Hvala, ker ste obiskali Nature.com. Različica brskalnika, ki jo uporabljate, ima omejeno podporo za CSS. Za najboljšo izkušnjo priporočamo, da uporabite posodobljen brskalnik (ali izklopite način združljivosti v Internet Explorerju). Medtem bomo zaradi zagotavljanja stalne podpore spletno mesto prikazali brez slogov in JavaScripta.
Če za raziskovalni predmet vzamemo pobočje železnice Sui-Chongqing, upornost tal, elektrokemijo tal (korozijski potencial, redoks potencial, potencialni gradient in pH), anione tal (skupne topne soli, Cl-, SO42- in) in prehrano tal (vsebnost vlage, organske snovi, skupni dušik, alkalno hidroliziran dušik, razpoložljiv fosfor, razpoložljiv kalij) Pod različnimi s lopes se stopnja korozije ocenjuje glede na posamezne indikatorje in celovite kazalnike umetnih tal. V primerjavi z drugimi dejavniki ima voda največji vpliv na korozijo zaščitne mreže za pobočja, sledi ji vsebnost anionov. Celotna topna sol ima zmeren učinek na korozijo zaščitne mreže za pobočja, blodeči tok pa ima zmeren učinek na korozijo zaščitne mreže za pobočja. Stopnja korozije vzorcev tal je bila celovito ovrednotena in korozija na zgornjem pobočju je bila zmerna, korozija na srednjem in spodnjem pobočju pa močna. Organska snov v tleh je bila pomembno povezana s potencialnim gradientom. Razpoložljiv dušik, razpoložljiv kalij in razpoložljiv fosfor so bili pomembno povezani z anioni. Porazdelitev hranilnih snovi v tleh je posredno povezana z vrsto pobočja.
Pri gradnji železnic, avtocest in objektov za varovanje vode se gorskim odprtinam pogosto ni mogoče izogniti. Zaradi gora na jugozahodu gradnja železnic na Kitajskem zahteva veliko izkopavanja gore. Uničuje prvotno zemljo in vegetacijo, ustvarja izpostavljena skalnata pobočja. To stanje vodi do zemeljskih plazov in erozije tal, kar ogroža varnost železniškega prometa. Zemeljski plazovi so slabi za cestni promet, zlasti po potresu v Wenchuanu 12. maja 2008. Zemeljski plazovi so postali zelo razširjena in resna potresna katastrofa1.V oceni 4243 kilometrov ključnih magistralnih cest v provinci Sečuan leta 2008 je bilo 1736 hudih potresnih nesreč v cestnih podlagah in podpornih zidovih, kar predstavlja 39,76 % celotne dolžine ocene. Neposredne gospodarske izgube zaradi škode na cestah so presegle 58 milijard juanov 2,3. Svetovni primeri kažejo, da lahko geonevarnosti po potresu trajajo najmanj 10 let (potres v Tajvanu) in celo 40-50 let (potres v Kantu na Japonskem)4,5.Gradient je glavni dejavnik, ki vpliva na potresno nevarnost6,7.Zato je treba vzdrževati naklon ceste in krepiti njeno stabilnost.Rastline igrajo nenadomestljivo vlogo pri varovanju pobočij in ekološki obnovi krajine8.V primerjavi z navadnimi talnimi pobočji kamnita pobočja nimajo kopičenje hranilnih dejavnikov, kot so organske snovi, dušik, fosfor in kalij, in nimajo talnega okolja, potrebnega za rast vegetacije. Zaradi dejavnikov, kot sta velik naklon in erozija zaradi dežja, se tla na pobočju zlahka izgubijo. Okolje na pobočju je surovo, nima potrebnih pogojev za rast rastlin, tla na pobočju pa nimajo podporne stabilnosti 9. Škropljenje pobočij z osnovnim materialom za prekrivanje tal za zaščito pobočja je običajno v moji državi uporablja tehnologijo ekološke obnove pobočij. Umetna prst, ki se uporablja za škropljenje, je sestavljena iz zdrobljenega kamna, kmetijske zemlje, slame, sestavljenega gnojila, sredstva za zadrževanje vode in lepila (pogosto uporabljena lepila vključujejo portlandski cement, organsko lepilo in emulgator za asfalt) v določenem razmerju. Tehnični postopek je: najprej položite bodečo žico na skalo, nato pritrdite bodečo žico z zakovice in sidrne vijake ter na koncu razpršite umetno prst, ki vsebuje semena, na pobočju s posebnim razpršilcem. Večinoma se uporablja kovinska mreža v obliki diamanta 14 #, ki je v celoti pocinkana, s standardom mreže 5 cm × 5 cm in premerom 2 mm. Kovinska mreža omogoča, da matrica zemlje tvori trajno monolitno ploščo na površini skale. Kovinska mreža bo korodirala v tleh , saj so tla sama po sebi elektrolit, stopnja korozije pa je odvisna od lastnosti tal. Vrednotenje korozijskih faktorjev tal je zelo pomembno za ocenjevanje erozije kovinskih mrež, ki jo povzročajo tla, in odpravljanje nevarnosti plazov.
Verjame se, da imajo rastlinske korenine ključno vlogo pri stabilizaciji pobočij in nadzoru erozije 10,11,12,13,14. Za stabilizacijo pobočij pred plitvimi zemeljskimi plazovi se lahko uporabi vegetacija, saj rastlinske korenine lahko utrdijo tla in preprečijo zemeljske plazove 15,16,17. Lesna vegetacija, zlasti drevesa, pomaga preprečevati plitve plazove 18. Trdna zaščitna struktura, ki jo tvorita navpična in bočna koreninski sistemi rastlin, ki delujejo kot ojačitveni piloti v tleh. Razvoj vzorcev koreninske arhitekture poganjajo geni, okolje v tleh pa igra odločilno vlogo pri teh procesih. Korozija kovin se razlikuje glede na okolje v tleh. interakcije med zunanjim okoljem in različnimi organizmi v desetinah milijonov let22,23,24. Preden lesna vegetacija oblikuje stabilen koreninski sistem in ekosistem, je lahko varno delovanje kovinske mreže v kombinaciji s skalnim pobočjem in umetno zemljo neposredno povezano z razvojem naravnega gospodarstva, varnostjo življenja in izboljšanjem ekološkega okolja.
Vendar lahko korozija kovin povzroči velike izgube. Glede na raziskavo, izvedeno na Kitajskem v zgodnjih osemdesetih letih prejšnjega stoletja o kemičnih strojih in drugih industrijah, so izgube zaradi korozije kovin predstavljale 4 % skupne izhodne vrednosti. Zato je zelo pomembno preučiti mehanizem korozije in sprejeti zaščitne ukrepe za gospodarno gradnjo. Tla so kompleksen sistem plinov, tekočin, trdnih snovi in ​​mikroorganizmov. Mikrobni metabolit s lahko korodira materiale, korozijo pa lahko povzročijo tudi blodeči tokovi. Zato je pomembno preprečiti korozijo kovin, zakopanih v zemlji. Trenutno se raziskave o koroziji zakopanih kovin osredotočajo predvsem na (1) dejavnike, ki vplivajo na korozijo zakopanih kovin25;(2) metode zaščite kovin26,27;(3) metode presoje stopnje korozije kovine28;Korozija v različnih medijih. Vendar so bila vsa tla v študiji naravna in so bila podvržena zadostnim procesom nastajanja tal. Vendar pa ni poročila o umetni eroziji tal na skalnih pobočjih železnic.
V primerjavi z drugimi korozivnimi mediji ima umetna tla značilnosti nelikvidnosti, heterogenosti, sezonskosti in regionalnosti. Korozija kovin v umetnih tleh je posledica elektrokemičnih interakcij med kovinami in umetnimi tlemi. Poleg prirojenih dejavnikov je stopnja korozije kovin odvisna tudi od okoliškega okolja. Na korozijo kovin posamezno ali v kombinaciji vplivajo številni dejavniki, kot so vsebnost vlage, vsebnost kisika, skupna vsebnost topne soli, vsebnost anionov in kovinskih ionov, pH, talni mikrobi30,31,32.
V 30-letni praksi je bilo vprašanje, kako trajno ohraniti umetna tla na skalnatih pobočjih, problem33. Na nekaterih pobočjih po 10 letih ročne nege zaradi erozije tal ne morejo rasti grmi ali drevesa. Umazanija na površini kovinske mreže je bila ponekod odplaknjena. Nekatere kovinske mreže so zaradi korozije popokale in izgubile vso prst nad in pod njimi (slika 1). raziskave o koroziji železniških pobočij se v glavnem osredotočajo na korozijo ozemljitvene mreže železniške postaje, korozijo blodečih tokov, ki jo povzroča lahka tirnica, in korozijo železniških mostov34,35, tirov in druge opreme vozil36. Ni poročil o koroziji kovinske mreže za zaščito železniških pobočij. Ta članek preučuje fizikalne, kemijske in elektrokemične lastnosti umetnih tal na jugozahodnem skalnem pobočju železnice Suiyu, katerega namen je predvideti korozijo kovin z ocenjevanjem lastnosti tal in zagotoviti teoretično in praktično osnovo za obnovo talnega ekosistema in umetno obnovo. Umetno pobočje.
Preskusno mesto se nahaja na hribovitem območju Sichuana (30°32′N, 105°32′E) v bližini železniške postaje Suining. Območje se nahaja sredi sečuanske kotline, z nizkimi gorami in hribi, s preprosto geološko strukturo in ravnim terenom. Erozija, rezanje in kopičenje vode ustvarjajo erodirano hribovito pokrajino. Osnova je v glavnem apnenec, odkritje pa je v glavnem čisto pesek in blatnik. Celovitost je slaba, kamnina pa je kockasta struktura. Raziskovalno območje ima subtropsko vlažno monsunsko podnebje s sezonskimi značilnostmi zgodnje pomladi, vročega poletja, kratke jeseni in pozne zime. Padavine so obilne, virov svetlobe in toplote je veliko, obdobje brez zmrzali je dolgo (povprečno 285 dni), podnebje je blago, povprečna letna temperatura je 17,4 °C, povprečna temperatura najbolj vročega meseca (A avgust) je 27,2°C, skrajna najvišja temperatura pa 39,3°C. Najhladnejši mesec je januar (povprečna temperatura je 6,5°C), skrajna najnižja temperatura je -3,8°C, letna povprečna količina padavin pa 920 mm, večinoma koncentrirana julija in avgusta. Količina padavin spomladi, poleti, jeseni in pozimi je zelo različna.Delež padavin v vsakem letnem času je 19–21 %, 51–54 %, 22–24 % oziroma 4–5 %.
Raziskovalno mesto je pobočje približno 45° na pobočju železnice Yu-Sui, zgrajene leta 2003. Aprila 2012 je bilo obrnjeno proti jugu znotraj 1 km od železniške postaje Suining.Naravno pobočje je bilo uporabljeno kot kontrola. Ekološka obnova pobočja sprejme tujo tehnologijo škropljenja tal za ekološko obnovo. Glede na višino stranskega pobočja železnice lahko pobočje razdelimo na vzpon, srednje pobočje in navzdol (slika 2). Ker je debelina rezanega pobočja umetna tla približno 10 cm, da bi se izognili onesnaženje s korozijskimi produkti kovinske mreže tal, uporabljamo samo lopato iz nerjavečega jekla, da zajamemo površino tal 0-8 cm. Za vsako lego pobočja so bile nastavljene štiri ponovitve, s 15-20 naključnimi vzorčevalnimi točkami na ponovitev. Vsaka ponovitev je mešanica 15-20 naključno določenih iz vzorčevalnih točk v obliki črke S. Njegova sveža teža je približno 500 gramov. Prinesite vzorce nazaj v laboratorij v polietilenskih vrečah z zadrgo za predelavo. Tla se naravno posušijo na zraku, gramoz ter živalski in rastlinski ostanki pa se poberejo, zdrobijo z ahatno palico in presejejo z najlonskim sitom 20 mesh, 100 mesh, razen grobih delcev.
Upornost tal je bila izmerjena s testerjem ozemljitvenega upora VICTOR4106 proizvajalca Shengli Instrument Company;upornost tal je bila izmerjena na terenu;vlažnost tal je bila izmerjena z metodo sušenja. Prenosni digitalni mv/pH instrument DMP-2 ima visoko vhodno impedanco za merjenje korozijskega potenciala tal. Gradient potenciala in redoks potencial sta bila določena s prenosnim digitalnim mv/pH DMP-2, skupna topna sol v tleh je bila določena z metodo sušenja ostankov, vsebnost kloridnih ionov v tleh je bila določena z metodo titracije AgNO3 (Mohrova metoda), vsebnost sulfata v tleh je bila določena z metodo indirektne titracije EDTA, metodo dvojne indikatorske titracije za določanje karbonata in bikarbonata v tleh, metodo segrevanja z oksidacijo kalijevega dikromata za določanje organske snovi v tleh, metodo difuzije alkalne raztopine za določanje dušika alkalne hidrolize v tleh, razgradnjo H2SO4-HClO4 kolorimetrično metodo Mo-Sb Skupni fosfor v tleh in vsebnost razpoložljivega fosforja v tleh sta bila določena z Olsenovo metodo (0,05 mol). /L raztopine NaHCO3 kot ekstraktant), skupno vsebnost kalija v tleh pa smo določili s fuzijsko-plamensko fotometrijo natrijevega hidroksida.
Eksperimentalni podatki so bili sprva sistematizirani. SPSS Statistics 20 je bil uporabljen za izvedbo analize povprečja, standardnega odklona, ​​enosmerne ANOVA in človeške korelacijske analize.
Tabela 1 predstavlja elektromehanske lastnosti, anione in hranila tal z različnimi nakloni. Korozijski potencial, upornost tal in potencialni gradient vzhod-zahod različnih pobočij so bili pomembni (P < 0,05). Redoks potenciali navzdol, srednjega pobočja in naravnega pobočja so bili pomembni (P < 0,05). Potencialni gradient, pravokoten na tirnico, to je potencialni gradient sever-jug, je vzpon>naklon>srednje pobočje. Vrednost pH tal je bila v vrstnem redu pobočje navzdol>navzgor>srednje pobočje>naravno pobočje. Skupna topna sol, naravni naklon je bil znatno višji od naklona železnice (P <0,05). Skupna vsebnost topne soli v tleh na pobočju železniške proge tretjega razreda je nad 500 mg/kg, skupna topna sol pa ima zmeren učinek na kovinska korozija. Vsebnost organske snovi v tleh je bila največja v naravnem pobočju in najmanjša v pobočju navzdol (P < 0,05). Vsebnost skupnega dušika je bila največja v srednjem pobočju in najmanjša v pobočju navzgor;vsebnost razpoložljivega dušika je bila največja v pobočju in srednjem pobočju, najmanjša pa v naravnem pobočju;skupna vsebnost dušika na progi navzgor in navzdol je bila nižja, vendar je bila razpoložljiva vsebnost dušika višja. To kaže, da je stopnja mineralizacije organskega dušika navzgor in navzdol hitra. Razpoložljiva vsebnost kalija je enaka razpoložljivemu fosforju.
Upornost tal je indeks, ki označuje električno prevodnost in osnovni parameter za presojo korozije tal. Dejavniki, ki vplivajo na upornost tal, vključujejo vsebnost vlage, skupno vsebnost topne soli, pH, teksturo tal, temperaturo, vsebnost organskih snovi, temperaturo tal in tesnost. Na splošno so tla z nizko upornostjo bolj jedka in obratno. Uporaba upornosti za presojo jedkosti tal je metoda, ki se običajno uporablja v različnih državah .Tabela 1 prikazuje merila za oceno korozivnosti za vsak posamezen indeks37,38.
Glede na rezultate preskusov in standarde v moji državi (tabela 1), če je jedkost tal ocenjena le z upornostjo tal, so tla na pobočju vzpona zelo jedka;prst na pobočju navzdol je zmerno korozivna;korozivnost tal na srednjem pobočju in naravnem pobočju je razmeroma nizka šibka.
Upornost tal na pobočju navzgor je znatno nižja kot na drugih delih pobočja, kar lahko povzroči erozija zaradi dežja. Vrhnja plast tal na pobočju teče z vodo na srednje pobočje, tako da je kovinska zaščitna mreža za pobočje navzgor blizu zgornje plasti tal. Nekatere kovinske mreže so bile izpostavljene in celo viseče v zraku (slika 1). Upornost tal je bila izmerjena na kraju samem;razmik pilotov je bil 3m;globina zabijanja pilotov je bila pod 15 cm. Gola kovinska mreža in luščenje rje lahko vplivata na rezultate meritev. Zato je nezanesljivo oceniti jedkost tal samo z indeksom upornosti tal. Pri celoviti oceni korozije se upornost tal na vzponu ne upošteva.
Zaradi visoke relativne vlažnosti trajni vlažni zrak na območju Sečuana povzroča resnejšo korozijo kovinske mreže, ki je izpostavljena zraku, kot kovinska mreža, zakopana v zemljo39. Izpostavljenost žične mreže zraku lahko povzroči zmanjšano življenjsko dobo, kar lahko destabilizira tla navzgor. Izguba tal lahko rastlinam, zlasti lesnatim, oteži rast. Zaradi pomanjkanja lesnatih rastlin je težko oblikovati koreninski sistem navzgor, da utrdi tla. Hkrati lahko rast rastlin izboljša tudi kakovost tal in poveča vsebnost humusa v tleh, ki ne more samo zadrževati vode, temveč tudi zagotoviti dobro okolje za rast in razmnoževanje živali in rastlin, s čimer se zmanjša izguba tal. Zato je treba v zgodnji fazi gradnje na vzpetino posejati več olesenelih semen, stalno dodajati sredstvo za zadrževanje vode in ga za zaščito prekriti s filmom, tako da se zmanjša erozija tal na pobočju z deževnico.
Korozijski potencial je pomemben dejavnik, ki vpliva na korozijo zaščitne mreže na pobočju na trinivojskem pobočju in ima največji vpliv na naklon navkreber (tabela 2). V normalnih pogojih se korozijski potencial v danem okolju ne spremeni veliko. Opazno spremembo lahko povzročijo blodeči tokovi. Lutajoči tokovi se nanašajo na tokove 40, 41, 42, ki uhajajo v cestno podlago in zemeljski medij, ko vozila uporabljajo javni prevoz Z razvojem prometnega sistema je železniški prometni sistem moje države dosegel obsežno elektrifikacijo in korozije zakopanih kovin, ki jo povzroča uhajanje enosmernega toka iz elektrificiranih železnic, ni mogoče prezreti. Trenutno se lahko uporabi gradient potenciala tal za ugotavljanje, ali tla vsebujejo motnje blodečega toka. Ko je gradient potenciala površinske zemlje nižji od 0,5 mv/m, je blodeči tok nizka;ko je potencialni gradient v območju od 0,5 mv/m do 5,0 mv/m, je blodeči tok zmeren;ko je potencialni gradient večji od 5,0 mv/m, je raven blodečega toka visoka. Plavajoče območje potencialnega gradienta (EW) srednjega pobočja, navzgor in navzdol je prikazano na sliki 3. V smislu plavajočega območja obstajajo zmerni blodeči tokovi v smereh vzhod-zahod in sever-jug srednjega pobočja. Zato je blodeči tok pomemben dejavnik, ki vpliva na korozija kovinskih mrež na srednjem pobočju in navzdol, zlasti na srednjem pobočju.
Na splošno redoks potencial tal (Eh) nad 400 mV označuje oksidacijsko sposobnost, nad 0–200 mV je srednja redukcijska sposobnost, pod 0 mV pa velika redukcijska sposobnost. Nižji kot je redoks potencial tal, večja je korozijska sposobnost talnih mikroorganizmov na kovine44. Na podlagi redoks potenciala je mogoče predvideti trend mikrobne korozije tal. Študija je pokazala, da so tla redoks potencial treh pobočij je bil večji od 500 mv, stopnja korozije pa je bila zelo majhna. To kaže, da je stanje prezračevanja tal na pobočju dobro, kar ne prispeva k koroziji anaerobnih mikroorganizmov v tleh.
Prejšnje študije so pokazale, da je vpliv pH tal na erozijo tal očiten. Z nihanjem vrednosti pH je stopnja korozije kovinskih materialov znatno prizadeta. PH tal je tesno povezan z območjem in mikroorganizmi v tleh 45,46,47. Na splošno učinek pH tal na korozijo kovinskih materialov v rahlo alkalnih tleh ni očiten. Tla treh pobočij železnice so vsa alkalen, zato je vpliv pH na korozijo kovinske mreže šibek.
Kot je razvidno iz tabele 3, korelacijska analiza kaže, da sta redoks potencial in položaj naklona pomembno pozitivno korelirana (R2 = 0,858), korozijski potencial in potencialni gradient (SN) sta pomembno pozitivno korelirana (R2 = 0,755), redoks potencial in potencialni gradient (SN) pa sta pomembno pozitivno korelirana (R2 = 0,755).Med potencialom in pH je obstajala pomembna negativna korelacija (R2 = -0,724). Položaj naklona je bil pomembno pozitivno povezan z redoks potencialom. To kaže, da obstajajo razlike v mikrookolju različnih položajev naklona, ​​mikroorganizmi v tleh pa so tesno povezani z redoks potencialom48, 49, 50. Redoks potencial je bil v značilni negativni korelaciji s pH51,52. Ta odnos je pokazal, da sta pH in Eh vrednosti se med redoks procesom tal niso vedno spreminjale sinhrono, ampak so imele negativno linearno razmerje. Potencial korozije kovine lahko predstavlja relativno sposobnost pridobivanja in izgube elektronov. Čeprav je bil korozijski potencial pomembno pozitivno koreliran s potencialnim gradientom (SN), je potencialni gradient lahko posledica lahke izgube elektronov s kovino.
Skupna vsebnost topne soli v tleh je tesno povezana z jedkostjo tal. Na splošno velja, da višja kot je slanost tal, nižja je upornost tal, s čimer se poveča odpornost tal. V talnih elektrolitih niso le anioni in različni razponi, temveč tudi vplivi korozije predvsem karbonati, kloridi in sulfati. Poleg tega skupna vsebnost topne soli v tleh posredno vpliva na korozijo prek vpliva drugih dejavnikov, kot je učinek elektro de potencial v kovinah in topnost kisika v tleh53.
Večina topnih v soli disociiranih ionov v tleh ne sodeluje neposredno v elektrokemičnih reakcijah, temveč vpliva na korozijo kovin prek upornosti tal. Višja kot je slanost tal, močnejša je prevodnost tal in močnejša je erozija tal. Vsebnost slanosti tal na naravnih pobočjih je znatno višja kot na pobočjih železnice, kar je lahko posledica dejstva, da so naravna pobočja bogata z vegetacijo, ki je ugodna za prst in varčevanje z vodo. Drug razlog je lahko ta, da je na naravnem pobočju prišlo do zrele tvorbe tal (materialni material tal, ki je nastal zaradi preperevanja kamnin), vendar so tla na pobočju železnice sestavljena iz drobcev drobljenega kamna kot matrice »umetne zemlje« in niso bila podvržena zadostnemu procesu tvorbe tal.Minerali se ne sproščajo. Poleg tega so se ioni soli v globokih tleh naravnih pobočij dvignili s kapilarnim delovanjem med površinskim izhlapevanjem in se kopičili v površinskih tleh, kar je povzročilo povečanje vsebnosti solnih ionov v površinskih tleh. Debelina tal na pobočju železnice je manjša od 20 cm, zaradi česar vrhnja plast tal ne more dopolniti soli iz globokih tal.
Pozitivni ioni (kot so K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+ itd.) imajo majhen učinek na korozijo tal, medtem ko imajo anioni pomembno vlogo v elektrokemičnem procesu korozije in pomembno vplivajo na korozijo kovin. Cl− lahko pospeši korozijo anode in je najbolj korozivni anion;višja kot je vsebnost Cl−, močnejša je korozija tal. SO42− ne le pospešuje korozijo jekla, ampak povzroča tudi korozijo nekaterih betonskih materialov54. Razjeda tudi železo. V nizu poskusov s kislo zemljo je bilo ugotovljeno, da je stopnja korozije sorazmerna s kislostjo tal55. Klorid in sulfat sta glavni sestavini topnih soli, ki lahko neposredno pospešita kavitacijo kovin. Študije so pokazale, da izguba teže ogljikovega jekla zaradi korozije v alkalnih tleh je skoraj sorazmerna z dodatkom kloridnih in sulfatnih ionov56,57.Lee et al.ugotovili, da lahko SO42- ovira korozijo, vendar spodbuja razvoj korozijskih jam, ki so že nastale58.
Glede na standard vrednotenja jedkosti tal in rezultate preskusa je bila vsebnost kloridnih ionov v vsakem vzorcu tal na pobočju nad 100 mg/kg, kar kaže na močno jedkost tal. Vsebnost sulfatnih ionov tako na pobočjih navzgor kot navzdol je bila nad 200 mg/kg in pod 500 mg/kg, tla pa so bila zmerno korodirana. Vsebnost sulfatnih ionov na srednjem pobočju je nižja od 200 mg/ kg in korozija tal je šibka. Ko medij v tleh vsebuje visoko koncentracijo, bo sodeloval pri reakciji in proizvedel korozijsko lestvico na površini kovinske elektrode in s tem upočasnil korozijsko reakcijo. Ko se koncentracija poveča, lahko lestvica nenadoma poči, s čimer se močno pospeši stopnja korozije;ko koncentracija še naprej narašča, korozijska lestvica prekrije površino kovinske elektrode in stopnja korozije spet kaže trend upočasnitve59. Študija je pokazala, da je bila količina v zemlji nižja in je zato imela majhen učinek na korozijo.
Glede na tabelo 4 je korelacija med naklonom in anioni tal pokazala, da obstaja pomembna pozitivna korelacija med naklonom in kloridnimi ioni (R2=0,836) ter pomembna pozitivna korelacija med naklonom in skupnimi topnimi solmi (R2=0,742).
To nakazuje, da sta lahko površinski odtok in erozija tal odgovorna za spremembe skupnih topnih soli v tleh. Obstaja pomembna pozitivna korelacija med skupnimi topnimi solmi in kloridnimi ioni, kar je morda zato, ker so skupne topne soli skupek kloridnih ionov, vsebnost skupnih topnih soli pa določa vsebnost kloridnih ionov v raztopinah tal. Zato lahko vemo, da lahko razlika v naklonu povzroči močno korozijo kovinski mrežasti del.
Organska snov, skupni dušik, razpoložljivi dušik, razpoložljiv fosfor in razpoložljiv kalij so osnovna hranila v tleh, ki vplivajo na kakovost tal in absorpcijo hranil s strani koreninskega sistema. Hranila v tleh so pomemben dejavnik, ki vpliva na mikroorganizme v tleh, zato je vredno preučiti, ali obstaja povezava med hranili v tleh in korozijo kovin. Železnica Suiyu je bila dokončana leta 2003 , kar pomeni, da je umetna prst doživela le 9 let kopičenja organske snovi. Zaradi posebnosti umetne zemlje je treba dobro razumeti hranila v umetni zemlji.
Raziskave kažejo, da je vsebnost organske snovi najvišja v tleh naravnih pobočij po celotnem procesu nastajanja tal. Vsebnost organske snovi v tleh z nizkim pobočjem je bila najnižja. Zaradi vpliva vremenskih vplivov in površinskega odtoka se bodo hranila v tleh kopičila na srednjem pobočju in pobočju navzdol ter tvorila debelo plast humusa. Vendar pa je zaradi majhnih delcev in slabe stabilnosti tal z nizkim pobočjem organska snov zlahka razkrajajo mikroorganizmi. Raziskava je pokazala, da sta vegetacijska pokritost in pestrost srednjega in spodnjega pobočja velika, vendar je bila homogenost nizka, kar lahko povzroči neenakomerno porazdelitev površinskih hranil. Debela plast humusa zadržuje vodo in talni organizmi so aktivni. Vse to pospešuje razgradnjo organske snovi v tleh.
Vsebnost alkalno hidroliziranega dušika v železnicah navzgor, srednjem in navzdol pobočjih je bila višja kot na naravnem pobočju, kar kaže, da je bila stopnja mineralizacije organskega dušika na pobočju železnice znatno višja kot na naravnem pobočju. Manjši kot so delci, bolj nestabilna je struktura tal, mikroorganizmi lažje razgradijo organsko snov v agregatih, in večja je količina mineraliziranega organskega dušika60,61. V skladu z rezultati študije 62 je bila vsebnost agregatov majhnih delcev v tleh železniških pobočij znatno višja kot na naravnih pobočjih. Zato je treba sprejeti ustrezne ukrepe za povečanje vsebnosti gnojil, organskih snovi in ​​dušika v tleh železniških pobočij ter izboljšati trajnostno rabo tal. Te razpoložljivega fosforja in razpoložljivega kalija, ki jih povzroča površinski odtok, predstavljajo 77,27 % do 99,79 % skupne izgube naklona železnice. Površinski odtok je lahko glavni dejavnik izgube razpoložljivih hranil v tleh na pobočjih63,64,65.
Kot je prikazano v tabeli 4, obstaja pomembna pozitivna korelacija med položajem naklona in razpoložljivim fosforjem (R2=0,948), korelacija med položajem naklona in razpoložljivim kalijem pa je bila enaka (R2=0,898). To kaže, da položaj naklona vpliva na vsebnost razpoložljivega fosforja in razpoložljivega kalija v tleh.
Gradient je pomemben dejavnik, ki vpliva na vsebnost organske snovi v tleh in obogatitev z dušikom66, in manjši kot je gradient, večja je stopnja obogatitve. Pri obogatitvi tal s hranili je bila izguba hranil oslabljena, učinek lege pobočja na vsebnost organske snovi v tleh in skupno obogatitev z dušikom pa ni bil očiten. Različne vrste in število rastlin na različnih pobočjih imajo različne organske kisline, ki jih izločajo rastlinske korenine. Organske kisline so koristno za fiksacijo razpoložljivega fosforja in razpoložljivega kalija v tleh. Zato je obstajala pomembna korelacija med položajem pobočja in razpoložljivim fosforjem ter položajem pobočja in razpoložljivim kalijem.
Da bi razjasnili razmerje med hranili v tleh in korozijo tal, je treba analizirati korelacijo. Kot je prikazano v tabeli 5, je bil redoks potencial pomembno negativno povezan z razpoložljivim dušikom (R2 = -0,845) in pomembno pozitivno koreliran z razpoložljivim fosforjem (R2 = 0,842) in razpoložljivim kalijem (R2 = 0,980). Redoks potencial odraža kakovost redoks, na katerega običajno vplivajo nekatere fizikalne in kemijske lastnosti tal, nato pa vpliva na vrsto lastnosti tal. Zato je pomemben dejavnik pri določanju smeri preoblikovanja hranil v tleh.
Poleg lastnosti kovine je korozijski potencial povezan tudi z lastnostmi tal. Korozijski potencial je bil pomembno negativno povezan z organsko snovjo, kar kaže, da je organska snov pomembno vplivala na korozijski potencial. Poleg tega je bila organska snov tudi pomembno negativno povezana s potencialnim gradientom (SN) (R2=-0,713) in sulfatnim ionom (R2=-0,671), kar kaže, da vsebnost organske snovi vpliva tudi na potencialni gradient (SN) in sulfat ion.. Med pH tal in razpoložljivim kalijem je bila pomembna negativna korelacija (R2 = -0,728).
Razpoložljivi dušik je bil v značilni negativni korelaciji s skupnimi topnimi solmi in kloridnimi ioni, razpoložljivi fosfor in razpoložljivi kalij pa sta bila v značilni pozitivni korelaciji s skupnimi topnimi solmi in kloridnimi ioni. To je pokazalo, da je razpoložljiva vsebnost hranil pomembno vplivala na količino skupnih topnih soli in kloridnih ionov v tleh, anioni v tleh pa niso bili ugodni za kopičenje in oskrbo z razpoložljivimi hranili. Skupni dušik gen je bil pomembno negativno koreliran s sulfatnim ionom in značilno pozitivno koreliran z bikarbonatom, kar kaže, da je skupni dušik vplival na vsebnost sulfata in bikarbonata. Rastline malo povprašujejo po sulfatnih ionih in bikarbonatnih ionih, zato jih je večina prostih v tleh ali jih absorbirajo koloidi v tleh. Bikarbonatni ioni spodbujajo kopičenje dušika v tleh, sulfatni ioni pa zmanjšujejo razpoložljivost dušika v tla. Zato je ustrezno povečanje vsebnosti razpoložljivega dušika in humusa v tleh koristno za zmanjšanje korozivnosti tal.
Tla so sistem s kompleksno sestavo in lastnostmi.Korozivnost tal je posledica sinergističnega delovanja številnih dejavnikov.Zato se za ocenjevanje jedkosti tal na splošno uporablja celovita metoda vrednotenja. S sklicevanjem na »Kodeks za geotehnične inženirske preiskave« (GB50021-94) in preskusne metode kitajskega omrežja za testiranje korozije tal je mogoče stopnjo korozije tal celovito ovrednotiti v skladu z naslednjimi standardi: (1) Ocena je šibka korozija, če je le šibka korozija, ni zmerne ali močne korozije sion;(2) če ni močne korozije, se oceni kot zmerna korozija;(3) če obstaja eno ali dve mesti močne korozije, se oceni kot močna korozija;(4) če obstajajo 3 ali več mest močne korozije, se oceni kot močna korozija za močno korozijo.
Glede na upornost tal, redoks potencial, vsebnost vode, vsebnost soli, pH vrednost ter vsebnost Cl- in SO42- smo celovito ovrednotili korozijske stopnje vzorcev tal na različnih pobočjih. Rezultati raziskave kažejo, da so tla na vseh pobočjih zelo korozivna.
Korozijski potencial je pomemben dejavnik, ki vpliva na korozijo zaščitne mreže za pobočja. Korozijski potenciali vseh treh pobočij so nižji od -200 mv, kar ima največji vpliv na korozijo kovinske mreže navzgor. Gradient potenciala se lahko uporabi za presojo velikosti blodečega toka v tleh. Potepuški tok je pomemben dejavnik, ki vpliva na korozijo kovinske mreže na srednjih pobočjih in pobočjih navkreber, zlasti na srednjem pobočju pes. Skupna vsebnost topne soli v tleh zgornjega, srednjega in spodnjega pobočja je bila nad 500 mg/kg, korozijski učinek na zaščitno mrežo pobočja pa je bil zmeren. Vsebnost vode v tleh je pomemben dejavnik, ki vpliva na korozijo kovinskih mrež na srednjem pobočju in navzdol, in ima večji vpliv na korozijo zaščitnih mrež na pobočju. Hranil je največ na srednjem pobočju, torej il, kar kaže na pogoste mikrobne aktivnosti in hitro rast rastlin.
Raziskave kažejo, da so korozijski potencial, potencialni gradient, skupna vsebnost topne soli in vsebnost vode glavni dejavniki, ki vplivajo na korozijo tal na treh pobočjih, korozivnost tal pa je ocenjena kot močna. Korozija mreže za zaščito pobočij je najresnejša na srednjem pobočju, kar zagotavlja referenco za protikorozijsko zasnovo mreže za zaščito pobočij. Ustrezen dodatek razpoložljivega dušika in organskega gnojila je treba koristno zmanjšati korozijo tal, olajšati rast rastlin in končno stabilizirati pobočje.
Kako citirati ta članek: Chen, J. et al. Vplivi sestave tal in elektrokemije na korozijo omrežja skalnih pobočij vzdolž kitajske železniške proge.science.Rep.5, 14939;doi: 10.1038/srep14939 (2015).
Lin, YL & Yang, GL Dinamične značilnosti pobočij železniškega podgradja pod potresnim vzbujanjem.naravna nesreča.69, 219–235 (2013).
Sui Wang, J. et al. Analiza tipične potresne škode avtocest na potresno prizadetem območju Wenchuan v provinci Sečuan [J].China Journal of Rock Mechanics and Engineering.28, 1250–1260 (2009).
Weilin, Z., Zhenyu, L. & Jinsong, J. Seizmična analiza škode in protiukrepi avtocestnih mostov pri potresu Wenchuan.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering.28, 1377–1387 (2009).
Lin, CW, Liu, SH, Lee, SY & Liu, CC Učinek potresa v Chichiju na zemeljske plazove, ki so jih povzročile kasnejše padavine v osrednjem Tajvanu. Inženirska geologija. 86, 87–101 (2006).
Koi, T. et al. Dolgoročni učinki zemeljskih plazov, ki jih povzročajo potresi, na proizvodnjo usedlin v gorskem razvodju: regija Tanzawa, Japonska. geomorfologija. 101, 692–702 (2008).
Hongshuai, L., Jingshan, B. & Dedong, L. Pregled raziskav o analizi seizmične stabilnosti geotehničnih pobočij. Potresno inženirstvo in inženirske vibracije. 25, 164–171 (2005).
Yue Ping, Raziskave geoloških nevarnosti, ki jih je povzročil potres Wenchuan v Sichuanu.Revija za inženirsko geologijo 4, 7–12 (2008).
Ali, F. Zaščita pobočij z vegetacijo: koreninska mehanika nekaterih tropskih rastlin. International Journal of Physical Sciences. 5, 496–506 (2010).
Takyu, M., Aiba, SI & Kitayama, K. Topografski učinki na tropske nizkogorske gozdove pod različnimi geološkimi pogoji na gori Kinabalu, Borneo.Plant Ecology.159, 35–49 (2002).
Stokes, A. et al. Idealne značilnosti korenin rastlin za zaščito naravnih in inženirskih pobočij pred zemeljskimi plazovi. Rastline in tla, 324, 1-30 (2009).
De Baets, S., Poesen, J., Gyssels, G. & Knapen, A. Učinki travnih korenin na erodibilnost zgornje plasti tal med koncentriranim tokom. Geomorfologija 76, 54–67 (2006).