Þakka þér fyrir að heimsækja Nature.com. Vafraútgáfan sem þú notar styður CSS takmarkað. Til að fá sem bestu upplifun mælum við með að þú notir uppfærðan vafra (eða slökkvir á samhæfingarstillingu í Internet Explorer). Á meðan, til að tryggja áframhaldandi stuðning, munum við birta síðuna án stíla og JavaScript.
Með hliðsjón af Sui-Chongqing járnbrautarhalla sem rannsóknarefni, jarðvegsviðnám, jarðvegsrafefnafræði (tæringargeta, oxunar-afoxunargeta, hugsanleg halla og pH), jarðvegsanjónir (heildarleysanleg sölt, Cl-, SO42- og) og jarðvegsnæring (rakainnihald, lífrænt efni, heildarköfnunarefni, basískt vatnsrofið köfnunarefni, tiltækt fosfór, tiltækt kalíum). Undir mismunandi halla er tæringarstig metið samkvæmt einstökum vísbendingum og alhliða vísbendingum um gervigarðveg. Í samanburði við aðra þætti hefur vatn mest áhrif á tæringu hallavarnarnetsins, fylgt eftir af anjónainnihaldi. Heildarleysanlegt salt hefur miðlungs áhrif á tæringu hallavarnarnetsins og villustraumur hefur miðlungs áhrif á tæringu hallavarnarnetsins. Tæringarstig jarðvegssýna var ítarlega metið og tæringin á efri hallanum var miðlungs og tæringin á mið- og neðri halla var sterk. Lífrænt efni í jarðveginum var marktækt í tengslum við hugsanlegan halla. Tiltækt köfnunarefni, tiltækt kalíum og tiltækt fosfór voru marktækt í tengslum við anjónir. Dreifing næringarefna í jarðvegi er óbeint tengd gerð hallans.
Þegar járnbrautir, þjóðvegir og vatnsverndarmannvirki eru lagðar eru opnanir í fjöllum oft óhjákvæmilegar. Vegna fjallanna í suðvesturhluta Kína krefst járnbrautarframkvæmda mikillar uppgröftar í fjallinu. Það eyðileggur upprunalegan jarðveg og gróður og skapar berar grýttar hlíðar. Þessi staða leiðir til skriðufalla og jarðvegseyðingar og ógnar þannig öryggi járnbrautarsamgangna. Skriður eru slæmar fyrir vegaumferð, sérstaklega eftir jarðskjálftann í Wenchuan 12. maí 2008. Skriður eru orðnar útbreiddar og alvarlegar jarðskjálftahamfarir. Í mati árið 2008 á 4.243 kílómetrum af lykilvegum í Sichuan-héraði voru 1.736 alvarleg jarðskjálftaáföll í vegbotni og hlíðveggjum, sem námu 39,76% af heildarlengd matsins. Beint efnahagslegt tjón vegna skemmda á vegum fór yfir 58 milljarða júana 2,3. Alþjóðleg dæmi sýna að jarðfræðileg hætta eftir jarðskjálfta getur varað í að minnsta kosti 10 ár (jarðskjálfti í Taívan) og jafnvel allt að 40-50 ár (jarðskjálfti í Kanto í Japan) 4,5. Halli er helsti þátturinn sem hefur áhrif á jarðskjálftahættu 6,7. Þess vegna er nauðsynlegt að viðhalda halla vegarins og styrkja stöðugleika hans. Plöntur gegna ómissandi hlutverki í verndun hlíða og endurheimt vistfræðilegs landslags 8. Í samanburði við venjulegar jarðvegshlíðar safnast ekki upp næringarefni eins og lífrænt efni, köfnunarefni, fosfór og kalíum í berghlíðum og þær hafa ekki það jarðvegsumhverfi sem nauðsynlegt er fyrir gróðurvöxt. Vegna þátta eins og mikillar halla og regnrofs tapast jarðvegur í hlíðum auðveldlega. Umhverfið í hlíðum er harðgert, skortir nauðsynleg skilyrði fyrir vöxt plantna og jarðvegurinn í hlíðinni skortir stuðningsstöðugleika9. Úðan á hlíð með grunnefni til að hylja jarðveginn til að vernda hlíðina er algeng tækni til að endurheimta vistfræðilega hlíð í mínu landi. Gervijarðvegurinn sem notaður er til úðunar samanstendur af muldum steini, ræktuðum jarðvegi, hálmi, blönduðum áburði, vatnsheldandi efni og lími (algeng lím eru meðal annars Portland sementi, lífrænt lím og asfaltsfleytiefni) í ákveðnu hlutfalli. Tækniferlið er: fyrst er gaddavír lagður á bergið, síðan er gaddavírinn festur með nítum og akkerisboltum og að lokum er gervijarðvegur sem inniheldur fræ úðaður á hlíðina með sérstökum úða. Aðallega er notaður 14# demantlaga málmnet sem er fullgalvaniserað, með möskvastaðli upp á 5cm × 5cm og þvermál 2mm. Málmnetið gerir jarðvegsgrunninum kleift að mynda endingargóða einlita plötu á bergyfirborðinu. Málmnetið mun tærast í jarðveginum, þar sem jarðvegurinn sjálfur er raflausn og tæringarstigið fer eftir eiginleikum jarðvegsins. Mat á tæringarþáttum jarðvegsins er mjög mikilvægt til að meta málma sem myndast vegna jarðvegs. möskvaeyðing og útrýming hættu á skriðum.
Talið er að plönturætur gegni lykilhlutverki í stöðugleika hlíða og rofstýringu10,11,12,13,14. Til að stöðuga hlíðar gegn grunnum skriðum er hægt að nota gróður þar sem plönturætur geta fest jarðveginn til að koma í veg fyrir skriður15,16,17. Skógargróður, sérstaklega tré, hjálpar til við að koma í veg fyrir grunn skriður18. Sterk verndargrind mynduð af lóðréttum og hliðarrótarkerfum plantna sem virka sem styrkingarhrúgur í jarðveginum. Þróun rótarbyggingarmynstra er knúin áfram af genum og jarðvegsumhverfið gegnir lykilhlutverki í þessum ferlum. Tæring á málmum er mismunandi eftir jarðvegsumhverfi20. Tæringarstig málma í jarðvegi getur verið allt frá frekar hraðri upplausn til hverfandi áhrifa21. Gervijarðvegur er mjög frábrugðinn raunverulegum „jarðvegi“. Myndun náttúrulegs jarðvegs er afleiðing af samspili ytra umhverfis og ýmissa lífvera yfir tugi milljóna ára22,23,24. Áður en skógargróðurinn myndar stöðugt rótarkerfi og vistkerfi, er hvort málmnetið ásamt berghlíðinni og gervijarðveginum geti starfað á öruggan hátt tengt beint þróun náttúrulegs hagkerfis, öryggi lífs og... umbætur á vistfræðilegu umhverfi.
Hins vegar getur tæring málma leitt til mikils taps. Samkvæmt könnun sem gerð var í Kína snemma á níunda áratugnum á efnavélum og öðrum iðnaði, nam tap af völdum málmtæringar 4% af heildarframleiðsluvirði. Því er mjög mikilvægt að rannsaka tæringarferlið og grípa til verndarráðstafana fyrir efnahagslega uppbyggingu. Jarðvegur er flókið kerfi lofttegunda, vökva, fastra efna og örvera. Örveruefnabrot geta tært efni og villustraumar geta einnig valdið tæringu. Þess vegna er mikilvægt að koma í veg fyrir tæringu málma sem eru grafnir í jarðvegi. Eins og er beinast rannsóknir á tæringu málma sem eru grafnir aðallega að (1) þáttum sem hafa áhrif á tæringu málma sem eru grafnir25; (2) aðferðum til að vernda málma26,27; (3) aðferðum til að meta umfang málmtæringar28; tæringu í mismunandi miðlum. Hins vegar var allur jarðvegurinn í rannsókninni náttúrulegur og hafði gengist undir nægilegt jarðvegsmyndunarferli. Hins vegar er engin skýrsla um gervi jarðvegseyðingu á járnbrautarhellum.
Í samanburði við önnur tærandi efni hefur gervijarðvegur einkenni eins og óstöðugleika, ólíkleika, árstíðabundinnar sveiflu og svæðisbundinnar sveiflu. Málmtæring í gervijarðvegi stafar af rafefnafræðilegum víxlverkunum milli málma og gervijarðvegs. Auk meðfæddra þátta er hraði málmtæringar einnig háður umhverfinu í kring. Ýmsir þættir hafa áhrif á málmtæringu hver fyrir sig eða í samsetningu, svo sem rakainnihald, súrefnisinnihald, heildarmagn leysanlegs salts, anjóna- og málmjónainnihald, sýrustig, jarðvegsörverur30,31,32.
Í 30 ára reynslu hefur spurningin um hvernig varðveita megi gervigarð á grýttum hlíðum til frambúðar verið vandamál33. Runnar eða tré geta ekki vaxið á sumum hlíðum eftir 10 ára handvirka umhirðu vegna jarðvegseyðingar. Óhreinindi á yfirborði málmnetsins skoluðust burt á sumum stöðum. Vegna tæringar sprungu sum málmnet og misstu allan jarðveg fyrir ofan og neðan þau (Mynd 1). Eins og er beinast rannsóknir á tæringu á járnbrautarhlíðum aðallega að tæringu á jarðneti spennistöðva járnbrautar, tæringu af völdum villustrauma sem myndast af léttlestum og tæringu á járnbrautarbrúm34,35, teinum og öðrum búnaði ökutækja36. Engar tilkynningar hafa borist um tæringu á málmneti sem verndar járnbrautarhlíður. Þessi grein kannar eðlisfræðilega, efnafræðilega og rafefnafræðilega eiginleika gervigarðs á suðvesturhluta grýttra hlíða Suiyu-járnbrautarinnar, með það að markmiði að spá fyrir um málmtæringu með því að meta jarðvegseiginleika og veita fræðilegan og hagnýtan grunn fyrir endurheimt jarðvegsvistkerfa og gervi endurheimt. Gervihlíður.
Tilraunasvæðið er staðsett í hæðóttu svæði í Sichuan (30°32′N, 105°32′A) nálægt Suining lestarstöðinni. Svæðið er staðsett í miðju Sichuan-dalsins, með lágum fjöllum og hæðum, með einfaldri jarðfræðilegri uppbyggingu og sléttu landslagi. Rof, skurður og uppsöfnun vatns skapa rofið hæðótt landslag. Berggrunnurinn er aðallega kalksteinn og yfirborðið er aðallega fjólublár sandur og leirsteinn. Heilleiki bergsins er lélegur og kekkjóttur uppbygging. Rannsóknarsvæðið hefur subtropískt rakt monsúnloftslag með árstíðabundnum einkennum snemma vors, heits sumars, stutts hausts og síðveturs. Úrkoma er mikil, ljós- og hitaauðlindir eru miklar, frostlaust tímabil er langt (285 dagar að meðaltali), loftslagið er milt, meðalhiti ársins er 17,4°C, meðalhiti heitasta mánaðarins (ágúst) er 27,2°C og mesti hámarkshiti er 39,3°C. Kaldasti mánuðurinn er janúar (meðalhiti er 6,5°C), mesti lágmarkshiti Hitastigið er -3,8°C og meðalársúrkoma er 920 mm, aðallega í júlí og ágúst. Úrkoman á vorin, sumrin, haustin og veturinn er mjög breytileg. Hlutfall úrkomu á hverri árstíð er 19-21%, 51-54%, 22-24% og 4-5%, talið í sömu röð.
Rannsóknarsvæðið er á um 45° halla á hlíð Yu-Sui járnbrautarinnar sem byggð var árið 2003. Í apríl 2012 sneri það í suður, innan við 1 km frá Suining járnbrautarstöðinni. Náttúrulegur halli var notaður sem samanburður. Vistfræðileg endurheimt hallans notar erlenda úðunartækni fyrir yfirborðsáburð. Samkvæmt hæð járnbrautarhlíðarhallans má skipta hallanum í upphalla, miðhalla og niðurhalla (Mynd 2). Þar sem þykkt gervijarðvegsins sem skorinn er í hallanum er um 10 cm, til að forðast mengun tæringarefna úr málmneti jarðvegsins, notum við aðeins skóflu úr ryðfríu stáli til að taka jarðvegsyfirborðið 0-8 cm. Fjórar endurtekningar voru settar fyrir hverja hallastöðu, með 15-20 handahófskenndum sýnatökupunktum á hverja endurtekningu. Hver endurtekning er blanda af 15-20 handahófskenndum sýnatökupunktum sem valdir eru úr S-laga línum. Ferskþyngd sýnisins er um 500 grömm. Færið sýnin aftur á rannsóknarstofuna í pólýetýlen renniláspokum til vinnslu. Jarðvegurinn er náttúrulega loftþurrkaður og möl og dýra- og plöntuleifar eru teknar út, muldar með agatstöng og sigtað með 20-möskva, 100-möskva nylonsigti að undanskildum grófum ögnum.
Jarðviðnámið var mælt með VICTOR4106 jarðviðnámsmælinum frá Shengli Instrument Company; jarðviðnámið var mælt á vettvangi; Jarðvegsrakamæling var mæld með þurrkunaraðferð. Færanlega stafræna mv/pH mælitækið DMP-2 er með háa inntaksviðnám til að mæla tæringargetu jarðvegs. Möguleg halli og redox-máttur voru ákvörðuð með færanlega stafræna mv/pH mælinum DMP-2, heildar leysanlegt salt í jarðvegi var ákvarðað með þurrkunaraðferð úr leifum, klóríðjónainnihald í jarðvegi var ákvarðað með AgNO3 títrunaraðferð (Mohr aðferð), súlfatinnihald jarðvegs var ákvarðað með óbeinni EDTA títrunaraðferð, tvöfaldri títrunaraðferð til að ákvarða jarðvegskarbónat og bíkarbónat, kalíumdíkrómatoxunarhitunaraðferð til að ákvarða lífrænt efni jarðvegs, basískri lausnardreifingaraðferð til að ákvarða basískt vatnsrofsköfnunarefni í jarðvegi, H2SO4-HClO4 meltingar-Mo-Sb litrófsmæling. Heildarfosfór í jarðvegi og tiltækt fosfórinnihald í jarðvegi var ákvarðað með Olsen aðferð (0,05 mól/L NaHCO3 lausn sem útdráttarefni) og heildarkalíuminnihald í jarðvegi var ákvarðað með natríumhýdroxíð samruna-loga ljósmælingu.
Tilraunagögnin voru upphaflega kerfisbundin. SPSS Statistics 20 var notað til að framkvæma meðaltal, staðalfrávik, einstefnu ANOVA og fylgnigreiningu hjá mönnum.
Tafla 1 sýnir rafsegulfræðilega eiginleika, anjónir og næringarefni jarðvegs með mismunandi halla. Tæringargeta, jarðvegsviðnám og austur-vestur möguleikahalli mismunandi halla voru öll marktæk (P < 0,05). Afoxunarmöguleikar niðurhalla, miðhalla og náttúrulegs halla voru marktækir (P < 0,05). Möguleikahalli hornréttur á teininn, þ.e. norður-suður möguleikahalli, er upphalla>niðurhalla>miðhalla. pH gildi jarðvegsins var í þessari röð: niðurhalla>upphalla>miðhalla>náttúrulegur halli. Heildar leysanlegt salt, náttúrulegur halli var marktækt hærra en járnbrautarhalli (P < 0,05). Heildar leysanlegt saltinnihald þriðja stigs járnbrautarhalla jarðvegs er yfir 500 mg/kg, og heildar leysanlegt salt hefur miðlungs áhrif á málmtæringu. Lífrænt efnisinnihald jarðvegs var hæst í náttúrulegum halla og lægst í niðurhalla (P < 0,05). Heildar köfnunarefnisinnihald var hæst í miðhalla og lægst í upphalla; Tiltækt köfnunarefnisinnihald var hæst í niðurhalla og miðhalla og lægst í náttúrulega halla; heildarköfnunarefnisinnihald járnbrautarinnar upp og niður halla var lægra, en tiltækt köfnunarefnisinnihald var hærra. Þetta bendir til þess að steinefnamyndun lífræns köfnunarefnis sé hröð upp og niður brekkur. Tiltækt kalíuminnihald er það sama og tiltækt fosfór.
Jarðvegsviðnám er vísitala sem gefur til kynna rafleiðni og er grunnbreyta til að meta jarðvegstæringu. Þættir sem hafa áhrif á jarðvegsviðnám eru meðal annars rakainnihald, heildarmagn leysanlegs salts, sýrustig, áferð jarðvegs, hitastig, innihald lífræns efnis, jarðvegshitastig og þéttleiki. Almennt séð er jarðvegur með lágt viðnám meira tærandi og öfugt. Að nota viðnám til að meta jarðvegstæringu er aðferð sem er algeng í ýmsum löndum. Tafla 1 sýnir matsviðmið fyrir tæringarstig fyrir hvern vísitölu37,38.
Samkvæmt niðurstöðum prófana og stöðlum í mínu landi (Tafla 1), ef tæringarhæfni jarðvegs er eingöngu metin út frá viðnámi jarðvegs, þá er jarðvegurinn upp brekkur mjög tærandi; jarðvegurinn niður brekkur er miðlungs tærandi; jarðvegstæringarhæfni jarðvegsins á miðhlíð og náttúrulegum halla er tiltölulega lítil og veik.
Jarðvegsviðnám upp brekkunnar er marktækt lægra en í öðrum hlutum brekkunnar, sem gæti stafað af regnrofi. Jarðvegurinn upp brekkunnar rennur með vatninu upp í miðhlíðina, þannig að málmvarnarnetið upp brekkunnar er nálægt jarðveginum. Sum málmnetin voru berskjölduð og jafnvel svifu í loftinu (Mynd 1). Jarðvegsviðnám var mælt á staðnum; bil á milli staura var 3 m; dýpt staurarokunar var minni en 15 cm. Ber málmnet og flagnandi ryð geta truflað mælinganiðurstöður. Þess vegna er óáreiðanlegt að meta tæringarþol jarðvegs eingöngu út frá jarðvegsviðnámsstuðli. Í alhliða mati á tæringu er jarðvegsviðnám upp brekkunnar ekki tekið með í reikninginn.
Vegna mikils rakastigs veldur stöðug raki í loftinu á Sichuan-svæðinu því að málmnet sem kemst í snertingu við loftið tærist meira en málmnet sem er grafið í jarðveginn39. Útsetning vírnets fyrir lofti getur leitt til styttri endingartíma, sem getur gert jarðveg upp á við óstöðugan. Jarðvegsrýrnun getur gert plöntum, sérstaklega viðarkenndum plöntum, erfitt fyrir að vaxa. Vegna skorts á viðarkenndum plöntum er erfitt að mynda rótarkerfi upp á við til að styrkja jarðveginn. Á sama tíma getur vöxtur plantna einnig bætt gæði jarðvegsins og aukið innihald humus í jarðveginum, sem getur ekki aðeins haldið vatni, heldur einnig skapað gott umhverfi fyrir vöxt og fjölgun dýra og plantna, og þar með dregið úr jarðvegsrýrnun. Þess vegna ætti að sá fleiri viðarfræjum upp á við á fyrstu stigum byggingarframkvæmda og bæta stöðugt við vatnsheldandi efni og hylja með filmu til varnar, til að draga úr rofi regnvatns á jarðveginum upp á við.
Tæringarmöguleikar eru mikilvægur þáttur sem hefur áhrif á tæringu á hallavörninni á þriggja hæða brekku og hafa mest áhrif á uppbrekku (Tafla 2). Við venjulegar aðstæður breytist tæringarmöguleikar ekki mikið í tilteknu umhverfi. Marktæk breyting getur stafað af villustrauma. Villustraumar vísa til strauma 40, 41, 42 sem leka inn í vegbotninn og jarðveginn þegar ökutæki nota almenningssamgöngur. Með þróun samgöngukerfa hefur járnbrautarkerfi landsins náð stórfelldri rafvæðingu og ekki er hægt að hunsa tæringu grafinna málma af völdum jafnstraumsleka frá rafknúnum járnbrautum. Eins og er er hægt að nota jarðvegsspennuhalla til að ákvarða hvort jarðvegurinn inniheldur villustraumatruflanir. Þegar spennuhalli yfirborðsjarðvegsins er lægri en 0,5 mv/m er villustraumar lágir; þegar spennuhalli er á bilinu 0,5 mv/m til 5,0 mv/m er villustraumar miðlungs; Þegar spennuhalli er meiri en 5,0 mv/m er villustraumurinn mikill. Fljótandi bil spennuhallans (EW) í miðhalla, upphalla og niðurhalla er sýnt á mynd 3. Hvað varðar fljótandi bilið eru miðlungi miklir villustraumar í austur-vestur og norður-suður áttum miðhallans. Þess vegna eru villustraumar mikilvægur þáttur sem hefur áhrif á tæringu málmneta í miðhalla og niðurhalla, sérstaklega í miðhalla.
Almennt gefur oxunar-afoxunargeta jarðvegs (Eh) yfir 400 mV til kynna oxunargetu, yfir 0-200 mV er miðlungs afoxunargeta og undir 0 mV er afoxunargeta mikil. Því lægri sem oxunar-afoxunargeta jarðvegs er, því meiri er tæringargeta örvera í jarðvegi gagnvart málmum44. Hægt er að spá fyrir um þróun tæringar jarðvegsörvera út frá oxunar-afoxunargetunni. Rannsóknin leiddi í ljós að oxunar-afoxunargeta jarðvegsins á hlíðunum þremur var meiri en 500 mV og tæringarstigið var mjög lítið. Það sýnir að loftræsting jarðvegsins á hlíðum er góð, sem er ekki stuðlað að tæringu loftfirðra örvera í jarðveginum.
Fyrri rannsóknir hafa leitt í ljós að áhrif sýrustigs jarðvegs á jarðvegseyðingu eru augljós. Með sveiflum í sýrustigi hefur það veruleg áhrif á tæringarhraða málmefna. Sýrustig jarðvegs er nátengt svæðinu og örverunum í jarðveginum45,46,47. Almennt séð eru áhrif sýrustigs jarðvegs á tæringu málmefna í örlítið basískum jarðvegi ekki augljós. Jarðvegurinn á þremur járnbrautarhlíðum er allur basískur, þannig að áhrif sýrustigs á tæringu málmnetsins eru veik.
Eins og sjá má í töflu 3 sýnir fylgnigreiningin að oxunar-afoxunarmöguleikinn og hallastaðan eru marktækt jákvætt tengd (R2 = 0,858), tæringarmöguleikinn og spennuhallinn (SN) eru marktækt jákvætt tengd (R2 = 0,755) og oxunar-afoxunarmöguleikinn og spennuhallinn (SN) eru marktækt jákvætt tengd (R2 = 0,755). Marktæk neikvæð fylgni var milli möguleika og sýrustigs (pH) (R2 = -0,724). Hallastaðan hafði marktækt jákvætt fylgni við oxunar-afoxunarmöguleikann. Þetta sýnir að það er munur á örumhverfi mismunandi hallastaða og að örverur í jarðvegi eru nátengdar oxunar-afoxunarmöguleikanum48, 49, 50. Oxunar-afoxunarmöguleikinn hafði marktækt neikvætt fylgni við pH51,52. Þetta samband benti til þess að pH og Eh gildi breyttust ekki alltaf samstillt meðan á oxunar-afoxunarferli jarðvegsins stóð, heldur höfðu neikvætt línulegt samband. Tæringarmöguleiki málms getur táknað hlutfallslega getu til að taka upp og missa rafeindir. Þó að tæringarmöguleikinn hafi haft marktækt jákvætt fylgni við spennuhalla (SN), gæti spennuhallinn stafað af auðveldum rafeindatapi málmsins.
Heildarmagn leysanlegs salts í jarðvegi tengist náið tæringargetu jarðvegs. Almennt séð, því hærra sem selta jarðvegsins er, því lægra er viðnám jarðvegsins, sem eykur viðnám jarðvegsins. Í rafvökvum jarðvegs eru það ekki aðeins anjónir og mismunandi svið, heldur einnig tæringaráhrif aðallega karbónöt, klóríð og súlföt. Að auki hefur heildarmagn leysanlegs salts í jarðvegi óbeint áhrif á tæringu með áhrifum annarra þátta, svo sem áhrifa rafskautsspennu í málmum og leysni súrefnis í jarðvegi.
Flestar leysanlegar salt-sundraðar jónir í jarðvegi taka ekki beinan þátt í rafefnafræðilegum viðbrögðum, heldur hafa áhrif á málmtæringu í gegnum jarðvegsviðnám. Því hærra sem selta jarðvegsins er, því sterkari er leiðni jarðvegsins og því sterkari er jarðvegseyðing. Saltainnihald jarðvegs í náttúrulegum hlíðum er marktækt hærra en í járnbrautarhlíðum, sem gæti stafað af því að náttúrulegar hlíðar eru ríkar af gróðri, sem stuðlar að jarðvegs- og vatnsvernd. Önnur ástæða gæti verið að náttúrulega hlíðin hefur orðið fyrir þroskaðri jarðvegsmyndun (jarðvegsupprunaefni myndað af bergveðrun), en jarðvegur járnbrautarhlíðarinnar er samsettur úr mulnum steinbrotum sem grunnefni „gervijarðvegar“ og hefur ekki gengist undir nægilegt jarðvegsmyndunarferli. Steinefni losnuðu ekki. Að auki hækkuðu saltjónir í djúpum jarðvegi náttúrulegra hlíða vegna háræðar við uppgufun á yfirborði og söfnuðust upp í yfirborðsjarðveginum, sem leiddi til aukinnar saltjónainnihalds í yfirborðsjarðveginum. Jarðvegsþykkt járnbrautarhlíðarinnar er minni en 20 cm, sem leiðir til þess að yfirborðsjarðvegurinn getur ekki bætt upp saltið úr djúpum jarðveginum.
Jákvæðar jónir (eins og K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+, o.s.frv.) hafa lítil áhrif á jarðvegs tæringu, en anjónir gegna mikilvægu hlutverki í rafefnafræðilegu tæringarferli og hafa veruleg áhrif á málmtæringu. Cl− getur hraðað tæringu anóðunnar og er mest tærandi anjónin; því hærra sem Cl− innihaldið er, því sterkari er jarðvegs tæringin. SO42− stuðlar ekki aðeins að tæringu á stáli, heldur veldur það einnig tæringu í sumum steypuefnum54. Tærir einnig járn. Í röð tilrauna í súrum jarðvegi kom í ljós að tæringarhraði var í réttu hlutfalli við sýrustig jarðvegsins55. Klóríð og súlfat eru helstu þættir leysanlegra salta, sem geta beint hraðað holamyndun málma. Rannsóknir hafa sýnt að tæringarþyngdartap kolefnisstáls í basískum jarðvegi er næstum í réttu hlutfalli við viðbót klóríð- og súlfatjóna56,57. Lee o.fl. komust að því að SO42- gæti hindrað tæringu, en stuðlað að þróun tæringarhola sem þegar hafa myndast58.
Samkvæmt matsstaðli fyrir tæringu jarðvegs og niðurstöðum prófana var klóríðjónainnihald í hverju jarðvegssýni á brekku yfir 100 mg/kg, sem bendir til mikillar tæringar í jarðvegi. Súlfatjónainnihald bæði upp og niður brekkur var yfir 200 mg/kg og undir 500 mg/kg, og jarðvegurinn var miðlungs tærður. Súlfatjónainnihald í miðhlíðinni er lægra en 200 mg/kg, og jarðvegstæringin er veik. Þegar jarðvegsmiðillinn inniheldur hátt styrk tekur hann þátt í viðbrögðunum og myndar tæringarhjúp á yfirborði málmskautsins, sem hægir á tæringarviðbrögðunum. Þegar styrkurinn eykst getur hjúpurinn brotnað skyndilega, sem hraðar tæringarhraðanum verulega; þegar styrkurinn heldur áfram að aukast þekur tæringarhjúpurinn yfirborð málmskautsins og tæringarhraðinn sýnir hægari þróun aftur. Rannsóknin leiddi í ljós að magnið í jarðveginum var lægra og hafði því lítil áhrif á tæringu.
Samkvæmt töflu 4 sýndi fylgni milli halla og anjóna í jarðvegi marktæk jákvæð fylgni milli halla og klóríðjóna (R2 = 0,836) og marktæk jákvæð fylgni milli halla og heildar leysanlegra salta (R2 = 0,742).
Þetta bendir til þess að yfirborðsrennsli og jarðvegseyðing gætu verið ábyrg fyrir breytingum á heildarmagni leysanlegra salta í jarðveginum. Marktæk jákvæð fylgni var milli heildarmagns leysanlegra salta og klóríðjóna, sem gæti verið vegna þess að heildarmagn leysanlegra sölta er safn klóríðjóna og innihald heildarmagns leysanlegra salta ræður innihaldi klóríðjóna í jarðvegslausnum. Þess vegna getum við vitað að mismunur á halla getur valdið alvarlegri tæringu á málmnetinu.
Lífrænt efni, heildarköfnunarefni, tiltækt köfnunarefni, tiltækt fosfór og tiltækt kalíum eru helstu næringarefni jarðvegsins og hafa áhrif á gæði jarðvegsins og upptöku næringarefna í rótarkerfinu. Næringarefni í jarðvegi eru mikilvægur þáttur sem hefur áhrif á örverur í jarðvegi, þannig að það er þess virði að rannsaka hvort fylgni sé milli næringarefna í jarðvegi og málmtæringar. Suiyu-járnbrautin var lokið árið 2003, sem þýðir að lífrænt efni hefur aðeins safnast upp í 9 ár í gervigarðvegi. Vegna sérstöðu gervigarðvegs er nauðsynlegt að hafa góða skilning á næringarefnum í gervigarðvegi.
Rannsóknin sýnir að innihald lífræns efnis er hæst í náttúrulegum hlíðum eftir allt jarðvegsmyndunarferlið. Lífrænt efnisinnihald var lægst í lághlíðum jarðvegi. Vegna áhrifa veðrunar og yfirborðsrennslis safnast næringarefni í jarðvegi fyrir á miðhlíðum og niður brekkunni og mynda þykkt humuslag. Hins vegar, vegna smárra agna og lélegs stöðugleika lághlíðs jarðvegs, brotnar lífrænt efni auðveldlega niður af örverum. Könnunin leiddi í ljós að gróðurþekja og fjölbreytni á miðhlíðum og niður brekkunni var mikil, en einsleitni var lítil, sem getur leitt til ójafnrar dreifingar næringarefna á yfirborði jarðvegsins. Þykkt humuslag heldur vatni og jarðvegslífverur eru virkar. Allt þetta flýtir fyrir niðurbroti lífræns efnis í jarðveginum.
Innihald basískt vatnsrofins köfnunarefnis í járnbrautarhlíðum upp á við, í miðri og niður á við var hærra en í náttúrulegu hlíðinni, sem bendir til þess að steinefnamyndunarhraði lífræns köfnunarefnis í járnbrautarhlíðinni var marktækt hærri en í náttúrulegu hlíðinni. Því minni sem agnirnar eru, því óstöðugri er jarðvegsbyggingin, því auðveldara er fyrir örverur að brjóta niður lífrænt efni í jarðveginum og því meiri er forða af steinefnabættum lífrænum köfnunarefni60,61. Í samræmi við niðurstöður rannsóknarinnar62 var innihald smárra agna í jarðvegi járnbrautarhlíða marktækt hærra en í náttúrulegum hlíðum. Því verður að grípa til viðeigandi ráðstafana til að auka innihald áburðar, lífræns efnis og köfnunarefnis í jarðvegi járnbrautarhlíðannar og til að bæta sjálfbæra nýtingu jarðvegsins. Sóun á tiltæku fosfóri og tiltæku kalíum af völdum yfirborðsrennslis nam 77,27% til 99,79% af heildartapi járnbrautarhlíðannar. Yfirborðsrennsli gæti verið aðalástæðan fyrir tapi á tiltækum næringarefnum í jarðvegi á hlíðinni63,64,65.
Eins og sést í töflu 4 var marktæk jákvæð fylgni milli hallastöðu og tiltæks fosfórs (R2 = 0,948) og fylgni milli hallastöðu og tiltæks kalíums var sú sama (R2 = 0,898). Þar sést að hallastaða hefur áhrif á innihald tiltæks fosfórs og tiltæks kalíums í jarðveginum.
Halli er mikilvægur þáttur sem hefur áhrif á innihald lífræns efnis í jarðvegi og köfnunarefnisauðgun66, og því minni sem hallinn er, því meiri er auðgunarhraðinn. Fyrir næringarefnaauðgun í jarðvegi minnkaði næringarefnatap og áhrif hallastöðu á lífrænt efnisinnihald jarðvegs og heildar köfnunarefnisauðgun voru ekki augljós. Mismunandi gerðir og fjöldi plantna á mismunandi hlíðum hafa mismunandi lífrænar sýrur seyttar af plönturótum. Lífrænar sýrur eru gagnlegar fyrir bindingu tiltæks fosfórs og tiltæks kalíums í jarðveginum. Þess vegna var marktæk fylgni milli hallastöðu og tiltæks fosfórs, og hallastöðu og tiltæks kalíums.
Til að skýra tengslin milli næringarefna í jarðvegi og jarðvegs tæringar er nauðsynlegt að greina fylgnina. Eins og sést í töflu 5 var oxunar-afoxunargetan marktækt neikvætt tengd tiltæku köfnunarefni (R2 = -0,845) og marktækt jákvætt tengd tiltæku fosfóri (R2 = 0,842) og tiltæku kalíum (R2 = 0,980). OX-afoxunargetan endurspeglar gæði oxunar-afoxunar, sem venjulega er undir áhrifum af einhverjum eðlis- og efnafræðilegum eiginleikum jarðvegsins, og hefur síðan áhrif á röð eiginleika jarðvegsins. Þess vegna er hún mikilvægur þáttur í að ákvarða stefnu umbreytingar næringarefna í jarðvegi67. Mismunandi oxunar-afoxunareiginleikar geta leitt til mismunandi ástands og tiltækileika næringarþátta. Þess vegna hefur oxunar-afoxunargetan marktæka fylgni við tiltækt köfnunarefni, tiltækt fosfór og tiltækt kalíum.
Auk eiginleika málma er tæringarmöguleiki einnig tengdur eiginleikum jarðvegs. Tæringarmöguleiki hafði marktækt neikvætt samband við lífrænt efni, sem bendir til þess að lífrænt efni hafi haft marktæk áhrif á tæringarmöguleika. Að auki hafði lífrænt efni einnig marktækt neikvætt samband við hugsanlegan halla (SN) (R2 = -0,713) og súlfatjón (R2 = -0,671), sem bendir til þess að innihald lífræns efnis hafi einnig áhrif á hugsanlegan halla (SN) og súlfatjón. Marktæk neikvæð fylgni var milli sýrustigs jarðvegs og tiltæks kalíums (R2 = -0,728).
Tiltækt köfnunarefni hafði marktækt neikvætt fylgni við heildar leysanleg sölt og klóríðjónir, og tiltækt fosfór og tiltækt kalíum höfðu marktækt jákvætt fylgni við heildar leysanleg sölt og klóríðjónir. Þetta benti til þess að innihald tiltækra næringarefna hefði marktæk áhrif á magn heildar leysanlegra salta og klóríðjóna í jarðvegi, og anjónir í jarðvegi væru ekki stuðlandi að uppsöfnun og framboði tiltækra næringarefna. Heildarköfnunarefni hafði marktækt neikvætt fylgni við súlfatjónir og marktækt jákvætt fylgni við bíkarbónat, sem bendir til þess að heildarköfnunarefni hafi áhrif á innihald súlfats og bíkarbónat. Plöntur hafa litla eftirspurn eftir súlfatjónum og bíkarbónatjónum, þannig að flestar þeirra eru frjálsar í jarðveginum eða frásogast af jarðvegskolloidum. Bíkarbónatjónir stuðla að uppsöfnun köfnunarefnis í jarðveginum, og súlfatjónir draga úr framboði köfnunarefnis í jarðveginum. Þess vegna er viðeigandi aukning á innihaldi tiltæks köfnunarefnis og humus í jarðvegi gagnleg til að draga úr tæringu jarðvegs.
Jarðvegur er kerfi með flókna samsetningu og eiginleika. Tæringargeta jarðvegs er afleiðing samverkandi áhrifa margra þátta. Þess vegna er almennt notuð alhliða matsaðferð til að meta tæringargetu jarðvegs. Með vísan til „kóðans fyrir jarðverkfræðilega rannsókn“ (GB50021-94) og prófunaraðferða China Soil Corrosion Test Network, er hægt að meta tæringargráðu jarðvegs ítarlega samkvæmt eftirfarandi stöðlum: (1) Matið er veik tæring, ef aðeins veik tæring er, þá er engin miðlungs tæring eða sterk tæring; (2) ef engin sterk tæring er, er það metið sem miðlungs tæring; (3) ef það eru einn eða tveir staðir með sterka tæringu, er það metið sem sterk tæring; (4) ef það eru 3 eða fleiri staðir með sterka tæringu, er það metið sem sterk tæring fyrir alvarlega tæringu.
Tæringarstig jarðvegssýna á ýmsum hlíðum voru ítarlega metin samkvæmt jarðvegsviðnámi, oxunar-afoxunargetu, vatnsinnihaldi, saltinnihaldi, pH-gildi og klór- og SO42-innihaldi. Niðurstöður rannsóknarinnar sýna að jarðvegurinn á öllum hlíðum er mjög tærandi.
Tæringargeta er mikilvægur þáttur sem hefur áhrif á tæringu á hlíðarneti. Tæringargeta allra þriggja hlakkanna er lægri en -200 mV, sem hefur mest áhrif á tæringu málmnetsins upp á við. Hægt er að nota spennuhalla til að meta stærð villistraums í jarðvegi. Villistraumur er mikilvægur þáttur sem hefur áhrif á tæringu málmnets á miðhlíðum og upp á við, sérstaklega á miðhlíðum. Heildarinnihald leysanlegs salts í jarðvegi á efri, mið- og neðri hlíðum var allt yfir 500 mg/kg og tæringaráhrif á hlíðarnetið voru miðlungs. Vatnsinnihald jarðvegs er mikilvægur þáttur sem hefur áhrif á tæringu málmnets á miðhlíðum og niður á við og hefur meiri áhrif á tæringu hlíðarnetsins. Næringarefni eru mest í jarðvegi á miðhlíðum, sem bendir til tíðrar örverustarfsemi og hraðrar vaxtar plantna.
Rannsóknin sýnir að tæringargeta, hugsanlegur halli, heildarmagn leysanlegs salts og vatnsinnihald eru helstu þættirnir sem hafa áhrif á jarðvegstæringu á hlíðunum þremur og er jarðvegstæringin metin sem mikil. Tæringin í hlíðarvörninni er alvarlegust í miðhallanum, sem veitir viðmiðun fyrir tæringarvarnarhönnun járnbrautarhallavörnarinnar. Viðeigandi viðbót tiltæks köfnunarefnis og lífræns áburðar er gagnleg til að draga úr jarðvegstæringu, auðvelda plöntuvöxt og að lokum stöðuga hallann.
Hvernig á að vitna í þessa grein: Chen, J. o.fl. Áhrif jarðvegssamsetningar og rafefnafræði á tæringu í berghlíðum meðfram kínverskri járnbrautarlínu. science.Rep. 5, 14939; doi: 10.1038/srep14939 (2015).
Lin, YL & Yang, GL. Eðlisfræðilegir eiginleikar undirlagshalla járnbrautar við örvun jarðskjálfta. Náttúruhamfarir. 69, 219–235 (2013).
Sui Wang, J. o.fl. Greining á dæmigerðum jarðskjálftaskemmdum á þjóðvegum á jarðskjálftasvæðinu Wenchuan í Sichuan-héraði [J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering. 28, 1250–1260 (2009).
Weilin, Z., Zhenyu, L. & Jinsong, J. Greining á jarðskjálftaskemmdum og mótvægisaðgerðir á brúm í Wenchuan-jarðskjálftanum. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering. 28, 1377–1387 (2009).
Lin, CW, Liu, SH, Lee, SY & Liu, CC. Áhrif jarðskjálftans í Chichi á skriður af völdum síðari úrkomu í miðhluta Taívans. Engineering Geology. 86, 87–101 (2006).
Koi, T. o.fl. Langtímaáhrif jarðskjálftaafleiddra skriða á setmyndun í fjallavatnasviði: Tanzawa-héraðið, Japan. geomorphology. 101, 692–702 (2008).
Hongshuai, L., Jingshan, B. & Dedong, L. Yfirlit yfir rannsóknir á greiningu á jarðskjálftastöðugleika í jarðtæknilegum hlíðum. Jarðskjálftaverkfræði og verkfræðileg titringur. 25, 164–171 (2005).
Yue Ping, Rannsóknir á jarðfræðilegum hættum af völdum jarðskjálftans í Wenchuan í Sichuan. Journal of Engineering Geology 4, 7–12 (2008).
Ali, F. Verndun brekkna með gróðri: rótarkerfi sumra hitabeltisplantna. International Journal of Physical Sciences. 5, 496–506 (2010).
Takyu, M., Aiba, SI & Kitayama, K. Áhrif landslags á hitabeltisskóga í lágfjöllum við mismunandi jarðfræðilegar aðstæður á Kinabalufjalli á Borneó. Plant Ecology. 159, 35–49 (2002).
Stokes, A. o.fl. Kjörrótareiginleikar plantna til að vernda náttúrulegar og verkfræðilegar hlíðar gegn skriðum. Plants and Soils, 324, 1-30 (2009).
De Baets, S., Poesen, J., Gyssels, G. & Knapen, A. Áhrif grasrótar á rofhæfni jarðvegs við einbeitta rennsli. Geomorphology 76, 54–67 (2006).