Hvala vam što ste posjetili Nature.com. Verzija preglednika koju koristite ima ograničenu podršku za CSS. Za najbolje iskustvo, preporučujemo da koristite ažurirani preglednik (ili isključite način kompatibilnosti u Internet Exploreru). U međuvremenu, kako bismo osigurali kontinuiranu podršku, prikazat ćemo stranicu bez stilova i JavaScripta.
Uzimajući željezničku nagib Sui-Chongqing kao objekt istraživanja, specificirani su otpornost tla, elektrohemija tla (potencijal korozije, redoks potencijal, gradijent potencijala i pH), anioni tla (ukupne rastvorljive soli, Cl-, SO42- i) i nutritivne vrijednosti tla (sadržaj vlage, organska materija, ukupni azot, alkalno hidrolizovani azot, dostupan fosfor, dostupan kalijum). Pod različitim nagibima, stepen korozije se procenjuje prema pojedinačnim indikatorima i sveobuhvatnim indikatorima vještačkog tla. U poređenju sa drugim faktorima, voda ima najveći uticaj na koroziju zaštitne mreže nagiba, a zatim sledi sadržaj aniona. Ukupna rastvorljiva sol ima umeren uticaj na koroziju zaštitne mreže nagiba, a lutajuća struja ima umeren uticaj na koroziju zaštitne mreže nagiba. Stepen korozije uzoraka tla je sveobuhvatno procenjen, a korozija na gornjoj padini je bila umerena, a korozija na srednjoj i donjoj padini jaka. Organska materija u tlu je značajno korelirala sa gradijentom potencijala. Dostupni azot, dostupan kalijum i dostupan fosfor su značajno korelirali sa anionima. Raspodela hranljivih materija u tlu je indirektno povezana sa tipom nagiba.
Prilikom izgradnje željeznica, autoputeva i objekata za očuvanje voda, otvori u planinama su često neizbježni. Zbog planina na jugozapadu, izgradnja željeznica u Kini zahtijeva mnogo iskopavanja u planini. To uništava originalno tlo i vegetaciju, stvarajući izložene stjenovite padine. Ova situacija dovodi do klizišta i erozije tla, što ugrožava sigurnost željezničkog saobraćaja. Klizišta su loša za cestovni saobraćaj, posebno nakon zemljotresa u Wenchuanu 12. maja 2008. godine. Klizišta su postala široko rasprostranjena i ozbiljna zemljotresna katastrofa. U evaluaciji 4.243 kilometra ključnih magistralnih puteva u provinciji Sečuan iz 2008. godine, bilo je 1.736 teških zemljotresa u putnim trupovima i potpornim zidovima na padinama, što čini 39,76% ukupne dužine evaluacije. Direktni ekonomski gubici od oštećenja puteva premašili su 58 milijardi juana 2,3. Globalni primjeri pokazuju da geohazardi nakon zemljotresa mogu trajati najmanje 10 godina (zemljosmetljotres na Tajvanu), pa čak i 40-50 godina (zemljosmetljotres u Kantu u Japanu) 4,5. Gradijent je glavni faktor koji utiče na opasnost od zemljotresa 6,7. Stoga je potrebno održavati nagib puta i jačati njegovu stabilnost. Biljke igraju nezamjenjivu ulogu u zaštiti padina i ekološkoj obnovi pejzaža 8. U poređenju sa običnim zemljanim padinama, kamene padine nemaju akumulaciju hranljivih faktora kao što su organska materija, azot, fosfor i kalijum, i nemaju okruženje tla potrebno za rast vegetacije. Zbog faktora kao što su veliki nagib i erozija kišom, tlo na padinama se lako gubi. Okruženje na padinama je surovo, nedostaju mu neophodni uslovi za rast biljaka, a tlu na padini nedostaje potporna stabilnost9. Prskanje padine osnovnim materijalom za pokrivanje tla radi zaštite padine je uobičajena tehnologija ekološke obnove padine u mojoj zemlji. Vještačko tlo koje se koristi za prskanje sastoji se od drobljenog kamena, poljoprivrednog tla, slame, složenog gnojiva, sredstva za zadržavanje vode i ljepila (uobičajeno korištena ljepila uključuju portland cement, organsko ljepilo i asfaltni emulgator) u određenom omjeru. Tehnički postupak je: prvo se na stijenu postavi bodljikava žica, zatim se bodljikava žica pričvrsti zakovicama i anker vijcima, a na kraju se na padinu posebnom prskalicom umjetno tlo koje sadrži sjeme. Uglavnom se koristi metalna mreža u obliku dijamanta 14# koja je potpuno pocinčana, sa standardom mreže od 5 cm × 5 cm i promjerom od 2 mm. Metalna mreža omogućava matrici tla da formira izdržljivu monolitnu ploču na površini stijene. Metalna mreža će korodirati u tlu, jer je samo tlo elektrolit, a stepen korozije zavisi od karakteristika tla. Procjena faktora korozije tla je od velikog značaja za procjenu erozije metalne mreže izazvane tlom i eliminaciju klizišta. opasnosti.
Vjeruje se da korijenje biljaka igra ključnu ulogu u stabilizaciji padina i kontroli erozije10,11,12,13,14. Za stabilizaciju padina od plitkih klizišta, vegetacija se može koristiti jer korijenje biljaka može učvrstiti tlo kako bi se spriječila klizišta15,16,17. Drvenasta vegetacija, posebno drveće, pomaže u sprječavanju plitkih klizišta18. Čvrsta zaštitna struktura formirana je vertikalnim i bočnim korijenovim sistemima biljaka koji djeluju kao ojačavajući šipovi u tlu. Razvoj obrazaca arhitekture korijena vođen je genima, a okruženje tla igra odlučujuću ulogu u tim procesima. Korozija metala varira u zavisnosti od okruženja tla20. Stepen korozije metala u tlu može se kretati od prilično brzog rastvaranja do zanemarljivog utjecaja21. Vještačko tlo se veoma razlikuje od pravog "tla". Formiranje prirodnih tala rezultat je interakcija između vanjskog okruženja i različitih organizama tokom desetina miliona godina22,23,24. Prije nego što drvenasta vegetacija formira stabilan korijenov sistem i ekosistem, da li metalna mreža u kombinaciji sa kamenom padinom i vještačkim tlom može sigurno funkcionirati direktno je povezano s razvojem prirodne ekonomije, sigurnošću života i poboljšanje ekološkog okruženja.
Međutim, korozija metala može dovesti do ogromnih gubitaka. Prema istraživanju provedenom u Kini početkom 1980-ih o hemijskim mašinama i drugim industrijama, gubici uzrokovani korozijom metala činili su 4% ukupne vrijednosti proizvodnje. Stoga je od velikog značaja proučavanje mehanizma korozije i poduzimanje zaštitnih mjera za ekonomičnu gradnju. Tlo je složen sistem plinova, tekućina, čvrstih tvari i mikroorganizama. Mikrobni metaboliti mogu korodirati materijale, a lutajuće struje također mogu uzrokovati koroziju. Stoga je važno spriječiti koroziju metala zakopanih u tlu. Trenutno se istraživanje korozije zakopanih metala uglavnom fokusira na (1) faktore koji utječu na koroziju zakopanih metala25; (2) metode zaštite metala26,27; (3) metode procjene stepena korozije metala28; Korozija u različitim medijima. Međutim, sva tla u studiji bila su prirodna i prošla su kroz dovoljne procese formiranja tla. Međutim, ne postoji izvještaj o vještačkoj eroziji tla na stjenovitim padinama željezničkih pruga.
U poređenju s drugim korozivnim medijima, vještačko tlo ima karakteristike nelikvidnosti, heterogenosti, sezonalnosti i regionalnosti. Korozija metala u vještačkim tlima uzrokovana je elektrohemijskim interakcijama između metala i vještačkog tla. Pored urođenih faktora, brzina korozije metala također ovisi o okolnom okruženju. Različiti faktori utječu na koroziju metala pojedinačno ili u kombinaciji, kao što su sadržaj vlage, sadržaj kisika, ukupni sadržaj rastvorljivih soli, sadržaj aniona i metalnih iona, pH, mikrobi u tlu30,31,32.
U 30 godina prakse, pitanje kako trajno sačuvati vještačko tlo na stjenovitim padinama predstavljalo je problem33. Grmlje ili drveće ne mogu rasti na nekim padinama nakon 10 godina ručne njege zbog erozije tla. Prljavština na površini metalne mreže je na nekim mjestima isprana. Zbog korozije, neke metalne mreže su pukle i izgubile su svo tlo iznad i ispod sebe (Slika 1). Trenutno se istraživanje korozije željezničkih padina uglavnom fokusira na koroziju uzemljenja željezničkih trafostanica, koroziju lutajućih struja generiranih lakom željeznicom i koroziju željezničkih mostova34,35, tračnica i druge opreme vozila36. Nije bilo izvještaja o koroziji metalne mreže za zaštitu željezničkih padina. Ovaj rad proučava fizička, hemijska i elektrohemijska svojstva vještačkog tla na jugozapadnoj stjenovitoj padini željeznice Suiyu, s ciljem predviđanja korozije metala procjenom svojstava tla i pružanja teorijske i praktične osnove za obnovu ekosistema tla i vještačku obnovu. Vještačka padina.
Ispitni poligon se nalazi u brdovitom području Sečuana (30°32′N, 105°32′E) u blizini željezničke stanice Suining. Područje se nalazi u sredini Sečuanskog bazena, s niskim planinama i brdima, s jednostavnom geološkom strukturom i ravnim terenom. Erozija, rezanje i akumulacija vode stvaraju erodirane brdovite pejzaže. Temeljna stijena je uglavnom krečnjak, a nadložak je uglavnom ljubičasti pijesak i muljeviti kamen. Integritet je loš, a stijena je blokovske strukture. Područje istraživanja ima suptropsku vlažnu monsunsku klimu sa sezonskim karakteristikama ranog proljeća, vrućeg ljeta, kratke jeseni i kasne zime. Padavine su obilne, resursi svjetlosti i topline su obilni, period bez mraza je dug (285 dana u prosjeku), klima je blaga, prosječna godišnja temperatura je 17,4°C, prosječna temperatura najtoplijeg mjeseca (avgust) je 27,2°C, a ekstremna maksimalna temperatura je 39,3°C. Najhladniji mjesec je januar (prosječna temperatura je 6,5°C), ekstremna minimalna... Temperatura je -3,8°C, a prosječna godišnja količina padavina je 920 mm, uglavnom koncentrisanih u julu i augustu. Padavine u proljeće, ljeto, jesen i zimu uveliko variraju. Udio padavina u svakom godišnjem dobu je 19-21%, 51-54%, 22-24% i 4-5%, respektivno.
Istraživačko mjesto je nagib od oko 45° na padini željezničke pruge Yu-Sui izgrađene 2003. godine. U aprilu 2012. godine, bilo je okrenuto prema jugu, unutar 1 km od željezničke stanice Suining. Prirodna padina je korištena kao kontrola. Ekološka restauracija padine usvaja stranu tehnologiju prskanja tla za ekološku restauraciju. Prema visini bočne padine željezničke pruge, padina se može podijeliti na uzbrdicu, srednju padinu i nizbrdicu (Sl. 2). Budući da je debljina umjetnog tla na padini oko 10 cm, kako bismo izbjegli zagađenje produktima korozije metalne mreže tla, koristimo samo lopatu od nehrđajućeg čelika za uzimanje površine tla od 0-8 cm. Za svaku poziciju padine postavljena su četiri ponavljanja, sa 15-20 slučajnih tačaka uzorkovanja po ponavljanju. Svako ponavljanje je mješavina 15-20 nasumično određenih tačaka uzorkovanja iz linije u obliku slova S. Njegova svježa težina je oko 500 grama. Uzorke vratiti u laboratoriju u polietilenskim vrećicama sa zatvaračem na obradu. Tlo se prirodno suši na zraku, a šljunak i životinjski i biljni ostaci se izdvajaju, drobe ahatnim štapićem i prosijavaju najlonskim sitom od 20 i 100 mesh, osim grubih čestica.
Otpornost tla mjerena je pomoću VICTOR4106 testera otpora uzemljenja proizvođača Shengli Instrument Company; otpornost tla mjerena je na terenu; vlažnost tla mjerena je metodom sušenja. Prenosivi digitalni mv/pH instrument DMP-2 ima visoku ulaznu impedansu za mjerenje potencijala korozije tla. Gradijent potencijala i redoks potencijal određeni su pomoću DMP-2 prenosnog digitalnog mv/pH instrumenta, ukupna rastvorljiva sol u tlu određena je metodom sušenja ostataka, sadržaj hloridnih iona u tlu određen je metodom titracije AgNO3 (Mohrova metoda), sadržaj sulfata u tlu određen je indirektnom metodom EDTA titracije, metodom dvostruke indikatorske titracije za određivanje karbonata i bikarbonata u tlu, metodom oksidacije kalijum dihromata za određivanje organske materije u tlu, metodom difuzije alkalnog rastvora za određivanje azota nastalog alkalnom hidrolizom u tlu, kolorimetrijskom metodom digestije H2SO4-HClO4 Mo-Sb. Ukupni fosfor u tlu i sadržaj dostupnog fosfora u tlu određeni su Olsenovom metodom (0,05 mol/L rastvor NaHCO3 kao ekstraktant), a ukupni sadržaj kalijuma u tlu određen je fotometrijom fuzije natrijum hidroksida i plamena.
Eksperimentalni podaci su inicijalno sistematizirani. SPSS Statistics 20 je korišten za izvođenje analize srednjih vrijednosti, standardne devijacije, jednosmjerne ANOVA i analize ljudske korelacije.
Tabela 1 prikazuje elektromehanička svojstva, anione i hranjive tvari tla s različitim nagibima. Potencijal korozije, otpornost tla i gradijent potencijala istok-zapad različitih nagiba bili su značajni (P < 0,05). Redoks potencijali nizbrdice, srednjeg nagiba i prirodnog nagiba bili su značajni (P < 0,05). Gradijent potencijala okomit na šinu, odnosno gradijent potencijala sjever-jug, je uzbrdica>nizbrdica>srednji nagib. pH vrijednost tla bila je u redoslijedu nizbrdica>uzbrdica>srednji nagib>prirodni nagib. Ukupna rastvorljiva sol, prirodni nagib bio je značajno veći od nagiba željezničke pruge (P < 0,05). Ukupni sadržaj rastvorljive soli u tlu nagiba željezničke pruge trećeg reda je iznad 500 mg/kg, a ukupna rastvorljiva sol ima umjeren utjecaj na koroziju metala. Sadržaj organske tvari u tlu bio je najveći na prirodnom nagibu, a najmanji na nizbrdici (P < 0,05). Ukupni sadržaj dušika bio je najveći na srednjem nagibu, a najniži na uzbrdici; Sadržaj dostupnog dušika bio je najveći na nizbrdici i srednjoj padini, a najniži na prirodnoj padini; ukupni sadržaj dušika na uzbrdici i nizbrdici željezničke pruge bio je niži, ali je sadržaj dostupnog dušika bio veći. To ukazuje na to da je stopa mineralizacije organskog dušika uzbrdo i nizbrdo brza. Sadržaj dostupnog kalija isti je kao i sadržaj dostupnog fosfora.
Otpornost tla je indeks koji pokazuje električnu provodljivost i osnovni parametar za procjenu korozije tla. Faktori koji utiču na otpornost tla uključuju sadržaj vlage, ukupni sadržaj rastvorljivih soli, pH, teksturu tla, temperaturu, sadržaj organske materije, temperaturu tla i nepropusnost. Općenito govoreći, tla sa niskom otpornošću su korozivnija i obrnuto. Korištenje otpornosti za procjenu korozivnosti tla je metoda koja se često koristi u raznim zemljama. Tabela 1 prikazuje kriterije za procjenu stepena korozivnosti za svaki pojedinačni indeks 37,38.
Prema rezultatima ispitivanja i standardima u mojoj zemlji (Tabela 1), ako se korozivnost tla procjenjuje samo na osnovu otpornosti tla, tlo na uzbrdici je visoko korozivno; tlo na nizbrdici je umjereno korozivno; korozivnost tla na srednjoj i prirodnoj padini je relativno niska do slaba.
Otpornost tla uzbrdice je znatno niža nego na drugim dijelovima padine, što može biti uzrokovano erozijom kišom. Gornji sloj tla na uzbrdici teče s vodom prema srednjoj padini, tako da je metalna zaštitna mreža uzbrdice blizu gornjeg sloja tla. Neke od metalnih mreža bile su izložene, pa čak i lebdeće u zraku (Slika 1). Otpornost tla mjerena je na licu mjesta; razmak između šipova bio je 3 m; dubina zabijanja šipova bila je ispod 15 cm. Gola metalna mreža i ljuštenje hrđe mogu utjecati na rezultate mjerenja. Stoga je nepouzdano procijeniti korozivnost tla samo indeksom otpora tla. U sveobuhvatnoj procjeni korozije, otpornost tla uzbrdice se ne uzima u obzir.
Zbog visoke relativne vlažnosti, stalno vlažan zrak u području Sečuana uzrokuje ozbiljniju koroziju metalne mreže izložene zraku nego metalne mreže zakopane u tlu39. Izloženost žičane mreže zraku može rezultirati smanjenim vijekom trajanja, što može destabilizirati tlo uzbrdo. Gubitak tla može otežati rast biljaka, posebno drvenastih biljaka. Zbog nedostatka drvenastih biljaka, teško je formirati korijenov sistem uzbrdo kako bi se učvrstilo tlo. Istovremeno, rast biljaka također može poboljšati kvalitet tla i povećati sadržaj humusa u tlu, što ne samo da može zadržati vodu, već i osigurati dobro okruženje za rast i razmnožavanje životinja i biljaka, čime se smanjuje gubitak tla. Stoga, u ranoj fazi izgradnje, treba posijati više drvenastog sjemena na uzbrdici, a sredstvo za zadržavanje vode treba kontinuirano dodavati i prekrivati ​​folijom radi zaštite, kako bi se smanjila erozija tla uzbrdicom.
Korozivni potencijal je važan faktor koji utiče na koroziju zaštitne mreže na padini na tri nivoa, a najveći uticaj ima na uzbrdici (Tabela 2). Pod normalnim uslovima, korozijski potencijal se ne mijenja mnogo u datom okruženju. Primjetnu promjenu mogu uzrokovati lutajuće struje. Lutajuće struje odnose se na struje 40, 41, 42 koje prodiru u podlogu puta i tlo kada vozila koriste sistem javnog prevoza. Razvojem transportnog sistema, željeznički transportni sistem moje zemlje postigao je elektrifikaciju velikih razmjera, a korozija zakopanih metala uzrokovana curenjem jednosmjerne struje iz elektrificiranih željeznica ne može se zanemariti. Trenutno se gradijent potencijala tla može koristiti za utvrđivanje da li tlo sadrži poremećaje lutajućih struja. Kada je gradijent potencijala površinskog tla manji od 0,5 mv/m, lutajuća struja je niska; kada je gradijent potencijala u rasponu od 0,5 mv/m do 5,0 mv/m, lutajuća struja je umjerena; Kada je gradijent potencijala veći od 5,0 mv/m, nivo lutajuće struje je visok. Plutajući raspon gradijenta potencijala (EW) srednjeg nagiba, uzlaznog i nizlaznog nagiba prikazan je na slici 3. Što se tiče plutajućeg raspona, postoje umjerene lutajuće struje u smjeru istok-zapad i sjever-jug srednjeg nagiba. Stoga je lutajuća struja važan faktor koji utiče na koroziju metalnih mreža na srednjem i nizlaznom nagibu, posebno na srednjem nagibu.
Generalno, redoks potencijal tla (Eh) iznad 400 mV ukazuje na oksidacionu sposobnost, iznad 0-200 mV je srednja redukciona sposobnost, a ispod 0 mV je velika redukciona sposobnost. Što je niži redoks potencijal tla, to je veća sposobnost korozije mikroorganizama u tlu na metale44. Moguće je predvidjeti trend mikrobne korozije tla na osnovu redoks potencijala. Studija je otkrila da je redoks potencijal tla na tri padine bio veći od 500 mV, a nivo korozije vrlo mali. To pokazuje da je stanje ventilacije tla na padinama dobro, što ne pogoduje koroziji anaerobnih mikroorganizama u tlu.
Prethodne studije su otkrile da je utjecaj pH vrijednosti tla na eroziju tla očigledan. S fluktuacijom pH vrijednosti, brzina korozije metalnih materijala je značajno pogođena. pH vrijednost tla je usko povezana s područjem i mikroorganizmima u tlu 45,46,47. Općenito govoreći, utjecaj pH vrijednosti tla na koroziju metalnih materijala u blago alkalnom tlu nije očigledan. Tla na tri željezničke kosine su sva alkalna, tako da je utjecaj pH vrijednosti na koroziju metalne mreže slab.
Kao što se može vidjeti iz Tabele 3, analiza korelacije pokazuje da su redoks potencijal i položaj nagiba značajno pozitivno korelirani (R2 = 0,858), korozivni potencijal i gradijent potencijala (SN) su značajno pozitivno korelirani (R2 = 0,755), a redoks potencijal i gradijent potencijala (SN) su značajno pozitivno korelirani (R2 = 0,755). Postojala je značajna negativna korelacija između potencijala i pH (R2 = -0,724). Položaj nagiba je bio značajno pozitivno koreliran s redoks potencijalom. Ovo pokazuje da postoje razlike u mikrookruženju različitih položaja nagiba i da su mikroorganizmi u tlu blisko povezani s redoks potencijalom48, 49, 50. Redoks potencijal je bio značajno negativno koreliran s pH51,52. Ovaj odnos je ukazivao na to da se vrijednosti pH i Eh nisu uvijek mijenjale sinhrono tokom redoks procesa tla, već su imale negativnu linearnu vezu. Potencijal korozije metala može predstavljati relativnu sposobnost primanja i gubitka elektrona. Iako je potencijal korozije bio značajno pozitivno koreliran s gradijentom potencijala (SN), gradijent potencijala može biti uzrokovan lakim gubitkom elektrona od strane metala.
Ukupni sadržaj rastvorljivih soli u tlu usko je povezan s korozivnošću tla. Općenito govoreći, što je veća slanost tla, to je niža otpornost tla, čime se povećava otpornost tla. U elektrolitima tla, ne samo anioni i različiti rasponi, već i korozijski utjecaji uglavnom su karbonati, hloridi i sulfati. Osim toga, ukupni sadržaj rastvorljivih soli u tlu indirektno utječe na koroziju kroz utjecaj drugih faktora, kao što su utjecaj elektrodnog potencijala u metalima i topljivost kisika u tlu53.
Većina rastvorljivih iona disociranih soli u tlu ne učestvuje direktno u elektrohemijskim reakcijama, ali utiče na koroziju metala putem otpornosti tla. Što je salinitet tla veći, to je provodljivost tla jača i erozija tla jača. Sadržaj saliniteta tla prirodnih padina je znatno veći nego kod željezničkih padina, što može biti zbog činjenice da su prirodne padine bogate vegetacijom, što pogoduje očuvanju tla i vode. Drugi razlog može biti taj što je prirodna padina doživjela formiranje zrelog tla (matični materijal tla formiran trošenjem stijena), ali tlo željezničke padine sastoji se od fragmenata drobljenog kamena kao matrice "umjetnog tla" i nije prošlo dovoljan proces formiranja tla. Minerali se ne oslobađaju. Osim toga, ioni soli u dubokom tlu prirodnih padina su se podigli kapilarnim djelovanjem tokom površinskog isparavanja i akumulirali u površinskom tlu, što je rezultiralo povećanjem sadržaja iona soli u površinskom tlu. Debljina tla željezničke padine je manja od 20 cm, što rezultira nemogućnošću površinskog sloja tla da dopuni sol iz dubokog tla.
Pozitivni ioni (kao što su K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+, itd.) imaju mali utjecaj na koroziju tla, dok anioni igraju značajnu ulogu u elektrohemijskom procesu korozije i imaju značajan utjecaj na koroziju metala. Cl− može ubrzati koroziju anode i najkorozivniji je anion; što je veći sadržaj Cl−, to je korozija tla jača. SO42− ne samo da potiče koroziju čelika, već uzrokuje i koroziju nekih betonskih materijala54. Također nagriza željezo. U nizu eksperimenata s kiselim tlom, utvrđeno je da je brzina korozije proporcionalna kiselosti tla55. Hlorid i sulfat su glavne komponente rastvorljivih soli, koje mogu direktno ubrzati kavitaciju metala. Studije su pokazale da je gubitak težine ugljičnog čelika u alkalnim tlima gotovo proporcionalan dodavanju hloridnih i sulfatnih iona56,57. Lee i saradnici su otkrili da SO42- može ometati koroziju, ali potiče razvoj korozijskih jama koje su već formirane58.
Prema standardu za procjenu korozivnosti tla i rezultatima ispitivanja, sadržaj hloridnih iona u svakom uzorku tla na padini bio je iznad 100 mg/kg, što ukazuje na jaku korozivnost tla. Sadržaj sulfatnih iona i na uzbrdici i na nizbrdici bio je iznad 200 mg/kg i ispod 500 mg/kg, a tlo je bilo umjereno korodirano. Sadržaj sulfatnih iona u srednjoj padini je niži od 200 mg/kg, a korozija tla je slaba. Kada tlo sadrži visoku koncentraciju, on će sudjelovati u reakciji i stvarati korozijske naslage na površini metalne elektrode, čime se usporava korozijska reakcija. Kako se koncentracija povećava, naslage se mogu naglo slomiti, čime se znatno ubrzava brzina korozije; kako koncentracija nastavlja rasti, korozijske naslage prekrivaju površinu metalne elektrode, a brzina korozije ponovo pokazuje trend usporavanja. Studija je otkrila da je količina u tlu bila niža i stoga je imala mali utjecaj na koroziju.
Prema Tabeli 4, korelacija između nagiba i aniona u tlu pokazala je da postoji značajna pozitivna korelacija između nagiba i hloridnih iona (R2=0,836), te značajna pozitivna korelacija između nagiba i ukupnih rastvorljivih soli (R2=0,742).
Ovo ukazuje na to da površinsko oticanje i erozija tla mogu biti odgovorni za promjene ukupnih rastvorljivih soli u tlu. Postojala je značajna pozitivna korelacija između ukupnih rastvorljivih soli i hloridnih iona, što može biti zato što ukupne rastvorljive soli predstavljaju skup hloridnih iona, a sadržaj ukupnih rastvorljivih soli određuje sadržaj hloridnih iona u rastvorima tla. Stoga možemo znati da razlika u nagibu može uzrokovati ozbiljnu koroziju metalnog mrežastog dijela.
Organska materija, ukupni azot, raspoloživi azot, raspoloživi fosfor i raspoloživi kalij su osnovni nutrijenti tla, koji utiču na kvalitet tla i apsorpciju nutrijenata od strane korijenovog sistema. Hranljive materije u tlu su važan faktor koji utiče na mikroorganizme u tlu, pa je vrijedno proučiti da li postoji korelacija između hranljivih materija u tlu i korozije metala. Željeznica Suiyu je završena 2003. godine, što znači da je vještačko tlo doživjelo samo 9 godina akumulacije organske materije. Zbog specifičnosti vještačkog tla, potrebno je dobro razumjeti hranljive materije u vještačkom tlu.
Istraživanje pokazuje da je sadržaj organske materije najveći u prirodnom tlu na padini nakon cijelog procesa formiranja tla. Sadržaj organske materije u tlu na niskim nagibima bio je najniži. Zbog utjecaja vremenskih uvjeta i površinskog otjecanja, hranjive tvari u tlu će se akumulirati na sredini i nizbrdo, formirajući debeli sloj humusa. Međutim, zbog malih čestica i slabe stabilnosti tla na niskim nagibima, organsku materiju lako razgrađuju mikroorganizmi. Istraživanje je pokazalo da su pokrivenost i raznolikost vegetacije na sredini i nizbrdo visoki, ali homogenost niska, što može dovesti do neravnomjerne raspodjele površinskih hranjivih tvari. Debeli sloj humusa zadržava vodu i organizmi u tlu su aktivni. Sve ovo ubrzava razgradnju organske materije u tlu.
Sadržaj alkalno hidroliziranog dušika u uzbrdicama, srednjim i nizbrdicama željezničkih pruga bio je veći od sadržaja prirodnog nagiba, što ukazuje na to da je stopa mineralizacije organskog dušika u nagibu željezničke pruge bila znatno veća od one u prirodnom nagibu. Što su čestice manje, to je struktura tla nestabilnija, mikroorganizmima je lakše razgraditi organsku tvar u agregatima i veći je bazen mineraliziranog organskog dušika 60,61. U skladu s rezultatima studije 62, sadržaj agregata malih čestica u tlu na nagibima željezničke pruge bio je znatno veći od sadržaja prirodnih nagiba. Stoga se moraju poduzeti odgovarajuće mjere za povećanje sadržaja gnojiva, organske tvari i dušika u tlu nagiba željezničke pruge i za poboljšanje održivog korištenja tla. Gubitak dostupnog fosfora i dostupnog kalija uzrokovan površinskim otjecanjem činio je 77,27% do 99,79% ukupnog gubitka nagiba željezničke pruge. Površinsko otjecanje može biti glavni pokretač gubitka dostupnih hranjivih tvari u tlima nagiba 63,64,65.
Kao što je prikazano u Tabeli 4, postojala je značajna pozitivna korelacija između položaja nagiba i dostupnog fosfora (R2=0,948), a korelacija između položaja nagiba i dostupnog kalija bila je ista (R2=0,898). To pokazuje da položaj nagiba utiče na sadržaj dostupnog fosfora i dostupnog kalija u tlu.
Gradijent je važan faktor koji utiče na sadržaj organske materije u tlu i obogaćivanje azotom66, a što je gradijent manji, to je veća stopa obogaćivanja. Kod obogaćivanja hranjivim tvarima u tlu, gubitak hranjivih tvari je bio oslabljen, a uticaj položaja nagiba na sadržaj organske materije u tlu i ukupno obogaćivanje azotom nije bio očigledan. Različite vrste i broj biljaka na različitim nagibima imaju različite organske kiseline koje luče korijeni biljaka. Organske kiseline su korisne za fiksaciju dostupnog fosfora i dostupnog kalija u tlu. Stoga je postojala značajna korelacija između položaja nagiba i dostupnog fosfora, te položaja nagiba i dostupnog kalija.
Kako bi se razjasnio odnos između hranjivih tvari u tlu i korozije tla, potrebno je analizirati korelaciju. Kao što je prikazano u Tabeli 5, redoks potencijal je bio značajno negativno koreliran s dostupnim dušikom (R2 = -0,845) i značajno pozitivno koreliran s dostupnim fosforom (R2 = 0,842) i dostupnim kalijem (R2 = 0,980). Redoks potencijal odražava kvalitet redoksa, na koji obično utječu neka fizička i hemijska svojstva tla, a zatim utječe na niz svojstava tla. Stoga je važan faktor u određivanju smjera transformacije hranjivih tvari u tlu67. Različite redoks kvalitete mogu rezultirati različitim stanjima i dostupnošću hranjivih faktora. Stoga, redoks potencijal ima značajnu korelaciju s dostupnim dušikom, dostupnim fosforom i dostupnim kalijem.
Pored svojstava metala, potencijal korozije je također povezan sa svojstvima tla. Potencijal korozije je bio značajno negativno koreliran s organskom tvari, što ukazuje na to da organska tvar ima značajan utjecaj na potencijal korozije. Osim toga, organska tvar je također bila značajno negativno korelirana s gradijentom potencijala (SN) (R2=-0,713) i sulfatnim ionom (R2=-0,671), što ukazuje na to da sadržaj organske tvari također utječe na gradijent potencijala (SN) i sulfatne ione. Postojala je značajna negativna korelacija između pH vrijednosti tla i dostupnog kalija (R2 = -0,728).
Raspoloživi dušik je bio značajno negativno koreliran s ukupnim topljivim solima i kloridnim ionima, a raspoloživi fosfor i raspoloživi kalij su bili značajno pozitivno korelirani s ukupnim topljivim solima i kloridnim ionima. Ovo ukazuje na to da sadržaj raspoloživih hranjivih tvari značajno utječe na količinu ukupnih topljivih soli i kloridnih iona u tlu, a anioni u tlu nisu pogodovali akumulaciji i opskrbi raspoloživim hranjivim tvarima. Ukupni dušik je bio značajno negativno koreliran sa sulfatnim ionom, a značajno pozitivno koreliran s bikarbonatom, što ukazuje na to da ukupni dušik ima utjecaj na sadržaj sulfata i bikarbonata. Biljke imaju malu potrebu za sulfatnim ionima i bikarbonatnim ionima, tako da je većina njih slobodna u tlu ili ih apsorbiraju koloidi tla. Bikarbonatni ioni pogoduju akumulaciji dušika u tlu, a sulfatni ioni smanjuju dostupnost dušika u tlu. Stoga je odgovarajuće povećanje sadržaja raspoloživog dušika i humusa u tlu korisno za smanjenje korozivnosti tla.
Tlo je sistem sa složenim sastavom i svojstvima. Korozivnost tla je rezultat sinergijskog djelovanja mnogih faktora. Stoga se za procjenu korozivnosti tla općenito koristi sveobuhvatna metoda procjene. Pozivajući se na "Kodeks za geotehnička inženjerska istraživanja" (GB50021-94) i metode ispitivanja Kineske mreže za ispitivanje korozije tla, stepen korozije tla može se sveobuhvatno procijeniti prema sljedećim standardima: (1) Procjena je slaba korozija, ako je prisutna samo slaba korozija, nema umjerene korozije ili je prisutna jaka korozija; (2) ako nema jake korozije, ocjenjuje se kao umjerena korozija; (3) ako postoji jedno ili dva mjesta jake korozije, ocjenjuje se kao jaka korozija; (4) ako postoje 3 ili više mjesta jake korozije, ocjenjuje se kao jaka korozija za tešku koroziju.
Prema otpornosti tla, redoks potencijalu, sadržaju vode, sadržaju soli, pH vrijednosti i sadržaju Cl i SO42, sveobuhvatno su procijenjeni stepeni korozije uzoraka tla na različitim padinama. Rezultati istraživanja pokazuju da su tla na svim padinama visoko korozivna.
Korozivni potencijal je važan faktor koji utiče na koroziju zaštitne mreže na padinama. Korozivni potencijali sve tri padine su niži od -200 mV, što ima najveći uticaj na koroziju metalne mreže uzbrdo. Gradijent potencijala može se koristiti za procjenu veličine lutajuće struje u tlu. Lutajuća struja je važan faktor koji utiče na koroziju metalne mreže na srednjim i uzbrdnim padinama, posebno na srednjim padinama. Ukupni sadržaj rastvorljive soli u tlu gornjih, srednjih i donjih padina bio je iznad 500 mg/kg, a uticaj korozije na zaštitnu mrežu na padinama bio je umjeren. Sadržaj vode u tlu je važan faktor koji utiče na koroziju metalnih mreža na srednjim i nizbrdnim padinama i ima veći uticaj na koroziju zaštitnih mreža na padinama. Hranjive materije su najzastupljenije u tlu srednjih padina, što ukazuje na česte mikrobne aktivnosti i brz rast biljaka.
Istraživanje pokazuje da su potencijal korozije, gradijent potencijala, ukupni sadržaj rastvorljivih soli i sadržaj vode glavni faktori koji utiču na koroziju tla na tri padine, a korozivnost tla je procijenjena kao jaka. Korozija mreže za zaštitu padine je najozbiljnija na srednjoj padini, što pruža referencu za antikorozivni dizajn mreže za zaštitu željezničkih padina. Odgovarajuće dodavanje dostupnog dušika i organskih gnojiva korisno je za smanjenje korozije tla, olakšavanje rasta biljaka i konačno stabilizaciju padine.
Kako citirati ovaj članak: Chen, J. i dr. Utjecaj sastava tla i elektrohemije na koroziju mreže stijenskih padina duž kineske željezničke pruge. science. Rep. 5, 14939; doi: 10.1038/srep14939 (2015).
Lin, YL i Yang, GL Dinamičke karakteristike kosina podloge željezničkih pruga pod utjecajem zemljotresa. Prirodna katastrofa. 69, 219–235 (2013).
Sui Wang, J. i dr. Analiza tipičnih oštećenja autoputeva u potresom pogođenom području Wenchuan u provinciji Sečuan [J]. Kineski časopis za mehaniku i inženjerstvo stijena. 28, 1250–1260 (2009).
Weilin, Z., Zhenyu, L. i Jinsong, J. Analiza seizmičkih oštećenja i protumjere mostova na autocestama u zemljotresu u Wenchuanu. Kineski časopis za mehaniku i inženjerstvo stijena. 28, 1377–1387 (2009).
Lin, CW, Liu, SH, Lee, SY i Liu, CC Utjecaj zemljotresa u Chichiju na klizišta izazvana naknadnim padavinama u centralnom Tajvanu. Inženjerska geologija. 86, 87–101 (2006).
Koi, T. i dr. Dugoročni efekti klizišta izazvanih zemljotresima na proizvodnju sedimenta u planinskom slivu: regija Tanzawa, Japan. geomorfologija. 101, 692–702 (2008).
Hongshuai, L., Jingshan, B. & Dedong, L. Pregled istraživanja o analizi seizmičke stabilnosti geotehničkih padina. Zemljotresno inženjerstvo i inženjerske vibracije. 25, 164–171 (2005).
Yue Ping, Istraživanje geoloških opasnosti uzrokovanih zemljotresom u Wenchuanu u Sečuanu. Časopis za inženjersku geologiju 4, 7–12 (2008).
Ali, F. Zaštita padina vegetacijom: mehanika korijena nekih tropskih biljaka. Međunarodni časopis za fizičke nauke. 5, 496–506 (2010).
Takyu, M., Aiba, SI i Kitayama, K. Topografski efekti na tropske niske planinske šume pod različitim geološkim uslovima na planini Kinabalu, Borneo. Plant Ecology. 159, 35–49 (2002).
Stokes, A. i dr. Idealne karakteristike korijena biljaka za zaštitu prirodnih i vještačkih padina od klizišta. Biljke i tla, 324, 1-30 (2009).
De Baets, S., Poesen, J., Gyssels, G. & Knapen, A. Utjecaj korijenja trave na erodibilnost površinskog sloja tla tokom koncentriranog toka. Geomorphology 76, 54–67 (2006).