Terima kasih telah mengunjungi Nature.com.Versi browser yang Anda gunakan memiliki dukungan terbatas untuk CSS.Untuk pengalaman terbaik, kami sarankan Anda menggunakan browser yang diperbarui (atau matikan mode kompatibilitas di Internet Explorer). Sementara itu, untuk memastikan dukungan yang berkelanjutan, kami akan menampilkan situs tanpa gaya dan JavaScript.
Mengambil lereng kereta api Sui-Chongqing sebagai objek penelitian, resistivitas tanah, elektrokimia tanah (potensi korosi, potensi redoks, gradien potensial dan pH), anion tanah (garam terlarut total, Cl-, SO42- dan) dan Nutrisi tanah. (Kandungan air, bahan organik, nitrogen total, nitrogen terhidrolisis alkali, fosfor yang tersedia, kalium yang tersedia) Di bawah lereng yang berbeda, tingkat korosi dievaluasi sesuai dengan indikator individu dan indikator komprehensif tanah buatan. Dibandingkan dengan faktor lain, air memiliki yang terbesar pengaruh terhadap korosi jaring pelindung lereng, diikuti oleh kandungan anion. Garam terlarut total memiliki efek moderat pada korosi jaring pelindung lereng, dan arus nyasar memiliki efek sedang pada korosi jaring pelindung lereng. Tingkat korosi sampel tanah dievaluasi secara komprehensif, dan korosi pada lereng atas moderat, dan korosi pada lereng tengah dan bawah kuat. Bahan organik dalam tanah secara signifikan berkorelasi dengan gradien potensial. Nitrogen yang tersedia, kalium tersedia dan fosfor yang tersedia secara signifikan berkorelasi dengan anion. Distribusi tanah unsur hara secara tidak langsung berhubungan dengan tipe lereng.
Saat membangun rel kereta api, jalan raya, dan fasilitas pemeliharaan air, bukaan gunung seringkali tidak dapat dihindari.Karena pegunungan di barat daya, pembangunan rel kereta api China membutuhkan banyak penggalian gunung.Hal ini menghancurkan tanah asli dan tumbuh-tumbuhan, menciptakan lereng berbatu yang terbuka.Situasi ini menyebabkan tanah longsor dan erosi tanah, sehingga mengancam keselamatan transportasi kereta api.Longsor buruk bagi lalu lintas jalan raya, terutama setelah gempa bumi Wenchuan 12 Mei 2008.Longsor telah tersebar luas dan menyebar bencana gempa bumi yang serius1.Dalam evaluasi tahun 2008 terhadap 4.243 kilometer jalan utama di Provinsi Sichuan, terdapat 1.736 bencana gempa bumi yang parah di dasar jalan dan dinding penahan lereng, terhitung 39,76% dari total panjang evaluasi. Kerugian ekonomi langsung dari kerusakan jalan melebihi 58 miliar yuan 2,3. Contoh global menunjukkan bahwa geohazard pascagempa dapat bertahan setidaknya selama 10 tahun (gempa Taiwan) dan bahkan selama 40- 50 tahun (Gempa Kanto di Jepang)4,5.Gradien adalah faktor utama yang mempengaruhi bahaya gempa bumi6,7.Oleh karena itu, perlu untuk menjaga kemiringan jalan dan memperkuat stabilitasnya.Tanaman memainkan peran yang tak tergantikan dalam perlindungan lereng dan pemulihan bentang alam ekologis8.Dibandingkan dengan lereng tanah biasa, lereng batuan tidak memiliki akumulasi faktor nutrisi seperti bahan organik, nitrogen, fosfor, dan kalium, dan tidak memiliki lingkungan tanah yang diperlukan untuk pertumbuhan vegetasi.Karena faktor-faktor seperti lereng yang besar dan erosi hujan, tanah lereng mudah hilang. Lingkungan lereng keras, tidak memiliki kondisi yang diperlukan untuk pertumbuhan tanaman, dan tanah lereng kurang mendukung stabilitas 9. Penyemprotan lereng dengan bahan dasar untuk menutupi tanah untuk melindungi lereng adalah teknologi restorasi ekologi lereng yang umum digunakan di negara saya. Tanah buatan yang digunakan untuk penyemprotan terdiri dari batu pecah, tanah pertanian, jerami, pupuk majemuk, bahan penahan air dan perekat (perekat yang biasa digunakan termasuk semen Portland, lem organik dan pengemulsi aspal) dalam proporsi tertentu. Proses teknisnya adalah: pertama-tama letakkan kawat berduri di atas batu, kemudian perbaiki kawat berduri dengan paku keling dan baut jangkar, dan terakhir semprotkan tanah buatan yang mengandung benih di lereng dengan penyemprot khusus. Jala logam berbentuk berlian 14 # yang sepenuhnya galvanis banyak digunakan, dengan standar jaring 5cm × 5cm dan diameter 2mm. Jaring logam memungkinkan matriks tanah membentuk lempengan monolitik yang tahan lama di permukaan batu. Jaring logam akan menimbulkan korosi di dalam tanah, karena tanah itu sendiri adalah elektrolit, dan tingkat korosi tergantung pada karakteristik tanah. Evaluasi faktor korosi tanah sangat penting untuk mengevaluasi erosi mesh logam yang disebabkan oleh tanah dan menghilangkan bahaya tanah longsor.
Akar tanaman diyakini memainkan peran penting dalam stabilisasi lereng dan pengendalian erosi10,11,12,13,14. Untuk menstabilkan lereng terhadap longsor dangkal, vegetasi dapat digunakan karena akar tanaman dapat memperbaiki tanah untuk mencegah longsor15,16,17. Vegetasi berkayu, terutama pohon, membantu mencegah longsor dangkal18. Struktur pelindung kokoh yang dibentuk oleh sistem akar vertikal dan lateral tanaman yang bertindak sebagai penguat tumpukan di dalam tanah. Perkembangan pola arsitektur akar didorong oleh gen, dan lingkungan tanah berperan peran yang menentukan dalam proses ini. Korosi terhadap logam bervariasi dengan lingkungan tanah20.Tingkat korosi logam dalam tanah dapat berkisar dari pembubaran yang cukup cepat hingga dampak yang dapat diabaikan21.Tanah buatan sangat berbeda dari “tanah” sebenarnya.Pembentukan tanah alami adalah hasil interaksi antara lingkungan luar dan berbagai organisme selama puluhan juta tahun22,23,24.Sebelum vegetasi berkayu membentuk sistem akar dan ekosistem yang stabil, apakah jaring logam yang dikombinasikan dengan lereng batu dan tanah buatan dapat berfungsi dengan aman adalah langsung terkait dengan pengembangan ekonomi alam, keselamatan hidup dan perbaikan lingkungan ekologis.
Namun, korosi logam dapat menyebabkan kerugian besar. Menurut sebuah survei yang dilakukan di China pada awal 1980-an pada mesin kimia dan industri lainnya, kerugian yang disebabkan oleh korosi logam menyumbang 4% dari total nilai output. Oleh karena itu, sangat penting untuk mempelajari mekanisme korosi dan mengambil tindakan perlindungan untuk konstruksi ekonomi. Tanah adalah sistem gas, cairan, padatan, dan mikroorganisme yang kompleks. Metabolit mikroba dapat menimbulkan korosi pada bahan, dan arus liar juga dapat menyebabkan korosi. Oleh karena itu, penting untuk mencegah korosi logam terkubur dalam tanah. Saat ini, penelitian tentang korosi logam terkubur terutama berfokus pada (1) faktor-faktor yang mempengaruhi korosi logam terkubur25;(2) metode proteksi logam26,27;(3) metode penilaian untuk tingkat korosi logam28;Korosi pada media yang berbeda. Namun, semua tanah dalam penelitian ini adalah tanah alami dan telah mengalami proses pembentukan tanah yang cukup. Namun, tidak ada laporan tentang erosi tanah buatan lereng batuan kereta api.
Dibandingkan dengan media korosif lainnya, tanah buatan memiliki karakteristik likuiditas, heterogenitas, musiman, dan regionalitas. Korosi logam pada tanah buatan disebabkan oleh interaksi elektrokimia antara logam dan tanah buatan. Selain faktor bawaan, laju korosi logam juga bergantung pada lingkungan sekitarnya. Berbagai faktor mempengaruhi korosi logam secara individu atau kombinasi, seperti kadar air, kadar oksigen, kadar garam terlarut total, kandungan anion dan ion logam, pH, mikroba tanah30,31,32.
Dalam praktik 30 tahun, pertanyaan tentang bagaimana melestarikan tanah buatan secara permanen di lereng berbatu telah menjadi masalah33. Semak atau pohon tidak dapat tumbuh di beberapa lereng setelah 10 tahun perawatan manual karena erosi tanah. Kotoran pada permukaan jaring logam hanyut di beberapa tempat. Karena korosi, beberapa jaring logam retak dan kehilangan semua tanah di atas dan di bawahnya (Gambar 1). Saat ini, penelitian tentang korosi lereng kereta api terutama berfokus pada korosi jaringan pembumian gardu kereta api, korosi arus liar yang dihasilkan oleh rel ringan, dan korosi jembatan kereta api34,35, trek dan peralatan kendaraan lainnya36.Belum ada laporan tentang korosi jaring logam pelindung lereng kereta api. Makalah ini mempelajari sifat fisik, kimia dan elektrokimia tanah buatan di lereng batu barat daya Kereta Api Suiyu, yang bertujuan untuk memprediksi korosi logam dengan menilai sifat tanah dan memberikan dasar teoretis dan praktis untuk restorasi ekosistem tanah dan restorasi buatan.Lereng buatan.
Lokasi pengujian terletak di daerah perbukitan Sichuan (30°32′N, 105°32′E) dekat Stasiun Kereta Api Suining.Area ini terletak di tengah Cekungan Sichuan, dengan pegunungan dan perbukitan rendah, dengan struktur geologi sederhana dan dataran datar.Erosi, pemotongan, dan akumulasi air menciptakan lanskap perbukitan yang terkikis.Batuan dasarnya adalah batugamping, dan lapisan penutupnya sebagian besar adalah pasir ungu dan batulumpur.Integritasnya buruk, dan batuannya berupa kotak-kotak struktur.Daerah studi memiliki iklim monsun lembab subtropis dengan karakteristik musim awal musim semi, musim panas, musim gugur pendek dan akhir musim dingin. Curah hujan melimpah, sumber cahaya dan panas berlimpah, periode bebas es panjang (rata-rata 285 hari), iklim ringan, suhu rata-rata tahunan 17,4°C, suhu rata-rata bulan terpanas (Agustus) adalah 27,2°C, dan suhu maksimum ekstrim adalah 39,3°C. Bulan terdingin adalah Januari (suhu rata-rata) adalah 6,5°C), suhu minimum ekstrem adalah -3,8°C, dan curah hujan rata-rata tahunan adalah 920 mm, terutama terkonsentrasi pada bulan Juli dan Agustus. Curah hujan di musim semi, musim panas, musim gugur, dan musim dingin sangat bervariasi.Proporsi curah hujan pada setiap musim dalam setahun berturut-turut adalah 19-21%, 51-54%, 22-24% dan 4-5%.
Lokasi penelitian adalah kemiringan sekitar 45° pada lereng Kereta Api Yu-Sui yang dibangun pada tahun 2003. Pada bulan April 2012 menghadap ke selatan berjarak 1 km dari Stasiun Kereta Api Suining.Lereng alami digunakan sebagai kontrol. Restorasi ekologi lereng mengadopsi teknologi penyemprotan tanah topdressing asing untuk restorasi ekologi. Menurut ketinggian lereng sisi kereta api, lereng dapat dibagi menjadi lereng atas, lereng tengah, dan lereng bawah (Gbr. 2). Karena ketebalan tanah buatan lereng potong sekitar 10cm, untuk menghindari polusi produk korosi dari jaring logam tanah, kami hanya menggunakan sekop baja tahan karat untuk mengambil permukaan tanah 0-8cm. Empat ulangan ditetapkan untuk setiap posisi kemiringan, dengan 15-20 titik pengambilan sampel acak per ulangan. Setiap ulangan adalah campuran 15-20 yang ditentukan secara acak dari titik pengambilan sampel garis berbentuk S. Berat segarnya sekitar 500 gram. Bawa sampel kembali ke laboratorium dalam kantong ziplock polietilen untuk diproses. Tanah dikeringkan secara alami, dan kerikil serta residu hewan dan tumbuhan diambil, dihancurkan dengan batang batu akik, dan diayak dengan nilon 100 jaring 20 jala saringan kecuali partikel kasar.
Resistivitas tanah diukur dengan alat uji resistansi pentanahan VICTOR4106 yang diproduksi oleh Shengli Instrument Company;resistivitas tanah diukur di lapangan;Kelembaban tanah diukur dengan metode pengeringan. Instrumen mv/pH digital portabel DMP-2 memiliki impedansi input yang tinggi untuk mengukur potensi korosi tanah. Gradien potensial dan potensial redoks ditentukan oleh DMP-2 portabel digital mv/pH, total garam terlarut dalam tanah ditentukan dengan metode pengeringan residu, kandungan ion klorida dalam tanah ditentukan dengan metode titrasi AgNO3 (metode Mohr), kandungan sulfat tanah ditentukan dengan metode Titrasi EDTA tidak langsung, metode titrasi indikator ganda untuk menentukan karbonat tanah dan bikarbonat, kalium metode pemanasan oksidasi dikromat untuk menentukan bahan organik tanah, metode difusi larutan alkali untuk menentukan nitrogen hidrolisis basa tanah, destruksi H2SO4-HClO4 Mo-Sb metode kolorimetri Fosfor total dalam tanah dan kandungan fosfor yang tersedia dalam tanah ditentukan dengan metode Olsen (larutan NaHCO3 0,05 mol/L sebagai ekstraktan), dan kandungan kalium total dalam tanah ditentukan dengan fotometri nyala-fusi natrium hidroksida.
Data eksperimen awalnya disistematisasikan. SPSS Statistics 20 digunakan untuk melakukan mean, standar deviasi, ANOVA satu arah, dan analisis korelasi manusia.
Table 1 presents the electromechanical properties, anions and nutrients of soils with different slopes.The corrosion potential, soil resistivity and east-west potential gradient of different slopes were all significant (P < 0.05).The redox potentials of downhill, mid-slope and natural slope were significant (P < 0.05).The potential gradient perpendicular to the rail, that is, the north-south potential gradient, is upslope>downslope>middle slope.The soil pH value was in the order of downslope>uphill>middle slope>natural slope.Total soluble salt, natural slope was significantly higher than railway slope (P < 0.05).The total soluble salt content of the third-grade railway slope soil is above 500 mg/kg, and the total soluble salt has a moderate effect on metal corrosion.The soil organic matter content was the highest in the natural slope and the lowest in the downhill slope (P < 0.05).The total nitrogen content was the highest in the middle slope and the lowest in the uphill slope;kandungan nitrogen yang tersedia paling tinggi di lereng bawah dan lereng tengah, dan terendah di lereng alami;kandungan nitrogen total lereng atas dan bawah rel kereta api lebih rendah, tetapi kandungan nitrogen yang tersedia lebih tinggi. Hal ini menunjukkan bahwa laju mineralisasi nitrogen organik naik dan turun cepat. Kandungan kalium yang tersedia sama dengan fosfor tersedia.
Resistivitas tanah adalah indeks yang menunjukkan konduktivitas listrik dan parameter dasar untuk menilai korosi tanah. Faktor-faktor yang mempengaruhi resistivitas tanah meliputi kadar air, kandungan garam terlarut total, pH, tekstur tanah, suhu, kandungan bahan organik, suhu tanah, dan kekencangan. Secara umum, tanah dengan resistivitas rendah lebih korosif, dan sebaliknya. Menggunakan resistivitas untuk menilai korosifitas tanah adalah metode yang umum digunakan di berbagai negara. Tabel 1 menunjukkan kriteria evaluasi tingkat korosi untuk setiap indeks37,38.
Menurut hasil pengujian dan standar di negara saya (Tabel 1), jika kekorosian tanah hanya dinilai dengan resistivitas tanah, tanah di lereng menanjak sangat korosif;tanah di lereng yang menurun cukup korosif;tingkat kekorosian tanah pada lereng tengah dan lereng alami relatif rendah lemah.
Resistivitas tanah di lereng yang menanjak secara signifikan lebih rendah daripada bagian lereng lainnya, yang mungkin disebabkan oleh erosi hujan. Tanah lapisan atas di lereng bagian atas mengalir ke lereng tengah bersama air, sehingga jaring pelindung lereng logam di lereng bagian atas dekat dengan tanah bagian atas. Beberapa jaring logam terbuka dan bahkan melayang di udara (Gambar 1). Resistivitas tanah diukur di lokasi;jarak tiang adalah 3m;kedalaman pemancangan tiang pancang di bawah 15cm. Jaring logam telanjang dan karat yang terkelupas dapat mengganggu hasil pengukuran. Oleh karena itu, tidak dapat diandalkan untuk mengevaluasi korosivitas tanah hanya dengan indeks resistivitas tanah. Dalam evaluasi komprehensif korosi, resistivitas tanah di lereng atas tidak dipertimbangkan.
Karena kelembapan relatif yang tinggi, udara lembap abadi di daerah Sichuan menyebabkan jaring logam yang terpapar udara mengalami korosi lebih serius daripada jaring logam yang terkubur di dalam tanah39.Paparan jaring kawat ke udara dapat mengakibatkan penurunan masa pakai, yang dapat mengganggu kestabilan tanah yang menanjak. dan meningkatkan kandungan humus di dalam tanah, yang tidak hanya dapat menahan air, tetapi juga menyediakan lingkungan yang baik untuk pertumbuhan dan reproduksi hewan dan tumbuhan, sehingga mengurangi kehilangan tanah. Oleh karena itu, pada tahap awal konstruksi, lebih banyak benih kayu harus ditanam di lereng atas, dan bahan penahan air harus terus ditambahkan dan ditutup dengan film untuk perlindungan, sehingga dapat mengurangi erosi tanah di lereng atas oleh air hujan.
Potensi korosi merupakan faktor penting yang mempengaruhi korosi jaring pelindung lereng pada lereng tiga tingkat, dan memiliki dampak terbesar pada lereng menanjak (Tabel 2). Dalam kondisi normal, potensi korosi tidak banyak berubah di lingkungan tertentu. Perubahan yang nyata dapat disebabkan oleh arus liar. Arus liar mengacu pada arus 40, 41, 42 yang bocor ke dasar jalan dan media tanah saat kendaraan menggunakan sistem transportasi umum. Dengan perkembangan sistem transportasi, sistem transportasi kereta api negara saya telah mencapai skala besar elektrifikasi, dan korosi logam terkubur yang disebabkan oleh kebocoran arus searah dari kereta api listrik tidak dapat diabaikan. Saat ini, gradien potensial tanah dapat digunakan untuk menentukan apakah tanah mengandung gangguan arus nyasar. Ketika gradien potensial tanah permukaan lebih rendah dari 0,5 mv/m, arus nyasar rendah;ketika gradien potensial berada dalam kisaran 0,5 mv/m hingga 5,0 mv/m, arus nyasar sedang;ketika gradien potensial lebih besar dari 5,0 mv/m , tingkat arus nyasar tinggi. Kisaran mengambang dari gradien potensial (EW) dari lereng tengah, lereng atas dan lereng bawah ditunjukkan pada Gambar 3. Dalam hal kisaran mengambang, ada arus nyasar sedang di arah timur-barat dan utara-selatan dari lereng tengah. Oleh karena itu, arus nyasar merupakan faktor penting yang mempengaruhi korosi mata jaring logam di lereng tengah dan lereng bawah, terutama pada pertengahan lereng.
Secara umum, potensial redoks tanah (Eh) di atas 400 mV menunjukkan kemampuan oksidasi, di atas 0-200 mV adalah kemampuan mereduksi sedang, dan di bawah 0 mV adalah kemampuan mereduksi besar. Semakin rendah potensial redoks tanah, semakin besar kemampuan korosi mikroorganisme tanah terhadap logam44. Kecenderungan korosi mikroba tanah dapat diprediksi dari potensial redoks. Studi ini menemukan bahwa potensial redoks tanah dari ketiga lereng lebih besar dari 500 mv, dan tingkat korosinya sangat kecil. menunjukkan bahwa kondisi ventilasi tanah tanah lereng baik, yang tidak kondusif bagi korosi mikroorganisme anaerob di dalam tanah.
Studi sebelumnya telah menemukan bahwa dampak pH tanah terhadap erosi tanah sangat jelas. Dengan fluktuasi nilai pH, laju korosi bahan logam sangat terpengaruh. pH tanah terkait erat dengan area dan mikroorganisme di dalam tanah45,46,47. Secara umum, efek pH tanah terhadap korosi bahan logam di tanah yang sedikit basa tidak jelas. Tanah di ketiga lereng rel semuanya basa, sehingga efek pH pada korosi jaring logam lemah.
Seperti dapat dilihat dari Tabel 3, analisis korelasi menunjukkan bahwa potensial redoks dan posisi lereng berkorelasi positif secara signifikan (R2 = 0,858), potensial korosi dan gradien potensial (SN) berkorelasi positif signifikan (R2 = 0,755), dan potensial redoks dan gradien potensial (SN) berkorelasi positif signifikan (R2 = 0,755).Terdapat korelasi negatif yang signifikan antara potensial dan pH (R2 = -0,724). Posisi lereng berkorelasi positif signifikan dengan potensial redoks. Hal ini menunjukkan bahwa terdapat perbedaan lingkungan mikro dari posisi lereng yang berbeda, dan mikroorganisme tanah berhubungan erat dengan potensial redoks48, 49, 50. Potensi redoks berkorelasi negatif signifikan dengan pH51,52. Hubungan ini menunjukkan bahwa nilai pH dan Eh tidak selalu berubah serempak selama proses redoks tanah, tetapi memiliki hubungan linier negatif. Potensi korosi logam dapat mewakili kemampuan relatif untuk mendapatkan dan kehilangan elektron. Meskipun potensi korosi berkorelasi positif secara signifikan dengan gradien potensial (SN), gradien potensial dapat disebabkan oleh mudahnya kehilangan elektron oleh logam.
Kandungan garam total terlarut tanah sangat erat kaitannya dengan korosifitas tanah. Secara umum, semakin tinggi salinitas tanah, semakin rendah resistivitas tanah, sehingga meningkatkan ketahanan tanah. Dalam elektrolit tanah, tidak hanya anion dan rentang yang bervariasi, tetapi juga pengaruh korosi terutama karbonat, klorida dan sulfat. Selain itu, kandungan garam terlarut total dalam tanah secara tidak langsung mempengaruhi korosi melalui pengaruh faktor lain, seperti efek potensial elektroda pada logam dan kelarutan oksigen tanah53.
Sebagian besar ion terdisosiasi garam terlarut dalam tanah tidak secara langsung berpartisipasi dalam reaksi elektrokimia, tetapi mempengaruhi korosi logam melalui resistivitas tanah. Semakin tinggi salinitas tanah, semakin kuat konduktivitas tanah dan semakin kuat erosi tanah. Kandungan salinitas tanah di lereng alami secara signifikan lebih tinggi daripada di lereng rel kereta api, yang mungkin disebabkan fakta bahwa lereng alami kaya akan vegetasi, yang kondusif untuk konservasi tanah dan air. Alasan lain mungkin karena lereng alami telah mengalami pembentukan tanah yang matang (bahan induk tanah yang dibentuk oleh pelapukan batuan), namun tanah lereng rel kereta api tersusun dari pecahan batu pecah sebagai matriks “tanah buatan”, dan belum mengalami proses pembentukan tanah yang memadai.Mineral tidak dilepaskan.Selain itu, ion garam di tanah dalam lereng alami naik melalui aksi kapiler selama penguapan permukaan dan terakumulasi di tanah permukaan, mengakibatkan peningkatan kandungan ion garam di permukaan tanah.Ketebalan tanah lereng kereta api kurang dari 20 cm, mengakibatkan ketidakmampuan tanah lapisan atas untuk menambah garam dari tanah dalam.
Ion positif (seperti K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+, dll.) memiliki sedikit pengaruh terhadap korosi tanah, sedangkan anion memainkan peran penting dalam proses elektrokimia korosi dan berdampak signifikan terhadap korosi logam. Cl− dapat mempercepat korosi anoda dan merupakan anion yang paling korosif;semakin tinggi kandungan Cl−, semakin kuat korosi tanah. SO42− tidak hanya meningkatkan korosi pada baja, tetapi juga menyebabkan korosi pada beberapa bahan beton 54.Juga menimbulkan korosi pada besi.Dalam serangkaian percobaan tanah masam, laju korosi ditemukan sebanding dengan keasaman tanah 55.Klorida dan sulfat adalah komponen utama garam terlarut, yang dapat secara langsung mempercepat kavitasi logam.Studi telah menunjukkan bahwa penurunan berat korosi baja karbon di tanah alkalin hampir sebanding dengan penambahan klorida dan ion sulfat56,57.Lee et al.menemukan bahwa SO42- dapat menghambat korosi, tetapi mendorong perkembangan lubang korosi yang telah terbentuk58.
Menurut standar evaluasi korosifitas tanah dan hasil pengujian, kandungan ion klorida pada setiap sampel tanah lereng di atas 100 mg/kg, menunjukkan korosifitas tanah yang kuat. Kandungan ion sulfat pada lereng menanjak dan menurun di atas 200 mg/kg dan di bawah 500 mg/kg, dan tanah mengalami korosi sedang. Kandungan ion sulfat di lereng tengah lebih rendah dari 200mg/kg, dan korosi tanah lemah. Ketika media tanah mengandung konsentrasi tinggi, itu akan berpartisipasi dalam reaksi dan menghasilkan kerak korosi pada permukaan elektroda logam, sehingga memperlambat reaksi korosi. Ketika konsentrasi meningkat, kerak dapat pecah secara tiba-tiba, sehingga sangat mempercepat laju korosi;sebagai konsentrasi terus meningkat, skala korosi menutupi permukaan elektroda logam, dan laju korosi menunjukkan kecenderungan melambat lagi59. Studi ini menemukan bahwa jumlah dalam tanah lebih rendah dan karena itu memiliki pengaruh yang kecil terhadap korosi.
Berdasarkan Tabel 4, korelasi antara lereng dan anion tanah menunjukkan bahwa ada korelasi positif yang signifikan antara lereng dan ion klorida (R2=0,836), dan korelasi positif yang signifikan antara lereng dan total garam terlarut (R2=0,742).
Hal ini menunjukkan bahwa limpasan permukaan dan erosi tanah mungkin bertanggung jawab atas perubahan total garam terlarut dalam tanah. Terdapat korelasi positif yang signifikan antara total garam terlarut dan ion klorida, yang mungkin karena total garam terlarut adalah kumpulan ion klorida, dan kandungan total garam terlarut menentukan kandungan ion klorida dalam larutan tanah. Oleh karena itu, kita dapat mengetahui bahwa perbedaan kemiringan dapat menyebabkan korosi parah pada bagian jaring logam.
Bahan organik, nitrogen total, nitrogen tersedia, fosfor tersedia dan kalium tersedia adalah nutrisi dasar tanah, yang mempengaruhi kualitas tanah dan penyerapan nutrisi oleh sistem akar. Nutrisi tanah merupakan faktor penting yang mempengaruhi mikroorganisme dalam tanah, sehingga perlu dipelajari apakah ada korelasi antara nutrisi tanah dan korosi logam. Kereta Api Suiyu selesai pada tahun 2003, yang berarti bahwa tanah buatan hanya mengalami 9 tahun akumulasi bahan organik. Karena kekhasan tanah buatan, perlu untuk memiliki pemahaman yang baik tentang nutrisi dalam tanah buatan .
Hasil penelitian menunjukkan bahwa kandungan bahan organik tanah lereng alami adalah yang tertinggi setelah seluruh proses pembentukan tanah. Kandungan bahan organik tanah lereng rendah adalah yang terendah. Karena pengaruh pelapukan dan limpasan permukaan, unsur hara tanah akan terakumulasi pada lereng tengah dan lereng bawah, membentuk lapisan humus yang tebal. Namun, karena partikel kecil dan stabilitas tanah lereng rendah yang buruk, bahan organik mudah terurai oleh mikroorganisme. Survei menemukan bahwa tutupan dan keanekaragaman vegetasi lereng tengah dan lereng bawah tinggi, tetapi homogenitasnya rendah, yang dapat menyebabkan distribusi nutrisi permukaan tidak merata. Lapisan humus yang tebal menahan air dan organisme tanah aktif. Semua ini mempercepat dekomposisi bahan organik di dalam tanah.
Kandungan nitrogen terhidrolisis alkali pada rel kereta api lereng atas, lereng tengah, dan lereng bawah lebih tinggi daripada lereng alami, menunjukkan bahwa laju mineralisasi nitrogen organik pada lereng rel secara signifikan lebih tinggi daripada lereng alami. Semakin kecil partikel, semakin tidak stabil struktur tanah, semakin mudah bagi mikroorganisme untuk menguraikan bahan organik dalam agregat, dan semakin besar kumpulan nitrogen organik termineralisasi60,61.Konsisten dengan hasil penelitian 62, kandungan agregat partikel kecil s di tanah lereng rel kereta api secara signifikan lebih tinggi daripada lereng alami. Oleh karena itu, tindakan yang tepat harus diambil untuk meningkatkan kandungan pupuk, bahan organik dan nitrogen dalam tanah lereng rel kereta api, dan untuk meningkatkan pemanfaatan tanah secara berkelanjutan. Pemborosan fosfor yang tersedia dan kalium yang tersedia yang disebabkan oleh limpasan permukaan menyumbang 77,27% hingga 99,79% dari total kehilangan lereng rel kereta api. Limpasan permukaan mungkin menjadi penyebab utama hilangnya unsur hara yang tersedia di tanah lereng63,64,65.
Seperti terlihat pada Tabel 4, terdapat korelasi positif yang signifikan antara posisi lereng dengan fosfor tersedia (R2=0,948), dan korelasi antara posisi lereng dengan kalium tersedia adalah sama (R2=0,898). Hal ini menunjukkan bahwa posisi lereng mempengaruhi kandungan fosfor tersedia dan kalium tersedia dalam tanah.
Gradien adalah faktor penting yang mempengaruhi kandungan bahan organik tanah dan pengayaan nitrogen66, dan semakin kecil gradien, semakin besar tingkat pengayaan. Untuk pengayaan hara tanah, kehilangan hara melemah, dan pengaruh posisi lereng terhadap kandungan bahan organik tanah dan pengayaan nitrogen total tidak jelas. Jenis dan jumlah tanaman yang berbeda pada lereng yang berbeda memiliki asam organik berbeda yang disekresikan oleh akar tanaman. Asam organik bermanfaat untuk fiksasi fosfor tersedia dan kalium tersedia di dalam tanah. Oleh karena itu, ada korelasi yang signifikan antara posisi lereng dan fosfor tersedia, dan posisi lereng dan potasium yang tersedia.
Untuk memperjelas hubungan antara unsur hara tanah dan korosi tanah, perlu dilakukan analisis korelasi. Seperti ditunjukkan pada Tabel 5, potensial redoks berkorelasi negatif signifikan dengan nitrogen tersedia (R2 = -0,845) dan berkorelasi positif signifikan dengan fosfor tersedia (R2 = 0,842) dan kalium tersedia (R2 = 0,980). Potensial redoks mencerminkan kualitas redoks, yang biasanya dipengaruhi oleh beberapa sifat fisik dan kimia tanah, dan kemudian memengaruhi serangkaian sifat tanah. ini adalah faktor penting dalam menentukan arah transformasi hara tanah67.Kualitas redoks yang berbeda dapat mengakibatkan keadaan dan ketersediaan faktor nutrisi yang berbeda.Oleh karena itu, potensi redoks memiliki korelasi yang signifikan dengan nitrogen yang tersedia, fosfor yang tersedia dan kalium yang tersedia.
Selain sifat logam, potensi korosi juga berhubungan dengan sifat tanah. Potensi korosi berkorelasi negatif secara signifikan dengan bahan organik, hal ini menunjukkan bahwa bahan organik berpengaruh signifikan terhadap potensi korosi. Selain itu, bahan organik juga berhubungan negatif secara signifikan dengan gradien potensial (SN) (R2=-0,713) dan ion sulfat (R2=-0,671), menunjukkan bahwa kandungan bahan organik juga mempengaruhi gradien potensial (SN) dan ion sulfat. Terdapat korelasi negatif yang signifikan antara pH tanah dan kalium yang tersedia (R2 = -0,7 28).
Nitrogen yang tersedia secara signifikan berkorelasi negatif dengan total garam terlarut dan ion klorida, dan fosfor tersedia dan kalium yang tersedia secara signifikan berkorelasi positif dengan total garam terlarut dan ion klorida. Hal ini menunjukkan bahwa kandungan nutrisi yang tersedia secara signifikan mempengaruhi jumlah total garam terlarut dan ion klorida dalam tanah, dan anion dalam tanah tidak kondusif untuk akumulasi dan penyediaan nutrisi yang tersedia. tanaman memiliki sedikit permintaan untuk ion sulfat dan ion bikarbonat, sehingga kebanyakan dari mereka bebas di dalam tanah atau diserap oleh koloid tanah. Ion bikarbonat mendukung akumulasi nitrogen dalam tanah, dan ion sulfat mengurangi ketersediaan nitrogen dalam tanah. Oleh karena itu, meningkatkan kandungan nitrogen dan humus yang tersedia dalam tanah secara tepat bermanfaat untuk mengurangi korosifitas tanah.
Tanah merupakan suatu sistem dengan komposisi dan sifat yang kompleks.Korosivitas tanah adalah hasil dari aksi sinergis dari banyak faktor.Oleh karena itu, metode evaluasi komprehensif umumnya digunakan untuk mengevaluasi korosi tanah. Dengan mengacu pada “Kode untuk Investigasi Rekayasa Geoteknik” (GB50021-94) dan metode uji Jaringan Uji Korosi Tanah China, tingkat korosi tanah dapat dievaluasi secara komprehensif sesuai dengan standar berikut: (1) Evaluasi adalah korosi lemah, jika hanya korosi lemah, tidak ada korosi sedang atau korosi kuat;(2) jika tidak ada korosi yang kuat, dievaluasi sebagai korosi sedang;(3) jika ada satu atau dua tempat korosi yang kuat, itu dievaluasi sebagai korosi yang kuat;(4) jika terdapat 3 tempat atau lebih yang mengalami korosi kuat, dievaluasi sebagai korosi kuat untuk korosi berat.
Berdasarkan resistivitas tanah, potensial redoks, kadar air, kadar garam, nilai pH, dan kadar Cl- dan SO42-, nilai korosi sampel tanah di berbagai lereng dievaluasi secara komprehensif. Hasil penelitian menunjukkan bahwa tanah di semua lereng sangat korosif.
Potensi korosi merupakan faktor penting yang mempengaruhi korosi jaring pelindung lereng. Potensi korosi dari ketiga lereng semuanya lebih rendah dari -200 mv, yang memiliki dampak terbesar pada korosi jaring logam menanjak. Gradien potensial dapat digunakan untuk menilai besarnya arus nyasar dalam tanah. Arus nyasar merupakan faktor penting yang mempengaruhi korosi jaring logam pada lereng tengah dan lereng menanjak, terutama pada lereng tengah. Kandungan garam terlarut total di tanah lereng atas, tengah dan bawah semuanya di atas 5 00 mg/kg, dan efek korosi pada jaring pelindung lereng adalah sedang.Kandungan air tanah merupakan faktor penting yang mempengaruhi korosi jaring logam pada lereng tengah dan lereng bawah, dan memiliki dampak yang lebih besar pada korosi jaring pelindung lereng.Nutrisi paling melimpah di tanah lereng tengah, menunjukkan bahwa sering ada aktivitas mikroba dan pertumbuhan tanaman yang cepat.
Penelitian menunjukkan bahwa potensi korosi, gradien potensial, kandungan garam terlarut total, dan kandungan air adalah faktor utama yang mempengaruhi korosi tanah pada tiga lereng, dan korosifitas tanah dievaluasi sebagai kuat. Korosi jaringan pelindung lereng adalah yang paling serius di lereng tengah, yang memberikan referensi untuk desain anti korosi dari jaringan pelindung lereng kereta api. Penambahan nitrogen dan pupuk organik yang tersedia secara tepat bermanfaat untuk mengurangi korosi tanah, memfasilitasi pertumbuhan tanaman, dan akhirnya menstabilkan lereng.
Cara mengutip artikel ini: Chen, J. et al.Efek komposisi tanah dan elektrokimia terhadap korosi jaringan lereng batuan di sepanjang jalur kereta api China.science.Rep.5, 14939;doi: 10.1038/srep14939 (2015).
Lin, YL & Yang, GL Karakteristik dinamis lereng tanah dasar rel di bawah eksitasi gempa.bencana alam.69, 219–235 (2013).
Sui Wang, J. et al.Analisis kerusakan jalan raya akibat gempa khas Wenchuan di Provinsi Sichuan[J].Jurnal Cina Mekanika dan Teknik Batuan.28, 1250–1260 (2009).
Weilin, Z., Zhenyu, L. & Jinsong, J. Analisis kerusakan seismik dan penanggulangan jembatan jalan raya pada gempa bumi Wenchuan. Jurnal Mekanika dan Teknik Batuan Cina.28, 1377–1387 (2009).
Lin, CW, Liu, SH, Lee, SY & Liu, CC Pengaruh gempa Chichi terhadap tanah longsor yang disebabkan oleh curah hujan berikutnya di Taiwan tengah. Teknik Geologi.86, 87–101 (2006).
Koi, T. et al.Efek jangka panjang tanah longsor akibat gempa bumi pada produksi sedimen di daerah aliran sungai pegunungan: Tanzawa region, Japan.geomorphology.101, 692–702 (2008).
Hongshuai, L., Jingshan, B. & Dedong, L. Tinjauan penelitian tentang analisis stabilitas seismik lereng geoteknik. Rekayasa Gempa dan Rekayasa Getaran.25, 164–171 (2005).
Yue Ping, Penelitian tentang bahaya geologi yang disebabkan oleh gempa bumi Wenchuan di Sichuan.Jurnal Teknik Geologi 4, 7–12 (2008).
Ali, F. Perlindungan Lereng dengan Vegetasi: Mekanika Akar Beberapa Tumbuhan Tropis. International Journal of Physical Sciences.5, 496–506 (2010).
Takyu, M., Aiba, SI & Kitayama, K. Efek topografi pada hutan pegunungan rendah tropis dalam kondisi geologi yang berbeda di Gunung Kinabalu, Kalimantan. Ekologi Tumbuhan.159, 35–49 (2002).
Stokes, A. et al. Karakteristik akar tanaman yang ideal untuk melindungi lereng alami dan rekayasa dari tanah longsor. Tumbuhan dan Tanah, 324, 1-30 (2009).
De Baets, S., Poesen, J., Gyssels, G. & Knapen, A. Pengaruh akar rumput pada erodibilitas tanah lapisan atas selama aliran terkonsentrasi. Geomorfologi 76, 54–67 (2006).