通用土壤流失公式

通用土壤流失公式（英语：Universal Soil Loss Equation，USLE）为广泛用来描述土壤冲蚀过程之数学模型^[1]。

土壤冲蚀模型在土壤与水资源保育以及非点源污染（英语：nonpoint source pollution）评估方面皆起到关键作用，包含输砂量评估、泥砂控制（英语：sediment control）之保育规划与设计，以及促进科学理解。通用土壤流失公式及其相关公式为美国政府机关用来衡量水冲蚀之主要模型。^[2]

通用土壤流失公式为美国农业部土壤保持局（今自然资源保育局（英语：Natural Resources Conservation Service））以自1930年代开始搜集之土壤冲蚀数据为基础而发展^[3]:12[4]，该模型在近几十年以来已广泛在世界各地之保育计划中使用，而作为发展国之美国亦也采用该模型有助执行数十亿美元之保育计划。修正版通用土壤流失公式（Revised Universal Soil Loss Equation，RUSLE；或Modified Universal Soil Loss Equation，MUSLE）^[5]皆承袭USLE之基础理论修正而成，并以相似目的持续使用。

冲蚀模型概述

土壤冲蚀模型主要分为过程模型与经验模型（英语：Empirical modelling）等两种。其中过程模型（或称物理模型）系以数学描述分散、运移、沉积（英语：Deposition (chemistry)）等冲蚀过程，并且透过方程求解估计某特定地表在冲蚀过程中产生之土壤流失与泥砂生产量，然而冲蚀模型当前仍未发展完全，因此不含经验实证方面之纯过程模型尚无存在。经验模型系透过统计关系将管理及环境因子与土壤流失及（或）泥砂生产量之间结合。Lane等人^[6]详述过程模型与经验模型之性质，提出介于两者之间之概念模型。当前对于冲蚀模型之研究主要着重在过程模型之研发。另外大多数针对冲蚀评估与保育规划之标准模型皆采用USLE之经验模型，并且持续研发以USLE为基础之冲蚀推估（英语：Erosion prediction）技术。^[7]:32

定义

通用土壤流失公式系依据冲蚀图以及降雨模拟试验所发展，并且由降雨冲蚀指数（${\displaystyle R}$）、土壤冲蚀指数（${\displaystyle K}$）、地形因子（包含坡长因子${\displaystyle L}$与坡度因子${\displaystyle S}$）、覆盖与管理因子（${\displaystyle C}$）以及处理因子（${\displaystyle P}$）等六种因子所组成，以估计年平均土壤流失量（${\displaystyle A}$），可表为：

${\displaystyle A=RKLSCP.}$

在通用土壤流失公式中有项重要概念，即标准试区（unit plot）概念，系根据标准试区之条件来决定土壤可蚀性（英语：Erodability）。标准试区之条件为坡度9%、坡长22.13米（72.6英尺）之均匀坡面，在此条件下其地形因子为1，倘若属休耕地且无任何的处理措施时，则覆盖与管理因子以及处理因子皆为1，因此土壤冲蚀指数可改写为：

${\displaystyle K=A/R.}$

推估土壤冲蚀指数之公式系由瓦尔特·亨利·维施迈尔（Walter Henry Wischmeier）等人所提出^[8]，影响该指数的土壤特性包含有机质含量（${\displaystyle a}$）、土壤结构（${\displaystyle b}$）、土壤渗透性（${\displaystyle c}$），以及土壤质地（${\displaystyle M}$）等，倘若前述参数皆已知，则可透过列线图推估近似值，抑或透过下式推估，惟该公式仅能适用在土壤坋粒及极细砂含量低于70%之条件^[3]:10：

${\displaystyle K={\frac {(2.1M^{1.4})(10^{-4})(12-a)+3.25(b-2)+2.5(c-3)}{100}}.}$

地形因子除可利用列线图依据现地之坡长（${\displaystyle \lambda }$）与坡度（${\displaystyle \theta }$）获取外，亦可透过下式推估，其中${\displaystyle m}$为指数，并随坡面之坡度而改变^[3]:12：

${\displaystyle LS=\left({\frac {\lambda }{72.6}}\right)^{m}(65.41\sin ^{2}\theta +4.56\sin \theta +0.065).}$

覆盖与管理因子以及处理因子通常难以取得，需透过样区试验、现地状况或是依靠经验来决定其值^[7]:40。

参见

• 侵蚀控制
• 水冲蚀推估模式（英语：WEPP），以物理为基础之冲蚀模拟模式

参考文献

1. Hudson, Norman. Field Measurement of Soil Erosion and Runoff, Issue 68. Food and Agriculture Organization of the United Nations. 1993: 121–126 [2021-10-19]. ISBN 9789251034064. （原始内容存档于2017-02-16）.
2. National Resources Conservation Service, U.S. Department of Agriculture. Washington, DC. 61 FR 27998 "Technical Assistance." 1996-06-04.
3. Wischmeier, W.H.; Smith, D.D. Predicting Rainfall Erosion Losses: A Guide to Conservation Planning (PDF). Agriculture Handbook No. 537. Washington, D.C.: United States Department of Agriculture. 1978 [2021-10-19]. （原始内容存档 (PDF)于2016-03-03） （英语）.
4. Wischmeier, W.H.; Smith, D.D. An Universal Soil Loss Estimating Equation to Guide Conservation Farm Planning. 7th International Congress of Soil Sciences. 1960: 418–425 （英语）.
5. United States Department of Agriculture - Agricultural Research Service. 2014. "Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE) - Welcome to RUSLE 1 and RUSLE 2" （页面存档备份，存于互联网档案馆）.
6. Lane, L.J.; Shirley, E.D.; Singh, V.P. Anderson, M.G. , 编. Modeling erosion on hillslopes. Modeling Geomorphological Systems (New York, NY: John Wiley & Sons Ltd.). 1988: 287–308 （英语）.
7. Ritter, William F. Agricultural Nonpoint Source Pollution: Watershed Management and Hydrology. Washington, D.C.: CRC Press. 2000-12-15. ISBN 9781566702225 （英语）.
8. Wischmeier, W.H.; Johnson, C.B.; Cross, B.V. A soil erodibility nomograph for farmland and construction sites. Journal of Soil and Water Conservation. 1971, 26: 189–193. ISSN 1941-3300 （英语）.

外部链接

• "About the Universal Soil Loss Equation" （页面存档备份，存于互联网档案馆） - USDA
• RUSLE2 - Official site （页面存档备份，存于互联网档案馆） - USDA

延伸阅读

• 吴嘉俊、卢光辉、林俐玲. 土壤流失量估算手冊. 屏东: 国立屏东技术学院. 1996. ISBN 9570082429 （中文（台湾））.