معادلة فقدان التربة العالمية

معادلة فقدان التربة العالمية ( USLE) هي نموذج رياضي يستخدم على نطاق واسع لوصف عمليات تآكل التربة . ^{[ 1 ]}

تؤدي نماذج التعرية أدوارًا حاسمة في صون موارد التربة والمياه وتقييم تلوث المصادر غير المحددة ، بما في ذلك: تقييم وحصر حمولة الرواسب ، وتخطيط وتصميم صون الرواسب ، والنهوض بالفهم العلمي. يُعدّ نموذج USLE أو أحد مشتقاته من النماذج الرئيسية التي تستخدمها الوكالات الحكومية الأمريكية لقياس التعرية المائية. ^{[ 2 ]}

طُوِّرَ نموذج فقدان التربة العالمي (USLE) في الولايات المتحدة الأمريكية، استنادًا إلى بيانات تآكل التربة التي جُمِعَت بدءًا من ثلاثينيات القرن العشرين من قِبَل دائرة حماية التربة التابعة لوزارة الزراعة الأمريكية (والتي تُعرف الآن باسم دائرة حماية الموارد الطبيعية التابعة لوزارة الزراعة الأمريكية ) . [ ^{3 ] [ 4 ] وقد} استُخدِم هذا النموذج لعقودٍ لأغراض تخطيط الحفاظ على البيئة، سواءً في الولايات المتحدة، موطنه الأصلي، أو في جميع أنحاء العالم، كما استُخدِم للمساعدة في تنفيذ برنامج الولايات المتحدة لحماية البيئة الذي تبلغ قيمته مليارات الدولارات. ولا يزال يُستخدم كلٌّ من نموذج فقدان التربة العالمي المنقح (RUSLE) ^{[ 5 ]} ونموذج فقدان التربة العالمي المعدل (MUSLE) لأغراضٍ مماثلة.

يُصنَّف نموذج التعرية إلى نوعين رئيسيين: النماذج القائمة على العمليات والنماذج القائمة على البيانات التجريبية . تصف النماذج القائمة على العمليات (النماذج الفيزيائية) رياضيًا عمليات التعرية من انفصال ونقل وترسيب ، ومن خلال حلول المعادلات التي تصف هذه العمليات، تُقدِّم تقديرات لفقدان التربة وكمية الرواسب الناتجة عن مساحات محددة من سطح الأرض. لم يبلغ علم التعرية بعدُ مستوىً متقدمًا يسمح بوجود نماذج قائمة على العمليات فقط، لا تتضمن جوانب تجريبية. ولعلّ المؤشر الرئيسي للتمييز بين النماذج القائمة على العمليات وغيرها من أنواع نماذج التعرية هو استخدام معادلة استمرارية الرواسب، التي سنناقشها لاحقًا. تربط النماذج التجريبية عوامل الإدارة والبيئة مباشرةً بفقدان التربة و/أو كمية الرواسب الناتجة من خلال علاقات إحصائية. وقد قدّم لين وآخرون ^{[ 6 ]} نقاشًا مفصلًا حول طبيعة نماذج التعرية القائمة على العمليات والنماذج التجريبية، بالإضافة إلى مناقشة ما أسموه النماذج المفاهيمية ، التي تقع بين النماذج القائمة على العمليات والنماذج التجريبية البحتة. تركز الجهود البحثية الحالية المتعلقة بنمذجة التعرية على تطوير نماذج التعرية القائمة على العمليات. من جهة أخرى، يُعدّ نموذج USLE القائم على البيانات التجريبية النموذج القياسي لمعظم عمليات تقييم التعرية وتخطيط الحفاظ على البيئة، ولا يزال البحث والتطوير في مجال تقنيات التنبؤ بالتعرية القائمة على هذا النموذج مستمراً .

طُوِّرت معادلة فقدان التربة العالمية (USLE) من خلال تجارب على قطع أرضية لدراسة التعرية ومحاكاة هطول الأمطار. تتكون هذه المعادلة من ستة عوامل للتنبؤ بمتوسط ​​فقدان التربة السنوي على المدى الطويل (A). تشمل المعادلة عامل التعرية الناتج عن هطول الأمطار (R)، وعامل قابلية التربة للتعرية (K)، والعوامل الطبوغرافية (L وS)، وعوامل إدارة المحاصيل (C وP). وتأخذ المعادلة شكل الضرب البسيط التالي:

${\displaystyle A=RKLSCP}$

تتضمن معادلة فقدان التربة العالمية (USLE) مفهومًا آخر ذا أهمية تجريبية، وهو مفهوم قطعة الأرض الموحدة. تُعرَّف قطعة الأرض الموحدة بأنها حالة قطعة الأرض القياسية لتحديد قابلية التربة للتآكل . وتكون هذه الحالة عندما يكون عامل LS = 1 (الميل = 9% والطول = 22.1 مترًا (72.6 قدمًا))، حيث تكون قطعة الأرض بورًا ويتم حرثها صعودًا وهبوطًا على المنحدر دون تطبيق أي ممارسات للحفاظ على التربة (CP = 1). في هذه الحالة:

${\displaystyle K=A/R}$

قدّم ويشماير وآخرون ^{[ 7 ]} طريقةً أبسط للتنبؤ بمعامل K ، تشمل حجم جزيئات التربة، ومحتوى المادة العضوية، وبنية التربة، ونفاذية قطاعها. ويمكن تقريب معامل قابلية التربة للتآكل K باستخدام مخطط بياني إذا توفرت هذه المعلومات. ويمكن تحديد معاملات LS بسهولة من مخطط تأثير المنحدر بمعرفة طول المنحدر وميله. أما معامل إدارة المحاصيل (C) ومعامل ممارسات الحفظ (P) فهما أكثر صعوبة في التحديد، ويجب تحديدهما تجريبياً من بيانات قطعة الأرض. ويتم وصفهما بنسب فقدان التربة (C أو P مع / C أو P بدون).

ظهرت تقنيات متنوعة خلال العقود القليلة الماضية لحساب عوامل RUSLE الخمسة. ^{[ 8 ]} ومع ذلك، فقد ثبت أن تحديد عامل P يمثل تحديًا نظرًا لنقص المعلومات الجغرافية المكانية عادةً حول ممارسات حفظ التربة المحددة في منطقة معينة. لذا، لتقدير قيمة عامل P في معادلة RUSLE، غالبًا ما يُستخدم مزيج من نوع استخدام الأرض وانحدار المنحدر، حيث تشير القيمة المنخفضة إلى تحكم أكثر فعالية في تآكل التربة. ^{[ 9 ]}

ساهم إنشاء حدود الحقول، كالجدران الحجرية والتحوطات والسدود الترابية والمنحدرات، بفعالية في منع أو الحد من تآكل التربة في الزراعة ما قبل الصناعية. ^{[ 10 ]} ومؤخرًا، طُوِّر نموذج جديد لعامل P لأوروبا استنادًا إلى البيانات المُستقاة من مسح إحصائي رصد وجود الجدران الحجرية وحواف الأعشاب في دول الاتحاد الأوروبي. ورغم أن هذه إحدى المحاولات الأولى لدمج خصائص المناظر الطبيعية الثقافية في نموذج لتآكل التربة على نطاق قاري، فقد أشار مؤلفو الدراسة إلى عدة قيود، منها قلة عدد النقاط التي شملها المسح وتقنية الاستيفاء المُختارة. ^{[ 11 ]} وقد ثبت أن علم آثار المناظر الطبيعية لديه القدرة على سد هذه الفجوة في البيانات المتعلقة بممارسات صون التربة باستخدام أداة قائمة على نظم المعلومات الجغرافية تُسمى توصيف المناظر الطبيعية التاريخية ^{[ 12 ]} (HLC). انطلاقًا من افتراض أن إنشاء حدود الحقول لطالما مثّل طريقة فعّالة للحدّ من انجراف التربة، وأن فعالية أي تدابير وقائية للتخفيف من انجراف التربة تزداد مع ازدياد الانحدار، تم تطوير معادلة جديدة لعامل P تدمج HLC ضمن نموذج RUSLE. وفي دراسة حديثة، مكّن نمذجة البيانات الأثرية للمناظر الطبيعية في معادلة تقدير فقدان التربة من إجراء دراسة معمقة حول كيفية ارتباط الاستراتيجيات التاريخية لإدارة التربة بالظروف البيئية والمناخية الحالية. ^{[ 13 ]}

• أخصائي معتمد في مكافحة التعرية والترسيب ( CPESC )
• مكافحة التعرية
• مشروع التنبؤ بتآكل المياه ( WEPP )، وهو نموذج محاكاة للتآكل قائم على أسس فيزيائية

• "حول معادلة فقدان التربة العالمية" - وزارة الزراعة الأمريكية
• RUSLE2 - الموقع الرسمي - وزارة الزراعة الأمريكية