Cảm ơn bạn đã truy cập Nature.com. Phiên bản trình duyệt bạn đang sử dụng hỗ trợ CSS hạn chế. Để có trải nghiệm tốt nhất, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng trình duyệt cập nhật (hoặc tắt chế độ tương thích trong Internet Explorer). Trong thời gian chờ đợi, để đảm bảo tiếp tục được hỗ trợ, chúng tôi sẽ hiển thị trang web không có kiểu và JavaScript.
Lấy độ dốc đường sắt Sui-Trùng Khánh làm đối tượng nghiên cứu, điện trở suất của đất, điện hóa học của đất (thế năng ăn mòn, thế oxy hóa khử, độ dốc tiềm năng và độ pH), các anion trong đất (tổng muối hòa tan, Cl-, SO42- và) và dinh dưỡng của đất (độ ẩm, chất hữu cơ, tổng nitơ, nitơ thủy phân kiềm, phốt pho khả dụng, kali khả dụng) Dưới các độ dốc khác nhau, cấp độ ăn mòn được đánh giá theo các chỉ số riêng lẻ và các chỉ số toàn diện của đất nhân tạo. So với các yếu tố khác, nước có ảnh hưởng lớn nhất đến sự ăn mòn của lưới bảo vệ mái dốc, tiếp theo là hàm lượng anion. Tổng lượng muối hòa tan có tác động vừa phải đến sự ăn mòn của lưới bảo vệ mái dốc và dòng điện đi lạc có tác động vừa phải đến sự ăn mòn của lưới bảo vệ mái dốc. Mức độ ăn mòn của các mẫu đất được đánh giá toàn diện, và sự ăn mòn ở sườn trên là vừa phải, và sự ăn mòn ở sườn giữa và sườn dưới là mạnh. loại.
Khi xây dựng đường sắt, đường cao tốc và các công trình bảo tồn nước, thường không thể tránh khỏi việc khoét núi. Do có nhiều núi ở phía tây nam, việc xây dựng đường sắt của Trung Quốc đòi hỏi phải đào núi rất nhiều. Nó phá hủy đất và thảm thực vật ban đầu, tạo ra các sườn núi đá lộ ra ngoài. Tình trạng này dẫn đến sạt lở đất và xói mòn đất, do đó đe dọa đến sự an toàn của giao thông đường sắt. Sạt lở đất gây ảnh hưởng xấu đến giao thông đường bộ, đặc biệt là sau trận động đất ở Vấn Xuyên ngày 12 tháng 5 năm 2008. Lở đất đã trở thành thảm họa động đất phân bố rộng và nghiêm trọng1.Trong đánh giá năm 2008 về 4.243 km đường trục chính ở tỉnh Tứ Xuyên, đã có 1.736 trận động đất nghiêm trọng xảy ra ở lòng đường và tường chắn mái dốc, chiếm 39,76% tổng chiều dài của cuộc đánh giá. Thiệt hại kinh tế trực tiếp do hư hỏng đường bộ vượt quá 58 tỷ nhân dân tệ 2,3. động đất ở Nhật Bản)4,5. Độ dốc là yếu tố chính ảnh hưởng đến nguy cơ động đất6,7. Do đó, cần phải duy trì độ dốc của đường và tăng cường sự ổn định của nó. Thực vật đóng vai trò không thể thay thế trong việc bảo vệ mái dốc và phục hồi cảnh quan sinh thái8. So với sườn đất thông thường, sườn đá không có sự tích tụ các yếu tố dinh dưỡng như chất hữu cơ, nitơ, phốt pho và kali, và không có môi trường đất cần thiết cho sự phát triển của thảm thực vật. Do các yếu tố như độ dốc lớn và xói mòn do mưa, đất dốc dễ bị mất. Môi trường sườn dốc khắc nghiệt, thiếu các điều kiện cần thiết cho sự phát triển của thực vật và đất dốc thiếu sự ổn định hỗ trợ 9. Phun vật liệu gốc phủ đất để bảo vệ mái dốc là một công nghệ phục hồi sinh thái sườn dốc thường được sử dụng ở nước tôi. Đất nhân tạo được sử dụng để phun bao gồm đá nghiền, đất nông nghiệp, rơm rạ, phân bón hỗn hợp, chất giữ nước và chất kết dính (chất kết dính thường được sử dụng bao gồm xi măng Portland, keo hữu cơ và chất nhũ hóa nhựa đường) theo một tỷ lệ nhất định. Quy trình kỹ thuật là: đầu tiên đặt dây thép gai trên đá, sau đó cố định dây thép gai bằng đinh tán và bu lông neo, cuối cùng phun đất nhân tạo có chứa hạt lên mái dốc bằng máy phun đặc biệt. Lưới kim loại hình thoi 14 # được mạ kẽm hoàn toàn được sử dụng chủ yếu, với tiêu chuẩn mắt lưới là 5cm×5cm và đường kính 2 mm. Lưới kim loại cho phép ma trận đất tạo thành một tấm nguyên khối bền trên bề mặt đá. Lưới kim loại sẽ bị ăn mòn trong đất, vì bản thân đất là chất điện phân và mức độ ăn mòn phụ thuộc vào đặc tính của đất. xói mòn lưới kim loại do đất gây ra và loại bỏ nguy cơ sạt lở đất.
Rễ cây được cho là đóng một vai trò quan trọng trong việc ổn định mái dốc và kiểm soát xói mòn10,11,12,13,14. Để ổn định mái dốc chống sạt lở nông, thảm thực vật có thể được sử dụng vì rễ cây có thể cố định đất để ngăn ngừa sạt lở15,16,17. Thảm thực vật thân gỗ, đặc biệt là cây cối, giúp ngăn ngừa sạt lở nông18. Một cấu trúc bảo vệ vững chắc được hình thành bởi hệ thống rễ dọc và ngang của thực vật đóng vai trò như cọc gia cố trong đất. Sự phát triển của các kiểu kiến ​​trúc rễ được thúc đẩy bởi gen và môi trường đất đóng vai trò quyết định trong các quá trình này. Sự ăn mòn kim loại thay đổi theo môi trường đất20. Mức độ ăn mòn của kim loại trong đất có thể từ hòa tan khá nhanh đến tác động không đáng kể21. Đất nhân tạo rất khác với “đất” thực. Sự hình thành đất tự nhiên là kết quả của sự tương tác giữa môi trường bên ngoài và các sinh vật khác nhau trong hàng chục triệu năm22,23,24. Trước khi thảm thực vật thân gỗ hình thành hệ thống rễ và hệ sinh thái ổn định, liệu lưới kim loại kết hợp với sườn đá và đất nhân tạo có thể hoạt động an toàn hay không có liên quan trực tiếp đến sự phát triển của nền kinh tế tự nhiên, sự an toàn của cuộc sống và cải thiện môi trường sinh thái.
Tuy nhiên, ăn mòn kim loại có thể dẫn đến tổn thất lớn. Theo một cuộc khảo sát được thực hiện ở Trung Quốc vào đầu những năm 1980 về máy móc hóa chất và các ngành công nghiệp khác, tổn thất do ăn mòn kim loại chiếm 4% tổng giá trị sản lượng. Do đó, việc nghiên cứu cơ chế ăn mòn và thực hiện các biện pháp bảo vệ cho các công trình kinh tế là rất quan trọng. kim loại bị chôn vùi trong đất. Hiện nay, các nghiên cứu về ăn mòn kim loại bị chôn vùi chủ yếu tập trung vào (1) các yếu tố ảnh hưởng đến sự ăn mòn kim loại bị chôn vùi25;(2) phương pháp bảo vệ kim loại26,27;(3) phương pháp đánh giá mức độ ăn mòn kim loại28;Ăn mòn trong các phương tiện khác nhau. Tuy nhiên, tất cả các loại đất trong nghiên cứu là tự nhiên và đã trải qua đủ các quá trình hình thành đất. Tuy nhiên, không có báo cáo về xói mòn đất nhân tạo của sườn đá đường sắt.
So với các phương tiện ăn mòn khác, đất nhân tạo có các đặc điểm kém thanh khoản, không đồng nhất, theo mùa và theo khu vực. Sự ăn mòn kim loại trong đất nhân tạo là do tương tác điện hóa giữa kim loại và đất nhân tạo. Ngoài các yếu tố bẩm sinh, tốc độ ăn mòn kim loại còn phụ thuộc vào môi trường xung quanh. Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự ăn mòn kim loại riêng lẻ hoặc kết hợp, chẳng hạn như độ ẩm, hàm lượng oxy, tổng hàm lượng muối hòa tan, hàm lượng anion và ion kim loại, độ pH, vi khuẩn trong đất30,31,32.
Trong 30 năm thực tiễn, vấn đề làm thế nào để bảo tồn vĩnh viễn đất nhân tạo trên sườn núi đá là một vấn đề33. Cây bụi hoặc cây cối không thể mọc trên một số sườn dốc sau 10 năm chăm sóc thủ công do xói mòn đất. Bụi bẩn trên bề mặt lưới kim loại bị cuốn trôi ở một số nơi. Do ăn mòn, một số lưới kim loại bị nứt và mất hết đất bên trên và bên dưới chúng (Hình 1). đường sắt và sự ăn mòn của cầu đường sắt34,35, đường ray và các thiết bị phương tiện khác36. Không có báo cáo nào về sự ăn mòn của lưới kim loại bảo vệ mái dốc đường sắt. Bài báo này nghiên cứu các tính chất vật lý, hóa học và điện hóa của đất nhân tạo trên sườn đá phía tây nam của Đường sắt Suiyu, nhằm dự đoán sự ăn mòn kim loại bằng cách đánh giá tính chất của đất và cung cấp cơ sở lý thuyết và thực tiễn cho việc phục hồi hệ sinh thái đất và phục hồi nhân tạo.Dốc nhân tạo.
Địa điểm thử nghiệm nằm ở khu vực đồi núi của Tứ Xuyên (30°32′N, 105°32′E) gần ga xe lửa Suining. Khu vực này nằm ở giữa lòng chảo Tứ Xuyên, có núi thấp và đồi, cấu tạo địa chất đơn giản và địa hình bằng phẳng. Quá trình xói mòn, cắt gọt và tích tụ nước tạo nên cảnh quan đồi núi bị xói mòn. Đá gốc chủ yếu là đá vôi, lớp phủ chủ yếu là cát tím và đá bùn. Tính toàn vẹn kém, đá có cấu trúc khối. Khu vực nghiên cứu có khí hậu cận nhiệt đới ẩm gió mùa, có tính chất phân mùa xuân, hạ nóng, thu ngắn, đông muộn. Lượng mưa nhiều, nguồn ánh sáng và nhiệt dồi dào, thời gian không có sương giá kéo dài (trung bình 285 ngày), khí hậu ôn hòa, nhiệt độ trung bình năm 17,4°C, tháng nóng nhất (tháng 8) có nhiệt độ trung bình 27,2°C, nhiệt độ cực đại cao nhất 39,3°C. Tháng lạnh nhất là tháng 1 (nhiệt độ trung bình 6,5°C), nhiệt độ cực thấp nhiệt độ là -3,8°C, lượng mưa trung bình hàng năm là 920 mm, tập trung chủ yếu vào tháng 7 và tháng 8. Lượng mưa vào các mùa xuân, hạ, thu, đông rất khác nhau.Tỷ trọng lượng mưa từng mùa trong năm tương ứng là 19-21%, 51-54%, 22-24% và 4-5%.
Địa điểm nghiên cứu là một sườn dốc khoảng 45° trên sườn của Đường sắt Yu-Sui được xây dựng vào năm 2003. Vào tháng 4 năm 2012, nó hướng về phía nam cách Ga xe lửa Suining trong vòng 1 km.Độ dốc tự nhiên được sử dụng làm đối chứng. Quá trình phục hồi sinh thái của độ dốc áp dụng công nghệ phun đất phủ bề mặt của nước ngoài để phục hồi sinh thái. Theo độ cao của độ dốc bên đường sắt, độ dốc có thể được chia thành độ dốc lên, độ dốc trung bình và độ dốc xuống (Hình 2). Vì độ dày của lớp đất nhân tạo đã cắt là khoảng 10 cm, để tránh ô nhiễm các sản phẩm ăn mòn của lưới kim loại đất, chúng tôi chỉ sử dụng xẻng thép không gỉ để lấy bề mặt đất 0-8 cm. Bốn lần lặp lại được đặt cho mỗi độ dốc vị trí, với 15-20 điểm lấy mẫu ngẫu nhiên trên mỗi lần lặp lại. Mỗi lần lặp lại là hỗn hợp gồm 15-20 điểm được xác định ngẫu nhiên từ các điểm lấy mẫu theo đường hình chữ S. Trọng lượng tươi của mẫu khoảng 500 gam. Mang mẫu trở lại phòng thí nghiệm trong túi ziplock polyetylen để xử lý. Đất được làm khô tự nhiên trong không khí, sỏi và tàn dư động vật và thực vật được nhặt ra, nghiền nát bằng que mã não và sàng bằng sàng nylon 100 mắt lưới 20 ngoại trừ các hạt.
Điện trở suất của đất được đo bằng máy đo điện trở nối đất VICTOR4106 do Công ty Shengli Instrument sản xuất;điện trở suất của đất được đo tại hiện trường;độ ẩm của đất được đo bằng phương pháp làm khô. Máy đo mv/pH kỹ thuật số cầm tay DMP-2 có trở kháng đầu vào cao để đo khả năng ăn mòn của đất. Độ dốc điện thế và thế oxy hóa khử được xác định bằng mv/pH kỹ thuật số cầm tay DMP-2, tổng lượng muối hòa tan trong đất được xác định bằng phương pháp làm khô cặn, hàm lượng ion clorua trong đất được xác định bằng phương pháp chuẩn độ AgNO3 (phương pháp Mohr), hàm lượng sunfat trong đất được xác định bằng phương pháp chuẩn độ EDTA gián tiếp, phương pháp chuẩn độ chỉ thị kép để xác định cacbonat và bicacbonat trong đất, quá trình oxy hóa kali dicromat trong đất phương pháp gia nhiệt để xác định chất hữu cơ của đất, phương pháp khuếch tán dung dịch kiềm để xác định nitơ thủy phân kiềm trong đất, phân hủy H2SO4-HClO4 Phương pháp so màu Mo-Sb Tổng phốt pho trong đất và hàm lượng phốt pho khả dụng trong đất được xác định bằng phương pháp Olsen (dung dịch NaHCO3 0,05 mol/L làm chất chiết), và hàm lượng kali tổng số trong đất được xác định bằng phép đo quang ngọn lửa tổng hợp natri hydroxit.
Dữ liệu thử nghiệm ban đầu được hệ thống hóa. Số liệu thống kê SPSS 20 được sử dụng để thực hiện giá trị trung bình, độ lệch chuẩn, ANOVA một chiều và phân tích tương quan của con người.
Bảng 1 trình bày các tính chất cơ điện, anion và chất dinh dưỡng của các loại đất có độ dốc khác nhau. Khả năng ăn mòn, điện trở suất của đất và độ dốc tiềm năng đông tây của các độ dốc khác nhau đều có ý nghĩa (P <0,05). Điện thế oxy hóa khử của sườn dốc, độ dốc trung bình và độ dốc tự nhiên là đáng kể (P <0,05). độ dốc>lên dốc>độ dốc giữa>độ dốc tự nhiên. Tổng lượng muối hòa tan, độ dốc tự nhiên cao hơn đáng kể so với độ dốc đường sắt (P <0,05). Tổng hàm lượng muối hòa tan trong đất dốc cấp ba trên 500 mg/kg, và tổng lượng muối hòa tan có tác dụng vừa phải đối với sự ăn mòn kim loại. Hàm lượng chất hữu cơ trong đất cao nhất ở độ dốc tự nhiên và thấp nhất ở độ dốc xuống dốc (P < 0,05). Hàm lượng nitơ tổng số cao nhất ở độ dốc giữa và thấp nhất ở độ dốc lên dốc;hàm lượng nitơ có sẵn cao nhất ở sườn dốc và sườn giữa, và thấp nhất ở sườn dốc tự nhiên;tổng hàm lượng nitơ của đường sắt lên và xuống dốc thấp hơn, nhưng hàm lượng nitơ có sẵn cao hơn. Điều này cho thấy tốc độ khoáng hóa nitơ hữu cơ lên ​​dốc và xuống dốc nhanh. Hàm lượng kali có sẵn giống như phốt pho có sẵn.
Điện trở suất của đất là chỉ số biểu thị độ dẫn điện và là thông số cơ bản để đánh giá sự ăn mòn của đất. Các yếu tố ảnh hưởng đến điện trở suất của đất bao gồm độ ẩm, tổng hàm lượng muối hòa tan, pH, kết cấu đất, nhiệt độ, hàm lượng chất hữu cơ, nhiệt độ và độ chặt của đất. Nói chung, đất có điện trở suất thấp thì dễ bị ăn mòn hơn và ngược lại. Sử dụng điện trở suất để đánh giá khả năng ăn mòn của đất là một phương pháp thường được sử dụng ở nhiều quốc gia. Bảng 1 cho thấy các tiêu chí đánh giá cấp độ ăn mòn cho từng chỉ số đơn lẻ37,38.
Theo kết quả thí nghiệm và tiêu chuẩn ở nước tôi (bảng 1), nếu tính ăn mòn của đất chỉ được đánh giá bằng điện trở suất của đất thì đất trên sườn dốc có tính ăn mòn cao;đất trên sườn xuống dốc bị ăn mòn vừa phải;độ ăn mòn đất ở mái dốc giữa và mái dốc tự nhiên tương đối thấp, yếu.
Điện trở suất của đất ở sườn dốc ngược thấp hơn đáng kể so với điện trở suất của các phần khác của sườn dốc, điều này có thể do xói mòn do mưa gây ra. Lớp đất mặt ở sườn dốc ngược chảy xuống sườn dốc giữa cùng với nước, do đó lưới bảo vệ bằng kim loại của sườn dốc ngược nằm sát với lớp đất mặt. Một số lưới kim loại đã lộ ra và thậm chí lơ lửng trong không khí (Hình 1). Điện trở suất của đất được đo tại chỗ;khoảng cách giữa các cọc là 3m;độ sâu đóng cọc dưới 15 cm. Lưới kim loại trần và rỉ sét bong tróc có thể ảnh hưởng đến kết quả đo. Do đó, không đáng tin cậy nếu chỉ đánh giá mức độ ăn mòn của đất chỉ bằng chỉ số điện trở suất của đất. Trong đánh giá toàn diện về sự ăn mòn, điện trở suất của đất ở mái dốc không được xem xét.
Do độ ẩm tương đối cao, không khí ẩm lâu năm ở khu vực Tứ Xuyên khiến lưới kim loại tiếp xúc với không khí bị ăn mòn nghiêm trọng hơn so với lưới kim loại chôn trong đất39. Việc lưới thép tiếp xúc với không khí có thể dẫn đến giảm tuổi thọ sử dụng, có thể làm mất ổn định đất vùng cao. Mất đất có thể khiến thực vật, đặc biệt là cây thân gỗ, khó phát triển. Do thiếu cây thân gỗ nên khó hình thành hệ thống rễ lên dốc để củng cố đất. Đồng thời, sự phát triển của thực vật cũng có thể cải thiện chất lượng đất và tăng hàm lượng mùn trong đất, không chỉ có khả năng giữ nước mà còn tạo môi trường tốt cho sự sinh trưởng và sinh sản của động vật và thực vật, do đó làm giảm tình trạng mất đất. Do đó, trong giai đoạn đầu xây dựng, nên gieo nhiều hạt thân gỗ trên mái nhà, đồng thời liên tục bổ sung chất giữ nước và phủ màng bảo vệ, để giảm xói mòn đất ở tầng trên do nước mưa.
Khả năng ăn mòn là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự ăn mòn của lưới bảo vệ mái dốc ở độ dốc ba cấp và có tác động lớn nhất đến độ dốc lên dốc (Bảng 2). và không thể bỏ qua sự ăn mòn của các kim loại bị chôn vùi do rò rỉ dòng điện trực tiếp từ đường sắt điện khí hóa. Hiện tại, độ dốc tiềm năng của đất có thể được sử dụng để xác định xem đất có chứa nhiễu loạn dòng điện hay không. Khi độ dốc tiềm năng của đất bề mặt thấp hơn 0,5 mv/m, dòng điện rò rỉ thấp;khi độ dốc tiềm năng nằm trong khoảng từ 0,5 mv/m đến 5,0 mv/m, dòng rò là vừa phải;khi độ dốc tiềm năng lớn hơn 5,0 mv/m , mức độ dòng rò cao. Phạm vi nổi của độ dốc tiềm năng (EW) của độ dốc giữa, dốc lên và độ dốc được thể hiện trong Hình 3. Về phạm vi nổi, có các dòng rò vừa phải theo hướng đông-tây và bắc-nam của độ dốc giữa. Do đó, dòng rò là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự ăn mòn của lưới kim loại ở giữa dốc và dưới dốc, đặc biệt là ở giữa dốc dây leo.
Nói chung, điện thế oxy hóa khử của đất (Eh) trên 400 mV biểu thị khả năng oxy hóa, trên 0-200 mV là khả năng khử trung bình và dưới 0 mV là khả năng khử lớn. Điện thế oxy hóa khử của đất càng thấp thì khả năng ăn mòn của vi sinh vật đất đối với kim loại càng lớn44. Có thể dự đoán xu hướng ăn mòn của vi sinh vật đất từ ​​điện thế oxy hóa khử. Nghiên cứu cho thấy tiềm năng oxy hóa khử của đất ở ba sườn núi lớn hơn 500 mv và mức độ ăn mòn rất nhỏ. Nó cho thấy rằng điều kiện thông gió đất của đất dốc tốt, không có lợi cho sự ăn mòn của các vi sinh vật kỵ khí trong đất.
Các nghiên cứu trước đây đã phát hiện ra rằng tác động của pH đất đối với xói mòn đất là rõ ràng. Với sự biến động của giá trị pH, tốc độ ăn mòn của vật liệu kim loại bị ảnh hưởng đáng kể. Độ pH của đất có liên quan chặt chẽ đến khu vực và các vi sinh vật trong đất45,46,47. Nói chung, ảnh hưởng của pH đất đối với sự ăn mòn của vật liệu kim loại trong đất hơi kiềm là không rõ ràng. Đất của ba sườn đường sắt đều có tính kiềm, vì vậy ảnh hưởng của pH đối với sự ăn mòn của lưới kim loại là yếu.
Như có thể thấy từ Bảng 3, phân tích tương quan cho thấy thế oxy hóa khử và vị trí độ dốc có mối tương quan thuận đáng kể (R2 = 0,858), thế ăn mòn và gradient tiềm năng (SN) có mối tương quan thuận đáng kể (R2 = 0,755), và thế oxy hóa khử và gradient tiềm năng (SN) có mối tương quan thuận đáng kể (R2 = 0,755).Có mối tương quan nghịch đáng kể giữa điện thế và pH (R2 = -0,724). Vị trí độ dốc có tương quan thuận đáng kể với thế oxy hóa khử. Điều này cho thấy có sự khác biệt về môi trường vi mô ở các vị trí độ dốc khác nhau và vi sinh vật đất có liên quan chặt chẽ với thế oxy hóa khử48, 49, 50. điện thế ăn mòn có thể biểu thị khả năng tương đối để thu và mất điện tử. Mặc dù điện thế ăn mòn có tương quan thuận đáng kể với gradien điện thế (SN), gradien điện thế có thể do kim loại dễ dàng làm mất điện tử.
Tổng hàm lượng muối hòa tan trong đất có liên quan chặt chẽ đến tính ăn mòn của đất. Nói chung, độ mặn của đất càng cao thì điện trở suất của đất càng thấp, do đó làm tăng điện trở của đất. Trong các chất điện phân của đất, không chỉ có các anion và phạm vi khác nhau, mà còn ảnh hưởng đến ăn mòn chủ yếu là cacbonat, clorua và sunfat.
Hầu hết các ion phân ly muối hòa tan trong đất không trực tiếp tham gia vào các phản ứng điện hóa, nhưng ảnh hưởng đến sự ăn mòn kim loại thông qua điện trở suất của đất. Độ mặn của đất càng cao, tính dẫn điện của đất càng mạnh và xói mòn đất càng mạnh. Độ mặn trong đất của độ dốc tự nhiên cao hơn đáng kể so với độ dốc của đường sắt, điều này có thể là do thực tế là sườn tự nhiên rất giàu thảm thực vật, có lợi cho việc bảo tồn đất và nước. được tạo thành từ các mảnh đá dăm làm ma trận của “đất nhân tạo” và chưa trải qua quá trình hình thành đất đầy đủ.Khoáng chất không được giải phóng. Ngoài ra, các ion muối trong lớp đất sâu của sườn dốc tự nhiên tăng lên thông qua hoạt động mao dẫn trong quá trình bốc hơi bề mặt và tích tụ trong lớp đất bề mặt, dẫn đến hàm lượng ion muối trong lớp đất bề mặt tăng lên. Độ dày của lớp đất dốc đường sắt nhỏ hơn 20 cm, dẫn đến lớp đất mặt không thể bổ sung muối từ lớp đất sâu.
Các ion dương (chẳng hạn như K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+, v.v.) ít ảnh hưởng đến sự ăn mòn của đất, trong khi các anion đóng vai trò quan trọng trong quá trình ăn mòn điện hóa và có tác động đáng kể đến sự ăn mòn kim loại.Cl− có thể đẩy nhanh quá trình ăn mòn cực dương và là anion ăn mòn nhất;hàm lượng Cl− càng cao thì độ ăn mòn của đất càng mạnh.SO42− không chỉ thúc đẩy quá trình ăn mòn thép mà còn gây ra sự ăn mòn ở một số vật liệu bê tông54.Cũng ăn mòn sắt.Trong một loạt các thí nghiệm trên đất chua, tốc độ ăn mòn được phát hiện là tỷ lệ thuận với độ chua của đất55. Clorua và sunfat là thành phần chính của muối hòa tan, có thể trực tiếp đẩy nhanh quá trình tạo lỗ hổng của kim loại. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự mất trọng lượng do ăn mòn của thép cacbon trong đất kiềm gần như tỷ lệ thuận với việc bổ sung các ion clorua và sunfat56,5 7.Lee và cộng sự.phát hiện ra rằng SO42- có thể cản trở sự ăn mòn, nhưng thúc đẩy sự phát triển của các hố ăn mòn đã hình thành58.
Theo tiêu chuẩn đánh giá mức độ ăn mòn của đất và kết quả kiểm tra, hàm lượng ion clorua trong mỗi mẫu đất ở sườn dốc đều trên 100 mg/kg, cho thấy đất bị ăn mòn mạnh. Hàm lượng ion sunfat ở cả sườn dốc và sườn dốc là trên 200 mg/kg và dưới 500 mg/kg, đất bị ăn mòn ở mức độ vừa phải. Hàm lượng ion sunfat ở sườn giữa thấp hơn 200 mg/kg thì khả năng ăn mòn của đất yếu. Khi môi trường đất chứa nồng độ cao, nó sẽ tham gia vào quá trình ăn mòn đất. phản ứng và tạo ra vảy ăn mòn trên bề mặt điện cực kim loại, do đó làm chậm phản ứng ăn mòn. Khi nồng độ tăng, vảy có thể bị vỡ đột ngột, do đó làm tăng đáng kể tốc độ ăn mòn;khi nồng độ tiếp tục tăng, quy mô ăn mòn bao phủ bề mặt của điện cực kim loại và tốc độ ăn mòn lại có xu hướng chậm lại59. Nghiên cứu cho thấy lượng trong đất thấp hơn và do đó ít ảnh hưởng đến sự ăn mòn.
Theo Bảng 4, mối tương quan giữa độ dốc và các anion trong đất cho thấy có mối tương quan thuận đáng kể giữa độ dốc và các ion clorua (R2=0,836) và mối tương quan thuận đáng kể giữa độ dốc và tổng lượng muối hòa tan (R2=0,742).
Điều này cho thấy rằng dòng chảy bề mặt và xói mòn đất có thể là nguyên nhân gây ra những thay đổi về tổng lượng muối hòa tan trong đất. Có một mối tương quan thuận đáng kể giữa tổng lượng muối hòa tan và ion clorua, có thể là do tổng lượng muối hòa tan là bể chứa các ion clorua và hàm lượng của tổng lượng muối hòa tan quyết định hàm lượng ion clorua trong dung dịch đất. Do đó, chúng ta có thể biết rằng sự khác biệt về độ dốc có thể gây ra sự ăn mòn nghiêm trọng cho phần lưới kim loại.
Chất hữu cơ, tổng nitơ, nitơ khả dụng, phốt pho khả dụng và kali khả dụng là những chất dinh dưỡng cơ bản của đất, ảnh hưởng đến chất lượng đất và sự hấp thụ chất dinh dưỡng của hệ thống rễ. Chất dinh dưỡng trong đất là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến vi sinh vật trong đất, vì vậy cần nghiên cứu xem liệu có mối tương quan giữa chất dinh dưỡng trong đất và sự ăn mòn kim loại hay không. .
Kết quả nghiên cứu cho thấy, sau toàn bộ quá trình hình thành đất, đất dốc tự nhiên có hàm lượng chất hữu cơ cao nhất. Đất dốc thấp có hàm lượng chất hữu cơ thấp nhất. Do ảnh hưởng của phong hóa và dòng chảy bề mặt, các chất dinh dưỡng trong đất sẽ tích tụ ở trung và hạ dốc, tạo thành một lớp mùn dày. Tuy nhiên, do đất dốc thấp có thành phần hạt nhỏ, độ ổn định kém nên chất hữu cơ dễ bị vi sinh vật phân hủy. tính đồng nhất thấp, có thể dẫn đến sự phân bố không đồng đều các chất dinh dưỡng trên bề mặt. Một lớp mùn dày giữ nước và các sinh vật trong đất hoạt động. Tất cả điều này làm tăng tốc độ phân hủy chất hữu cơ trong đất.
Hàm lượng nitơ thủy phân kiềm của đường sắt dốc lên, dốc trung bình và dốc xuống cao hơn so với độ dốc tự nhiên, cho thấy tốc độ khoáng hóa nitơ hữu cơ của độ dốc đường sắt cao hơn đáng kể so với độ dốc tự nhiên. Các hạt càng nhỏ, cấu trúc đất càng không ổn định, vi sinh vật càng dễ phân hủy chất hữu cơ trong cốt liệu và lượng nitơ hữu cơ được khoáng hóa càng lớn60,61. Phù hợp với kết quả của nghiên cứu 62, hàm lượng của cốt liệu hạt nhỏ đất ở sườn dốc đường sắt cao hơn đáng kể so với đất dốc tự nhiên. Do đó, cần phải thực hiện các biện pháp thích hợp để tăng hàm lượng phân bón, chất hữu cơ và nitơ trong đất ở sườn dốc đường sắt, đồng thời cải thiện khả năng sử dụng bền vững của đất. Sự lãng phí phốt pho và kali có sẵn do dòng chảy bề mặt gây ra chiếm 77,27% đến 99,79% tổng lượng mất mát của mái dốc đường sắt. Dòng chảy bề mặt có thể là nguyên nhân chính dẫn đến mất chất dinh dưỡng có sẵn trong đất dốc63,64,65.
Như thể hiện trong Bảng 4, có mối tương quan thuận đáng kể giữa vị trí độ dốc và lượng lân khả dụng (R2=0,948) và mối tương quan giữa vị trí độ dốc và lượng kali khả dụng là như nhau (R2=0,898). Điều này cho thấy vị trí độ dốc ảnh hưởng đến hàm lượng lân và kali khả dụng trong đất.
Độ dốc là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hàm lượng chất hữu cơ và độ giàu nitơ của đất66, độ dốc càng nhỏ thì tốc độ làm giàu càng lớn. Đối với việc làm giàu chất dinh dưỡng của đất, sự mất chất dinh dưỡng bị suy yếu và ảnh hưởng của vị trí độ dốc đến hàm lượng chất hữu cơ của đất và độ giàu nitơ tổng số là không rõ ràng. Các loại và số lượng thực vật khác nhau trên các độ dốc khác nhau có các axit hữu cơ khác nhau do rễ cây tiết ra. và kali có sẵn.
Để làm rõ mối quan hệ giữa các chất dinh dưỡng trong đất và sự xói mòn của đất, cần phải phân tích mối tương quan. Như thể hiện trong Bảng 5, khả năng oxy hóa khử có tương quan nghịch đáng kể với nitơ khả dụng (R2 = -0,845) và tương quan thuận đáng kể với phốt pho khả dụng (R2 = 0,842) và kali khả dụng (R2 = 0,980). , nó là một yếu tố quan trọng trong việc xác định hướng chuyển hóa chất dinh dưỡng của đất67. Chất lượng oxy hóa khử khác nhau có thể dẫn đến các trạng thái khác nhau và sự sẵn có của các yếu tố dinh dưỡng. Do đó, tiềm năng oxy hóa khử có mối tương quan đáng kể với nitơ có sẵn, phốt pho có sẵn và kali có sẵn.
Ngoài các tính chất kim loại, khả năng ăn mòn cũng liên quan đến tính chất của đất. Khả năng gây ra mối tương quan tiêu cực đáng kể với chất hữu cơ, cho thấy chất hữu cơ có ảnh hưởng đáng kể đến khả năng ăn mòn. ion sunfat..có mối tương quan âm đáng kể giữa pH đất và kali có sẵn (R2 = -0.728).
Nitơ khả dụng có tương quan nghịch đáng kể với tổng số muối hòa tan và ion clorua, và phốt pho và kali khả dụng có tương quan thuận đáng kể với tổng số muối hòa tan và ion clorua. Điều này cho thấy hàm lượng dinh dưỡng có sẵn ảnh hưởng đáng kể đến tổng lượng muối hòa tan và ion clorua trong đất, và các anion trong đất không có lợi cho việc tích lũy và cung cấp các chất dinh dưỡng có sẵn. Nitơ tổng số có tương quan nghịch đáng kể với ion sunfat và tương quan thuận đáng kể với bicacbonat, cho thấy rằng tổng nitơ có ảnh hưởng đến hàm lượng sunfat và bicacbonat. Thực vật có ít nhu cầu về ion sunfat và các ion bicacbonat, vì vậy hầu hết chúng ở dạng tự do trong đất hoặc được hấp thụ bởi các chất keo trong đất. Các ion bicacbonat có lợi cho sự tích tụ nitơ trong đất và các ion sunfat làm giảm lượng nitơ có sẵn trong đất. Do đó, việc tăng hàm lượng nitơ và mùn có sẵn trong đất một cách thích hợp có lợi để giảm khả năng ăn mòn của đất.
Đất là một hệ thống có thành phần và tính chất phức tạp.Sự ăn mòn của đất là kết quả của hành động tổng hợp của nhiều yếu tố.Do đó, một phương pháp đánh giá toàn diện thường được sử dụng để đánh giá mức độ ăn mòn của đất. Tham khảo “Quy tắc điều tra công trình địa kỹ thuật” (GB50021-94) và các phương pháp thử nghiệm của Mạng kiểm tra ăn mòn đất Trung Quốc, mức độ ăn mòn của đất có thể được đánh giá toàn diện theo các tiêu chuẩn sau: (1) Đánh giá là ăn mòn yếu, nếu chỉ ăn mòn yếu , không có ăn mòn vừa phải hoặc ăn mòn mạnh;(2) nếu không có ăn mòn mạnh thì được đánh giá là ăn mòn vừa phải;(3) nếu có một hoặc hai chỗ bị ăn mòn mạnh thì được đánh giá là bị ăn mòn mạnh;(4) nếu có từ 3 chỗ ăn mòn mạnh trở lên thì được đánh giá là ăn mòn mạnh đối với ăn mòn nghiêm trọng.
Theo điện trở suất của đất, thế oxy hóa khử, hàm lượng nước, hàm lượng muối, giá trị pH và hàm lượng Cl- và SO42-, cấp độ ăn mòn của các mẫu đất ở các độ dốc khác nhau đã được đánh giá toàn diện. Kết quả nghiên cứu cho thấy đất trên tất cả các độ dốc đều có tính ăn mòn cao.
Khả năng ăn mòn là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự ăn mòn của lưới bảo vệ sườn dốc. Khả năng ăn mòn của ba sườn dốc đều thấp hơn -200 mv, có tác động lớn nhất đến sự ăn mòn của lưới kim loại lên dốc. Độ dốc tiềm năng có thể được sử dụng để đánh giá cường độ dòng điện đi lạc trong đất. Dòng điện đi lạc là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự ăn mòn của lưới kim loại ở sườn giữa và sườn dốc, đặc biệt là ở sườn giữa. Tổng hàm lượng muối hòa tan trong đất của sườn trên, giữa và dưới đều trên 500 mg/kg, và tác động ăn mòn trên lưới bảo vệ mái dốc là vừa phải. Hàm lượng nước trong đất là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự ăn mòn của lưới kim loại ở giữa dốc và dưới dốc, đồng thời có tác động lớn hơn đến sự ăn mòn của lưới bảo vệ mái dốc. Các chất dinh dưỡng có nhiều nhất ở đất giữa dốc, cho thấy có các hoạt động thường xuyên của vi sinh vật và sự phát triển nhanh chóng của thực vật.
Nghiên cứu cho thấy khả năng ăn mòn, độ dốc tiềm năng, tổng hàm lượng muối hòa tan và hàm lượng nước là những yếu tố chính ảnh hưởng đến sự ăn mòn của đất ở ba sườn dốc và độ ăn mòn của đất được đánh giá là mạnh. Sự ăn mòn của mạng lưới bảo vệ mái dốc là nghiêm trọng nhất ở độ dốc giữa, cung cấp tài liệu tham khảo cho thiết kế chống ăn mòn của mạng lưới bảo vệ mái dốc đường sắt. Việc bổ sung hợp lý nitơ và phân bón hữu cơ có sẵn có lợi để giảm ăn mòn đất, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của thực vật và cuối cùng là ổn định độ dốc.
Cách trích dẫn bài viết này: Chen, J. et al. Ảnh hưởng của thành phần đất và điện hóa học đối với sự ăn mòn của mạng lưới dốc đá dọc theo tuyến đường sắt Trung Quốc.science.Rep.5, 14939;doi: 10.1038/srep14939 (2015).
Lin, YL & Yang, GL Các đặc điểm động học của mái dốc nền đường sắt dưới tác động của động đất.thiên tai.69, 219–235 (2013).
Sui Wang, J. et al.Phân tích thiệt hại do động đất điển hình của đường cao tốc ở khu vực bị động đất ở Vấn Xuyên, tỉnh Tứ Xuyên[J].Tạp chí Cơ học và Kỹ thuật Đá Trung Quốc.28, 1250–1260 (2009).
Weilin, Z., Zhenyu, L. & Jinsong, J. Phân tích thiệt hại địa chấn và biện pháp đối phó của cầu đường cao tốc trong trận động đất ở Vấn Xuyên. Tạp chí Cơ học và Kỹ thuật Đá Trung Quốc. 28, 1377–1387 (2009).
Lin, CW, Liu, SH, Lee, SY & Liu, CC Ảnh hưởng của trận động đất Chichi đối với sạt lở đất do lượng mưa tiếp theo gây ra ở miền trung Đài Loan.Engineering Geology.86, 87–101 (2006).
Koi, T. và cộng sự. Ảnh hưởng lâu dài của sạt lở đất do động đất gây ra đối với quá trình sản xuất trầm tích ở lưu vực núi: Vùng Tanzawa, Nhật Bản.geomorphology.101, 692–702 (2008).
Hongshuai, L., Jingshan, B. & Dedong, L. Đánh giá nghiên cứu về phân tích ổn định địa chấn của các sườn dốc địa kỹ thuật.Earthquake Engineering and Engineering Vibration.25, 164–171 (2005).
Yue Ping, Nghiên cứu về tai biến địa chất do trận động đất Vấn Xuyên ở Tứ Xuyên.Tạp chí Địa chất Công trình 4, 7–12 (2008).
Ali, F. Bảo vệ mái dốc bằng thảm thực vật: cơ học rễ của một số cây nhiệt đới. Tạp chí Khoa học Vật lý Quốc tế.5, 496–506 (2010).
Takyu, M., Aiba, SI & Kitayama, K. Các ảnh hưởng địa hình lên các khu rừng núi thấp nhiệt đới dưới các điều kiện địa chất khác nhau ở Núi Kinabalu, Borneo.Plant Ecology.159, 35–49 (2002).
Stokes, A. et al.Các đặc điểm lý tưởng của rễ cây để bảo vệ các sườn dốc tự nhiên và kỹ thuật khỏi sạt lở đất.Plants and Soils, 324, 1-30 (2009).
De Baets, S., Poesen, J., Gyssels, G. & Knapen, A. Ảnh hưởng của rễ cỏ đến khả năng xói mòn của lớp đất mặt trong quá trình dòng chảy tập trung. Địa mạo học 76, 54–67 (2006).