Diolch i chi am ymweld â Nature.com. Mae gan y fersiwn porwr rydych chi'n ei ddefnyddio gefnogaeth gyfyngedig ar gyfer CSS. I gael y profiad gorau, rydym yn argymell eich bod chi'n defnyddio porwr wedi'i ddiweddaru (neu'n diffodd y modd cydnawsedd yn Internet Explorer). Yn y cyfamser, er mwyn sicrhau cefnogaeth barhaus, byddwn yn arddangos y wefan heb arddulliau a JavaScript.
Gan gymryd llethr rheilffordd Sui-Chongqing fel gwrthrych yr ymchwil, gwrthiant pridd, electrocemeg pridd (potensial cyrydiad, potensial redox, graddiant potensial a pH), anionau pridd (halwynau hydawdd cyfanswm, Cl-, SO42- a) a Maeth pridd. (Cynnwys lleithder, mater organig, cyfanswm nitrogen, nitrogen wedi'i hydrolysu gan alcali, ffosfforws sydd ar gael, potasiwm sydd ar gael) O dan wahanol lethrau, caiff y radd cyrydiad ei gwerthuso yn ôl y dangosyddion unigol a dangosyddion cynhwysfawr o bridd artiffisial. O'i gymharu â ffactorau eraill, dŵr sydd â'r dylanwad mwyaf ar gyrydiad rhwyd ​​amddiffyn y llethr, ac yna cynnwys anion. Mae gan y cyfanswm halen hydawdd effaith gymedrol ar gyrydiad rhwyd ​​amddiffyn y llethr, ac mae gan y cerrynt crwydr effaith gymedrol ar gyrydiad rhwyd ​​amddiffyn y llethr. Gwerthuswyd gradd cyrydiad samplau pridd yn gynhwysfawr, ac roedd y cyrydiad ar y llethr uchaf yn gymedrol, ac roedd y cyrydiad ar y llethrau canol ac isaf yn gryf. Roedd y mater organig yn y pridd yn gysylltiedig yn sylweddol â'r graddiant potensial. Roedd nitrogen sydd ar gael, potasiwm sydd ar gael a ffosfforws sydd ar gael yn gysylltiedig yn sylweddol ag anionau. Mae dosbarthiad maetholion pridd yn gysylltiedig yn anuniongyrchol â math y llethr.
Wrth adeiladu rheilffyrdd, priffyrdd a chyfleusterau cadwraeth dŵr, mae agoriadau mynyddoedd yn aml yn anochel. Oherwydd y mynyddoedd yn y de-orllewin, mae adeiladu rheilffyrdd Tsieina yn gofyn am lawer o gloddio'r mynydd. Mae'n dinistrio'r pridd a'r llystyfiant gwreiddiol, gan greu llethrau creigiog agored. Mae'r sefyllfa hon yn arwain at dirlithriadau ac erydiad pridd, gan fygwth diogelwch cludiant rheilffyrdd. Mae tirlithriadau yn ddrwg i draffig ffyrdd, yn enwedig ar ôl daeargryn Wenchuan ar 12 Mai, 2008. Mae tirlithriadau wedi dod yn drychineb daeargryn sydd wedi'i ddosbarthu'n eang a difrifol1. Yng ngwerthusiad 2008 o 4,243 cilomedr o gefnffyrdd allweddol yn Nhalaith Sichuan, roedd 1,736 o drychinebau daeargryn difrifol mewn gwelyau ffyrdd a waliau cynnal llethrau, gan gyfrif am 39.76% o gyfanswm hyd y gwerthusiad. Roedd colledion economaidd uniongyrchol o ddifrod i ffyrdd yn fwy na 58 biliwn yuan 2,3. Mae enghreifftiau byd-eang yn dangos y gall peryglon daeargryn ar ôl daeargryn bara am o leiaf 10 mlynedd (daeargryn Taiwan) a hyd yn oed cyhyd â 40-50 mlynedd (daeargryn Kanto yn Japan) 4,5. Graddiant yw'r prif ffactor sy'n effeithio ar berygl daeargryn 6,7. Felly, mae angen cynnal llethr y ffordd a chryfhau ei sefydlogrwydd. Mae planhigion yn chwarae rhan anhepgor wrth amddiffyn llethrau ac adfer tirwedd ecolegol 8. O'i gymharu â llethrau pridd cyffredin, nid oes gan lethrau creigiog groniad o ffactorau maetholion fel mater organig, nitrogen, ffosfforws a photasiwm, ac nid oes ganddynt yr amgylchedd pridd sy'n angenrheidiol ar gyfer twf llystyfiant. Oherwydd ffactorau fel llethr mawr ac erydiad glaw, mae pridd llethr yn cael ei golli'n hawdd. Mae amgylchedd y llethr yn llym, yn brin o'r amodau angenrheidiol ar gyfer twf planhigion, ac mae pridd y llethr yn brin o sefydlogrwydd cynhaliol9. Mae chwistrellu llethrau gyda deunydd sylfaen i orchuddio pridd i amddiffyn y llethr yn dechnoleg adfer ecolegol llethrau a ddefnyddir yn gyffredin yn fy ngwlad. Mae'r pridd artiffisial a ddefnyddir ar gyfer chwistrellu yn cynnwys carreg wedi'i malu, pridd tir fferm, gwellt, gwrtaith cyfansawdd, asiant cadw dŵr a glud (mae gludyddion a ddefnyddir yn gyffredin yn cynnwys sment Portland, glud organig ac emwlsydd asffalt) ​​mewn cyfran benodol. Y broses dechnegol yw: yn gyntaf gosod gwifren bigog ar y graig, yna trwsio'r wifren bigog gyda rhybedion a bolltau angor, ac yn olaf chwistrellu pridd artiffisial sy'n cynnwys hadau ar y llethr gyda chwistrellwr arbennig. Defnyddir y rhwyll fetel siâp diemwnt 14# sydd wedi'i galfaneiddio'n llawn yn bennaf, gyda safon rhwyll o 5cm × 5cm a diamedr o 2mm. Mae'r rhwyll fetel yn caniatáu i'r matrics pridd ffurfio slab monolithig gwydn ar wyneb y graig. Bydd y rhwyll fetel yn cyrydu yn y pridd, oherwydd bod y pridd ei hun yn electrolyt, ac mae graddfa'r cyrydiad yn dibynnu ar nodweddion y pridd. Mae gwerthuso ffactorau cyrydiad pridd o arwyddocâd mawr ar gyfer gwerthuso metel a achosir gan bridd erydiad rhwyll a dileu peryglon tirlithriadau.
Credir bod gwreiddiau planhigion yn chwarae rhan hanfodol mewn sefydlogi llethrau a rheoli erydiad10,11,12,13,14.I sefydlogi llethrau yn erbyn tirlithriadau bas, gellir defnyddio llystyfiant oherwydd gall gwreiddiau planhigion drwsio'r pridd i atal tirlithriadau15,16,17.Mae llystyfiant coediog, yn enwedig coed, yn helpu i atal tirlithriadau bas18.Mae strwythur amddiffynnol cadarn wedi'i ffurfio gan systemau gwreiddiau fertigol ac ochrol planhigion sy'n gweithredu fel pentyrrau atgyfnerthu yn y pridd.Mae datblygiad patrymau pensaernïaeth gwreiddiau yn cael ei yrru gan enynnau, ac mae amgylchedd y pridd yn chwarae rhan bendant yn y prosesau hyn.Mae cyrydiad i fetelau yn amrywio yn ôl amgylchedd y pridd20.Gall graddfa cyrydiad metelau mewn pridd amrywio o ddiddymiad eithaf cyflym i effaith ddibwys21.Mae pridd artiffisial yn wahanol iawn i "bridd" go iawn.Mae ffurfio priddoedd naturiol yn ganlyniad i ryngweithiadau rhwng yr amgylchedd allanol ac amrywiol organebau dros ddegau o filiynau o flynyddoedd22,23,24.Cyn i'r llystyfiant coediog ffurfio system wreiddiau ac ecosystem sefydlog, mae a all y rhwyll fetel ynghyd â'r llethr graig a'r pridd artiffisial weithredu'n ddiogel yn uniongyrchol gysylltiedig â datblygiad yr economi naturiol, diogelwch bywyd a'r gwella'r amgylchedd ecolegol.
Fodd bynnag, gall cyrydiad metelau arwain at golledion enfawr. Yn ôl arolwg a gynhaliwyd yn Tsieina ddechrau'r 1980au ar beiriannau cemegol a diwydiannau eraill, roedd colledion a achosir gan gyrydiad metel yn cyfrif am 4% o gyfanswm y gwerth allbwn. Felly, mae o arwyddocâd mawr astudio'r mecanwaith cyrydiad a chymryd mesurau amddiffynnol ar gyfer adeiladu economaidd. Mae pridd yn system gymhleth o nwyon, hylifau, solidau a micro-organebau. Gall metabolion microbaidd gyrydu deunyddiau, a gall ceryntau crwydr hefyd achosi cyrydiad. Felly, mae'n bwysig atal cyrydiad metelau sydd wedi'u claddu yn y pridd. Ar hyn o bryd, mae'r ymchwil ar gyrydiad metel wedi'i gladdu yn canolbwyntio'n bennaf ar (1) ffactorau sy'n effeithio ar gyrydiad metel wedi'i gladdu25; (2) dulliau amddiffyn metel26,27; (3) dulliau barnu ar gyfer graddfa cyrydiad metel28; Cyrydiad mewn gwahanol gyfryngau. Fodd bynnag, roedd yr holl briddoedd yn yr astudiaeth yn naturiol ac wedi mynd trwy brosesau ffurfio pridd digonol. Fodd bynnag, nid oes adroddiad ar erydiad pridd artiffisial llethrau creigiau rheilffordd.
O'i gymharu â chyfryngau cyrydol eraill, mae gan bridd artiffisial nodweddion anhylifedd, amrywioldeb, tymhoroldeb a rhanbartholdeb. Mae cyrydiad metel mewn priddoedd artiffisial yn cael ei achosi gan ryngweithiadau electrocemegol rhwng metelau a phriddoedd artiffisial. Yn ogystal â ffactorau cynhenid, mae cyfradd cyrydiad metel hefyd yn dibynnu ar yr amgylchedd cyfagos. Mae amrywiaeth o ffactorau'n effeithio ar gyrydiad metel yn unigol neu ar y cyd, megis cynnwys lleithder, cynnwys ocsigen, cyfanswm cynnwys halen hydawdd, cynnwys anion ac ïon metel, pH, microbau pridd30,31,32.
Mewn 30 mlynedd o ymarfer, mae'r cwestiwn o sut i gadw priddoedd artiffisial yn barhaol ar lethrau creigiog wedi bod yn broblem33.Ni all llwyni na choed dyfu ar rai llethrau ar ôl 10 mlynedd o ofal â llaw oherwydd erydiad pridd.Golchwyd y baw ar wyneb y rhwyll fetel i ffwrdd mewn rhai mannau.Oherwydd cyrydiad, craciodd rhai rhwyllau metel a chollodd yr holl bridd uwchben ac islaw iddynt (Ffigur 1).Ar hyn o bryd, mae'r ymchwil ar gyrydiad llethrau rheilffordd yn canolbwyntio'n bennaf ar gyrydiad grid sylfaen is-orsafoedd rheilffordd, cyrydiad cerrynt crwydr a gynhyrchir gan reilffordd ysgafn, a chyrydiad pontydd rheilffordd34,35, traciau ac offer cerbydau eraill36.Nid oes unrhyw adroddiadau wedi bod am gyrydiad rhwyll fetel amddiffyn llethrau rheilffordd.Mae'r papur hwn yn astudio priodweddau ffisegol, cemegol ac electrocemegol priddoedd artiffisial ar lethr graig de-orllewinol Rheilffordd Suiyu, gyda'r nod o ragweld cyrydiad metel trwy asesu priodweddau pridd a darparu sail ddamcaniaethol ac ymarferol ar gyfer adfer ecosystemau pridd ac adfer artiffisial.Llechwedd artiffisial.
Mae'r safle prawf wedi'i leoli yn ardal fryniog Sichuan (30°32′N, 105°32′E) ger Gorsaf Reilffordd Suining. Mae'r ardal wedi'i lleoli yng nghanol Basn Sichuan, gyda mynyddoedd a bryniau isel, gyda strwythur daearegol syml a thir gwastad. Mae erydiad, torri a chronni dŵr yn creu tirweddau bryniog wedi'u herydu. Calchfaen yw'r creigwely yn bennaf, a thywod porffor a charreg laid yw'r gorlwyth yn bennaf. Mae'r cyfanrwydd yn wael, ac mae'r graig yn strwythur blociog. Mae gan yr ardal astudio hinsawdd monsŵn llaith isdrofannol gyda nodweddion tymhorol o ddechrau'r gwanwyn, haf poeth, hydref byr a gaeaf hwyr. Mae'r glawiad yn doreithiog, mae'r adnoddau golau a gwres yn doreithiog, mae'r cyfnod di-rew yn hir (285 diwrnod ar gyfartaledd), mae'r hinsawdd yn fwyn, y tymheredd cyfartalog blynyddol yw 17.4°C, tymheredd cyfartalog y mis poethaf (Awst) yw 27.2°C, a'r tymheredd uchaf eithafol yw 39.3°C. Y mis oeraf yw Ionawr (tymheredd cyfartalog yw 6.5°C), yr isafswm eithafol Mae'r tymheredd yn -3.8°C, a'r glawiad cyfartalog blynyddol yw 920 mm, wedi'i ganoli'n bennaf ym mis Gorffennaf ac Awst. Mae'r glawiad yn y gwanwyn, yr haf, yr hydref a'r gaeaf yn amrywio'n fawr. Mae cyfran y glawiad ym mhob tymor o'r flwyddyn yn 19-21%, 51-54%, 22-24% a 4-5% yn y drefn honno.
Mae safle'r ymchwil ar lethr o tua 45° ar lethr Rheilffordd Yu-Sui a adeiladwyd yn 2003. Ym mis Ebrill 2012, roedd yn wynebu'r de o fewn 1 km i Orsaf Reilffordd Suining. Defnyddiwyd y llethr naturiol fel rheolydd. Mae adferiad ecolegol y llethr yn mabwysiadu'r dechnoleg chwistrellu pridd topdressing tramor ar gyfer adferiad ecolegol. Yn ôl uchder llethr ochr y rheilffordd, gellir rhannu'r llethr yn llethr i fyny, llethr canol a llethr i lawr (Ffig. 2). Gan fod trwch pridd artiffisial y llethr wedi'i dorri tua 10cm, er mwyn osgoi llygredd cynhyrchion cyrydiad rhwyll fetel y pridd, dim ond rhaw ddur di-staen a ddefnyddiwn i gymryd wyneb y pridd 0-8cm. Gosodwyd pedwar dyblygiad ar gyfer pob safle llethr, gyda 15-20 pwynt samplu ar hap fesul dyblygiad. Mae pob dyblygiad yn gymysgedd o 15-20 a bennir ar hap o bwyntiau samplu llinell siâp S. Mae ei bwysau ffres tua 500 gram. Dewch â'r samplau yn ôl i'r labordy mewn bagiau ziplock polyethylen i'w prosesu. Mae'r pridd yn cael ei sychu'n naturiol yn yr awyr, ac mae'r graean a gweddillion anifeiliaid a phlanhigion yn cael eu codi, eu malu â ffon agat, a'u rhidyllu â rhidyll neilon 20-rhwyll, 100-rhwyll ac eithrio'r gronynnau bras.
Mesurwyd gwrthiant y pridd gan y profwr gwrthiant seilio VICTOR4106 a gynhyrchwyd gan Shengli Instrument Company; mesurwyd gwrthiant y pridd yn y maes; Mesurwyd lleithder y pridd gan ddefnyddio'r dull sychu. Mae gan offeryn mv/pH digidol cludadwy DMP-2 rwystr mewnbwn uchel ar gyfer mesur potensial cyrydiad pridd. Penderfynwyd graddiant potensial a photensial redox gan mv/pH digidol cludadwy DMP-2, penderfynwyd cyfanswm yr halen hydawdd yn y pridd gan ddefnyddio'r dull sychu gweddillion, penderfynwyd cynnwys ïonau clorid yn y pridd gan ddefnyddio'r dull titradiad AgNO3 (dull Mohr), penderfynwyd cynnwys sylffad pridd gan ddefnyddio'r dull titradiad EDTA anuniongyrchol, dull titradiad dangosydd dwbl i bennu carbonad a bicarbonad pridd, dull gwresogi ocsideiddio dicromad potasiwm i bennu mater organig pridd, dull trylediad hydoddiant alcalïaidd i bennu nitrogen hydrolysis alcalïaidd pridd, dull colorimetrig treuliad H2SO4-HClO4 Mo-Sb Penderfynwyd cyfanswm y ffosfforws yn y pridd a chynnwys ffosfforws sydd ar gael yn y pridd gan ddefnyddio'r dull Olsen (hydoddiant NaHCO3 0.05 mol/L fel echdynnydd), a phenderfynwyd cyfanswm y cynnwys potasiwm yn y pridd gan ffotometreg fflam-asio sodiwm hydrocsid.
Cafodd y data arbrofol ei systemateiddio i ddechrau. Defnyddiwyd SPSS Statistics 20 i gynnal dadansoddiad cymedr, gwyriad safonol, ANOVA unffordd, a chydberthynas ddynol.
Mae Tabl 1 yn cyflwyno priodweddau electromecanyddol, anionau a maetholion priddoedd â gwahanol lethrau. Roedd y potensial cyrydiad, gwrthiant y pridd a graddiant potensial dwyrain-gorllewin gwahanol lethrau i gyd yn arwyddocaol (P < 0.05). Roedd potensialau redoks i lawr y bryn, canol y llethr a'r llethr naturiol yn arwyddocaol (P < 0.05). Y graddiant potensial perpendicwlar i'r rheilffordd, hynny yw, y graddiant potensial gogledd-de, yw i fyny'r llethr>i lawr y llethr>canol y llethr. Roedd gwerth pH y pridd yn y drefn o i lawr y llethr>i fyny'r bryn>canol y llethr>llethr naturiol. Roedd cyfanswm yr halen hydawdd, y llethr naturiol yn sylweddol uwch na llethr y rheilffordd (P < 0.05). Mae cyfanswm cynnwys halen hydawdd pridd llethr y rheilffordd trydydd gradd uwchlaw 500 mg/kg, ac mae gan y cyfanswm halen hydawdd effaith gymedrol ar gyrydiad metel. Roedd cynnwys deunydd organig y pridd yr uchaf yn y llethr naturiol a'r isaf yn y llethr i lawr y bryn (P < 0.05). Cyfanswm y cynnwys nitrogen oedd yr uchaf yn y llethr canol a'r isaf yn y llethr i fyny'r bryn; Roedd y cynnwys nitrogen sydd ar gael yr uchaf yn y llethr i lawr a'r llethr canol, a'r isaf yn y llethr naturiol; roedd cyfanswm cynnwys nitrogen llethr i fyny ac i lawr y rheilffordd yn is, ond roedd y cynnwys nitrogen sydd ar gael yn uwch. Mae hyn yn dangos bod y gyfradd mwyneiddio nitrogen organig i fyny ac i lawr y bryn yn gyflym. Mae'r cynnwys potasiwm sydd ar gael yr un fath â'r ffosfforws sydd ar gael.
Mae gwrthiant pridd yn fynegai sy'n dynodi dargludedd trydanol ac yn baramedr sylfaenol ar gyfer barnu cyrydiad pridd. Mae ffactorau sy'n effeithio ar wrthiant pridd yn cynnwys cynnwys lleithder, cyfanswm cynnwys halen hydawdd, pH, gwead pridd, tymheredd, cynnwys deunydd organig, tymheredd pridd, a thendra. Yn gyffredinol, mae priddoedd â gwrthiant isel yn fwy cyrydol, ac i'r gwrthwyneb. Mae defnyddio gwrthiant i farnu cyrydiad pridd yn ddull a ddefnyddir yn gyffredin mewn gwahanol wledydd. Mae Tabl 1 yn dangos y meini prawf gwerthuso gradd cyrydiad ar gyfer pob mynegai sengl37,38.
Yn ôl canlyniadau'r profion a'r safonau yn fy ngwlad i (Tabl 1), os mai dim ond yn ôl gwrthiant y pridd y caiff cyrydedd pridd ei werthuso, mae'r pridd ar y llethr i fyny'r allt yn gyrydol iawn; mae'r pridd ar y llethr i lawr yn gyrydol i raddau helaeth; mae cyrydedd y pridd ar y llethr canol a'r llethr naturiol yn gymharol isel a gwan.
Mae gwrthiant pridd y llethr i fyny'r allt yn sylweddol is na gwrthiant rhannau eraill o'r llethr, a allai fod wedi'i achosi gan erydiad glaw. Mae'r pridd uchaf ar y llethr i fyny'n llifo i'r llethr canol gyda'r dŵr, fel bod rhwyd ​​amddiffyn metel y llethr i fyny'n agos at y pridd uchaf. Roedd rhai o'r rhwyllau metel yn agored a hyd yn oed yn hongian yn yr awyr (Ffigur 1). Mesurwyd gwrthiant pridd ar y safle; roedd bylchau'r pentyrrau yn 3m; roedd dyfnder gyrru'r pentyrrau yn is na 15cm. Gall rhwyll fetel noeth a rhwd yn pilio ymyrryd â'r canlyniadau mesur. Felly, mae'n annibynadwy gwerthuso cyrydiant pridd yn ôl mynegai gwrthiant pridd yn unig. Yn y gwerthusiad cynhwysfawr o gyrydiad, ni ystyrir gwrthiant pridd y llethr i fyny.
Oherwydd y lleithder cymharol uchel, mae'r aer llaith parhaol yn ardal Sichuan yn achosi i'r rhwyll fetel sy'n agored i'r awyr gyrydu'n fwy difrifol na'r rhwyll fetel sydd wedi'i chladdu yn y pridd39. Gall dod i gysylltiad â rhwyll wifren i'r awyr arwain at oes gwasanaeth fyrrach, a all ansefydlogi priddoedd i fyny'r allt. Gall colli pridd ei gwneud hi'n anodd i blanhigion, yn enwedig planhigion coediog, dyfu. Oherwydd diffyg planhigion coediog, mae'n anodd ffurfio system wreiddiau i fyny'r allt i galedu'r pridd. Ar yr un pryd, gall twf planhigion hefyd wella ansawdd y pridd a chynyddu cynnwys hwmws yn y pridd, a all nid yn unig gadw dŵr, ond hefyd ddarparu amgylchedd da ar gyfer twf ac atgenhedlu anifeiliaid a phlanhigion, a thrwy hynny leihau colli pridd. Felly, yng nghyfnod cynnar y gwaith adeiladu, dylid hau mwy o hadau coediog ar y llethr i fyny, a dylid ychwanegu asiant cadw dŵr yn barhaus a'i orchuddio â ffilm i'w hamddiffyn, er mwyn lleihau erydiad y pridd i fyny'r allt gan ddŵr glaw.
Mae'r potensial cyrydiad yn ffactor pwysig sy'n effeithio ar gyrydiad rhwyd ​​amddiffyn y llethr ar y llethr tair lefel, ac mae ganddo'r effaith fwyaf ar y llethr i fyny'r allt (Tabl 2). O dan amodau arferol, nid yw'r potensial cyrydiad yn newid llawer mewn amgylchedd penodol. Gall ceryntau crwydr achosi newid amlwg. Mae ceryntau crwydr yn cyfeirio at geryntau 40, 41, 42 sy'n gollwng i wely'r ffordd a chyfrwng y pridd pan fydd cerbydau'n defnyddio'r system drafnidiaeth gyhoeddus. Gyda datblygiad y system drafnidiaeth, mae system drafnidiaeth rheilffyrdd fy ngwlad wedi cyflawni trydaneiddio ar raddfa fawr, ac ni ellir anwybyddu cyrydiad metelau claddedig a achosir gan ollyngiad cerrynt uniongyrchol o reilffyrdd wedi'u trydaneiddio. Ar hyn o bryd, gellir defnyddio'r graddiant potensial pridd i benderfynu a yw'r pridd yn cynnwys aflonyddwch cerrynt crwydr. Pan fydd graddiant potensial y pridd arwyneb yn is na 0.5 mv/m, mae'r cerrynt crwydr yn isel; pan fydd y graddiant potensial yn yr ystod o 0.5 mv/m i 5.0 mv/m, mae'r cerrynt crwydr yn gymedrol; Pan fydd y graddiant potensial yn fwy na 5.0 mv/m, mae lefel y cerrynt crwydrol yn uchel. Dangosir yr ystod arnofiol o'r graddiant potensial (EW) ar ganol y llethr, i fyny'r llethr ac i lawr y llethr yn Ffigur 3. O ran yr ystod arnofiol, mae ceryntau crwydrol cymedrol yng nghyfeiriadau dwyrain-gorllewin a gogledd-de'r canol-lethr. Felly, mae cerrynt crwydrol yn ffactor pwysig sy'n effeithio ar gyrydiad rhwyllau metel ar ganol y llethr ac i lawr y llethr, yn enwedig ar ganol y llethr.
Yn gyffredinol, mae potensial redox pridd (Eh) uwchlaw 400 mV yn dynodi'r gallu ocsideiddio, uwchlaw 0-200 mV yw gallu lleihau canolig, ac islaw 0 mV yw gallu lleihau mawr. Po isaf yw potensial redox pridd, y mwyaf yw gallu cyrydu micro-organebau pridd i fetelau44. Mae'n bosibl rhagweld tuedd cyrydiad microbaidd pridd o'r potensial redox. Canfu'r astudiaeth fod potensial redox pridd y tri llethr yn fwy na 500 mv, a bod y lefel cyrydiad yn fach iawn. Mae'n dangos bod cyflwr awyru pridd tir y llethr yn dda, nad yw'n ffafriol i gyrydiad micro-organebau anaerobig yn y pridd.
Mae astudiaethau blaenorol wedi canfod bod effaith pH pridd ar erydiad pridd yn amlwg. Gyda'r amrywiad yng ngwerth pH, ​​mae cyfradd cyrydiad deunyddiau metel yn cael ei heffeithio'n sylweddol. Mae pH pridd yn gysylltiedig yn agos â'r ardal a'r micro-organebau yn y pridd45,46,47. Yn gyffredinol, nid yw effaith pH pridd ar gyrydiad deunyddiau metel mewn pridd ychydig yn alcalïaidd yn amlwg. Mae priddoedd y tair llethr rheilffordd i gyd yn alcalïaidd, felly mae effaith pH ar gyrydiad y rhwyll fetel yn wan.
Fel y gwelir o Dabl 3, mae'r dadansoddiad cydberthynas yn dangos bod y potensial redoks a safle'r llethr wedi'u cydberthyn yn gadarnhaol iawn (R2 = 0.858), bod y potensial cyrydiad a'r graddiant potensial (SN) wedi'u cydberthyn yn gadarnhaol iawn (R2 = 0.755), a bod y potensial redoks a'r graddiant potensial (SN) wedi'u cydberthyn yn gadarnhaol iawn (R2 = 0.755). Roedd cydberthynas negyddol arwyddocaol rhwng potensial a pH (R2 = -0.724). Roedd safle'r llethr wedi'i gydberthyn yn gadarnhaol arwyddocaol â'r potensial redoks. Mae hyn yn dangos bod gwahaniaethau ym microamgylchedd gwahanol safleoedd llethr, ac mae micro-organebau pridd yn gysylltiedig yn agos â photensial redoks48, 49, 50. Roedd y potensial redoks wedi'i gydberthyn yn negyddol arwyddocaol â pH51,52. Dangosodd y berthynas hon nad oedd gwerthoedd pH ac Eh bob amser yn newid yn gydamserol yn ystod proses redoks y pridd, ond bod ganddynt berthynas linellol negyddol. Gall potensial cyrydiad metel gynrychioli'r gallu cymharol i ennill a cholli electronau. Er bod y potensial cyrydiad wedi'i gydberthyn yn gadarnhaol arwyddocaol â'r graddiant potensial (SN), gall y graddiant potensial gael ei achosi gan golled hawdd electronau gan y metel.
Mae cyfanswm cynnwys halen hydawdd pridd yn gysylltiedig yn agos â chyrydedd pridd. Yn gyffredinol, po uchaf yw halltedd y pridd, yr isaf yw gwrthiant y pridd, gan gynyddu gwrthiant y pridd. Mewn electrolytau pridd, nid yn unig yr anionau ac ystodau amrywiol, ond hefyd y dylanwadau cyrydiad yn bennaf yw carbonadau, cloridau a sylffadau. Yn ogystal, mae cyfanswm cynnwys halen hydawdd mewn pridd yn effeithio'n anuniongyrchol ar gyrydiad trwy ddylanwad ffactorau eraill, megis effaith potensial electrod mewn metelau a hydoddedd ocsigen pridd53.
Nid yw'r rhan fwyaf o'r ïonau hydawdd sydd wedi'u daduno â halen mewn pridd yn cymryd rhan yn uniongyrchol mewn adweithiau electrocemegol, ond maent yn effeithio ar gyrydiad metel trwy wrthiant pridd. Po uchaf yw halltedd y pridd, y cryfaf yw dargludedd y pridd a'r cryfaf yw erydiad y pridd. Mae cynnwys halltedd pridd llethrau naturiol yn sylweddol uwch na chynnwys llethrau rheilffordd, a all fod oherwydd y ffaith bod llethrau naturiol yn gyfoethog mewn llystyfiant, sy'n ffafriol i gadwraeth pridd a dŵr. Rheswm arall yw bod y llethr naturiol wedi profi ffurfiant pridd aeddfed (deunydd rhiant pridd a ffurfiwyd gan dywydd creigiau), ond mae pridd llethr y rheilffordd yn cynnwys darnau o gerrig wedi'u malu fel matrics "pridd artiffisial", ac nid yw wedi mynd trwy broses ffurfio pridd ddigonol. Mwynau heb eu rhyddhau. Yn ogystal, cododd yr ïonau halen ym mhridd dwfn llethrau naturiol trwy weithred gapilar yn ystod anweddiad arwyneb a chronni yn y pridd arwyneb, gan arwain at gynnydd yng nghynnwys ïonau halen yn y pridd arwyneb. Mae trwch pridd llethr y rheilffordd yn llai na 20 cm, gan arwain at anallu'r pridd uchaf i ategu'r halen o'r pridd dwfn.
Mae ïonau positif (fel K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+, ac ati) yn cael ychydig o effaith ar gyrydiad pridd, tra bod anionau'n chwarae rhan sylweddol yn y broses electrogemegol o gyrydiad ac yn cael effaith sylweddol ar gyrydiad metel. Gall Cl− gyflymu cyrydiad yr anod ac ef yw'r anion mwyaf cyrydol; po uchaf yw'r cynnwys Cl−, y cryfaf yw cyrydiad y pridd. Nid yn unig y mae SO42− yn hyrwyddo cyrydiad dur, ond mae hefyd yn achosi cyrydiad mewn rhai deunyddiau concrit54. Hefyd yn cyrydu haearn. Mewn cyfres o arbrofion pridd asidig, canfuwyd bod cyfradd y cyrydiad yn gymesur ag asidedd y pridd55. Clorid a sylffad yw prif gydrannau halwynau hydawdd, a all gyflymu ceudodiad metelau yn uniongyrchol. Mae astudiaethau wedi dangos bod colli pwysau cyrydiad dur carbon mewn priddoedd alcalïaidd bron yn gymesur ag ychwanegu ïonau clorid a sylffad56,57. Canfu Lee et al. y gall SO42- rwystro cyrydiad, ond hyrwyddo datblygiad pyllau cyrydiad sydd eisoes wedi ffurfio58.
Yn ôl y safon gwerthuso cyrydiad pridd a chanlyniadau'r profion, roedd cynnwys yr ïon clorid ym mhob sampl pridd ar y llethr yn uwch na 100 mg/kg, sy'n dynodi cyrydiad pridd cryf. Roedd cynnwys yr ïon sylffad ar y llethrau i fyny ac i lawr yn uwch na 200 mg/kg ac yn is na 500 mg/kg, ac roedd y pridd wedi cyrydu'n gymedrol. Mae cynnwys yr ïon sylffad yn y llethr canol yn is na 200mg/kg, ac mae cyrydiad y pridd yn wan. Pan fydd y cyfrwng pridd yn cynnwys crynodiad uchel, bydd yn cymryd rhan yn yr adwaith ac yn cynhyrchu graddfa cyrydiad ar wyneb yr electrod metel, a thrwy hynny'n arafu'r adwaith cyrydiad. Wrth i'r crynodiad gynyddu, gall y raddfa dorri'n sydyn, a thrwy hynny gyflymu'r gyfradd cyrydiad yn fawr; wrth i'r crynodiad barhau i gynyddu, mae'r raddfa cyrydiad yn gorchuddio wyneb yr electrod metel, ac mae'r gyfradd cyrydiad yn dangos tuedd arafu eto59. Canfu'r astudiaeth fod y swm yn y pridd yn is ac felly'n cael ychydig o effaith ar gyrydiad.
Yn ôl Tabl 4, dangosodd y gydberthynas rhwng llethr ac anionau pridd fod cydberthynas gadarnhaol arwyddocaol rhwng llethr ac ïonau clorid (R2=0.836), a chydberthynas gadarnhaol arwyddocaol rhwng llethr a chyfanswm halwynau hydawdd (R2=0.742).
Mae hyn yn awgrymu y gallai dŵr ffo arwyneb ac erydiad pridd fod yn gyfrifol am y newidiadau yng nghyfanswm yr halwynau hydawdd yn y pridd. Roedd cydberthynas gadarnhaol sylweddol rhwng cyfanswm yr halwynau hydawdd ac ïonau clorid, a allai fod oherwydd mai cyfanswm yr halwynau hydawdd yw'r gronfa o ïonau clorid, ac mae cynnwys cyfanswm yr halwynau hydawdd yn pennu cynnwys yr ïonau clorid mewn toddiannau pridd. Felly, gallwn wybod y gall y gwahaniaeth mewn llethr achosi cyrydiad difrifol o'r rhan rhwyll fetel.
Maetholion sylfaenol y pridd yw deunydd organig, cyfanswm y nitrogen, y nitrogen sydd ar gael, y ffosfforws sydd ar gael a'r potasiwm sydd ar gael, ac maen nhw'n effeithio ar ansawdd y pridd ac ar amsugno maetholion gan y system wreiddiau. Mae maetholion pridd yn ffactor pwysig sy'n effeithio ar y micro-organebau yn y pridd, felly mae'n werth astudio a oes cydberthynas rhwng maetholion pridd a chorydiad metel. Cwblhawyd Rheilffordd Suiyu yn 2003, sy'n golygu mai dim ond 9 mlynedd y mae'r pridd artiffisial wedi cronni deunydd organig. Oherwydd nodwedd benodol pridd artiffisial, mae angen cael dealltwriaeth dda o'r maetholion mewn pridd artiffisial.
Mae'r ymchwil yn dangos mai'r cynnwys deunydd organig yw'r uchaf yn y pridd llethr naturiol ar ôl y broses ffurfio pridd gyfan. Cynnwys deunydd organig pridd llethr isel oedd yr isaf. Oherwydd dylanwad tywydd a dŵr ffo wyneb, bydd maetholion pridd yn cronni ar ganol y llethr ac i lawr y llethr, gan ffurfio haen drwchus o hwmws. Fodd bynnag, oherwydd y gronynnau bach a sefydlogrwydd gwael pridd llethr isel, mae deunydd organig yn cael ei ddadelfennu'n hawdd gan ficro-organebau. Canfu'r arolwg fod gorchudd ac amrywiaeth llystyfiant canol y llethr ac i lawr y llethr yn uchel, ond bod yr unffurfiaeth yn isel, a all arwain at ddosbarthiad anwastad o faetholion arwyneb. Mae haen drwchus o hwmws yn dal dŵr ac mae organebau pridd yn weithredol. Mae hyn i gyd yn cyflymu dadelfennu deunydd organig yn y pridd.
Roedd cynnwys nitrogen wedi'i hydrolysu gan alcali yn y rheilffyrdd i fyny'r llethr, y llethr canol a'r llethr i lawr yn uwch na chynnwys y llethr naturiol, gan ddangos bod cyfradd mwyneiddio nitrogen organig llethr y rheilffordd yn sylweddol uwch na chyfradd y llethr naturiol. Po leiaf yw'r gronynnau, y mwyaf ansefydlog yw strwythur y pridd, yr hawsaf yw hi i ficro-organebau ddadelfennu'r mater organig yn yr agregau, a'r mwyaf yw'r gronfa o nitrogen organig mwyneiddiedig60,61.Yn gyson â chanlyniadau'r astudiaeth62, roedd cynnwys agregau gronynnau bach ym mhridd llethrau rheilffordd yn sylweddol uwch na chynnwys llethrau naturiol.Felly, rhaid cymryd mesurau priodol i gynyddu cynnwys gwrtaith, mater organig a nitrogen ym mhridd llethr y rheilffordd, ac i wella defnydd cynaliadwy o'r pridd.Roedd gwastraff ffosfforws sydd ar gael a photasiwm sydd ar gael a achoswyd gan ddŵr ffo wyneb yn cyfrif am 77.27% i 99.79% o gyfanswm y golled ar lethr y rheilffordd.Gall dŵr ffo wyneb fod yn brif ffactor sy'n achosi colli maetholion sydd ar gael mewn priddoedd llethrau63,64,65.
Fel y dangosir yn Nhabl 4, roedd cydberthynas gadarnhaol arwyddocaol rhwng safle'r llethr a'r ffosfforws sydd ar gael (R2=0.948), ac roedd y gydberthynas rhwng safle'r llethr a'r potasiwm sydd ar gael yr un fath (R2=0.898). Mae'n dangos bod safle'r llethr yn effeithio ar gynnwys y ffosfforws sydd ar gael a'r potasiwm sydd ar gael yn y pridd.
Mae graddiant yn ffactor pwysig sy'n effeithio ar gynnwys deunydd organig pridd a chyfoethogi nitrogen66, a pho leiaf yw'r graddiant, y mwyaf yw'r gyfradd gyfoethogi. Ar gyfer cyfoethogi maetholion pridd, roedd colli maetholion yn wan, ac nid oedd effaith safle'r llethr ar gynnwys deunydd organig pridd a chyfanswm cyfoethogi nitrogen yn amlwg. Mae gan wahanol fathau a niferoedd o blanhigion ar wahanol lethrau wahanol asidau organig yn cael eu secretu gan wreiddiau planhigion. Mae asidau organig yn fuddiol i sefydlogi ffosfforws sydd ar gael a photasiwm sydd ar gael yn y pridd. Felly, roedd cydberthynas sylweddol rhwng safle'r llethr a'r ffosfforws sydd ar gael, a safle'r llethr a'r potasiwm sydd ar gael.
Er mwyn egluro'r berthynas rhwng maetholion pridd a chorydiad pridd, mae angen dadansoddi'r gydberthynas. Fel y dangosir yn Nhabl 5, roedd potensial redoks yn gysylltiedig yn negyddol yn sylweddol â nitrogen sydd ar gael (R2 = -0.845) ac yn gysylltiedig yn gadarnhaol yn sylweddol â ffosfforws sydd ar gael (R2 = 0.842) a photasiwm sydd ar gael (R2 = 0.980). Mae'r potensial redoks yn adlewyrchu ansawdd redoks, sydd fel arfer yn cael ei effeithio gan rai priodweddau ffisegol a chemegol y pridd, ac yna'n effeithio ar gyfres o briodweddau'r pridd. Felly, mae'n ffactor pwysig wrth bennu cyfeiriad trawsnewid maetholion pridd67. Gall gwahanol rinweddau redoks arwain at wahanol gyflyrau ac argaeledd ffactorau maethol. Felly, mae gan y potensial redoks gydberthynas sylweddol â nitrogen sydd ar gael, ffosfforws sydd ar gael a photasiwm sydd ar gael.
Yn ogystal â phriodweddau metel, mae potensial cyrydiad hefyd yn gysylltiedig â phriodweddau pridd. Roedd potensial cyrydiad wedi'i gydberthynnu'n negyddol sylweddol â mater organig, sy'n dangos bod gan fater organig effaith sylweddol ar botensial cyrydiad. Yn ogystal, roedd mater organig hefyd wedi'i gydberthynnu'n negyddol sylweddol â graddiant potensial (SN) (R2 = -0.713) ac ïon sylffad (R2 = -0.671), sy'n dangos bod cynnwys mater organig hefyd yn effeithio ar raddiant potensial (SN) ac ïon sylffad. Roedd cydberthynas negyddol sylweddol rhwng pH pridd a photasiwm sydd ar gael (R2 = -0.728).
Roedd cydberthynas negyddol sylweddol rhwng nitrogen sydd ar gael a chyfanswm halwynau hydawdd ac ïonau clorid, ac roedd cydberthynas gadarnhaol sylweddol rhwng ffosfforws sydd ar gael a photasiwm sydd ar gael a chyfanswm halwynau hydawdd ac ïonau clorid. Dangosodd hyn fod cynnwys maetholion sydd ar gael yn effeithio'n sylweddol ar faint o gyfanswm halwynau hydawdd ac ïonau clorid yn y pridd, ac nad oedd anionau yn y pridd yn ffafriol i gronni a chyflenwi maetholion sydd ar gael. Roedd cydberthynas negyddol sylweddol rhwng cyfanswm nitrogen ac ïon sylffad, ac yn gadarnhaol sylweddol â bicarbonad, gan ddangos bod gan gyfanswm nitrogen effaith ar gynnwys sylffad a bicarbonad. Ychydig o alw sydd gan blanhigion am ïonau sylffad ac ïonau bicarbonad, felly mae'r rhan fwyaf ohonynt yn rhydd yn y pridd neu'n cael eu hamsugno gan goloidau pridd. Mae ïonau bicarbonad yn ffafrio cronni nitrogen yn y pridd, ac mae ïonau sylffad yn lleihau argaeledd nitrogen yn y pridd. Felly, mae cynyddu cynnwys y nitrogen a'r hwmws sydd ar gael yn y pridd yn briodol yn fuddiol i leihau cyrydiad pridd.
Mae pridd yn system â chyfansoddiad a phriodweddau cymhleth. Mae cyrydiad pridd yn ganlyniad i weithred synergaidd llawer o ffactorau. Felly, defnyddir dull gwerthuso cynhwysfawr yn gyffredinol i werthuso cyrydiad pridd. Gan gyfeirio at y "Cod ar gyfer Ymchwiliad Peirianneg Geotechnegol" (GB50021-94) a dulliau profi Rhwydwaith Profi Cyrydiad Pridd Tsieina, gellir gwerthuso gradd cyrydiad y pridd yn gynhwysfawr yn ôl y safonau canlynol: (1) Mae'r gwerthusiad yn gyrydiad gwan, os mai dim ond cyrydiad gwan ydyw, nid oes cyrydiad cymedrol na chyrydiad cryf; (2) os nad oes cyrydiad cryf, caiff ei werthuso fel cyrydiad cymedrol; (3) os oes un neu ddau le o gyrydiad cryf, caiff ei werthuso fel cyrydiad cryf; (4) os oes 3 neu fwy o leoedd o gyrydiad cryf, caiff ei werthuso fel cyrydiad cryf ar gyfer cyrydiad difrifol.
Yn ôl gwrthiant pridd, potensial redox, cynnwys dŵr, cynnwys halen, gwerth pH, ​​a chynnwys Cl- a SO42-, gwerthuswyd graddau cyrydiad samplau pridd ar wahanol lethrau yn gynhwysfawr. Mae canlyniadau'r ymchwil yn dangos bod y priddoedd ar bob llethr yn gyrydol iawn.
Mae potensial cyrydiad yn ffactor pwysig sy'n effeithio ar gyrydiad rhwyd ​​amddiffyn llethrau. Mae potensial cyrydiad y tri llethr i gyd yn is na -200 mv, sydd â'r effaith fwyaf ar gyrydiad y rhwyll fetel i fyny'r allt. Gellir defnyddio graddiant potensial i farnu maint y cerrynt crwydr yn y pridd. Mae cerrynt crwydr yn ffactor pwysig sy'n effeithio ar gyrydiad rhwyll fetel ar lethrau canol a llethrau i fyny'r allt, yn enwedig ar lethrau canol. Roedd cyfanswm cynnwys halen hydawdd priddoedd y llethrau uchaf, canol ac isaf i gyd uwchlaw 500 mg/kg, ac roedd yr effaith cyrydiad ar y rhwyd ​​amddiffyn llethrau yn gymedrol. Mae cynnwys dŵr pridd yn ffactor pwysig sy'n effeithio ar gyrydiad rhwyllau metel ar ganol y llethr ac i lawr y llethr, ac mae ganddo effaith fwy ar gyrydiad rhwyllau amddiffyn llethrau. Mae maetholion yn fwyaf niferus mewn pridd canol y llethr, sy'n dangos bod gweithgareddau microbaidd mynych a thwf planhigion cyflym.
Mae'r ymchwil yn dangos mai potensial cyrydiad, graddiant posibl, cyfanswm cynnwys halen hydawdd a chynnwys dŵr yw'r prif ffactorau sy'n effeithio ar gyrydiad pridd ar y tair llethr, ac mae cyrydiad y pridd yn cael ei werthuso fel un cryf. Cyrydiad y rhwydwaith amddiffyn llethrau yw'r mwyaf difrifol ar y llethr canol, sy'n darparu cyfeiriad ar gyfer dyluniad gwrth-cyrydiad rhwydwaith amddiffyn llethrau'r rheilffordd. Mae ychwanegu nitrogen sydd ar gael a gwrtaith organig yn briodol yn fuddiol i leihau cyrydiad pridd, hwyluso twf planhigion, ac yn olaf sefydlogi'r llethr.
Sut i ddyfynnu'r erthygl hon: Chen, J. et al.Effeithiau cyfansoddiad pridd ac electrocemeg ar gyrydiad rhwydwaith llethrau creigiau ar hyd llinell reilffordd Tsieineaidd.science.Rep. 5, 14939; doi: 10.1038/srep14939 (2015).
Lin, YL a Yang, GL Nodweddion deinamig llethrau is-radd rheilffordd o dan gyffro daeargryn.trychineb naturiol.69, 219–235 (2013).
Sui Wang, J. et al.Dadansoddiad o ddifrod daeargryn nodweddiadol i briffyrdd yn ardal Wenchuan yn Nhalaith Sichuan a gafodd ei tharo gan ddaeargryn [J]. Cylchgrawn Tsieineaidd Mecaneg a Pheirianneg Rociau.28, 1250–1260 (2009).
Weilin, Z., Zhenyu, L. a Jinsong, J. Dadansoddiad difrod seismig a gwrthfesurau pontydd priffyrdd yn nhaeargryn Wenchuan. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering.28, 1377–1387 (2009).
Lin, CW, Liu, SH, Lee, SY a Liu, CC Effaith daeargryn Chichi ar dirlithriadau a achosir gan lawiad dilynol yng nghanol Taiwan.Engineering Geology.86, 87–101 (2006).
Koi, T. et al.Effeithiau hirdymor tirlithriadau a achosir gan ddaeargrynfeydd ar gynhyrchu gwaddod mewn dalgylch mynyddig: rhanbarth Tanzawa, Japan.geomorphology.101, 692–702 (2008).
Hongshuai, L., Jingshan, B. a Dedong, L. Adolygiad o ymchwil ar ddadansoddiad sefydlogrwydd seismig llethrau geodechnegol. Peirianneg Daeargryn a Dirgryniad Peirianneg.25, 164–171 (2005).
Yue Ping, Ymchwil ar beryglon daearegol a achoswyd gan ddaeargryn Wenchuan yn Sichuan. Journal of Engineering Geology 4, 7–12 (2008).
Ali, F. Diogelu llethrau gyda llystyfiant: mecaneg gwreiddiau rhai planhigion trofannol. International Journal of Physical Sciences.5, 496–506 (2010).
Takyu, M., Aiba, SI a Kitayama, K. Effeithiau topograffig ar goedwigoedd mynyddig isel trofannol o dan amodau daearegol gwahanol ym Mynydd Kinabalu, Borneo. Ecoleg Planhigion.159, 35–49 (2002).
Stokes, A. et al.Nodweddion gwreiddiau planhigion delfrydol ar gyfer amddiffyn llethrau naturiol a pheirianyddol rhag tirlithriadau.Planhigion a Phriddoedd, 324, 1-30 (2009).
De Baets, S., Poesen, J., Gyssels, G. a Knapen, A. Effaith gwreiddiau glaswellt ar erydiad pridd uchaf yn ystod llif crynodedig. Geomorphology 76, 54–67 (2006).