普遍的な土壌損失方程式

普遍土壌侵食方程式（USLE）は、土壌侵食のプロセスを記述する広く使用されている数学モデルです。^[1]

侵食モデルは、土壌および水資源の保全、非点源汚染の評価において重要な役割を果たしており、堆積負荷の評価と目録、堆積制御のための保全計画と設計、科学的理解の促進などが含まれます。USLEまたはその派生モデルは、米国政府機関が水による侵食を測定するために使用する主なモデルです。^[2]

USLEは、1930年代から米国農務省（USDA）土壌保全局（現在のUSDA天然資源保全局）によって収集された土壌侵食データに基づいて米国で開発されました。^{[3] [4]}このモデルは、発祥の国米国だけでなく世界中で何十年にもわたって保全計画の目的で使用されており、米国の数十億ドル規模の保全プログラムの実施に役立てられています。改訂版普遍土壌損失方程式（RUSLE）^[5]と修正版普遍土壌損失方程式（MUSLE）は、同様の目的で引き続き使用されています。

侵食モデルには、プロセスベースのモデルと経験ベースのモデルの 2 つの主要なタイプがあります。プロセスベース (物理ベース) モデルは、剥離、輸送、堆積の侵食プロセスを数学的に記述し、それらのプロセスを記述する方程式の解を通じて、特定の陸地表面からの土壌損失と堆積量の推定値を提供します。経験的側面を含まない完全なプロセスベースのモデルが存在するほど、侵食科学は進歩していません。プロセスベースと他のタイプの侵食モデルを区別する主な指標は、おそらく、以下で説明する堆積連続方程式の使用です。経験モデルは、統計的関係を通じて、管理および環境要因を土壌損失や堆積量に直接関連付けます。Lane ら^{[6] は}、プロセスベースおよび経験的侵食モデルの性質に関する詳細な議論と、プロセスベースモデルと純粋に経験的なモデルの中間に位置する概念モデルと呼ばれるものについての議論を提供しました。侵食モデリングに関する現在の研究は、プロセスベースの侵食モデルの開発に重点を置いています。一方、ほとんどの侵食評価および保全計画の標準モデルは経験に基づく USLE であり、USLE ベースの侵食予測技術の研究開発は引き続き活発に行われています。

USLE は、侵食プロットと降雨シミュレータ実験から開発されました。USLE は、長期平均年間土壌損失 (A) を予測するための 6 つの要素で構成されています。方程式には、降雨侵食係数 (R)、土壌侵食係数 (K)、地形係数 (L と S)、および作物管理係数 (C と P) が含まれます。方程式は、単純な積の形をとります。

${\displaystyle A=RKLSCP}$

USLE には、実験的に重要な別の概念、単位区画概念があります。単位区画は、土壌の侵食性を判断するための標準区画条件として定義されます。これらの条件は、LS 係数 = 1 (傾斜 = 9%、長さ = 22.1 m (72.6 フィート)) で、区画が休耕地で、傾斜の上下に耕作が行われ、保全対策が適用されていない (CP = 1) 場合です。この状態では、次のようになります。

${\displaystyle K=A/R}$

Kを予測するより簡単な方法は、Wischmeierら^[7]によって発表されました。これには、土壌の粒子サイズ、有機物含有量、土壌構造、断面透水性が含まれます。土壌侵食係数Kは、これらの情報がわかっている場合は、ノモグラフから概算できます。LS係数は、斜面の長さと勾配がわかれば、斜面効果チャートから簡単に決定できます。作物管理係数（C）と保全慣行係数（P）は入手が難しく、プロットデータから経験的に決定する必要があります。これらは、土壌損失率（CまたはPあり/CまたはPなし）で表されます。

過去数十年にわたり、5つのRUSLE係数を計算するためのさまざまな手法が登場してきました。^[8]しかし、通常、特定の地域の特定の土壌保全活動に関する地理空間情報が不足しているため、P係数を決定することは困難であることが判明しています。したがって、RUSLE式のP係数値を推定するには、土地利用タイプと斜面勾配の組み合わせが使用されることが多く、値が低いほど土壌侵食をより効果的に制御できることを示します。^[9]

産業革命以前の農業では、石垣、生け垣、土手、リンシェットなどの畑の境界を作ることで、土壌浸食を効果的に防いだり軽減したりしていました。^[10]最近、EU諸国における石垣や草地の縁の発生を記録した統計調査で得られたデータから、ヨーロッパの新しいP係数モデルが開発されました。 これは大陸規模の土壌浸食モデルに文化的景観の特徴を組み込んだ最初の取り組みの1つですが、研究の著者らは、調査されたポイントの数が少ないことや選択された補間手法など、いくつかの限界を指摘しています。^[11]景観考古学は、歴史的景観特性評価^[12] (HLC)と呼ばれるGISベースのツールを使用して、土壌保全の実践に関するデータのこのギャップを埋める可能性があることが実証されています。畑の境界線の構築は常に土壌侵食を制限する効果的な方法であり、土壌侵食を軽減するためのあらゆる保全対策の効率は傾斜の増加に伴って増加するという仮定から出発して、HLCをRUSLEモデルに統合した新しいP係数方程式が開発されました。最近の研究では、土壌損失推定方程式で景観考古学的データをモデル化することで、土壌管理の歴史的戦略が現在の環境および気候条件とどのように関係しているかについて、より深く考察できるようになりました。^[13]

• 侵食および堆積物制御の認定専門家 ( CPESC )
• 砂防
• WEPP（水浸食予測プロジェクト）、物理ベースの浸食シミュレーションモデル

• 「普遍的な土壌損失方程式について」 - USDA
• RUSLE2 - 公式サイト - USDA