Благодарим ви, че посетихте Nature.com. Версията на браузъра, която използвате, има ограничена поддръжка за CSS. За най-добро изживяване ви препоръчваме да използвате актуализиран браузър (или да изключите режима на съвместимост в Internet Explorer). Междувременно, за да осигурим непрекъсната поддръжка, ние ще показваме сайта без стилове и JavaScript.
Вземайки наклона на железопътната линия Sui-Chongqing като обект на изследване, съпротивление на почвата, електрохимия на почвата (корозионен потенциал, редокс потенциал, потенциален градиент и pH), почвени аниони (общо разтворими соли, Cl-, SO42- и) и хранене на почвата. (Съдържание на влага, органична материя, общ азот, алкално-хидролизиран азот, наличен фосфор, наличен калий) При различни s наклони, степента на корозия се оценява според индивидуалните показатели и изчерпателните показатели на изкуствената почва. В сравнение с други фактори, водата има най-голямо влияние върху корозията на защитната мрежа за наклони, следвана от съдържанието на аниони. Общата разтворима сол има умерен ефект върху корозията на защитната мрежа за наклони, а блуждаещият ток има умерен ефект върху корозията на защитната мрежа за наклони. Степента на корозия на почвените проби беше изчерпателно оценен и корозията на горния склон беше умерена, а корозията на средния и долния склон беше силна. Органичната материя в почвата беше значително свързана с потенциалния градиент. Наличният азот, наличният калий и наличният фосфор бяха значително свързани с аниони. Разпределението на почвените хранителни вещества е косвено свързано с типа на склона.
Когато се строят железопътни линии, магистрали и съоръжения за опазване на водата, планинските отвори често са неизбежни. Поради планините в югозападната част, железопътното строителство в Китай изисква много разкопки на планината. Това унищожава оригиналната почва и растителност, създавайки открити скалисти склонове. Тази ситуация води до свлачища и ерозия на почвата, като по този начин застрашава безопасността на железопътния транспорт. Свлачищата са лоши за движението по пътищата, особено след земетресението от 12 май 2008 г. в Уенчуан. Свлачищата се превърнаха в широко разпространено и сериозно земетресение1.При оценката от 2008 г. на 4243 километра ключови магистрални пътища в провинция Съчуан имаше 1736 тежки земетресения в пътни настилки и подпорни стени, което представлява 39,76% от общата дължина на оценката. Преките икономически загуби от щети по пътищата надхвърлиха 58 милиарда юана 2,3. Глобални примери показват, че геоопасностите след земетресението могат да продължат за най-малко 10 години (земетресение в Тайван) и дори до 40-50 години (земетресение в Канто в Япония)4,5.Градиентът е основният фактор, влияещ върху опасността от земетресение6,7.Поради това е необходимо да се поддържа наклонът на пътя и да се укрепи стабилността му.Растенията играят незаменима роля в защитата на откосите и възстановяването на екологичния пейзаж8.В сравнение с обикновените почвени склонове, скалните склонове нямат натрупването на хранителни фактори като органична материя, азот, фосфор и калий и няма почвена среда, необходима за растежа на растителността. Поради фактори като голям наклон и дъждовна ерозия, почвата на склона лесно се губи. Средата на склона е сурова, липсват необходимите условия за растеж на растенията и на почвата на склона липсва поддържаща стабилност9. Пръскането на склона с основен материал за покриване на почвата за защита на склона е често срещано явление използвана технология за екологично възстановяване на склонове в моята страна. Изкуствената почва, използвана за пръскане, се състои от натрошен камък, почва от земеделска земя, слама, комбиниран тор, водозадържащ агент и лепило (често използваните лепила включват портланд цимент, органично лепило и асфалтов емулгатор) в определена пропорция. Техническият процес е: първо поставете бодлива тел върху скалата, след това фиксирайте бодливата тел с нитове и анкерни болтове и накрая напръскайте изкуствена почва, съдържаща семена, върху склона със специална пръскачка. Най-често се използва метална мрежа с форма на диамант 14 #, която е напълно поцинкована, със стандарт на мрежата 5 см × 5 см и диаметър 2 мм. Металната мрежа позволява на почвената матрица да образува издръжлива монолитна плоча върху скалната повърхност. Металната мрежа ще корозира в почвата , тъй като самата почва е електролит и степента на корозия зависи от характеристиките на почвата. Оценката на факторите на корозия на почвата е от голямо значение за оценката на предизвиканата от почвата ерозия на метална мрежа и елиминирането на опасностите от свлачища.
Смята се, че корените на растенията играят решаваща роля в стабилизирането на склона и контрола на ерозията10,11,12,13,14. За стабилизиране на склоновете срещу плитки свлачища може да се използва растителност, тъй като корените на растенията могат да фиксират почвата, за да се предотвратят свлачища15,16,17.Дървесната растителност, особено дърветата, помага за предотвратяване на плитки свлачища18.Здрава защитна структура, образувана от вертикални и странични коренови системи на растения, които действат като укрепващи купчини в почвата. Развитието на моделите на кореновата архитектура се управлява от гени и почвената среда играе решаваща роля в тези процеси. Корозията на металите варира в зависимост от почвената среда20. Степента на корозия на металите в почвата може да варира от сравнително бързо разтваряне до незначително въздействие21. Изкуствената почва е много различна от истинската „почва“. Образуването на естествените почви е резултат от взаимодействията между външната среда и различни организми в продължение на десетки милиони години22,23,24. Преди дървесната растителност да формира стабилна коренова система и екосистема, дали металната мрежа, съчетана със скалния склон и изкуствената почва, може да функционира безопасно, е пряко свързано с развитието на естествената икономика, безопасността на живота и подобряването на екологичната среда.
Въпреки това, корозията на металите може да доведе до огромни загуби. Според проучване, проведено в Китай в началото на 80-те години на химическата техника и други индустрии, загубите, причинени от корозия на метали, представляват 4% от общата стойност на продукцията. Ето защо е от голямо значение да се проучи механизмът на корозия и да се вземат защитни мерки за икономично строителство. Почвата е сложна система от газове, течности, твърди вещества и микроорганизми. Микробен метаболит s може да корозира материали, а блуждаещите токове също могат да причинят корозия. Ето защо е важно да се предотврати корозията на метали, заровени в почвата. Понастоящем изследванията върху корозията на заровени метали се фокусират главно върху (1) фактори, влияещи върху корозията на заровени метали25;(2) методи за защита на метала26,27;(3) методи за преценка на степента на корозия на метала28;Корозия в различни среди. Въпреки това, всички почви в изследването са естествени и са претърпели достатъчно почвообразуващи процеси. Въпреки това, няма доклад за изкуствена почвена ерозия на железопътни скални склонове.
В сравнение с други корозивни среди, изкуствената почва има характеристиките на неликвидност, хетерогенност, сезонност и регионалност. Металната корозия в изкуствените почви се причинява от електрохимични взаимодействия между метали и изкуствени почви. В допълнение към вродените фактори скоростта на метална корозия зависи и от заобикалящата среда. Различни фактори влияят на металната корозия поотделно или в комбинация, като съдържание на влага, съдържание на кислород, общо съдържание на разтворими соли, съдържание на аниони и метални йони, pH, почвени микроби30,31,32.
В 30-годишната практика въпросът как да се запазят завинаги изкуствени почви на скалисти склонове е бил проблем33. Храсти или дървета не могат да растат на някои склонове след 10 години ръчна грижа поради ерозия на почвата. Мръсотията по повърхността на металната мрежа беше отмита на някои места. Поради корозия някои метални мрежи се напукаха и загубиха цялата почва над и под тях (Фигура 1). изследванията върху корозията на железопътния наклон се фокусират главно върху корозията на заземителната мрежа на железопътната подстанция, корозията на блуждаещ ток, генерирана от лека релса, и корозията на железопътни мостове34,35, коловози и друго превозно оборудване36. Няма съобщения за корозия на металната мрежа за защита на железопътния наклон. Тази статия изучава физичните, химичните и електрохимичните свойства на изкуствените почви на югозападния скален склон на железопътната линия Suiyu с цел прогнозиране на метална корозия чрез оценка на свойствата на почвата и осигуряване на теоретична и практическа основа за възстановяване на екосистемата на почвата и изкуствено възстановяване. Изкуствен наклон.
Тестовата площадка се намира в хълмиста област на Съчуан (30°32′N, 105°32′E) близо до жп гара Suining. Районът е разположен в средата на басейна на Съчуан, с ниски планини и хълмове, с проста геоложка структура и плосък терен. Ерозията, рязането и натрупването на вода създават ерозирани хълмисти пейзажи. Основната скала е главно варовик, а откривката е предимно чиста пясък и кал. Целостта е лоша и скалата е блокова структура. Проучваният район има субтропичен влажен мусонен климат със сезонни характеристики на ранна пролет, горещо лято, къса есен и късна зима. Валежите са обилни, светлинните и топлинните ресурси са изобилни, периодът без замръзване е дълъг (средно 285 дни), климатът е мек, средната годишна температура е 17,4°C, средната температура на най-горещия месец (A август) е 27,2°C, а екстремната максимална температура е 39,3°C. Най-студеният месец е януари (средната температура е 6,5°C), екстремната минимална температура е -3,8°C, а средните годишни валежи са 920 mm, основно концентрирани през юли и август. Валежите през пролетта, лятото, есента и зимата варират значително.Делът на валежите през всеки сезон от годината е съответно 19-21%, 51-54%, 22-24% и 4-5%.
Мястото за изследване е наклон от около 45° на склона на железопътната линия Yu-Sui, построена през 2003 г. През април 2012 г. тя е обърната на юг в рамките на 1 km от жп гара Suining.Естественият наклон беше използван като контрола. Екологичното възстановяване на наклона възприема чуждестранната технология за пръскане на почвата за екологично възстановяване. Според височината на страничния наклон на железопътната линия, наклонът може да бъде разделен на наклон нагоре, среден наклон и наклон надолу (фиг. 2). Тъй като дебелината на изрязания наклон изкуствената почва е около 10 см, за да се избегне замърсяване на корозионните продукти на металната мрежа на почвата, ние използваме само лопата от неръждаема стомана, за да вземем повърхността на почвата 0-8 см. Бяха зададени четири повторения за всяка позиция на наклона, с 15-20 произволни точки за вземане на проби на повторение. Всеки екземпляр е смес от 15-20 произволно определени от точки за вземане на проби с S-образна линия. Прясното му тегло е около 500 грама. Донесете пробите обратно в лабораторията в полиетиленови торби с цип за обработка. Почвата се изсушава естествено на въздух, а чакълът и животинските и растителните остатъци се отделят, натрошават се с ахатова пръчка и се пресяват с найлоново сито с размери 20 меша и 100 меша, с изключение на едрите частици.
Съпротивлението на почвата беше измерено с тестер за съпротивление на заземяване VICTOR4106, произведен от Shengli Instrument Company;съпротивлението на почвата е измерено на полето;влажността на почвата е измерена чрез метода на сушене. Преносимият цифров mv/pH инструмент DMP-2 разполага с висок входен импеданс за измерване на корозионния потенциал на почвата. Потенциалният градиент и редокс потенциалът са определени с DMP-2 преносим цифров mv/pH, общата разтворима сол в почвата е определена чрез метода на изсушаване на остатъка, съдържанието на хлоридни йони в почвата е определено чрез метода на титруване на AgNO3 (метод на Mohr), съдържанието на сулфат в почвата се определя чрез индиректен метод на EDTA титруване, метод на титруване с двоен индикатор за определяне на карбонат и бикарбонат в почвата, метод на нагряване с окисление на калиев бихромат за определяне на почвената органична материя, метод на дифузия в алкален разтвор за определяне на азот от алкална хидролиза на почвата, разграждане на H2SO4-HClO4 Mo-Sb колориметричен метод Общият фосфор в почвата и наличното съдържание на фосфор в почвата бяха определени по метода на Olsen (0,05 mol /L разтвор на NaHCO3 като екстрагент), а общото съдържание на калий в почвата се определя чрез пламъчна фотометрия с натриев хидроксид.
Експерименталните данни бяха първоначално систематизирани. SPSS Statistics 20 беше използван за извършване на среден, стандартно отклонение, еднопосочен ANOVA и човешки корелационен анализ.
Таблица 1 представя електромеханичните свойства, анионите и хранителните вещества на почвите с различни наклони. Потенциалът на корозия, съпротивлението на почвата и градиентът на потенциала изток-запад на различните склонове са значителни (P <0,05). Редокс потенциалите на наклона надолу, средния наклон и естествения наклон са значителни (P <0,05). Градиентът на потенциала, перпендикулярен на релсата, тоест градиентът на потенциала север-юг, е нагоре>наклон>среден наклон. Стойността на рН на почвата е в порядъка на наклон>нагоре>среден наклон>естествен наклон. Общата разтворима сол, естественият наклон е значително по-висока от наклона на железопътната линия (P <0,05). Общото съдържание на разтворима сол в третокласната почва на склона на железопътната линия е над 500 mg/kg, а общата разтворима сол има умерен ефект върху метална корозия. Съдържанието на органично вещество в почвата е най-високо в естествения склон и най-ниско в склона надолу (P <0,05). Общото съдържание на азот е най-високо в средния склон и най-ниско в склона нагоре;наличното съдържание на азот е най-високо в склона надолу и средния склон и най-ниско в естествения склон;общото съдържание на азот в железопътната линия нагоре и надолу по склона е по-ниско, но наличното съдържание на азот е по-високо. Това показва, че скоростта на минерализация на органичен азот нагоре и надолу е бърза. Наличното съдържание на калий е същото като наличния фосфор.
Съпротивлението на почвата е индекс, показващ електрическата проводимост и основен параметър за преценка на корозията на почвата. Факторите, влияещи върху съпротивлението на почвата, включват съдържание на влага, общо съдържание на разтворими соли, рН, текстура на почвата, температура, съдържание на органична материя, температура на почвата и плътност. Най-общо казано, почвите с ниско съпротивление са по-корозивни и обратното. Използването на съпротивление за преценка на корозионната активност на почвата е метод, често използван в различни страни .Таблица 1 показва критериите за оценка на степента на корозивност за всеки отделен индекс37,38.
Според резултатите от изпитванията и стандартите в моята страна (Таблица 1), ако корозивността на почвата се оценява само чрез съпротивление на почвата, почвата на склона нагоре е силно корозивна;почвата на склона е умерено корозивна;корозивността на почвата на средния склон и естествения склон е относително ниска слаба.
Съпротивлението на почвата на склона нагоре е значително по-ниско от това на други части на склона, което може да бъде причинено от дъждовна ерозия. Горният слой на почвата на склона се стича към средния склон заедно с водата, така че металната мрежа за защита на склона нагоре е близо до горния слой на почвата. Някои от металните мрежи бяха изложени и дори висяха във въздуха (Фигура 1). Съпротивлението на почвата беше измерено на място;разстоянието между пилотите е 3 м;дълбочината на забиване на пилоти е под 15 см. Голата метална мрежа и лющещата се ръжда могат да попречат на резултатите от измерването. Следователно не е надеждно да се оцени корозивността на почвата само чрез индекса на съпротивление на почвата. При цялостната оценка на корозията съпротивлението на почвата на наклона не се взема предвид.
Поради високата относителна влажност многогодишният влажен въздух в района на Съчуан причинява по-сериозна корозия на металната мрежа, изложена на въздуха, отколкото металната мрежа, заровена в почвата39. Излагането на телената мрежа на въздух може да доведе до намален експлоатационен живот, което може да дестабилизира почвите нагоре. Загубата на почва може да затрудни растежа на растенията, особено на дървесните растения. Поради липсата на дървесни растения е трудно се образува коренова система нагоре, за да се втвърди почвата. В същото време растежът на растенията може също да подобри качеството на почвата и да увеличи съдържанието на хумус в почвата, което може не само да задържа вода, но също така да осигури добра среда за растеж и размножаване на животни и растения, като по този начин намалява загубата на почва. Следователно, в ранния етап на строителство, повече дървесни семена трябва да се засяват нагоре и трябва непрекъснато да се добавя водозадържащ агент и да се покрива с филм за защита, така че да се намали ерозията на почвата от дъждовната вода.
Корозионният потенциал е важен фактор, влияещ върху корозията на мрежата за защита на наклона на наклона на три нива и има най-голямо въздействие върху наклона нагоре (Таблица 2). При нормални условия корозионният потенциал не се променя много в дадена среда. Забележима промяна може да бъде причинена от блуждаещи токове. Блудащите токове се отнасят за токове 40, 41, 42, които изтичат в пътното платно и почвената среда, когато превозните средства използват обществения транспорт система. С развитието на транспортната система железопътната транспортна система на моята страна постигна широкомащабна електрификация и корозията на заровени метали, причинена от изтичане на постоянен ток от електрифицирани железопътни линии, не може да бъде пренебрегната. Понастоящем градиентът на потенциала на почвата може да се използва, за да се определи дали почвата съдържа смущения от блуждаещ ток. Когато градиентът на потенциала на повърхностната почва е по-нисък от 0,5 mv/m, блуждаещият ток е ниско;когато градиентът на потенциала е в диапазона от 0,5 mv/m до 5,0 mv/m, блуждаещият ток е умерен;когато потенциалният градиент е по-голям от 5,0 mv/m, нивото на блуждаещия ток е високо. Плаващият диапазон на потенциалния градиент (EW) на средния наклон, нагоре и надолу по наклона е показан на фигура 3. По отношение на плаващия диапазон има умерени блуждаещи течения в посоките изток-запад и север-юг на средния наклон. Следователно, блуждаещият ток е важен фактор, влияещ на корозия на метални мрежи по средния наклон и надолу по склона, особено по средата на склона.
Обикновено почвеният редокс потенциал (Eh) над 400 mV показва окислителната способност, над 0-200 mV е средна редуцираща способност, а под 0 mV е голяма редуцираща способност. Колкото по-нисък е почвеният редокс потенциал, толкова по-голяма е корозионната способност на почвените микроорганизми към металите редокс потенциалът на трите склона е по-голям от 500 mv и нивото на корозия е много малко. Това показва, че състоянието на почвената вентилация на склоновата земя е добро, което не е благоприятно за корозията на анаеробните микроорганизми в почвата.
Предишни проучвания установиха, че влиянието на рН на почвата върху ерозията на почвата е очевидно. С колебанията на стойността на рН скоростта на корозия на металните материали е значително засегната. рН на почвата е тясно свързано с района и микроорганизмите в почвата45,46,47. Най-общо казано, ефектът на рН на почвата върху корозията на метални материали в леко алкална почва не е очевиден. Почвите на трите железопътни склона са всички алкален, така че ефектът на pH върху корозията на металната мрежа е слаб.
Както може да се види от таблица 3, корелационният анализ показва, че редокс потенциалът и позицията на наклона са значително положително корелирани (R2 = 0,858), корозионният потенциал и потенциалният градиент (SN) са значително положително корелирани (R2 = 0,755), а редокс потенциалът и потенциалният градиент (SN) са значително положително корелирани (R2 = 0,755).Имаше значителна отрицателна корелация между потенциала и pH (R2 = -0,724). Позицията на наклона беше значително положително корелирана с редокс потенциала. Това показва, че има разлики в микросредата на различните позиции на склона и почвените микроорганизми са тясно свързани с редокс потенциала48, 49, 50. Редокс потенциалът беше значително отрицателно корелиран с pH51,52. Тази връзка показва, че pH и Eh стойностите не винаги са се променяли синхронно по време на редокс процеса на почвата, но са имали отрицателна линейна връзка. Потенциалът на корозия на метала може да представлява относителната способност за получаване и загуба на електрони. Въпреки че потенциалът на корозия е значително положително корелиран с градиента на потенциала (SN), градиентът на потенциала може да бъде причинен от лесната загуба на електрони от метала.
Общото съдържание на разтворими соли в почвата е тясно свързано с корозивността на почвата. Най-общо казано, колкото по-висока е солеността на почвата, толкова по-ниско е съпротивлението на почвата, като по този начин се увеличава устойчивостта на почвата. В почвените електролити не само анионите и различните обхвати, но и корозионните влияния са главно карбонати, хлориди и сулфати. Освен това общото съдържание на разтворими соли в почвата косвено влияе върху корозията чрез влиянието на други фактори, като ефекта на електро потенциал в металите и разтворимостта на кислород в почвата53.
Повечето от разтворимите дисоциирани от соли йони в почвата не участват пряко в електрохимичните реакции, но влияят върху корозията на метала чрез съпротивлението на почвата. Колкото по-висока е солеността на почвата, толкова по-силна е проводимостта на почвата и толкова по-силна е ерозията на почвата. Съдържанието на соленост на почвата на естествените склонове е значително по-високо от това на железопътните склонове, което може да се дължи на факта, че естествените склонове са богати на растителност, която е благоприятна за почвата и опазване на водата. Друга причина може да е, че естественият наклон е претърпял зряло образуване на почвата (основен материал на почвата, образуван от изветряне на скалите), но почвата на склона на железопътната линия е съставена от натрошени каменни фрагменти като матрица на „изкуствена почва“ и не е претърпяла достатъчен процес на почвообразуване.Минералите не се отделят. В допълнение, йоните на солта в дълбоката почва на естествените склонове се повишиха чрез капилярно действие по време на повърхностното изпаряване и се натрупаха в повърхностната почва, което доведе до увеличаване на съдържанието на солни йони в повърхностната почва. Дебелината на почвата на железопътния наклон е по-малка от 20 cm, което води до неспособността на горния почвен слой да допълва солта от дълбоката почва.
Положителните йони (като K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+ и др.) имат малък ефект върху корозията на почвата, докато анионите играят значителна роля в електрохимичния процес на корозия и оказват значително влияние върху корозията на метала. Cl− може да ускори корозията на анода и е най-корозивният анион;колкото по-високо е съдържанието на Cl−, толкова по-силна е корозията на почвата. SO42− не само насърчава корозията на стоманата, но също така причинява корозия в някои бетонови материали54. Също така корозира желязото. В серия от експерименти с кисела почва беше установено, че скоростта на корозия е пропорционална на киселинността на почвата55. Хлоридът и сулфатът са основните компоненти на разтворимите соли, които могат директно да ускорят кавитацията на металите. Проучванията показват, че загубата на тегло от корозия на въглеродна стомана в алкални почви е почти пропорционална на добавянето на хлоридни и сулфатни йони56,57. Lee et al.установено, че SO42- може да възпрепятства корозията, но насърчава развитието на корозионни ями, които вече са се образували58.
Съгласно стандарта за оценка на корозивността на почвата и резултатите от теста, съдържанието на хлоридни йони във всяка почвена проба на склона е над 100 mg/kg, което показва силна корозивност на почвата. Съдържанието на сулфатни йони както на склоновете нагоре, така и надолу е над 200 mg/kg и под 500 mg/kg, а почвата е умерено корозирала. Съдържанието на сулфатни йони в средния склон е по-ниско от 200 mg/ kg и почвената корозия е слаба. Когато почвената среда съдържа висока концентрация, тя ще участва в реакцията и ще произведе корозионна скала на повърхността на металния електрод, като по този начин ще забави корозионната реакция. С увеличаването на концентрацията, скала може внезапно да се счупи, като по този начин значително ускорява скоростта на корозия;тъй като концентрацията продължава да нараства, корозионната скала покрива повърхността на металния електрод и скоростта на корозия отново показва тенденция на забавяне59. Проучването установи, че количеството в почвата е по-ниско и следователно има малък ефект върху корозията.
Съгласно таблица 4, корелацията между наклона и почвените аниони показва, че има значителна положителна корелация между наклона и хлоридните йони (R2=0,836) и значителна положителна корелация между наклона и общите разтворими соли (R2=0,742).
Това предполага, че повърхностният отток и ерозията на почвата може да са отговорни за промените в общите разтворими соли в почвата. Имаше значителна положителна корелация между общите разтворими соли и хлоридните йони, което може да се дължи на това, че общите разтворими соли са групата от хлоридни йони, а съдържанието на общите разтворими соли определя съдържанието на хлоридни йони в почвените разтвори. Следователно можем да знаем, че разликата в наклона може да причини тежка корозия на метална мрежеста част.
Органичната материя, общият азот, наличният азот, наличният фосфор и наличният калий са основните хранителни вещества в почвата, които влияят върху качеството на почвата и усвояването на хранителни вещества от кореновата система. Хранителните вещества в почвата са важен фактор, влияещ върху микроорганизмите в почвата, така че си струва да се проучи дали има връзка между хранителните вещества в почвата и корозията на метала. Железопътната линия Suiyu е завършена през 2003 г. , което означава, че изкуствената почва е претърпяла само 9 години натрупване на органична материя. Поради спецификата на изкуствената почва е необходимо да имате добро разбиране на хранителните вещества в изкуствената почва.
Изследването показва, че съдържанието на органична материя е най-високо в почвата на естествения склон след целия процес на почвообразуване. Съдържанието на органична материя в почвата с нисък наклон е най-ниско. Поради влиянието на атмосферните условия и повърхностния отток хранителните вещества в почвата ще се натрупват по средата на склона и надолу по склона, образувайки дебел слой хумус. Въпреки това, поради малките частици и лошата стабилност на почвата с нисък наклон, органичната материя лесно се натрупва разлагат се от микроорганизми. Проучването установи, че покритието и разнообразието на растителността в средните и долните склонове са високи, но хомогенността е ниска, което може да доведе до неравномерно разпределение на повърхностните хранителни вещества. Дебелият слой хумус задържа вода и почвените организми са активни. Всичко това ускорява разлагането на органичната материя в почвата.
Съдържанието на алкално-хидролизиран азот в железопътните линии нагоре, средния и долния наклон е по-високо от това на естествения наклон, което показва, че степента на минерализация на органичния азот на железопътния наклон е значително по-висока от тази на естествения наклон. Колкото по-малки са частиците, толкова по-нестабилна е структурата на почвата, толкова по-лесно е за микроорганизмите да разграждат органичната материя в агрегатите, и колкото по-голям е запасът от минерализиран органичен азот60,61. В съответствие с резултатите от проучването 62, съдържанието на агрегати от малки частици в почвата на железопътните склонове е значително по-високо от това на естествените склонове. Следователно трябва да се вземат подходящи мерки за увеличаване на съдържанието на торове, органични вещества и азот в почвата на железопътния склон и за подобряване на устойчивото използване на почвата. те от наличния фосфор и наличния калий, причинени от повърхностния отток, представляват 77,27% до 99,79% от общата загуба на наклона на железопътната линия. Повърхностният отток може да бъде основният двигател на наличната загуба на хранителни вещества в почвите по склоновете63,64,65.
Както е показано в таблица 4, има значителна положителна корелация между положението на наклона и наличния фосфор (R2=0,948), а корелацията между положението на наклона и наличния калий е същата (R2=0,898). Това показва, че положението на наклона влияе върху съдържанието на наличния фосфор и наличния калий в почвата.
Градиентът е важен фактор, влияещ върху съдържанието на органична материя в почвата и обогатяването на азот66, и колкото по-малък е градиентът, толкова по-голяма е скоростта на обогатяване. За обогатяването на почвата с хранителни вещества загубата на хранителни вещества е отслабена и ефектът от позицията на склона върху съдържанието на органична материя в почвата и общото обогатяване на азот не е очевиден. Различните видове и брой растения на различни склонове имат различни органични киселини, секретирани от корените на растенията. Органичните киселини са благоприятно за фиксирането на наличния фосфор и наличния калий в почвата. Следователно има значителна корелация между положението на наклона и наличния фосфор, както и положението на наклона и наличния калий.
За да се изясни връзката между хранителните вещества в почвата и корозията на почвата, е необходимо да се анализира корелацията. Както е показано в таблица 5, редокс потенциалът е значително отрицателно корелиран с наличния азот (R2 = -0,845) и значително положително корелиран с наличния фосфор (R2 = 0,842) и наличния калий (R2 = 0,980). Редокс потенциалът отразява качеството на редокс, което обикновено се влияе от някои физични и химични свойства на почвата и след това засяга поредица от свойства на почвата. Следователно това е важен фактор при определяне на посоката на трансформация на хранителните вещества в почвата67. Различните редокс качества могат да доведат до различни състояния и наличност на хранителни фактори. Следователно редокс потенциалът има значителна корелация с наличния азот, наличния фосфор и наличния калий.
В допълнение към свойствата на метала корозионният потенциал е свързан и със свойствата на почвата. Потенциалът на корозия е значително отрицателно свързан с органичната материя, което показва, че органичната материя има значителен ефект върху корозионния потенциал. В допълнение, органичната материя също е значително отрицателно свързана с потенциалния градиент (SN) (R2=-0,713) и сулфатния йон (R2=-0,671), което показва, че съдържанието на органична материя също влияе върху потенциалния градиент (SN) и сулфата ion..Има значителна отрицателна корелация между pH на почвата и наличния калий (R2 = -0,728).
Наличният азот е в значително отрицателна корелация с общите разтворими соли и хлоридни йони, а наличният фосфор и наличният калий са в значителна положителна корелация с общите разтворими соли и хлоридни йони. Това показва, че наличното съдържание на хранителни вещества значително повлиява количеството на общите разтворими соли и хлоридни йони в почвата, а анионите в почвата не са благоприятни за натрупването и доставянето на налични хранителни вещества. Общо нитро gen има значително отрицателна корелация със сулфатния йон и значително положителна корелация с бикарбоната, което показва, че общият азот има ефект върху съдържанието на сулфат и бикарбонат. Растенията имат малко търсене на сулфатни йони и бикарбонатни йони, така че повечето от тях са свободни в почвата или се абсорбират от почвените колоиди. Бикарбонатните йони благоприятстват натрупването на азот в почвата, а сулфатните йони намаляват наличността на азот в почвата. Следователно, подходящото увеличаване на съдържанието на наличния азот и хумус в почвата е от полза за намаляване на корозивността на почвата.
Почвата е система със сложен състав и свойства.Корозивността на почвата е резултат от синергичното действие на много фактори.Поради това обикновено се използва метод за цялостна оценка за оценка на корозивността на почвата. С позоваване на „Кодекс за геотехническо инженерно изследване“ (GB50021-94) и методите за изпитване на China Soil Corrosion Test Network, степента на корозия на почвата може да бъде изчерпателно оценена съгласно следните стандарти: (1) Оценката е слаба корозия, ако е само слаба корозия, няма умерена корозия или силна корозия сион;(2) ако няма силна корозия, тя се оценява като умерена корозия;(3) ако има едно или две места със силна корозия, това се оценява като силна корозия;(4) ако има 3 или повече места със силна корозия, това се оценява като силна корозия за тежка корозия.
Съгласно съпротивлението на почвата, редокс потенциала, съдържанието на вода, съдържанието на сол, стойността на рН и съдържанието на Cl- и SO42-, степента на корозия на почвените проби на различни склонове беше изчерпателно оценена. Резултатите от изследването показват, че почвите на всички склонове са силно корозивни.
Потенциалът на корозия е важен фактор, влияещ върху корозията на мрежата за защита на склона. Потенциалът на корозия на трите склона е по-нисък от -200 mv, което има най-голямо въздействие върху корозията на металната мрежа нагоре. Градиентът на потенциала може да се използва, за да се прецени величината на блуждаещия ток в почвата. Блуждаещият ток е важен фактор, влияещ върху корозията на металната мрежа на средни склонове и склонове нагоре, особено на среден наклон pes. Общото съдържание на разтворими соли в почвите на горните, средните и долните склонове е над 500 mg/kg, а корозионният ефект върху мрежата за защита на склона е умерен. Съдържанието на вода в почвата е важен фактор, влияещ върху корозията на металните мрежи по средата на склона и надолу по склона и има по-голямо въздействие върху корозията на мрежите за защита на склона. Хранителните вещества са най-изобилни в средния склон, така че il, което показва, че има чести микробни дейности и бърз растеж на растенията.
Изследването показва, че корозионният потенциал, потенциалният градиент, общото съдържание на разтворими соли и съдържанието на вода са основните фактори, влияещи върху корозията на почвата на трите склона, а корозивността на почвата се оценява като силна. Корозията на мрежата за защита на наклона е най-сериозна при средния наклон, което дава референция за антикорозионния дизайн на мрежата за защита на наклона на железопътната линия. Подходящо добавяне на налични азотни и органични торове полезно за намаляване на корозията на почвата, улесняване на растежа на растенията и накрая стабилизиране на наклона.
Как да цитирам тази статия: Chen, J. et al. Ефекти от състава на почвата и електрохимията върху корозията на мрежа от скални склонове по китайска железопътна линия.science.Rep.5, 14939;doi: 10.1038/srep14939 (2015).
Lin, YL & Yang, GL Динамични характеристики на железопътни земни склонове при земетресение.природно бедствие.69, 219–235 (2013).
Sui Wang, J. et al. Анализ на типични щети от земетресение на магистрали в засегнатата от земетресението зона Wenchuan на провинция Съчуан [J].Китайски журнал за скална механика и инженерство.28, 1250–1260 (2009).
Weilin, Z., Zhenyu, L. & Jinsong, J. Анализ на сеизмичните щети и мерки за противодействие на магистрални мостове при земетресение в Wenchuan. Китайски вестник за скална механика и инженерство. 28, 1377–1387 (2009).
Lin, CW, Liu, SH, Lee, SY & Liu, CC Ефектът от земетресението в Чичи върху свлачища, предизвикани от последващи валежи в централен Тайван. Инженерна геология.86, 87–101 (2006).
Koi, T. et al. Дългосрочни ефекти от предизвиканите от земетресения свлачища върху производството на седименти в планински водосбор: регион Tanzawa, Япония.geomorphology.101, 692–702 (2008).
Hongshuai, L., Jingshan, B. & Dedong, L. Преглед на изследванията върху анализа на сеизмичната стабилност на геотехническите склонове. Земетръсно инженерство и инженерна вибрация. 25, 164–171 (2005).
Юе Пинг, Изследване на геоложките опасности, причинени от земетресението Уенчуан в Съчуан.Journal of Engineering Geology 4, 7–12 (2008).
Али, Ф. Защита на склонове с растителност: механика на корените на някои тропически растения. Международно списание за физически науки. 5, 496–506 (2010).
Takyu, M., Aiba, SI & Kitayama, K. Топографски ефекти върху тропическите нископланински гори при различни геоложки условия в планината Кинабалу, Борнео. Екология на растенията. 159, 35–49 (2002).
Stokes, A. et al. Идеални характеристики на корените на растенията за защита на естествени и инженерни склонове от свлачища. Растения и почви, 324, 1-30 (2009).
De Baets, S., Poesen, J., Gyssels, G. & Knapen, A. Ефекти на корените на тревата върху ерозията на горния почвен слой по време на концентриран поток. Геоморфология 76, 54–67 (2006).