Hvala što ste posjetili Nature.com. Verzija preglednika koju koristite ima ograničenu podršku za CSS. Za najbolje iskustvo preporučujemo da koristite ažurirani preglednik (ili isključite način rada kompatibilnosti u Internet Exploreru). U međuvremenu, kako bismo osigurali stalnu podršku, prikazat ćemo web mjesto bez stilova i JavaScripta.
Uzimajući nagib željezničke pruge Sui-Chongqing kao predmet istraživanja, otpornost tla, elektrokemija tla (potencijal korozije, redoks potencijal, potencijalni gradijent i pH), anioni tla (ukupne topive soli, Cl-, SO42- i) i ishrana tla. (Sadržaj vlage, organska tvar, ukupni dušik, alkalno hidrolizirani dušik, dostupni fosfor, dostupni kalij) Pod različitim uvjetima nagiba, stupanj korozije ocjenjuje se prema pojedinačnim pokazateljima i sveobuhvatnim pokazateljima umjetnog tla. U usporedbi s drugim čimbenicima, voda ima najveći utjecaj na koroziju zaštitne mreže za pokos, zatim sadržaj aniona. Ukupna topljiva sol ima umjeren učinak na koroziju zaštitne mreže za pokos, a lutajuća struja ima umjeren učinak na koroziju zaštitne mreže za pokos. Stupanj korozije uzoraka tla je sveobuhvatno procijenjen, a korozija na gornjoj padini bila je umjerena, a korozija na srednjim i donjim padinama bila je jaka. Organska tvar u tlu bila je u značajnoj korelaciji s potencijalnim gradijentom. Dostupni dušik, raspoloživi kalij i dostupni fosfor bili su u značajnoj korelaciji s anionima. Raspodjela hranjivih tvari u tlu neizravno je povezana s tipom padine.
Kada se grade željeznice, autoceste i objekti za očuvanje vode, planinski otvori često su neizbježni. Zbog planina na jugozapadu, kineska željeznička izgradnja zahtijeva puno iskopavanja planine. Uništava izvorno tlo i vegetaciju, stvarajući izložene stjenovite padine. Ova situacija dovodi do klizišta i erozije tla, ugrožavajući tako sigurnost željezničkog prometa. Klizišta su loša za cestovni promet, posebno nakon potresa u Wenchuanu 12. svibnja 2008. Klizišta su postala široko rasprostranjena i ozbiljna potresna katastrofa1.U 2008. procjeni 4243 kilometra ključnih magistralnih cesta u provinciji Sichuan, bilo je 1736 teških potresa u koritima cesta i potpornim zidovima, što je činilo 39,76% ukupne duljine procjene. Izravni ekonomski gubici od oštećenja cesta premašili su 58 milijardi juana 2,3. Globalni primjeri pokazuju da geoopasnosti nakon potresa mogu potrajati najmanje 10 godina (potres u Tajvanu), pa čak i 40-50 godina (potres u Kantou u Japanu)4,5.Gradijent je glavni čimbenik koji utječe na opasnost od potresa6,7.Stoga je potrebno održavati nagib ceste i ojačati njenu stabilnost.Biljke igraju nezamjenjivu ulogu u zaštiti padina i obnovi ekološkog krajolika8.U usporedbi s običnim padinama tla, kamene padine nemaju nakupljanje čimbenika hranjivih tvari kao što su organska tvar, dušik, fosfor i kalij, i nemaju okoliš tla potreban za rast vegetacije. Zbog čimbenika kao što su velika padina i erozija kišom, tlo na padinama se lako gubi. Okruženje na padinama je surovo, nedostaju potrebni uvjeti za rast biljaka, a tlo na padinama nema potpornu stabilnost9. Prskanje padina osnovnim materijalom za pokrivanje tla radi zaštite padine je uobičajeno tehnologija ekološke obnove padina koja se često koristi u mojoj zemlji. Umjetno tlo koje se koristi za prskanje sastoji se od drobljenog kamena, zemlje s poljoprivrednog zemljišta, slame, složenog gnojiva, sredstva za zadržavanje vode i ljepila (uobičajeno korištena ljepila uključuju portland cement, organsko ljepilo i emulgator asfalta) u određenom omjeru. Tehnički postupak je: prvo položite bodljikavu žicu na stijenu, a zatim pričvrstite bodljikavu žicu s zakovice i sidrene vijke te na kraju raspršite umjetno tlo koje sadrži sjeme na padini s posebnim raspršivačem. Uglavnom se koristi metalna mreža u obliku dijamanta 14# koja je potpuno pocinčana, sa standardom mreže od 5 cm × 5 cm i promjerom od 2 mm. Metalna mreža omogućuje matrici tla da oblikuje izdržljivu monolitnu ploču na površini stijene. Metalna mreža će korodirati u tlu , jer je samo tlo elektrolit, a stupanj korozije ovisi o karakteristikama tla. Procjena faktora korozije tla od velike je važnosti za ocjenu erozije metalne mreže uzrokovane tlom i otklanjanje opasnosti od klizišta.
Vjeruje se da korijenje biljaka ima presudnu ulogu u stabilizaciji padina i kontroli erozije10,11,12,13,14. Za stabilizaciju padina protiv plitkih klizišta može se koristiti vegetacija jer korijenje biljaka može učvrstiti tlo kako bi se spriječilo klizište15,16,17. Drvenasta vegetacija, posebno drveće, pomaže u sprječavanju plitkih klizišta18.Čvrsta zaštitna struktura koju čine okomite i bočne korijenski sustavi biljaka koji djeluju kao ojačavajuće hrpe u tlu. Razvoj uzoraka korijenske arhitekture pokreću geni, a okoliš u tlu igra odlučujuću ulogu u tim procesima. Korozija metala varira s okolišem u tlu 20. Stupanj korozije metala u tlu može varirati od prilično brzog otapanja do zanemarivog utjecaja 21. Umjetno tlo uvelike se razlikuje od pravog "tla". Stvaranje prirodnog tla rezultat je interakcije između vanjskog okoliša i raznih organizama tijekom desetaka milijuna godina22,23,24. Prije nego što drvenasta vegetacija formira stabilan korijenski sustav i ekosustav, može li metalna mreža u kombinaciji sa stijenom i umjetnim tlom sigurno funkcionirati izravno je povezano s razvojem prirodnog gospodarstva, sigurnošću života i poboljšanjem ekološkog okoliša.
Međutim, korozija metala može dovesti do velikih gubitaka. Prema istraživanju provedenom u Kini ranih 1980-ih o kemijskim strojevima i drugim industrijama, gubici uzrokovani korozijom metala iznosili su 4% ukupne izlazne vrijednosti. Stoga je od velike važnosti proučiti mehanizam korozije i poduzeti zaštitne mjere za ekonomičnu izgradnju. Tlo je složen sustav plinova, tekućina, krutina i mikroorganizama. Mikrobni metabolit mogu korodirati materijale, a lutajuće struje također mogu uzrokovati koroziju. Stoga je važno spriječiti koroziju metala zakopanih u tlu. Trenutačno se istraživanje o zakopanoj metalnoj koroziji uglavnom usredotočuje na (1) čimbenike koji utječu na zakopanu metalnu koroziju25;(2) metode zaštite metala26,27;(3) metode prosudbe stupnja korozije metala28;Korozija u različitim medijima. Međutim, sva tla u studiji bila su prirodna i prošla su dostatne procese formiranja tla. Međutim, nema izvješća o umjetnoj eroziji tla kamenih padina željezničke pruge.
U usporedbi s drugim korozivnim medijima, umjetno tlo ima karakteristike nelikvidnosti, heterogenosti, sezonskosti i regionalnosti. Korozija metala u umjetnim tlima uzrokovana je elektrokemijskim interakcijama između metala i umjetnih tla. Osim urođenih čimbenika, brzina korozije metala također ovisi o okolnom okruženju. Razni čimbenici utječu na koroziju metala pojedinačno ili u kombinaciji, kao što su sadržaj vlage, sadržaj kisika, ukupni sadržaj topljive soli, sadržaj aniona i metalnih iona, pH, mikrobi u tlu30,31,32.
U 30 godina prakse, pitanje kako trajno očuvati umjetna tla na stjenovitim padinama bilo je problem33. Grmlje ili drveće ne mogu rasti na nekim padinama nakon 10 godina ručne njege zbog erozije tla. Prljavština na površini metalne mreže je na nekim mjestima isprana. Zbog korozije su neke metalne mreže popucale i izgubile svu zemlju iznad i ispod njih (Slika 1). istraživanje korozije željezničkih padina uglavnom se usredotočuje na koroziju rešetke za uzemljenje željezničkih trafostanica, koroziju lutajuće struje koju stvara laka željeznica i koroziju željezničkih mostova34,35, tračnica i druge opreme vozila36. Nije bilo izvješća o koroziji metalne mreže za zaštitu željezničkih padina. Ovaj rad proučava fizikalna, kemijska i elektrokemijska svojstva umjetnih tla na jugozapadnoj stijenskoj padini željeznice Suiyu, s ciljem predviđanja korozije metala procjenom svojstava tla i pružanja teorijske i praktične osnove za obnovu ekosustava tla i umjetnu obnovu. Umjetno nagib.
Ispitno mjesto nalazi se u brdovitom području Sichuana (30°32′N, 105°32′E) u blizini željezničke stanice Suining. Područje se nalazi u sredini Sečuanskog bazena, s niskim planinama i brdima, s jednostavnom geološkom strukturom i ravnim terenom. Erozija, rezanje i nakupljanje vode stvaraju erodirane brdovite krajolike. Podloga je uglavnom vapnenac, a jalovina je uglavnom čista cjelovitost je loša, a stijena ima blokovitu strukturu. Područje istraživanja ima suptropsku vlažnu monsunsku klimu sa sezonskim karakteristikama ranog proljeća, vrućeg ljeta, kratke jeseni i kasne zime. Padavine su obilne, izvora svjetlosti i topline ima u izobilju, razdoblje bez smrzavanja je dugo (u prosjeku 285 dana), klima je blaga, prosječna godišnja temperatura je 17,4°C, prosječna temperatura najtoplijeg mjeseca (A kolovoz) je 27,2°C, a ekstremna maksimalna temperatura je 39,3°C. Najhladniji mjesec je siječanj (prosječna temperatura je 6,5°C), ekstremna minimalna temperatura je -3,8°C, a godišnji prosjek padalina je 920 mm, uglavnom koncentriran u srpnju i kolovozu. Količina oborina u proljeće, ljeto, jesen i zimi jako varira.Udio padalina u svakom godišnjem dobu je 19-21%, 51-54%, 22-24% odnosno 4-5%.
Mjesto istraživanja je padina od oko 45° na padini željeznice Yu-Sui izgrađene 2003. U travnju 2012. okrenuta je prema jugu unutar 1 km od željezničke stanice Suining.Prirodni nagib korišten je kao kontrola. Ekološka obnova padine usvaja stranu tehnologiju prskanja tla za nadopunjavanje za ekološku obnovu. Prema visini padine sa strane željezničke pruge, padina se može podijeliti na uzbrdicu, srednju padinu i nizbrdicu (Sl. 2). Budući da je debljina usječene padine, umjetno tlo je oko 10 cm, kako bi se izbjeglo zagađenja korozijskim produktima metalne mreže tla, koristimo samo lopatu od nehrđajućeg čelika kako bismo uzeli površinu tla od 0-8 cm. Četiri ponavljanja postavljena su za svaki položaj padine, s 15-20 nasumičnih točaka uzorkovanja po ponavljanju. Svaki je replikat mješavina 15-20 nasumično određenih iz točaka uzorkovanja u obliku slova S. Njegova svježa težina je oko 500 grama. Donesite uzorke natrag u laboratorij u polietilenskim ziplock vrećama na obradu. Tlo se prirodno suši na zraku, a šljunak i životinjski i biljni ostaci se izvade, zgnječe štapom od ahata i prosiju najlonskim sitom od 20 oka, 100 oka, osim grubih čestica.
Otpornost tla izmjerena je pomoću uređaja za ispitivanje otpora uzemljenja VICTOR4106 proizvođača Shengli Instrument Company;na terenu je izmjeren otpor tla;vlažnost tla mjerena je metodom sušenja. Prijenosni digitalni mv/pH instrument DMP-2 ima visoku ulaznu impedanciju za mjerenje potencijala korozije tla. Gradijent potencijala i redoks potencijal određeni su DMP-2 prijenosnim digitalnim mv/pH, ukupna topljiva sol u tlu određena je metodom sušenja ostataka, sadržaj kloridnih iona u tlu određen je metodom titracije AgNO3 (Mohr metoda), sadržaj sulfata u tlu je određen indirektnom metodom EDTA titracije, metodom dvostruke indikatorske titracije za određivanje karbonata i bikarbonata u tlu, metodom zagrijavanja oksidacijom kalijevog dikromata za određivanje organske tvari u tlu, metodom difuzije alkalne otopine za određivanje dušika alkalne hidrolize u tlu, digestijom H2SO4-HClO4 Mo-Sb kolorimetrijskom metodom Ukupni fosfor u tlu i raspoloživi sadržaj fosfora u tlu određeni su Olsenovom metodom (0,05 mol /L otopine NaHCO3 kao ekstraktanta), a ukupni sadržaj kalija u tlu određen je fuziono-plamenom fotometrijom natrijevog hidroksida.
Eksperimentalni podaci su inicijalno sistematizirani. SPSS Statistics 20 korišten je za izvođenje srednje vrijednosti, standardne devijacije, jednosmjerne ANOVA-e i ljudske korelacijske analize.
Tablica 1 prikazuje elektromehanička svojstva, anione i hranjive tvari tla s različitim nagibima. Potencijal korozije, otpornost tla i gradijent potencijala istok-zapad različitih padina bili su značajni (P < 0,05). Redoks potencijali nizbrdice, srednje padine i prirodnog nagiba bili su značajni (P < 0,05). Gradijent potencijala okomito na tračnicu, to jest, gradijent potencijala sjever-jug, je uzbrdica> nizbrdica> srednja padina. pH vrijednost tla bila je redoslijedom nizbrdo> uzbrdo> srednja padina> prirodna padina. Ukupna topljiva sol, prirodni nagib bio je značajno veći od nagiba željezničke pruge (P <0,05). Ukupni sadržaj topljive soli u tlu trećeg razreda željezničke padine je iznad 500 mg/kg, a ukupna topljiva sol ima umjeren učinak na korozija metala. Sadržaj organske tvari u tlu bio je najveći na prirodnoj padini, a najmanji na nizbrdici (P < 0,05). Ukupni sadržaj dušika bio je najveći na srednjoj padini, a najmanji na uzbrdici;raspoloživi sadržaj dušika bio je najveći na nizbrdici i srednjem nagibu, a najmanji na prirodnom nagibu;ukupni sadržaj dušika na uzbrdici i nizbrdici željezničke pruge bio je niži, ali je raspoloživi sadržaj dušika bio viši. To ukazuje da je stopa mineralizacije organskog dušika uzbrdo i nizbrdo brza. Dostupni sadržaj kalija isti je kao i dostupni fosfor.
Otpornost tla je indeks koji pokazuje električnu vodljivost i osnovni parametar za procjenu korozije tla. Čimbenici koji utječu na otpornost tla uključuju sadržaj vlage, ukupni sadržaj topljive soli, pH, teksturu tla, temperaturu, sadržaj organske tvari, temperaturu tla i nepropusnost. Općenito govoreći, tla s niskim otporom više su korozivna, i obrnuto. Korištenje otpornosti za procjenu korozivnosti tla je metoda koja se obično koristi u raznim zemljama .Tablica 1 prikazuje kriterije ocjene stupnja korozivnosti za svaki pojedinačni indeks37,38.
Prema rezultatima ispitivanja i standardima u mojoj zemlji (tablica 1), ako se korozivnost tla procjenjuje samo otpornošću tla, tlo na uzbrdici je vrlo korozivno;tlo na nizbrdici je umjereno korozivno;korozivnost tla na srednjoj kosini i prirodnoj kosini je relativno niska slaba.
Otpornost tla uzbrdice znatno je manja nego kod drugih dijelova padine, što može biti uzrokovano erozijom kišom. Gornji sloj tla na uzbrdici zajedno s vodom teče do srednje padine, tako da je metalna zaštitna mreža za uzbrdo padine blizu gornjeg sloja tla. Neke od metalnih mreža bile su izložene i čak lebdjele u zraku (Slika 1). Otpornost tla izmjerena je na licu mjesta;razmak pilota bio je 3m;dubina zabijanja pilota bila je ispod 15 cm. Gola metalna mreža i hrđa koja se ljušti mogu ometati rezultate mjerenja. Stoga je nepouzdano procijeniti korozivnost tla samo pomoću indeksa otpornosti tla. U sveobuhvatnoj procjeni korozije, otpornost tla na uzbrdici se ne uzima u obzir.
Zbog visoke relativne vlažnosti, višegodišnji vlažni zrak u području Sichuana uzrokuje ozbiljniju korodiju metalne mreže izložene zraku od metalne mreže zakopane u tlo39. Izloženost žičane mreže zraku može rezultirati smanjenim životnim vijekom, što može destabilizirati tla uzbrdo. Gubitak tla može otežati rast biljaka, osobito drvenastih biljaka. Zbog nedostatka drvenastih biljaka, to je teško formirati korijenski sustav uzbrdo kako bi se tlo učvrstilo. Istovremeno, rast biljaka također može poboljšati kvalitetu tla i povećati sadržaj humusa u tlu, koji ne samo da može zadržati vodu, već i pružiti dobro okruženje za rast i reprodukciju životinja i biljaka, čime se smanjuje gubitak tla. Stoga, u ranoj fazi izgradnje, više drvenastih sjemenki treba posijati na uzbrdici, a sredstvo za zadržavanje vode treba stalno dodavati i pokrivati ​​filmom za zaštitu, kako bi se smanjila erozija tla uz padinu kišnicom.
Potencijal korozije važan je čimbenik koji utječe na koroziju mreže za zaštitu nagiba na kosini s tri razine, a ima najveći utjecaj na nagib uzbrdice (Tablica 2). U normalnim uvjetima, potencijal korozije ne mijenja se mnogo u danom okruženju. Primjetnu promjenu mogu uzrokovati lutajuće struje. Lutajuće struje odnose se na struje 40, 41, 42 koje cure u podlogu i tlo kada vozila koriste javni prijevoz S razvojem prometnog sustava, željeznički prometni sustav moje zemlje postigao je elektrifikaciju velikih razmjera, a korozija zakopanih metala uzrokovana curenjem istosmjerne struje iz elektrificiranih željeznica ne može se zanemariti. Trenutno se gradijent potencijala tla može koristiti za određivanje sadrži li tlo poremećaje lutajuće struje. Kada je gradijent potencijala površinskog tla manji od 0,5 mv/m, lutajuća struja je nizak;kada je gradijent potencijala u rasponu od 0,5 mv/m do 5,0 mv/m, lutajuća struja je umjerena;kada je potencijalni gradijent veći od 5,0 mv/m, razina lutajuće struje je visoka. Plutajući raspon potencijalnog gradijenta (EW) srednje padine, uzbrdice i nizbrdice prikazan je na slici 3. Što se tiče plutajućeg raspona, postoje umjerene lutajuće struje u smjerovima istok-zapad i sjever-jug srednje padine. Stoga je lutajuća struja važan čimbenik koji utječe na korozija metalnih mreža na sredini padine i nizbrdici, posebno na sredini padine.
Općenito, redoks potencijal tla (Eh) iznad 400 mV označava oksidacijsku sposobnost, iznad 0-200 mV je srednja redukcijska sposobnost, a ispod 0 mV velika redukcijska sposobnost. Što je niži redoks potencijal tla, to je veća korozijska sposobnost mikroorganizama tla na metale44. Moguće je predvidjeti trend mikrobne korozije tla iz redoks potencijala. Studija je pokazala da tlo redoks potencijal tri padine bio je veći od 500 mv, a razina korozije bila je vrlo mala. To pokazuje da je stanje ventilacije tla na padinama dobro, što ne pogoduje koroziji anaerobnih mikroorganizama u tlu.
Prethodne studije su otkrile da je utjecaj pH tla na eroziju tla očigledan. S fluktuacijom pH vrijednosti značajno se utječe na brzinu korozije metalnih materijala. pH tla usko je povezan s područjem i mikroorganizmima u tlu45,46,47. Općenito govoreći, učinak pH tla na koroziju metalnih materijala u blago alkalnom tlu nije očit. Tla tri padine željezničke pruge sva su alkalan, pa je učinak pH na koroziju metalne mreže slab.
Kao što se može vidjeti iz tablice 3, korelacijska analiza pokazuje da su redoks potencijal i položaj nagiba značajno pozitivno korelirani (R2 = 0,858), korozijski potencijal i potencijalni gradijent (SN) značajno pozitivno koreliraju (R2 = 0,755), a redoks potencijal i potencijalni gradijent (SN) značajno pozitivno koreliraju (R2 = 0,755).Postojala je značajna negativna korelacija između potencijala i pH (R2 = -0,724). Položaj nagiba bio je u značajnoj pozitivnoj korelaciji s redoks potencijalom. To pokazuje da postoje razlike u mikrookruženju različitih položaja nagiba, a mikroorganizmi u tlu usko su povezani s redoks potencijalom48, 49, 50. Redoks potencijal bio je u značajnoj negativnoj korelaciji s pH51,52. Ovaj odnos je pokazao da su pH i Eh vrijednosti se nisu uvijek mijenjale sinkrono tijekom redoks procesa tla, već su imale negativan linearni odnos. Potencijal korozije metala može predstavljati relativnu sposobnost dobivanja i gubitka elektrona. Iako je potencijal korozije bio u značajnoj pozitivnoj korelaciji s gradijentom potencijala (SN), gradijent potencijala može biti uzrokovan lakim gubitkom elektrona od strane metala.
Ukupni sadržaj topljive soli u tlu usko je povezan s korozivnošću tla. Općenito govoreći, što je veći salinitet tla, to je niža otpornost tla, čime se povećava otpornost tla. U elektrolitima u tlu, ne samo anioni i različiti rasponi, već i korozijski utjecaji su uglavnom karbonati, kloridi i sulfati. Osim toga, ukupni sadržaj topljive soli u tlu neizravno utječe na koroziju kroz utjecaj drugih čimbenika, kao što je učinak elektro de potencijal u metalima i topljivost kisika u tlu53.
Većina topivih iona disociranih u soli u tlu ne sudjeluje izravno u elektrokemijskim reakcijama, ali utječe na koroziju metala kroz otpornost tla. Što je veći salinitet tla, to je jača vodljivost tla i jača erozija tla. Sadržaj saliniteta tla na prirodnim padinama znatno je veći nego na padinama željezničke pruge, što može biti posljedica činjenice da su prirodne padine bogate vegetacijom, što je pogodno za tlo i očuvanje vode. Drugi razlog može biti to što je prirodna padina doživjela zrelo formiranje tla (materijal tla nastao trošenjem stijena), ali je tlo željezničke padine sastavljeno od fragmenata drobljenog kamena kao matrice "umjetnog tla" i nije prošlo dovoljan proces formiranja tla.Minerali se ne oslobađaju. Osim toga, ioni soli u dubokom tlu prirodnih padina porasli su kroz kapilarno djelovanje tijekom površinskog isparavanja i akumulirali se u površinskom tlu, što je rezultiralo povećanjem sadržaja iona soli u površinskom tlu. Debljina tla na kosini željezničke pruge je manja od 20 cm, što je rezultiralo nemogućnošću gornjeg sloja tla da dopuni sol iz dubokog tla.
Pozitivni ioni (kao što su K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+ itd.) imaju mali učinak na koroziju tla, dok anioni igraju značajnu ulogu u elektrokemijskom procesu korozije i imaju značajan utjecaj na koroziju metala. Cl− može ubrzati koroziju anode i najkorozivniji je anion;što je veći sadržaj Cl−, to je jača korozija tla. SO42− ne samo da potiče koroziju čelika, već također uzrokuje koroziju u nekim betonskim materijalima54. Također nagriza željezo. U nizu pokusa s kiselim tlom, utvrđeno je da je stopa korozije proporcionalna kiselosti tla55. Klorid i sulfat su glavne komponente topivih soli, koje mogu izravno ubrzati kavitaciju metala. Studije su pokazale da gubitak težine uslijed korozije ugljičnog čelika u alkalnim tlima gotovo je proporcionalan dodatku kloridnih i sulfatnih iona56,57. Lee et al.otkrili da SO42- može spriječiti koroziju, ali pospješiti razvoj korozijskih jama koje su već nastale58.
Prema standardu za procjenu korozivnosti tla i rezultatima ispitivanja, sadržaj kloridnih iona u svakom uzorku tla na padinama bio je iznad 100 mg/kg, što ukazuje na jaku korozivnost tla. Sadržaj sulfatnih iona na padinama uzbrdo i nizbrdo bio je iznad 200 mg/kg i ispod 500 mg/kg, a tlo je bilo umjereno korodirano. Sadržaj sulfatnih iona na srednjem nagibu niži je od 200 mg/ kg, a korozija u tlu je slaba. Kada medij u tlu sadrži visoku koncentraciju, sudjelovat će u reakciji i proizvesti korozivni kamenac na površini metalne elektrode, čime se usporava reakcija korozije. Kako se koncentracija povećava, kamenac se može iznenada slomiti, čime se znatno ubrzava stopa korozije;kako koncentracija nastavlja rasti, korozijska ljestvica prekriva površinu metalne elektrode, a brzina korozije ponovno pokazuje trend usporavanja59. Studija je otkrila da je količina u tlu manja i stoga ima mali učinak na koroziju.
Prema Tablici 4, korelacija između nagiba i aniona tla pokazala je da postoji značajna pozitivna korelacija između nagiba i kloridnih iona (R2=0,836), te značajna pozitivna korelacija između nagiba i ukupnih topivih soli (R2=0,742).
Ovo sugerira da bi površinsko otjecanje i erozija tla mogli biti odgovorni za promjene u ukupnim topivim solima u tlu. Postojala je značajna pozitivna korelacija između ukupnih topivih soli i kloridnih iona, što može biti zato što su ukupne topljive soli skup kloridnih iona, a sadržaj ukupnih topivih soli određuje sadržaj kloridnih iona u otopinama tla. Prema tome, možemo znati da razlika u nagibu može uzrokovati jaku koroziju metalni mrežasti dio.
Organska tvar, ukupni dušik, raspoloživi dušik, dostupni fosfor i dostupni kalij osnovna su hranjiva u tlu, koja utječu na kvalitetu tla i apsorpciju hranjivih tvari od strane korijenskog sustava. Hranjive tvari u tlu važan su čimbenik koji utječe na mikroorganizme u tlu, stoga je vrijedno proučavati postoji li korelacija između hranjivih tvari u tlu i korozije metala. Suiyu željeznica dovršena je 2003. , što znači da je umjetno tlo doživjelo samo 9 godina nakupljanja organske tvari. Zbog specifičnosti umjetnog tla, potrebno je dobro poznavati hranjive tvari u umjetnom tlu.
Istraživanje pokazuje da je sadržaj organske tvari najveći u tlu prirodnog padina nakon cijelog procesa formiranja tla. Sadržaj organske tvari u tlu s niskim nagibom bio je najmanji. Zbog utjecaja atmosferilija i površinskog otjecanja, hranjive tvari u tlu nakupljat će se na sredini padine i nizbrdo, tvoreći debeli sloj humusa. Međutim, zbog malih čestica i slabe stabilnosti tla s niskim nagibom, organska tvar se lako razgrađuju mikroorganizmi. Istraživanjem je utvrđeno da su pokrivenost i raznolikost vegetacije na srednjim padinama i nizbrdicama bili visoki, ali je homogenost niska, što može dovesti do neravnomjerne raspodjele površinskih hranjivih tvari. Debeli sloj humusa zadržava vodu i organizmi u tlu su aktivni. Sve to ubrzava razgradnju organske tvari u tlu.
Sadržaj alkalno hidroliziranog dušika u željezničkim prugama na uzbrdici, srednjoj i nizbrdici bio je viši nego na prirodnoj kosini, što ukazuje da je stopa mineralizacije organskog dušika na kosini pruge bila znatno viša od one na prirodnoj kosini. Što su čestice manje, to je struktura tla nestabilnija, mikroorganizmima je lakše razgraditi organsku tvar u agregatima, i što je veći bazen mineraliziranog organskog dušika60,61. U skladu s rezultatima studije 62, sadržaj agregata sitnih čestica u tlu padina željezničke pruge bio je znatno veći od onog na prirodnim padinama. Stoga se moraju poduzeti odgovarajuće mjere za povećanje sadržaja gnojiva, organske tvari i dušika u tlu padine željezničke pruge, te poboljšati održivo korištenje tla. te dostupnog fosfora i dostupnog kalija uzrokovanog površinskim otjecanjem činili su 77,27% do 99,79% ukupnog gubitka nagiba željezničke pruge. Površinsko otjecanje može biti glavni pokretač gubitka dostupnih hranjivih tvari u tlima na padinama63,64,65.
Kao što je prikazano u tablici 4, postoji značajna pozitivna korelacija između položaja nagiba i dostupnog fosfora (R2=0,948), a korelacija između položaja nagiba i dostupnog kalija bila je ista (R2=0,898). To pokazuje da položaj nagiba utječe na sadržaj dostupnog fosfora i dostupnog kalija u tlu.
Gradijent je važan čimbenik koji utječe na sadržaj organske tvari u tlu i obogaćivanje dušikom66, a što je manji gradijent, veća je stopa obogaćivanja. Za obogaćivanje tla hranjivim tvarima, gubitak hranjivih tvari je oslabljen, a učinak položaja padine na sadržaj organske tvari u tlu i ukupno obogaćivanje dušikom nije očit. Različite vrste i broj biljaka na različitim padinama imaju različite organske kiseline koje izlučuje korijen biljke. Organske kiseline su korisno za fiksaciju dostupnog fosfora i dostupnog kalija u tlu. Stoga je postojala značajna korelacija između položaja nagiba i dostupnog fosfora te položaja nagiba i dostupnog kalija.
Kako bi se pojasnio odnos između hranjivih tvari u tlu i korozije tla, potrebno je analizirati korelaciju. Kao što je prikazano u tablici 5, redoks potencijal je bio u značajnoj negativnoj korelaciji s dostupnim dušikom (R2 = -0,845) iu značajnoj pozitivnoj korelaciji s dostupnim fosforom (R2 = 0,842) i dostupnim kalijem (R2 = 0,980). Redoks potencijal odražava kvalitetu redoks, na koji obično utječu neka fizikalna i kemijska svojstva tla, a zatim utječe na niz svojstava tla. Stoga je važan čimbenik u određivanju smjera transformacije hranjivih tvari u tlu67. Različite redoks kvalitete mogu rezultirati različitim stanjima i dostupnošću hranidbenih čimbenika. Stoga, redoks potencijal ima značajnu korelaciju s dostupnim dušikom, dostupnim fosforom i dostupnim kalijem.
Osim svojstava metala, potencijal korozije također je povezan sa svojstvima tla. Potencijal korozije bio je u značajnoj negativnoj korelaciji s organskom tvari, što ukazuje da je organska tvar imala značajan učinak na potencijal korozije. Osim toga, organska tvar je također bila u značajnoj negativnoj korelaciji s gradijentom potencijala (SN) (R2=-0,713) i sulfatnim ionom (R2=-0,671), što ukazuje da sadržaj organske tvari također utječe na gradijent potencijala (SN) i sulfat ion..Postojala je značajna negativna korelacija između pH tla i dostupnog kalija (R2 = -0,728).
Raspoloživi dušik bio je u značajnoj negativnoj korelaciji s ukupnim topivim solima i kloridnim ionima, a dostupni fosfor i dostupni kalij bili su u značajnoj pozitivnoj korelaciji s ukupnim topivim solima i kloridnim ionima. To ukazuje da sadržaj dostupnih hranjivih tvari značajno utječe na količinu ukupnih topivih soli i kloridnih iona u tlu, a anioni u tlu nisu bili pogodni za akumulaciju i opskrbu dostupnim hranjivim tvarima. Ukupni nitro gen značajno negativno korelira sa sulfatnim ionom, a značajno pozitivno korelira s bikarbonatom, što ukazuje da ukupni dušik ima utjecaj na sadržaj sulfata i bikarbonata. Biljke imaju malu potražnju za sulfatnim ionima i bikarbonatnim ionima, pa ih je većina slobodna u tlu ili apsorbirana u koloidima tla. Bikarbonatni ioni pogoduju nakupljanju dušika u tlu, a sulfatni ioni smanjuju dostupnost dušika u tlu. tlo. Stoga je odgovarajuće povećanje sadržaja dostupnog dušika i humusa u tlu korisno za smanjenje korozivnosti tla.
Tlo je sustav složenog sastava i svojstava.Korozivnost tla rezultat je sinergijskog djelovanja mnogih čimbenika.Stoga se općenito koristi sveobuhvatna metoda procjene za procjenu korozivnosti tla. S obzirom na "Kodeks za istraživanje geotehničkog inženjerstva" (GB50021-94) i metode ispitivanja kineske mreže za ispitivanje korozije tla, stupanj korozije tla može se sveobuhvatno ocijeniti prema sljedećim standardima: (1) Procjena je slaba korozija, ako je samo slaba korozija, nema umjerene korozije ili jake korozije sion;(2) ako nema jake korozije, ocjenjuje se kao umjerena korozija;(3) ako postoji jedno ili dva mjesta jake korozije, ocjenjuje se kao jaka korozija;(4) ako postoje 3 ili više mjesta jake korozije, ocjenjuje se kao jaka korozija za jaku koroziju.
Prema otpornosti tla, redoks potencijalu, sadržaju vode, soli, pH vrijednosti te sadržaju Cl- i SO42-, iscrpno su ocijenjeni stupnjevi korozije uzoraka tla na različitim padinama. Rezultati istraživanja pokazuju da su tla na svim padinama vrlo korozivna.
Potencijal korozije važan je čimbenik koji utječe na koroziju zaštitne mreže za padine. Potencijali korozije triju padina niži su od -200 mv, što ima najveći utjecaj na koroziju metalne mreže uzbrdo. Gradijent potencijala može se koristiti za procjenu veličine lutajuće struje u tlu. Lutajuća struja je važan čimbenik koji utječe na koroziju metalne mreže na srednjim padinama i uzbrdicama, posebno na srednjim padinama pes. Ukupni sadržaj topljive soli u tlima gornjih, srednjih i donjih padina bio je iznad 500 mg/kg, a učinak korozije na zaštitnu mrežu padina bio je umjeren. Sadržaj vode u tlu važan je čimbenik koji utječe na koroziju metalnih mreža na sredini padine i nizbrdici, a ima veći utjecaj na koroziju mreža za zaštitu padine. Hranjivih tvari ima najviše u sredini padine, pa il, što ukazuje na česte mikrobne aktivnosti i brz rast biljaka.
Istraživanje pokazuje da su korozijski potencijal, potencijalni gradijent, ukupni sadržaj topljive soli i sadržaj vode glavni čimbenici koji utječu na koroziju tla na tri padine, a korozivnost tla je ocijenjena kao jaka. Korozija zaštitne mreže padine najozbiljnija je na srednjem padinama, što daje referencu za antikorozivni dizajn zaštitne mreže padine željezničke pruge. Potrebno je dodati odgovarajući dušik i organsko gnojivo. korisno za smanjenje korozije tla, olakšavanje rasta biljaka i konačno stabiliziranje padine.
Kako citirati ovaj članak: Chen, J. et al. Učinci sastava tla i elektrokemije na koroziju mreže stijenskih padina duž kineske željezničke pruge.science.Rep.5, 14939;doi: 10.1038/srep14939 (2015).
Lin, YL & Yang, GL Dinamičke karakteristike padina podloge željezničke pruge pod utjecajem potresa.prirodna katastrofa.69, 219–235 (2013).
Sui Wang, J. et al. Analiza tipičnih potresnih oštećenja autocesta u potresom pogođenom području Wenchuan u provinciji Sichuan [J].Kineski časopis za mehaniku i inženjerstvo stijena.28, 1250–1260 (2009).
Weilin, Z., Zhenyu, L. & Jinsong, J. Analiza seizmičke štete i protumjere mostova na autocestama u potresu u Wenchuanu. Kineski časopis za mehaniku i inženjerstvo stijena. 28, 1377–1387 (2009).
Lin, CW, Liu, SH, Lee, SY & Liu, CC Učinak potresa u Chichiju na klizišta izazvana naknadnim padalinama u središnjem Tajvanu. Inženjerska geologija.86, 87–101 (2006).
Koi, T. et al. Dugoročni učinci klizišta izazvanih potresom na proizvodnju sedimenta u planinskom slivu: regija Tanzawa, Japan.geomorfologija.101, 692–702 (2008).
Hongshuai, L., Jingshan, B. & Dedong, L. Pregled istraživanja analize seizmičke stabilnosti geotehničkih padina. Potresno inženjerstvo i inženjerske vibracije. 25, 164–171 (2005).
Yue Ping, Istraživanje geoloških opasnosti uzrokovanih Wenchuanskim potresom u Sichuanu.Časopis za inženjersku geologiju 4, 7–12 (2008).
Ali, F. Zaštita padina s vegetacijom: mehanika korijena nekih tropskih biljaka. Međunarodni časopis za fizičke znanosti. 5, 496–506 (2010).
Takyu, M., Aiba, SI & Kitayama, K. Topografski učinci na tropske niske planinske šume pod različitim geološkim uvjetima na planini Kinabalu, Borneo. Ekologija biljaka. 159, 35-49 (2002).
Stokes, A. et al. Idealne karakteristike korijena biljaka za zaštitu prirodnih i projektiranih padina od klizišta. Plants and Soils, 324, 1-30 (2009).
De Baets, S., Poesen, J., Gyssels, G. & Knapen, A. Učinci korijena trave na erodibilnost površinskog sloja tla tijekom koncentriranog protoka. Geomorfologija 76, 54–67 (2006).