Дзякуй за наведванне сайта Nature.com. Версія браўзера, якой вы карыстаецеся, мае абмежаваную падтрымку CSS. Для найлепшага карыстання рэкамендуем выкарыстоўваць абноўлены браўзер (або адключыць рэжым сумяшчальнасці ў Internet Explorer). Тым часам, каб забяспечыць бесперапынную падтрымку, мы будзем адлюстроўваць сайт без стыляў і JavaScript.
У якасці аб'екта даследавання выкарыстоўваўся схіл чыгункі Суй-Чунцын, супраціўленне глебы, электрахімія глебы (патэнцыял карозіі, акісляльна-аднаўленчы патэнцыял, градыент патэнцыялу і pH), аніёны глебы (агульная колькасць растваральных соляў, Cl-, SO42- і) і пажыўныя рэчывы глебы (утрыманне вільгаці, арганічныя рэчывы, агульны азот, шчолачна-гідралізаваны азот, даступны фосфар, даступны калій). Пры розных схілах ступень карозіі ацэньвалася ў адпаведнасці з індывідуальнымі паказчыкамі і комплекснымі паказчыкамі штучнага грунту. У параўнанні з іншымі фактарамі, вада аказвае найбольшы ўплыў на карозію сеткі для абароны схілу, за ёй ідзе ўтрыманне аніёнаў. Агульная колькасць растваральных соляў аказвае ўмераны ўплыў на карозію сеткі для абароны схілу, а блукаючыя токі аказваюць умераны ўплыў на карозію сеткі для абароны схілу. Ступень карозіі ўзораў глебы была ацэнена ўсебакова, і карозія на верхнім схіле была ўмеранай, а на сярэднім і ніжнім схілах - моцнай. Арганічнае рэчыва ў глебе значна карэлявала з градыентам патэнцыялу. Даступны азот, даступны калій і даступны фосфар значна карэлявалі з аніёнамі. Размеркаванне пажыўных рэчываў у глебе ўскосна звязана з тыпам схілу.
Пры будаўніцтве чыгунак, аўтамагістралей і водаахоўных аб'ектаў часта не пазбегнуць горных праёмаў. З-за гор на паўднёвым захадзе будаўніцтва чыгунак у Кітаі патрабуе шмат земляных работ у горнай мясцовасці. Гэта разбурае першапачатковую глебу і расліннасць, ствараючы адкрытыя скалістыя схілы. Гэта прыводзіць да апоўзняў і эрозіі глебы, што пагражае бяспецы чыгуначных перавозак. Апоўзні негатыўна ўплываюць на дарожны рух, асабліва пасля землятрусу ў Вэньчуані 12 мая 2008 года. Апоўзні сталі шырока распаўсюджанай і сур'ёзнай з'явай землятрусаў. Паводле ацэнкі 4243 кіламетраў ключавых магістральных дарог правінцыі Сычуань у 2008 годзе, адбылося 1736 сур'ёзных землятрусаў у дарожным палатне і падпорных сценах схілаў, што складае 39,76% ад агульнай працягласці ацэнкі. Прамыя эканамічныя страты ад пашкоджання дарог перавысілі 58 мільярдаў юаняў 2,3. Сусветныя прыклады паказваюць, што геалагічныя небяспекі пасля землетрасенняў могуць доўжыцца не менш за 10 гадоў (землятрус на Тайвані) і нават да 40-50 гадоў (землятрус у Канта ў Японіі) 4,5. Градыент з'яўляецца асноўным фактарам, які ўплывае на небяспеку землетрасенняў 6,7. Таму неабходна падтрымліваць схіл дарогі і ўмацоўваць яго ўстойлівасць. Расліны адыгрываюць незаменную ролю ў абароне схілаў і аднаўленні экалагічнага ландшафту 8. У параўнанні са звычайнымі глебавымі схіламі, скалістыя схілы не маюць назапашвання пажыўных рэчываў, такіх як арганічныя рэчывы, азот, фосфар і калій, і не маюць глебавага асяроддзя, неабходнага для росту расліннасці. З-за такіх фактараў, як вялікі схіл і дажджавая эрозія, глеба схілаў лёгка губляецца. Асяроддзе схілу... суровыя ўмовы, адсутнічаюць неабходныя ўмовы для росту раслін, а глеба схілу не мае ўстойлівасці. Апырскванне схілу асноўным матэрыялам для пакрыцця глебы і абароны схілу з'яўляецца распаўсюджанай тэхналогіяй экалагічнага аднаўлення схілу ў маёй краіне. Штучная глеба, якая выкарыстоўваецца для апырсквання, складаецца з друзу, глебы сельскагаспадарчых угоддзяў, саломы, складанага ўгнаення, водаўтрымліваючага агента і клею (звычайна выкарыстоўваюцца клеі, такія як портландцэмент, арганічны клей і асфальтавы эмульгатар) у пэўнай прапорцыі. Тэхнічны працэс такі: спачатку на скалу кладуць калючы дрот, затым замацоўваюць калючы дрот заклёпкамі і анкернымі балтамі, і, нарэшце, апырскваюць штучную глебу, якая змяшчае насенне, на схіл спецыяльным распыляльнікам. Часцей за ўсё выкарыстоўваецца цалкам ацынкаваная металічная сетка ромбападобнай формы 14# са стандартным памерам ячэек 5 см × 5 см і дыяметрам 2 мм. Металічная сетка дазваляе глебавай матрыцы ўтвараць трывалую маналітную пліту на паверхні скалы. Металічная сетка будзе карозаваць у глебе, таму што сама глеба з'яўляецца электралітам, і ступень карозіі залежыць ад характарыстык глебы. Ацэнка фактараў карозіі глебы мае вялікае значэнне для ацэнкі эрозіі, выкліканай глебай, і ліквідацыі апоўзняў. небяспекі.
Лічыцца, што карані раслін адыгрываюць вырашальную ролю ў стабілізацыі схілаў і барацьбе з эрозіяй10,11,12,13,14. Для стабілізацыі схілаў ад неглыбокіх апоўзняў можна выкарыстоўваць расліннасць, таму што карані раслін могуць замацоўваць глебу, каб прадухіліць апоўзні15,16,17. Драўняная расліннасць, асабліва дрэвы, дапамагае прадухіліць неглыбокія апоўзні18. Трывалая ахоўная канструкцыя, утвораная вертыкальнымі і бакавымі каранёвымі сістэмамі раслін, якія дзейнічаюць як арматурныя палі ў глебе. Развіццё мадэляў архітэктуры каранёў вызначаецца генамі, і глебавае асяроддзе адыгрывае вырашальную ролю ў гэтых працэсах. Карозія металаў залежыць ад глебавага асяроддзя20. Ступень карозіі металаў у глебе можа вар'іравацца ад даволі хуткага растварэння да нязначнага ўздзеяння21. Штучная глеба вельмі адрозніваецца ад сапраўднай «глебы». Утварэнне натуральных глеб з'яўляецца вынікам узаемадзеяння паміж знешнім асяроддзем і рознымі арганізмамі на працягу дзясяткаў мільёнаў гадоў22,23,24. Перш чым драўняная расліннасць сфармуе стабільную каранёвую сістэму і экасістэму, тое, ці можа металічная сетка ў спалучэнні са скальным схілам і штучнай глебай бяспечна функцыянаваць, непасрэдна звязана з развіццём прыроднай эканомікі, бяспекай жыцця і паляпшэнне экалагічнага асяроддзя.
Аднак карозія металаў можа прывесці да велізарных страт. Згодна з апытаннем, праведзеным у Кітаі ў пачатку 1980-х гадоў у галіне хімічнага машынабудавання і іншых галін прамысловасці, страты, выкліканыя карозіяй металаў, складалі 4% ад агульнай кошту прадукцыі. Таму вельмі важна вывучаць механізм карозіі і прымаць ахоўныя меры для эканамічнага будаўніцтва. Глеба - гэта складаная сістэма газаў, вадкасцей, цвёрдых рэчываў і мікраарганізмаў. Мікробныя метабаліты могуць выклікаць карозію матэрыялаў, а блукаючыя токі таксама могуць выклікаць карозію. Таму важна прадухіліць карозію металаў, закапаных у глебу. У цяперашні час даследаванні карозіі закапаных металаў у асноўным сканцэнтраваны на (1) фактарах, якія ўплываюць на карозію закапаных металаў25; (2) метадах абароны металаў26,27; (3) метадах ацэнкі ступені карозіі металу28; карозіі ў розных асяроддзях. Аднак усе глебы ў даследаванні былі натуральнымі і зведалі дастатковыя працэсы глебаўтварэння. Аднак няма ніякіх паведамленняў аб штучнай эрозіі глебы схілаў чыгуначных горных парод.
У параўнанні з іншымі каразійнымі асяроддзямі, штучны грунт мае характарыстыкі неліквіднасці, неаднароднасці, сезоннасці і рэгіянальнасці. Карозія металаў у штучных грунтах выклікана электрахімічным узаемадзеяннем паміж металамі і штучнымі грунтамі. Акрамя ўласцівых фактараў, хуткасць карозіі металаў таксама залежыць ад навакольнага асяроддзя. На карозію металаў асобна або ў спалучэнні ўплывае мноства фактараў, такіх як утрыманне вільгаці, утрыманне кіслароду, агульнае ўтрыманне растваральных соляў, утрыманне аніёнаў і іонаў металаў, pH, глебавыя мікробы30,31,32.
На працягу 30 гадоў практыкі пытанне аб тым, як назаўсёды захаваць штучныя глебы на скалістых схілах, было праблемай33. Хмызнякі або дрэвы не могуць расці на некаторых схілах пасля 10 гадоў ручнога догляду з-за эрозіі глебы. Бруд на паверхні металічнай сеткі ў некаторых месцах быў змыты. З-за карозіі некаторыя металічныя сеткі трэснулі і страцілі ўсю глебу над і пад імі (Малюнак 1). У цяперашні час даследаванні карозіі чыгуначных схілаў у асноўным сканцэнтраваны на карозіі зазямляльнай сеткі чыгуначных падстанцый, карозіі блукаючых токаў, якія ствараюцца лёгкім чыгуначным транспартам, і карозіі чыгуначных мастоў34,35, пуцей і іншага транспартнага абсталявання36. Паведамленняў аб карозіі металічнай сеткі для абароны чыгуначных схілаў не паступала. У гэтай працы вывучаюцца фізічныя, хімічныя і электрахімічныя ўласцівасці штучных глеб на паўднёва-заходнім скалістым схіле чыгункі Суйю, мэтай якога з'яўляецца прагназаванне карозіі металу шляхам ацэнкі ўласцівасцей глебы і забеспячэнне тэарэтычнай і практычнай асновы для аднаўлення глебавай экасістэмы і штучнага аднаўлення. Штучны схіл.
Выпрабавальны ўчастак размешчаны ў пагорыстай мясцовасці правінцыі Сычуань (30°32′ паўночнай шыраты, 105°32′ усходняй даўгаты) недалёка ад чыгуначнай станцыі Суйнін. Тэрыторыя размешчана ў цэнтры Сычуаньскай катлавіны, з нізкімі гарамі і ўзгоркамі, з простай геалагічнай структурай і раўнінным рэльефам. Эрозія, разразанне і назапашванне вады ствараюць размытыя пагорыстыя ландшафты. Карэнная парода ў асноўным складаецца з вапняку, а перакрываючая парода - з фіялетавага пяску і аргіліту. Цэласць пароды дрэнная, а структура глыбокая. Даследаваная тэрыторыя мае субтрапічны вільготны мусонны клімат з сезоннымі характарыстыкамі ранняй вясны, гарачага лета, кароткай восені і позняй зімы. Ападкаў шмат, рэсурсы святла і цяпла багатыя, безмаразны перыяд працяглы (у сярэднім 285 дзён), клімат мяккі, сярэдняя гадавая тэмпература складае 17,4°C, сярэдняя тэмпература самага гарачага месяца (жнівень) - 27,2°C, а экстрэмальная максімальная тэмпература - 39,3°C. Самы халодны месяц - студзень (сярэдняя тэмпература 6,5°C), экстрэмальная мінімальная... Тэмпература складае -3,8°C, а сярэднегадавая колькасць ападкаў — 920 мм, галоўным чынам у ліпені і жніўні. Колькасць ападкаў вясной, летам, восенню і зімой моцна адрозніваецца. Доля ападкаў у кожны сезон года складае 19-21%, 51-54%, 22-24% і 4-5% адпаведна.
Даследчая пляцоўка знаходзіцца на схіле каля 45° на схіле чыгункі Юй-Суй, пабудаванай у 2003 годзе. У красавіку 2012 года яна была накіравана на поўдзень за 1 км ад чыгуначнай станцыі Суйнін. У якасці кантролю выкарыстоўваўся натуральны схіл. Для экалагічнага аднаўлення схілу выкарыстоўваецца замежная тэхналогія апырсквання глебы. У залежнасці ад вышыні схілу чыгуначнага боку, схіл можна падзяліць на ўзыходзячы, сярэдні і схільны (мал. 2). Паколькі таўшчыня штучнага грунту схілу складае каля 10 см, каб пазбегнуць забруджвання прадуктамі карозіі глебы з металічнай сеткі, мы выкарыстоўваем толькі рыдлёўку з нержавеючай сталі для ўзяцця паверхні глебы 0-8 см. Для кожнага становішча схілу было ўстаноўлена чатыры паўторы, з 15-20 выпадковымі пунктамі адбору проб на паўтор. Кожны паўтор уяўляе сабой сумесь з 15-20 выпадкова вызначаных пунктаў адбору проб, вызначаных з S-вобразнай лініі. Яго свежая вага складае каля 500 грамаў. Узоры вяртаюцца ў лабараторыю ў поліэтыленавых пакетах з зашпількай-маланкай для апрацоўкі. Глеба натуральным чынам сушыцца на паветры, а жвір, жывёльныя і раслінныя рэшткі выбіраюцца, здрабняюцца агатавай палачкай і прасейваюцца праз нейлонавае сіта з ячэйкамі 20 і 100, за выключэннем буйных часціц.
Супраціўленне глебы вымяралася з дапамогай тэстара супраціву зазямлення VICTOR4106 вытворчасці кампаніі Shengli Instrument Company; супраціўленне глебы вымяралася ў палявых умовах; вільготнасць глебы вымяралася метадам сушкі. Партатыўны лічбавы прыбор DMP-2 для вымярэння mV/pH мае высокі ўваходны імпеданс для вымярэння патэнцыялу карозіі глебы. Градыент патэнцыялу і акісляльна-аднаўленчы патэнцыял вызначаліся з дапамогай партатыўнага лічбавага прыбора DMP-2 для вымярэння mV/pH, агульная колькасць растворанай солі ў глебе вызначалася метадам сушкі рэшткаў, утрыманне іонаў хларыду ў глебе вызначалася метадам тытравання AgNO3 (метадам Мора), утрыманне сульфатаў у глебе вызначалася метадам ускоснага тытравання ЭДТА, метадам падвойнага індыкатарнага тытравання для вызначэння карбанатаў і бікарбанатаў глебы, метадам акіслення і награвання дыхраматам калію для вызначэння арганічных рэчываў глебы, метадам дыфузіі ў шчолачным растворы для вызначэння азоту, атрыманага шчолачным гідролізам глебы, каларыметрычным метадам раскладання H2SO4-HClO4 з выкарыстаннем Mo-Sb. Агульнае ўтрыманне фосфару ў глебе і даступнае ўтрыманне фосфару ў глебе вызначаліся метадам Ольсена (0,05 моль/л раствор NaHCO3 у якасці экстрагента), а агульнае ўтрыманне калію ў глебе вызначалася метадам полумявой фотаметрыі з дапамогай плавлення і полымя.
Эксперыментальныя дадзеныя былі першапачаткова сістэматызаваны. Для правядзення аналізу сярэдніх значэнняў, стандартнага адхілення, аднафактарнага дысперсійнага аналізу (ANOVA) і карэляцыйнага аналізу з удзелам людзей выкарыстоўвалася праграма SPSS Statistics 20.
У табліцы 1 прадстаўлены электрамеханічныя ўласцівасці, аніёны і пажыўныя рэчывы глеб з рознымі схіламі. Патэнцыял карозіі, супраціўленне глебы і градыент патэнцыялу ўсход-захад розных схілаў былі значнымі (P < 0,05). Акісляльна-аднаўленчыя патэнцыялы спуску, сярэдзіны схілу і натуральнага схілу былі значнымі (P < 0,05). Градыент патэнцыялу, перпендыкулярны рэйкам, гэта значыць градыент патэнцыялу поўнач-поўдзень, мае наступны парадак: уверх па схіле > уніз па схіле > сярэдні схіл. Значэнне pH глебы знаходзілася ў парадку: уніз па схіле > уверх > сярэдні схіл > натуральны схіл. Агульнае ўтрыманне раствараемых соляў у натуральным схіле было значна вышэйшым, чым у чыгуначным схіле (P < 0,05). Агульнае ўтрыманне раствараемых соляў у глебе чыгуначнага схілу трэцяга гатунку перавышае 500 мг/кг, і агульнае ўтрыманне раствараемых соляў аказвае ўмераны ўплыў на карозію металу. Утрыманне арганічных рэчываў у глебе было найвышэйшым на натуральным схіле і найніжэйшым на схіле ўніз па схіле (P < 0,05). Агульнае ўтрыманне азоту было найвышэйшым на сярэднім схіле і найніжэйшым на ўздыме па схіле; Найбольшае ўтрыманне даступнага азоту было на ўздыме і сярэднім схіле, а найменшае — на натуральным схіле; агульнае ўтрыманне азоту на ўздыме і ўніз па схіле чыгункі было ніжэйшым, але ўтрыманне даступнага азоту было вышэйшым. Гэта сведчыць аб тым, што хуткасць мінералізацыі арганічнага азоту на ўздыме і ўніз па схіле высокая. Утрыманне даступнага калію такое ж, як і даступнага фосфару.
Супраціўленне глебы — гэта паказчык, які паказвае электраправоднасць і асноўны параметр для ацэнкі карозіі глебы. Фактары, якія ўплываюць на супраціўленне глебы, ўключаюць утрыманне вільгаці, агульнае ўтрыманне растваральных соляў, pH, тэкстуру глебы, тэмпературу, утрыманне арганічных рэчываў, тэмпературу глебы і герметычнасць. У цэлым, глебы з нізкім супраціўленнем больш каразійныя, і наадварот. Выкарыстанне супраціўлення для ацэнкі каразійнасці глебы — гэта метад, які шырока выкарыстоўваецца ў розных краінах. У табліцы 1 паказаны крытэрыі ацэнкі ступені каразійнасці для кожнага асобнага індэкса37,38.
Згодна з вынікамі выпрабаванняў і стандартамі ў маёй краіне (табліца 1), калі каразійнасць глебы ацэньваць толькі па ўдзельным супраціўленні глебы, то глеба на ўзгорку мае высокую каразійнасць; глеба на схіле ўніз па схіле — умераную каразійнасць; каразійнасць глебы на сярэднім схіле і натуральным схіле адносна нізкая, слабая.
Супраціўленне глебы ўзыходзячага схілу значна ніжэйшае, чым у іншых частках схілу, што можа быць выклікана дажджавой эрозіяй. Верхні пласт глебы на ўзыходзячым схіле сцякае да сярэдзіны схілу разам з вадой, так што металічная ахоўная сетка ўзыходзячага схілу знаходзіцца блізка да верхняга пласта глебы. Некаторыя металічныя сеткі былі аголеныя і нават падвешаныя ў паветры (малюнак 1). Супраціўленне глебы вымяралася на месцы; адлегласць паміж палямі складала 3 м; глыбіня забівання паль была менш за 15 см. Голая металічная сетка і адслойваючаяся іржа могуць паўплываць на вынікі вымярэнняў. Такім чынам, ацэнка каразійнай устойлівасці глебы толькі па індэксе супраціўлення глебы ненадзейная. Пры комплекснай ацэнцы карозіі супраціўленне глебы ўзыходзячага схілу не ўлічваецца.
З-за высокай адноснай вільготнасці пастаяннае вільготнае паветра ў раёне правінцыі Сычуань прыводзіць да больш сур'ёзнай карозіі металічнай сеткі, якая знаходзіцца пад уздзеяннем паветра, чым металічнай сеткі, закапанай у глебу. Уздзеянне паветра на дроцяную сетку можа прывесці да скарачэння тэрміну службы, што можа дэстабілізаваць глебу ў гарах. Страта глебы можа ўскладніць рост раслін, асабліва драўняных. З-за адсутнасці драўняных раслін цяжка сфарміраваць каранёвую сістэму ў гарах для ўмацавання глебы. Адначасова рост раслін таксама можа палепшыць якасць глебы і павялічыць утрыманне гумусу ў глебе, што можа не толькі ўтрымліваць ваду, але і забяспечыць добрае асяроддзе для росту і размнажэння жывёл і раслін, тым самым памяншаючы страту глебы. Таму на ранняй стадыі будаўніцтва варта высейваць больш драўнянага насення на ўзгорку, а таксама пастаянна дадаваць вільгацятрымальнае рэчыва і накрываць плёнкай для абароны, каб паменшыць эрозію глебы ў гарах дажджавой вадой.
Патэнцыял карозіі з'яўляецца важным фактарам, які ўплывае на карозію сеткі абароны схілу на трох'ярусным схіле, і найбольшы ўплыў аказвае на ўзыходзячы схіл (табліца 2). Пры нармальных умовах патэнцыял карозіі не моцна змяняецца ў дадзеным асяроддзі. Прыкметныя змены могуць быць выкліканы блукаючымі токамі. Блукаючыя токі адносяцца да токаў 40, 41, 42, якія прасочваюцца ў дарожнае палатно і глебавае асяроддзе, калі транспартныя сродкі карыстаюцца сістэмай грамадскага транспарту. З развіццём транспартнай сістэмы чыгуначная транспартная сістэма маёй краіны дасягнула маштабнай электрыфікацыі, і карозію закапаных металаў, выкліканую ўцечкай пастаяннага току з электрыфікаваных чыгунак, нельга ігнараваць. У цяперашні час градыент патэнцыялу глебы можна выкарыстоўваць для вызначэння таго, ці ўтрымлівае глеба перашкоды ад блукаючых токаў. Калі градыент патэнцыялу паверхні глебы ніжэйшы за 0,5 мВ/м, блукаючы ток нізкі; калі градыент патэнцыялу знаходзіцца ў дыяпазоне ад 0,5 мВ/м да 5,0 мВ/м, блукаючы ток умераны; Калі градыент патэнцыялу перавышае 5,0 мВ/м, узровень блукаючых токаў высокі. Дыяпазон плаваючага градыенту патэнцыялу (EW) сярэдзіны схілу, уверх і ўніз па схіле паказаны на малюнку 3. Што тычыцца плаваючага дыяпазону, то ўмераныя блукаючыя токі назіраюцца ў напрамках усход-захад і поўнач-поўдзень сярэдзіны схілу. Такім чынам, блукаючыя токі з'яўляюцца важным фактарам, які ўплывае на карозію металічных сетак у сярэдзіне і ўніз па схіле, асабліва ў сярэдзіне схілу.
Як правіла, акісляльна-аднаўленчы патэнцыял глебы (Eh) вышэй за 400 мВ сведчыць аб акісляльнай здольнасці, вышэй за 0-200 мВ — сярэдняй аднаўленчай здольнасці, а ніжэй за 0 мВ — вялікай аднаўленчай здольнасці. Чым ніжэйшы акісляльна-аднаўленчы патэнцыял глебы, тым большая каразійная здольнасць глебавых мікраарганізмаў да металаў44. Па акісляльна-аднаўленчым патэнцыяле можна прагназаваць тэндэнцыю мікробнай карозіі глебы. Даследаванне паказала, што акісляльна-аднаўленчы патэнцыял глебы трох схілаў быў большы за 500 мВ, а ўзровень карозіі быў вельмі малым. Гэта паказвае, што стан вентыляцыі глебы на схіле добры, што не спрыяе карозіі анаэробных мікраарганізмаў у глебе.
Папярэднія даследаванні паказалі, што ўплыў pH глебы на эрозію глебы відавочны. Змена значэння pH значна ўплывае на хуткасць карозіі металічных матэрыялаў. pH глебы цесна звязаны з плошчай і мікраарганізмамі ў глебе45,46,47. У цэлым, уплыў pH глебы на карозію металічных матэрыялаў у слабашчолачнай глебе не відавочны. Глебы трох чыгуначных схілаў усе шчолачныя, таму ўплыў pH на карозію металічнай сеткі слабы.
Як відаць з Табліцы 3, карэляцыйны аналіз паказвае, што акісляльна-аднаўленчы патэнцыял і становішча нахілу маюць значную станоўчую карэляцыю (R2 = 0,858), каразійны патэнцыял і градыент патэнцыялу (SN) маюць значную станоўчую карэляцыю (R2 = 0,755), а акісляльна-аднаўленчы патэнцыял і градыент патэнцыялу (SN) маюць значную станоўчую карэляцыю (R2 = 0,755). Існавала значная адмоўная карэляцыя паміж патэнцыялам і pH (R2 = -0,724). Палажэнне схілу мела значную станоўчую карэляцыю з акісляльна-аднаўленчым патэнцыялам. Гэта паказвае, што існуюць адрозненні ў мікраасяроддзі розных палажэнняў схілаў, і глебавыя мікраарганізмы цесна звязаны з акісляльна-аднаўленчым патэнцыялам48, 49, 50. Акісляльна-аднаўленчы патэнцыял меў значную адмоўную карэляцыю з pH51,52. Гэтая залежнасць сведчыць аб тым, што значэнні pH і Eh не заўсёды змяняліся сінхронна падчас акісляльна-аднаўленчага працэсу глебы, а мелі адмоўную лінейную залежнасць. Патэнцыял карозіі металу можа прадстаўляць адносную здольнасць атрымліваць і губляць электроны. Нягледзячы на ​​тое, што патэнцыял карозіі меў значную станоўчую карэляцыю з градыентам патэнцыялу (SN), градыент патэнцыялу можа быць выкліканы лёгкай стратай электронаў металам.
Агульнае ўтрыманне растваральных соляў у глебе цесна звязана з каразійнасцю глебы. У цэлым, чым вышэйшая засоленасць глебы, тым ніжэйшае ўдзельнае супраціўленне глебы, тым самым павялічваючы яе супраціўленне. У глебавых электралітах на карозію ў асноўным уплываюць не толькі аніёны і іх дыяпазоны, але і карбанаты, хларыды і сульфаты. Акрамя таго, агульнае ўтрыманне растваральных соляў у глебе ўскосна ўплывае на карозію праз уплыў іншых фактараў, такіх як уплыў электроднага патэнцыялу ў металах і растваральнасць кіслароду ў глебе53.
Большая частка растваральных іёнаў солі, дысацыяваных у глебе, не ўдзельнічае непасрэдна ў электрахімічных рэакцыях, але ўплываюць на карозію металу праз супраціўленне глебы. Чым вышэйшая салёнасць глебы, тым мацнейшая праводнасць глебы і тым мацнейшая эрозія глебы. Змест салёнасці глебы ў натуральных схілах значна вышэйшы, чым у чыгуначных схілах, што можа быць звязана з тым, што натуральныя схілы багатыя расліннасцю, што спрыяе захаванню глебы і вады. Іншай прычынай можа быць тое, што натуральны схіл перажыў спелае глебавае ўтварэнне (мацярынскі матэрыял глебы, утвораны ў выніку выветрывання горных парод), але глеба чыгуначнага схілу складаецца з фрагментаў друзу ў якасці матрыцы «штучнай глебы» і не прайшла дастатковага працэсу глебавага ўтварэння. Мінералы не вызваляюцца. Акрамя таго, іёны солі ў глыбокай глебе натуральных схілах падняліся пад уздзеяннем капілярнага дзеяння падчас паверхневага выпарэння і назапашваліся ў паверхні глебы, што прывяло да павелічэння ўтрымання іёнаў солі ў паверхні глебы. Таўшчыня глебы чыгуначнага схілу менш за 20 см, што прыводзіць да немагчымасці верхняга пласта глебы дапаўняць соль з глыбокай глебы.
Дадатныя іёны (напрыклад, K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+ і г.д.) мала ўплываюць на карозію глебы, у той час як аніёны гуляюць значную ролю ў электрахімічным працэсе карозіі і аказваюць значны ўплыў на карозію металу. Cl− можа паскорыць карозію анода і з'яўляецца найбольш каразійным аніёнам; чым вышэй утрыманне Cl−, тым мацнейшая карозія глебы. SO42− не толькі спрыяе карозіі сталі, але і выклікае карозію некаторых бетонных матэрыялаў54. Таксама раз'ядае жалеза. У серыі эксперыментаў з кіслотнай глебай было ўстаноўлена, што хуткасць карозіі прапарцыйная кіслотнасці глебы55. Хларыд і сульфат з'яўляюцца асноўнымі кампанентамі растваральных соляў, якія могуць непасрэдна паскараць кавітацыю металаў. Даследаванні паказалі, што страта вагі вугляродзістай сталі пры карозіі ў шчолачных глебах амаль прапарцыйная даданню хларыд-іёнаў і сульфат-іёнаў56,57. Лі і інш. выявілі, што SO42- можа перашкаджаць карозіі, але спрыяць развіццю каразійных ям, якія ўжо ўтварыліся58.
Згодна са стандартам ацэнкі каразійнасці глебы і вынікамі выпрабаванняў, утрыманне хларыд-іонаў у кожным узоры глебы на схіле перавышала 100 мг/кг, што сведчыць аб моцнай каразійнасці глебы. Утрыманне сульфат-іонаў як на ўзгорку, так і на спусках было вышэй за 200 мг/кг і ніжэй за 500 мг/кг, а глеба была ўмерана карозіяй. Утрыманне сульфат-іонаў у сярэднім схіле ніжэйшае за 200 мг/кг, і каразійнасць глебы слабая. Калі глебавае асяроддзе змяшчае высокую канцэнтрацыю, яны будуць удзельнічаць у рэакцыі і ўтвараць каразійную акаліну на паверхні металічнага электрода, тым самым запавольваючы рэакцыю карозіі. Па меры павелічэння канцэнтрацыі акаліна можа раптоўна разбурыцца, тым самым значна паскараючы хуткасць карозіі; па меры далейшага павелічэння канцэнтрацыі акаліна пакрывае паверхню металічнага электрода, і хуткасць карозіі зноў паказвае тэндэнцыю да запаволення. Даследаванне паказала, што колькасць іонаў у глебе была ніжэйшай і таму мала ўплывала на карозію.
Згодна з Табліцай 4, карэляцыя паміж нахілам і аніёнамі глебы паказала, што існуе значная станоўчая карэляцыя паміж нахілам і іонамі хлору (R2 = 0,836), а таксама значная станоўчая карэляцыя паміж нахілам і агульнай колькасцю растваральных соляў (R2 = 0,742).
Гэта сведчыць аб тым, што павярхоўны сцёк і эрозія глебы могуць быць прычынай зменаў агульнай колькасці растваральных соляў у глебе. Назіралася значная станоўчая карэляцыя паміж агульнай колькасцю растваральных соляў і іонамі хлору, што можа быць звязана з тым, што агульная колькасць растваральных соляў з'яўляецца пулам іонаў хлору, а ўтрыманне агульнай колькасці растваральных соляў вызначае ўтрыманне іонаў хлору ў глебавых растворах. Такім чынам, мы можам ведаць, што розніца ў нахіле можа выклікаць моцную карозію металічнай сеткі.
Арганічныя рэчывы, агульны азот, даступны азот, даступны фосфар і даступны калій — гэта асноўныя пажыўныя рэчывы глебы, якія ўплываюць на якасць глебы і засваенне пажыўных рэчываў каранёвай сістэмай. Пажыўныя рэчывы глебы з'яўляюцца важным фактарам, які ўплывае на мікраарганізмы ў глебе, таму варта вывучыць, ці існуе карэляцыя паміж пажыўнымі рэчывамі глебы і карозіяй металу. Чыгунка Суйю была завершана ў 2003 годзе, што азначае, што штучная глеба назапашвала арганічныя рэчывы толькі 9 гадоў. З-за асаблівасцей штучнай глебы неабходна добра разумець пажыўныя рэчывы ў штучнай глебе.
Даследаванні паказваюць, што пасля завяршэння ўсяго працэсу глебаўтварэння ўтрыманне арганічных рэчываў найбольшае ў глебе натуральнага схілу. Утрыманне арганічных рэчываў у глебе нізкага схілу было найменшым. З-за ўплыву выветрывання і павярхоўнага сцёку пажыўныя рэчывы глебы назапашваюцца ў сярэдняй і ніжняй частках схілу, утвараючы тоўсты пласт гумусу. Аднак з-за дробных часціц і дрэннай стабільнасці глебы нізкага схілу арганічнае рэчыва лёгка раскладаецца мікраарганізмамі. Даследаванне паказала, што расліннасць сярэдняй і ніжняй частак схілу і разнастайнасць расліннасці былі высокімі, але аднастайнасць была нізкай, што можа прывесці да нераўнамернага размеркавання паверхневых пажыўных рэчываў. Тоўсты пласт гумусу ўтрымлівае ваду, і глебавыя арганізмы актыўныя. Усё гэта паскарае раскладанне арганічных рэчываў у глебе.
Змест шчолачнагідралізаванага азоту ў чыгуначных пуцях, якія ўздымаюцца на ўзгор'е, у сярэднім і ўніз па схіле, быў вышэйшым, чым у натуральным схіле, што сведчыць аб тым, што хуткасць мінералізацыі арганічнага азоту ў чыгуначным схіле была значна вышэйшай, чым у натуральным схіле. Чым драбнейшыя часціцы, тым больш няўстойлівая структура глебы, тым лягчэй мікраарганізмам раскладаць арганічнае рэчыва ў агрэгатах і тым большы запас мінералізаванага арганічнага азоту 60,61. У адпаведнасці з вынікамі 62 даследавання, змест дробных агрэгатаў у глебе чыгуначных схілаў быў значна вышэйшым, чым у натуральных схілах. Такім чынам, неабходна прыняць адпаведныя меры для павелічэння ўтрымання ўгнаенняў, арганічных рэчываў і азоту ў глебе чыгуначнага схілу і паляпшэння ўстойлівага выкарыстання глебы. Страты даступнага фосфару і даступнага калію, выкліканыя павярхоўным сцёкам, складалі ад 77,27% да 99,79% ад агульных страт чыгуначнага схілу. Павярхоўны сцёк можа быць асноўнай прычынай страт даступных пажыўных рэчываў у глебах схілаў 63,64,65.
Як паказана ў Табліцы 4, назіралася значная станоўчая карэляцыя паміж становішчам схілу і даступным фосфарам (R2=0,948), а таксама карэляцыя паміж становішчам схілу і даступным каліем (R2=0,898). Гэта паказвае, што становішча схілу ўплывае на ўтрыманне даступнага фосфару і даступнага калію ў глебе.
Градыент з'яўляецца важным фактарам, які ўплывае на ўтрыманне арганічных рэчываў у глебе і ўзбагачэнне яе азотам66, і чым меншы градыент, тым большая хуткасць узбагачэння. Пры ўзбагачэнні глебы пажыўнымі рэчывамі страты пажыўных рэчываў былі слабейшымі, і ўплыў становішча схілу на ўтрыманне арганічных рэчываў у глебе і агульнае ўзбагачэнне азотам не быў відавочным. Розныя тыпы і колькасць раслін на розных схілах маюць розныя арганічныя кіслоты, якія вылучаюцца каранямі раслін. Арганічныя кіслоты карысныя для фіксацыі даступнага фосфару і даступнага калію ў глебе. Такім чынам, існавала значная карэляцыя паміж становішчам схілу і даступным фосфарам, а таксама становішчам схілу і даступным каліем.
Каб высветліць сувязь паміж пажыўнымі рэчывамі глебы і яе карозіяй, неабходна прааналізаваць карэляцыю. Як паказана ў табліцы 5, акісляльна-аднаўленчы патэнцыял меў значную адмоўную карэляцыю з даступным азотам (R2 = -0,845) і значную станоўчую карэляцыю з даступным фосфарам (R2 = 0,842) і даступным каліем (R2 = 0,980). Акісляльна-аднаўленчы патэнцыял адлюстроўвае якасць акісляльна-аднаўленчых працэсаў, на якія звычайна ўплываюць некаторыя фізічныя і хімічныя ўласцівасці глебы, а затым уплывае на шэраг уласцівасцей глебы. Такім чынам, ён з'яўляецца важным фактарам у вызначэнні кірунку трансфармацыі пажыўных рэчываў глебы.67 Розныя акісляльна-аднаўленчыя якасці могуць прыводзіць да розных станаў і даступнасці пажыўных фактараў. Такім чынам, акісляльна-аднаўленчы патэнцыял мае значную карэляцыю з даступным азотам, даступным фосфарам і даступным каліем.
Акрамя ўласцівасцей металу, каразійны патэнцыял таксама звязаны з уласцівасцямі глебы. Каразійны патэнцыял меў значную адмоўную карэляцыю з арганічным рэчывам, што сведчыць аб тым, што арганічнае рэчыва аказвае значны ўплыў на каразійны патэнцыял. Акрамя таго, арганічнае рэчыва таксама мела значную адмоўную карэляцыю з градыентам патэнцыялу (SN) (R2 = -0,713) і сульфат-іёнам (R2 = -0,671), што сведчыць аб тым, што ўтрыманне арганічнага рэчыва таксама ўплывае на градыент патэнцыялу (SN) і сульфат-іён. Назіралася значная адмоўная карэляцыя паміж pH глебы і даступным каліем (R2 = -0,728).
Даступны азот значна адмоўна карэляваў з агульнай колькасцю растваральных соляў і іонаў хлору, а даступны фосфар і даступны калій значна станоўча карэлявалі з агульнай колькасцю растваральных соляў і іонаў хлору. Гэта сведчыць аб тым, што ўтрыманне даступных пажыўных рэчываў значна ўплывае на колькасць агульных растваральных соляў і іонаў хлору ў глебе, а аніёны ў глебе не спрыяюць назапашванню і паступленню даступных пажыўных рэчываў. Агульны азот значна адмоўна карэлюе з іонамі сульфату і значна станоўча карэлюе з бікарбанатам, што сведчыць аб тым, што агульны азот уплывае на ўтрыманне сульфатаў і бікарбанатаў. Расліны маюць невялікую патрэбу ў іонах сульфату і бікарбанату, таму большасць з іх знаходзяцца ў глебе ў вольным стане або паглынаюцца глебавымі калоідамі. Бікарбанат-іоны спрыяюць назапашванню азоту ў глебе, а сульфат-іоны зніжаюць даступнасць азоту ў глебе. Такім чынам, адпаведнае павелічэнне ўтрымання даступнага азоту і гумусу ў глебе карысна для зніжэння каразійнасці глебы.
Глеба — гэта сістэма са складаным складам і ўласцівасцямі. Каразійнасць глебы з'яўляецца вынікам сінергічнага дзеяння многіх фактараў. Таму для ацэнкі каразійнасці глебы звычайна выкарыстоўваецца комплексны метад ацэнкі. Згодна з «Кодам для геатэхнічных даследаванняў» (GB50021-94) і метадамі выпрабаванняў Кітайскай сеткі выпрабаванняў на карозію глебы, ступень карозіі глебы можа быць комплексна ацэнена ў адпаведнасці з наступнымі стандартамі: (1) Ацэнка — слабая карозія, калі толькі слабая карозія, няма ўмеранай карозіі або моцная карозія; (2) калі моцнай карозіі няма, яна ацэньваецца як умераная карозія; (3) калі ёсць адно або два месцы моцнай карозіі, яна ацэньваецца як моцная карозія; (4) калі ёсць 3 або больш месцаў моцнай карозіі, яна ацэньваецца як моцная карозія для моцнай карозіі.
У адпаведнасці з удзельным супраціўленнем глебы, акісляльна-аднаўленчым патэнцыялам, утрыманнем вады, утрыманнем солі, значэннем pH, а таксама ўтрыманнем Cl і SO42-, былі праведзены ўсебаковыя ацэнкі ступені каразійнасці ўзораў глебы на розных схілах. Вынікі даследавання паказваюць, што глебы на ўсіх схілах маюць высокую каразійную актыўнасць.
Патэнцыял карозіі з'яўляецца важным фактарам, які ўплывае на карозію сеткі для абароны схілаў. Патэнцыялы карозіі ўсіх трох схілаў ніжэйшыя за -200 мВ, што найбольш уплывае на карозію металічнай сеткі, якая знаходзіцца ўверх па схіле. Градыент патэнцыялу можна выкарыстоўваць для ацэнкі велічыні блукаючых токаў у глебе. Блукаючыя токі з'яўляюцца важным фактарам, які ўплывае на карозію металічнай сеткі на сярэдніх і ўзгорных схілах, асабліва на сярэдніх схілах. Агульнае ўтрыманне растваральных соляў у глебах верхніх, сярэдніх і ніжніх схілаў перавышала 500 мг/кг, а ўздзеянне карозіі на сетку для абароны схілаў было ўмераным. Утрыманне глебавай вады з'яўляецца важным фактарам, які ўплывае на карозію металічных сетак у сярэдняй і ніжняй частках схілу, і аказвае большы ўплыў на карозію сетак для абароны схілаў. Пажыўныя рэчывы найбольш распаўсюджаныя ў глебе сярэдняй часткі схілу, што сведчыць аб частай мікробнай актыўнасці і хуткім росце раслін.
Даследаванні паказваюць, што каразійны патэнцыял, градыент патэнцыялу, агульнае ўтрыманне растваральных соляў і ўтрыманне вады з'яўляюцца асноўнымі фактарамі, якія ўплываюць на карозію глебы на трох схілах, і каразійнасць глебы ацэньваецца як высокая. Карозія сеткі абароны схілаў найбольш сур'ёзная на сярэднім схіле, што з'яўляецца арыенцірам для антыкаразійнага праектавання сеткі абароны чыгуначных схілаў. Адпаведнае даданне даступнага азоту і арганічных угнаенняў спрыяе зніжэнню карозіі глебы, спрыяе росту раслін і, нарэшце, стабілізуе схіл.
Як цытаваць гэты артыкул: Чэнь, Дж. і інш. Уплыў складу глебы і электрахіміі на карозію сеткі горных парод на схілах уздоўж кітайскай чыгуначнай лініі. science. Rep. 5, 14939; doi: 10.1038/srep14939 (2015).
Лінь, Ю.Л. і Ян, Г.Л. Дынамічныя характарыстыкі адхонаў чыгуначнага палатна пры ўздзеянні землятрусу. Стыхійнае бедства. 69, 219–235 (2013).
Суй Ван, Дж. і інш. Аналіз тыповых пашкоджанняў аўтамабільных дарог ад землятрусу ў пацярпелым ад землятрусу раёне Вэньчуань правінцыі Сычуань [J]. Кітайскі часопіс механікі і інжынерыі горных парод. 28, 1250–1260 (2009).
Вэйлінь, З., Чжэньюй, Л. і Цзіньсун, Дж. Аналіз сейсмічных пашкоджанняў і контрмеры аўтамабільных мастоў падчас землятрусу ў Вэньчуані. Кітайскі часопіс механікі і інжынерыі горных парод. 28, 1377–1387 (2009).
Лін, К.В., Лю, С.Х., Лі, С.Ю. і Лю, К.К. Уплыў землятрусу Чычы на ​​апоўзні, выкліканыя наступнымі ападкамі ў цэнтральнай частцы Тайваня. Інжынерная геалогія. 86, 87–101 (2006).
Koi, T. і інш. Доўгатэрміновыя наступствы апоўзняў, выкліканых землятрусамі, на ўтварэнне адкладаў у горным вадазборы: рэгіён Танзава, Японія. geomorphology.101, 692–702 (2008).
Хуншуай, Л., Цзіншань, Б. і Дэдун, Л. Агляд даследаванняў па аналізе сейсмічнай устойлівасці геатэхнічных схілаў. Землятруснае будаўніцтва і інжынерная вібрацыя. 25, 164–171 (2005).
Юэ Пін, Даследаванне геалагічных небяспек, выкліканых землятрусам у Вэньчуані ў правінцыі Сычуань. Часопіс інжынернай геалогіі 4, 7–12 (2008).
Алі, Ф. Абарона схілаў расліннасцю: механіка каранёў некаторых трапічных раслін. Міжнародны часопіс фізічных навук. 5, 496–506 (2010).
Такю, М., Айба, С.І. і Кітаяма, К. Тапаграфічныя ўплывы на трапічныя нізкагорныя лясы ў розных геалагічных умовах на гары Кінабалу, Барнэа. Plant Ecology. 159, 35–49 (2002).
Стокс, А. і інш. Ідэальныя характарыстыкі каранёў раслін для абароны натуральных і штучных схілаў ад апоўзняў. Расліны і глебы, 324, 1-30 (2009).
Дэ Баэтс, С., Поэзен, Дж., Гісельс, Г. і Кнапен, А. Уплыў каранёў травы на эродыбельнасць верхняга пласта глебы падчас канцэнтраванага патоку. Геамарфалогія 76, 54–67 (2006).