киннэрд, Тим С.; Шривастава, Ааюш; Тернер, Сэм (2023-03-27). «Моделирование воздействия исторических изменений ландшафта на эрозию и деградацию почвы». Scientific Reports . 13 (1): 4949. doi : 10.1038/s41598-023-31334-z . hdl : 10023/27354 . ISSN  2045-2322.
  • «Об универсальном уравнении потери почвы» — Министерство сельского хозяйства США
  • RUSLE2 - Официальный сайт - USDA
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Универсальное_уравнение_потери_почвы&oldid=1257090433"