Tak for dit besøg på Nature.com. Den browserversion, du bruger, har begrænset understøttelse af CSS. For at få den bedste oplevelse anbefaler vi, at du bruger en opdateret browser (eller slår kompatibilitetstilstand fra i Internet Explorer). I mellemtiden vil vi for at sikre fortsat understøttelse vise webstedet uden stilarter og JavaScript.
Med Sui-Chongqing-jernbaneskråningen som forskningsobjekt, undersøges jordens modstand, jordens elektrokemi (korrosionspotentiale, redoxpotentiale, potentiel gradient og pH), jordens anioner (totale opløselige salte, Cl-, SO42- og) og jordens næringsindhold (fugtindhold, organisk materiale, totalt nitrogen, alkalihydrolyseret nitrogen, tilgængeligt fosfor, tilgængeligt kalium). Under forskellige hældninger evalueres korrosionsgraden i henhold til de individuelle indikatorer og omfattende indikatorer for kunstig jord. Sammenlignet med andre faktorer har vand den største indflydelse på korrosionen af ​​skråningsbeskyttelsesnettet, efterfulgt af anionindholdet. Det totale opløselige salt har en moderat effekt på korrosionen af ​​skråningsbeskyttelsesnettet, og vildstrøm har en moderat effekt på korrosionen af ​​skråningsbeskyttelsesnettet. Korrosionsgraden af ​​jordprøverne blev omfattende evalueret, og korrosionen på den øvre hældning var moderat, og korrosionen på de midterste og nedre hældninger var stærk. Det organiske materiale i jorden var signifikant korreleret med den potentielle gradient. Tilgængeligt nitrogen, tilgængeligt kalium og tilgængeligt fosfor var signifikant korreleret med anioner. Fordelingen af ​​jordens næringsstoffer er indirekte relateret til hældningstypen.
Når man bygger jernbaner, motorveje og vandbesparende faciliteter, er åbninger i bjergene ofte uundgåelige. På grund af bjergene i sydvest kræver Kinas jernbanebyggeri en masse udgravning af bjerget. Det ødelægger den oprindelige jord og vegetation og skaber blotlagte klippefyldte skråninger. Denne situation fører til jordskred og jorderosion, hvilket truer sikkerheden ved jernbanetransport. Jordskred er skadelige for vejtrafikken, især efter Wenchuan-jordskælvet den 12. maj 2008. Jordskred er blevet en vidt udbredt og alvorlig jordskælvskatastrofe. I 2008-evalueringen af ​​4.243 kilometer vigtige hovedveje i Sichuan-provinsen var der 1.736 alvorlige jordskælvskatastrofer i vejkasser og støttemure på skråninger, hvilket tegnede sig for 39,76 % af evalueringens samlede længde. Direkte økonomiske tab fra vejskader oversteg 58 milliarder yuan 2,3. Globale eksempler viser, at geofarer efter jordskælv kan vare i mindst 10 år (jordskælv i Taiwan) og endda så længe som 40-50 år (jordskælv i Kanto i Japan) 4,5. Hældning er den vigtigste faktor, der påvirker jordskælvsfaren 6,7. Derfor er det nødvendigt at opretholde vejens hældning og styrke dens stabilitet. Planter spiller en uerstattelig rolle i beskyttelse af skråninger og genopretning af økologisk landskab 8. Sammenlignet med almindelige jordskråninger har klippeskråninger ikke den ophobning af næringsstoffer som organisk materiale, nitrogen, fosfor og kalium, og har ikke det jordmiljø, der er nødvendigt for vegetationsvækst. På grund af faktorer som stor hældning og regnerosion går jord på skråninger let tabt. Skråningsmiljøet er barsk, mangler de nødvendige betingelser for plantevækst, og skråningens jord mangler støttestabilitet9. Sprøjtning af skråninger med basismateriale for at dække jorden for at beskytte skråningen er en almindeligt anvendt teknologi til økologisk restaurering af skråninger i mit land. Den kunstige jord, der bruges til sprøjtning, består af knust sten, landbrugsjord, halm, sammensat gødning, vandtilbageholdende middel og klæbemiddel (almindeligt anvendte klæbemidler inkluderer Portlandcement, organisk lim og asfaltemulgator) i en bestemt andel. Den tekniske proces er: først læg pigtråd på klippen, fastgør derefter pigtråden med nitter og ankerbolte, og til sidst sprøjt kunstig jord indeholdende frø på skråningen med en speciel sprøjte. Det mest anvendte 14# diamantformede metalnet, der er fuldt galvaniseret, bruges mest med en maskestandard på 5 cm × 5 cm og en diameter på 2 mm. Metalnettet gør det muligt for jordmatricen at danne en holdbar monolitisk plade på klippeoverfladen. Metalnettet vil korrodere i jorden, fordi jorden i sig selv er en elektrolyt, og graden af ​​korrosion afhænger af jordens egenskaber. Evalueringen af ​​jordkorrosionsfaktorer er af stor betydning for evaluering af jordinduceret metal neterosion og eliminering af jordskredfare.
Planterødder menes at spille en afgørende rolle i skråningsstabilisering og erosionskontrol10,11,12,13,14. For at stabilisere skråninger mod lavvandede jordskred kan vegetation bruges, fordi planterødder kan fiksere jorden for at forhindre jordskred15,16,17. Træagtig vegetation, især træer, hjælper med at forhindre lavvandede jordskred18. En robust beskyttende struktur dannet af planters vertikale og laterale rodsystemer, der fungerer som forstærkende pæle i jorden. Udviklingen af ​​rodarkitekturmønstre er drevet af gener, og jordmiljøet spiller en afgørende rolle i disse processer. Korrosion af metaller varierer med jordmiljøet20. Graden af ​​korrosion af metaller i jord kan variere fra forholdsvis hurtig opløsning til ubetydelig påvirkning21. Kunstig jord er meget forskellig fra rigtig "jord". Dannelsen af ​​naturlig jord er resultatet af interaktioner mellem det ydre miljø og forskellige organismer over titusinder af år22,23,24. Før den træagtige vegetation danner et stabilt rodsystem og økosystem, er det direkte relateret til udviklingen af ​​den naturlige økonomi, livets sikkerhed og forbedring af det økologiske miljø.
Korrosion af metaller kan dog føre til enorme tab. Ifølge en undersøgelse foretaget i Kina i begyndelsen af ​​1980'erne af kemiske maskiner og andre industrier tegnede tab forårsaget af metalkorrosion sig for 4% af den samlede produktionsværdi. Derfor er det af stor betydning at studere korrosionsmekanismen og træffe beskyttelsesforanstaltninger for økonomisk konstruktion. Jord er et komplekst system af gasser, væsker, faste stoffer og mikroorganismer. Mikrobielle metabolitter kan korrodere materialer, og vildfarne strømme kan også forårsage korrosion. Derfor er det vigtigt at forhindre korrosion af metaller begravet i jorden. I øjeblikket fokuserer forskningen i nedgravet metalkorrosion primært på (1) faktorer, der påvirker nedgravet metalkorrosion25; (2) metalbeskyttelsesmetoder26,27; (3) vurderingsmetoder til graden af ​​metalkorrosion28; Korrosion i forskellige medier. Imidlertid var alle jordtyper i undersøgelsen naturlige og havde gennemgået tilstrækkelige jorddannelsesprocesser. Der er dog ingen rapport om kunstig jorderosion af jernbanestenskrænter.
Sammenlignet med andre korrosive medier har kunstig jord karakteristika som illikviditet, heterogenitet, sæsonudsving og regionalitet. Metalkorrosion i kunstig jord er forårsaget af elektrokemiske interaktioner mellem metaller og kunstig jord. Ud over medfødte faktorer afhænger metalkorrosionshastigheden også af det omgivende miljø. En række faktorer påvirker metalkorrosion individuelt eller i kombination, såsom fugtindhold, iltindhold, totalt opløseligt saltindhold, anion- og metalionindhold, pH, jordmikrober30,31,32.
I 30 års praksis har spørgsmålet om, hvordan man permanent bevarer kunstig jord på klippefyldte skråninger, været et problem33. Buske eller træer kan ikke vokse på nogle skråninger efter 10 års manuel pleje på grund af jorderosion. Snavs på overfladen af ​​metalnettet blev skyllet væk nogle steder. På grund af korrosion revnede nogle metalnette og mistede al jord over og under dem (Figur 1). I øjeblikket fokuserer forskningen i korrosion på jernbaneskråninger primært på korrosion af jernbanestationernes jordingsnet, vildfaren strømkorrosion genereret af letbaner og korrosion af jernbanebroer34,35, spor og andet køretøjsudstyr36. Der har ikke været rapporter om korrosion af metalnettet til beskyttelse af jernbaneskråninger. Denne artikel undersøger de fysiske, kemiske og elektrokemiske egenskaber af kunstig jord på den sydvestlige klippeskråning af Suiyu-jernbanen med det formål at forudsige metalkorrosion ved at vurdere jordegenskaber og give et teoretisk og praktisk grundlag for restaurering af jordøkosystemer og kunstig restaurering. Kunstig skråning.
Testområdet er placeret i det bakkede område af Sichuan (30°32′N, 105°32′Ø) nær Suining Station. Området ligger midt i Sichuan-bassinet med lave bjerge og bakker, en simpel geologisk struktur og fladt terræn. Erosion, slibning og ophobning af vand skaber eroderede bakkede landskaber. Grundfjeldet er hovedsageligt kalksten, og overjorden er hovedsageligt lilla sand og muddersten. Integriteten er dårlig, og bjergarten har en blokagtig struktur. Undersøgelsesområdet har et subtropisk fugtigt monsunklima med sæsonbestemte karakteristika som tidligt forår, varm sommer, kort efterår og sen vinter. Nedbøren er rigelig, lys- og varmeressourcerne er rigelige, den frostfri periode er lang (285 dage i gennemsnit), klimaet er mildt, den årlige gennemsnitstemperatur er 17,4°C, gennemsnitstemperaturen i den varmeste måned (august) er 27,2°C, og den ekstreme maksimumtemperatur er 39,3°C. Den koldeste måned er januar (gennemsnitstemperaturen er 6,5°C), den ekstreme minimumtemperatur Temperaturen er -3,8°C, og den årlige gennemsnitlige nedbør er 920 mm, hovedsageligt koncentreret i juli og august. Nedbøren i forår, sommer, efterår og vinter varierer meget. Andelen af ​​nedbør i hver sæson af året er henholdsvis 19-21%, 51-54%, 22-24% og 4-5%.
Forskningsområdet ligger på en skråning på omkring 45° på skråningen af ​​Yu-Sui-jernbanen, der blev bygget i 2003. I april 2012 vendte den mod syd, inden for 1 km fra Suining Station. Den naturlige hældning blev brugt som kontrol. Den økologiske restaurering af hældningen anvender den udenlandske topdressing-jordsprøjteteknologi til økologisk restaurering. I henhold til højden af ​​jernbanesidehældningen kan hældningen opdeles i opadgående hældning, midterste hældning og nedadgående hældning (fig. 2). Da tykkelsen af ​​den kunstige jord på den afskårne hældning er ca. 10 cm, bruger vi kun en rustfri stålskovl til at tage jordoverfladen 0-8 cm for at undgå forurening af korrosionsprodukter fra jordens metalnet. Fire replikater blev sat for hver hældningsposition med 15-20 tilfældige prøvetagningspunkter pr. replikat. Hver replikat er en blanding af 15-20 tilfældigt bestemt fra S-formede linjeprøvetagningspunkter. Dens friske vægt er ca. 500 gram. Bring prøverne tilbage til laboratoriet i polyethylen-lynlåsposer til forarbejdning. Jorden lufttørres naturligt, og grus og dyre- og planterester udtages, knuses med en agatpind og sigtes med en 20-mesh, 100-mesh nylonsigte, bortset fra de grove partikler.
Jordmodstanden blev målt med VICTOR4106 jordmodstandstesteren produceret af Shengli Instrument Company; jordmodstanden blev målt i felten; Jordfugtigheden blev målt ved hjælp af tørremetoden. Det bærbare digitale mv/pH-instrument DMP-2 har høj indgangsimpedans til måling af jordkorrosionspotentiale. Potentiel gradient og redoxpotentiale blev bestemt ved hjælp af den bærbare digitale mv/pH-måler DMP-2, det samlede opløselige salt i jorden blev bestemt ved hjælp af resttørringsmetoden, kloridionindholdet i jorden blev bestemt ved hjælp af AgNO3-titreringsmetode (Mohr-metoden), jordens sulfatindhold blev bestemt ved hjælp af indirekte EDTA-titreringsmetode, dobbeltindikatortitreringsmetode til bestemmelse af jordkarbonat og bicarbonat, kaliumdichromatoxidationsopvarmningsmetode til bestemmelse af jordens organiske materiale, alkalisk opløsningsdiffusionsmetode til bestemmelse af jordalkalisk hydrolysenitrogen, H2SO4-HClO4-fordøjelses-Mo-Sb-kolorimetrisk metode. Totalt fosfor i jorden og tilgængeligt fosforindhold i jorden blev bestemt ved hjælp af Olsen-metoden (0,05 mol/L NaHCO3-opløsning som ekstraktionsmiddel), og det samlede kaliumindhold i jorden blev bestemt ved hjælp af natriumhydroxidfusionsflammefotometri.
De eksperimentelle data blev oprindeligt systematiseret. SPSS Statistics 20 blev brugt til at udføre gennemsnits-, standardafvigelses-, envejs-ANOVA- og menneskelig korrelationsanalyse.
Tabel 1 viser de elektromekaniske egenskaber, anioner og næringsstoffer i jorde med forskellige hældninger. Korrosionspotentialet, jordens modstand og den øst-vestlige potentielle gradient for forskellige hældninger var alle signifikante (P < 0,05). Redoxpotentialerne for ned ad bakke, midterhældning og naturlig hældning var signifikante (P < 0,05). Den potentielle gradient vinkelret på skinnen, dvs. den nord-sydlige potentielle gradient, er op ad hældning>ned ad hældning>midterhældning. Jordens pH-værdi var i størrelsesordenen ned ad hældning>op ad bakke>midterhældning>naturlig hældning. Totalt opløseligt salt, naturlig hældning var signifikant højere end jernbanehældningen (P < 0,05). Det samlede indhold af opløseligt salt i jorden på jernbanehældningen af ​​tredje grad er over 500 mg/kg, og det samlede opløselige salt har en moderat effekt på metalkorrosion. Jordens indhold af organisk materiale var højest på den naturlige hældning og lavest på ned ad bakke (P < 0,05). Det samlede nitrogenindhold var højest på midterhældningen og lavest på op ad bakke; Det tilgængelige kvælstofindhold var højest i den nedadgående og midterste skråning og lavest i den naturlige skråning; det samlede kvælstofindhold i jernbanens op- og nedadgående skråning var lavere, men det tilgængelige kvælstofindhold var højere. Dette indikerer, at mineraliseringshastigheden for organisk kvælstof opad og ned ad bakke er hurtig. Indholdet af tilgængeligt kalium er det samme som det tilgængelige fosfor.
Jordmodstand er et indeks, der angiver elektrisk ledningsevne, og en grundlæggende parameter til vurdering af jordkorrosion. Faktorer, der påvirker jordens modstand, omfatter fugtindhold, totalt opløseligt saltindhold, pH, jordtekstur, temperatur, indhold af organisk materiale, jordtemperatur og tæthed. Generelt er jord med lav modstand mere korrosiv, og omvendt. Brug af modstand til at bedømme jordkorrosivitet er en metode, der almindeligvis anvendes i forskellige lande. Tabel 1 viser kriterierne for evaluering af korrosivitetsgrad for hvert enkelt indeks37,38.
Ifølge testresultaterne og standarderne i mit land (Tabel 1) er jorden på den opadgående skråning meget korrosiv, hvis jordens korrosionsevne kun vurderes ud fra jordens modstandsdygtighed; jorden på den nedadgående skråning er moderat korrosiv; og jordens korrosionsevne på den midterste skråning og den naturlige skråning er relativt lav og svag.
Jordmodstanden på den opadgående skråning er betydeligt lavere end på andre dele af skråningen, hvilket kan skyldes regnerosion. Jordmodstanden på den opadgående skråning flyder med vandet op til den midterste skråning, så det opadgående metalbeskyttelsesnet er tæt på jordoverfladen. Nogle af metalnettene var blotlagte og svævede endda i luften (Figur 1). Jordmodstanden blev målt på stedet; afstanden mellem pælene var 3 m; nedramningsdybden var under 15 cm. Bare metalnet og afskallet rust kan forstyrre måleresultaterne. Derfor er det upålideligt kun at vurdere jordens korrosivitet ud fra jordens modstandsindeks. I den omfattende evaluering af korrosion tages jordens modstand på den opadgående skråning ikke i betragtning.
På grund af den høje relative luftfugtighed forårsager den konstant fugtige luft i Sichuan-området, at metalnettet, der udsættes for luften, korroderer mere alvorligt end metalnettet, der er begravet i jorden39. Eksponering af trådnet for luft kan resultere i nedsat levetid, hvilket kan destabilisere jordbunden op ad bakke. Jordtab kan gøre det vanskeligt for planter, især træagtige planter, at vokse. På grund af manglen på træagtige planter er det vanskeligt at danne et rodsystem op ad bakke for at størkne jorden. Samtidig kan plantevækst også forbedre jordkvaliteten og øge humusindholdet i jorden, som ikke kun kan tilbageholde vand, men også give et godt miljø for vækst og reproduktion af dyr og planter, hvorved jordtab reduceres. Derfor bør der i den tidlige fase af byggeriet sås flere træagtige frø op ad bakke, og vandtilbageholdende middel bør kontinuerligt tilsættes og dækkes med film for at reducere erosionen af ​​jordbunden op ad bakke fra regnvand.
Korrosionspotentialet er en vigtig faktor, der påvirker korrosionen af ​​skråningsbeskyttelsesnettet på den tre-niveau skråning og har den største indflydelse på den opadgående skråning (Tabel 2). Under normale forhold ændrer korrosionspotentialet sig ikke meget i et givet miljø. En mærkbar ændring kan være forårsaget af spredte strømme. Spredningsstrømme refererer til strømme 40, 41, 42, der lækker ind i vejbunden og jordmediet, når køretøjer bruger det offentlige transportsystem. Med udviklingen af ​​transportsystemet har mit lands jernbanetransportsystem opnået storstilet elektrificering, og korrosion af nedgravede metaller forårsaget af jævnstrømslækage fra elektrificerede jernbaner kan ikke ignoreres. I øjeblikket kan jordens potentielle gradient bruges til at bestemme, om jorden indeholder spredte strømforstyrrelser. Når den potentielle gradient af overfladejorden er lavere end 0,5 mv/m, er spredte strømmen lav; når den potentielle gradient er i området fra 0,5 mv/m til 5,0 mv/m, er spredte strømmen moderat; Når den potentielle gradient er større end 5,0 mv/m, er niveauet af spredt strøm højt. Det flydende område for den potentielle gradient (EW) på midterhældningen, opad og nedad er vist i figur 3. Med hensyn til det flydende område er der moderate spredte strømme i øst-vest og nord-syd retningerne på midterhældningen. Derfor er spredt strøm en vigtig faktor, der påvirker korrosionen af ​​metalnet på midterhældningen og nedad, især på midterhældningen.
Generelt indikerer jordens redoxpotentiale (Eh) over 400 mV oxidationsevne, over 0-200 mV en medium reduktionsevne, og under 0 mV en stor reduktionsevne. Jo lavere jordens redoxpotentiale er, desto større er jordens mikroorganismers korrosionsevne over for metaller44. Det er muligt at forudsige tendensen for jordens mikrobielle korrosion ud fra redoxpotentialet. Undersøgelsen viste, at jordens redoxpotentiale på de tre skråninger var større end 500 mV, og korrosionsniveauet var meget lille. Det viser, at jordens ventilationsforhold på skråningsarealet er gode, hvilket ikke er befordrende for korrosion af anaerobe mikroorganismer i jorden.
Tidligere undersøgelser har vist, at jordens pH-værdis indvirkning på jorderosion er tydelig. Med udsving i pH-værdien påvirkes korrosionshastigheden af ​​metalmaterialer betydeligt. Jordens pH-værdi er tæt forbundet med området og mikroorganismerne i jorden45,46,47. Generelt er jordens pH-værdis indvirkning på korrosionen af ​​metalmaterialer i let alkalisk jord ikke tydelig. Jordbunden på de tre jernbaneskråninger er alle alkalisk, så pH-værdiens indvirkning på korrosionen af ​​metalnettet er svag.
Som det fremgår af tabel 3, viser korrelationsanalysen, at redoxpotentialet og hældningspositionen er signifikant positivt korreleret (R2 = 0,858), korrosionspotentialet og potentialgradienten (SN) er signifikant positivt korreleret (R2 = 0,755), og redoxpotentialet og potentialgradienten (SN) er signifikant positivt korreleret (R2 = 0,755). Der var en signifikant negativ korrelation mellem potentiale og pH (R2 = -0,724). Hældningspositionen var signifikant positivt korreleret med redoxpotentialet. Dette viser, at der er forskelle i mikromiljøet for forskellige hældningspositioner, og jordmikroorganismer er tæt beslægtede med redoxpotentialet48, 49, 50. Redoxpotentialet var signifikant negativt korreleret med pH51,52. Denne sammenhæng indikerede, at pH- og Eh-værdier ikke altid ændrede sig synkront under jordens redoxproces, men havde et negativt lineært forhold. Metalkorrosionspotentialet kan repræsentere den relative evne til at optage og miste elektroner. Selvom korrosionspotentialet var signifikant positivt korreleret med potentialgradienten (SN), kan potentialgradienten skyldes metallets lette tab af elektroner.
Jordens samlede indhold af opløseligt salt er tæt forbundet med jordens korrosivitet. Generelt set gælder det, at jo højere jordens saltindhold er, desto lavere er jordens modstandsdygtighed, hvilket øger jordens modstandsdygtighed. I jordens elektrolytter er det ikke kun anionerne og varierende intervaller, men også korrosionspåvirkningerne primært carbonater, klorider og sulfater. Derudover påvirker det samlede indhold af opløseligt salt i jorden indirekte korrosionen gennem påvirkning af andre faktorer, såsom effekten af ​​elektrodepotentialet i metaller og jordens iltopløselighed.
De fleste af de opløselige saltdissocierede ioner i jorden deltager ikke direkte i elektrokemiske reaktioner, men påvirker metalkorrosion gennem jordens modstand. Jo højere jordens saltindhold er, desto stærkere er jordens ledningsevne og desto stærkere er jorderosionen. Jordens saltindhold på naturlige skråninger er betydeligt højere end på jernbaneskråninger, hvilket kan skyldes, at naturlige skråninger er rige på vegetation, hvilket er befordrende for jord- og vandbevarelse. En anden årsag kan være, at den naturlige skråning har oplevet moden jorddannelse (jordens modermateriale dannet ved stenforvitring), men jernbaneskråningens jord består af knuste stenfragmenter som matrix af "kunstjord" og har ikke gennemgået en tilstrækkelig jorddannelsesproces. Mineraler frigives ikke. Derudover steg saltionerne i den dybe jord på naturlige skråninger op gennem kapillærvirkning under overfladefordampning og akkumuleredes i overfladejorden, hvilket resulterer i en stigning i indholdet af saltioner i overfladejorden. Jordtykkelsen på jernbaneskråningen er mindre end 20 cm, hvilket resulterer i muldjordens manglende evne til at supplere saltet fra den dybe jord.
Positive ioner (såsom K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+ osv.) har ringe effekt på jordkorrosion, mens anioner spiller en betydelig rolle i den elektrokemiske korrosionsproces og har en betydelig indflydelse på metalkorrosion. Cl− kan accelerere korrosionen af ​​anoden og er den mest korrosive anion; jo højere Cl−-indholdet er, desto stærkere er jordkorrosionen. SO42− fremmer ikke kun korrosion af stål, men forårsager også korrosion i nogle betonmaterialer54. Korroderer også jern. I en række surjordsforsøg blev korrosionshastigheden fundet at være proportional med jordens surhedsgrad55. Klorid og sulfat er hovedkomponenterne i opløselige salte, som direkte kan accelerere kavitationen af ​​metaller. Undersøgelser har vist, at korrosionsvægttabet af kulstofstål i alkaliske jordarter er næsten proportionalt med tilsætningen af ​​klorid- og sulfationer56,57. Lee et al. fandt, at SO42- kan hæmme korrosion, men fremme udviklingen af ​​korrosionshuller, der allerede er dannet58.
Ifølge standarden for jordkorrosionsvurdering og testresultater var kloridionindholdet i hver jordprøve på skråningen over 100 mg/kg, hvilket indikerer stærk jordkorrosion. Sulfationindholdet i både op- og ned ad bakke var over 200 mg/kg og under 500 mg/kg, og jorden var moderat korroderet. Indholdet af sulfationer i den midterste skråning er lavere end 200 mg/kg, og jordkorrosionen er svag. Når jordmediet indeholder en høj koncentration, vil det deltage i reaktionen og producere korrosionsglød på overfladen af ​​metalelektroden, hvorved korrosionsreaktionen bremses. Når koncentrationen stiger, kan glødeskallet pludselig brydes, hvorved korrosionshastigheden accelereres kraftigt. Når koncentrationen fortsætter med at stige, dækker korrosionsglødeskallet overfladen af ​​metalelektroden, og korrosionshastigheden viser en aftagende tendens igen59. Undersøgelsen viste, at mængden i jorden var lavere og derfor havde ringe effekt på korrosionen.
Ifølge tabel 4 viste korrelationen mellem hældning og jordanioner, at der var en signifikant positiv korrelation mellem hældning og kloridioner (R2=0,836) og en signifikant positiv korrelation mellem hældning og totale opløselige salte (R2=0,742).
Dette tyder på, at overfladeafstrømning og jorderosion kan være ansvarlige for ændringerne i de samlede opløselige salte i jorden. Der var en signifikant positiv korrelation mellem samlede opløselige salte og kloridioner, hvilket kan skyldes, at samlede opløselige salte er puljen af ​​kloridioner, og indholdet af samlede opløselige salte bestemmer indholdet af kloridioner i jordopløsninger. Derfor kan vi vide, at forskellen i hældning kan forårsage alvorlig korrosion af metalnettet.
Organisk materiale, total kvælstof, tilgængeligt kvælstof, tilgængeligt fosfor og tilgængeligt kalium er jordens grundlæggende næringsstoffer, som påvirker jordkvaliteten og rodsystemets optagelse af næringsstoffer. Jordens næringsstoffer er en vigtig faktor, der påvirker mikroorganismerne i jorden, så det er værd at undersøge, om der er en sammenhæng mellem jordens næringsstoffer og metalkorrosion. Suiyu-jernbanen blev færdiggjort i 2003, hvilket betyder, at den kunstige jord kun har oplevet 9 års ophobning af organisk materiale. På grund af den kunstige jords særlige karakteristika er det nødvendigt at have en god forståelse af næringsstofferne i den.
Forskningen viser, at indholdet af organisk materiale er det højeste i den naturlige skråningsjord efter hele jorddannelsesprocessen. Indholdet af organisk materiale i jorden på lav skråning var det laveste. På grund af påvirkning fra forvitring og overfladeafstrømning vil jordens næringsstoffer akkumuleres på midter- og nedadgående skråning og danne et tykt lag humus. På grund af de små partikler og den dårlige stabilitet i jord på lav skråning nedbrydes organisk materiale imidlertid let af mikroorganismer. Undersøgelsen viste, at vegetationsdækningen og diversiteten på midter- og nedadgående skråning var høj, men homogeniteten var lav, hvilket kan føre til ujævn fordeling af overfladenæringsstoffer. Et tykt lag humus holder på vand, og jordorganismerne er aktive. Alt dette fremskynder nedbrydningen af ​​organisk materiale i jorden.
Indholdet af alkalihydrolyseret nitrogen i jernbanerne opad, midterst og nedad var højere end i den naturlige hældning, hvilket indikerer, at mineraliseringshastigheden for organisk nitrogen i jernbanens hældning var betydeligt højere end i den naturlige hældning. Jo mindre partiklerne er, jo mere ustabil jordstrukturen er, jo lettere er det for mikroorganismer at nedbryde det organiske materiale i aggregaterne, og jo større er mængden af ​​mineraliseret organisk nitrogen60,61. I overensstemmelse med resultaterne af 62-undersøgelsen var indholdet af små partikelaggregater i jorden på jernbanens hældninger betydeligt højere end i naturlige hældninger. Derfor skal der træffes passende foranstaltninger for at øge indholdet af gødning, organisk materiale og nitrogen i jorden på jernbanens hældning og for at forbedre den bæredygtige udnyttelse af jorden. Spild af tilgængeligt fosfor og tilgængeligt kalium forårsaget af overfladeafstrømning tegnede sig for 77,27 % til 99,79 % af det samlede tab af jernbanens hældning. Overfladeafstrømning kan være den primære årsag til tab af tilgængelige næringsstoffer i jord på hældninger63,64,65.
Som vist i tabel 4 var der en signifikant positiv korrelation mellem hældningens position og tilgængeligt fosfor (R2=0,948), og korrelationen mellem hældningens position og tilgængeligt kalium var den samme (R2=0,898). Det viser, at hældningens position påvirker indholdet af tilgængeligt fosfor og tilgængeligt kalium i jorden.
Gradient er en vigtig faktor, der påvirker jordens indhold af organisk stof og kvælstofberigelse66, og jo mindre gradienten er, desto større er berigelseshastigheden. For jordens næringsstofberigelse var næringsstoftabet svækket, og effekten af ​​hældningens position på jordens indhold af organisk stof og den samlede kvælstofberigelse var ikke indlysende. Forskellige typer og antal planter på forskellige skråninger har forskellige organiske syrer, der udskilles af planterødder. Organiske syrer er gavnlige for fiksering af tilgængeligt fosfor og tilgængeligt kalium i jorden. Derfor var der en signifikant korrelation mellem hældningens position og tilgængeligt fosfor, og hældningens position og tilgængeligt kalium.
For at afklare forholdet mellem jordens næringsstoffer og jordkorrosion er det nødvendigt at analysere korrelationen. Som vist i tabel 5 var redoxpotentialet signifikant negativt korreleret med tilgængeligt nitrogen (R2 = -0,845) og signifikant positivt korreleret med tilgængeligt fosfor (R2 = 0,842) og tilgængeligt kalium (R2 = 0,980). Redoxpotentialet afspejler kvaliteten af ​​redox, som normalt påvirkes af nogle fysiske og kemiske egenskaber ved jorden, og påvirker derefter en række egenskaber ved jorden. Derfor er det en vigtig faktor for at bestemme retningen af ​​jordens næringsstoftransformation67. Forskellige redoxkvaliteter kan resultere i forskellige tilstande og tilgængelighed af næringsfaktorer. Derfor har redoxpotentialet en signifikant korrelation med tilgængeligt nitrogen, tilgængeligt fosfor og tilgængeligt kalium.
Ud over metalegenskaber er korrosionspotentialet også relateret til jordens egenskaber. Korrosionspotentialet var signifikant negativt korreleret med organisk materiale, hvilket indikerer, at organisk materiale havde en signifikant effekt på korrosionspotentialet. Derudover var organisk materiale også signifikant negativt korreleret med potentiel gradient (SN) (R2 = -0,713) og sulfationer (R2 = -0,671), hvilket indikerer, at indholdet af organisk materiale også påvirker potentiel gradient (SN) og sulfationer. Der var en signifikant negativ korrelation mellem jordens pH og tilgængeligt kalium (R2 = -0,728).
Tilgængeligt nitrogen var signifikant negativt korreleret med totale opløselige salte og kloridioner, og tilgængeligt fosfor og tilgængeligt kalium var signifikant positivt korreleret med totale opløselige salte og kloridioner. Dette indikerede, at indholdet af tilgængelige næringsstoffer signifikant påvirkede mængden af ​​totale opløselige salte og kloridioner i jorden, og anioner i jorden var ikke befordrende for akkumulering og forsyning af tilgængelige næringsstoffer. Totalt nitrogen var signifikant negativt korreleret med sulfationer og signifikant positivt korreleret med bicarbonat, hvilket indikerede, at total nitrogen havde en effekt på indholdet af sulfat og bicarbonat. Planter har ringe efterspørgsel efter sulfationer og bicarbonationer, så de fleste af dem er frie i jorden eller absorberes af jordkolloider. Bicarbonationer favoriserer akkumulering af nitrogen i jorden, og sulfationer reducerer tilgængeligheden af ​​nitrogen i jorden. Derfor er det gavnligt at øge indholdet af tilgængeligt nitrogen og humus i jorden på passende vis for at reducere jordens korrosivitet.
Jord er et system med kompleks sammensætning og egenskaber. Jordkorrosivitet er resultatet af den synergistiske virkning af mange faktorer. Derfor anvendes generelt en omfattende evalueringsmetode til at evaluere jordkorrosivitet. Med henvisning til "Code for Geotechnical Engineering Investigation" (GB50021-94) og testmetoderne fra China Soil Corrosion Test Network kan jordkorrosionsgraden evalueres omfattende i henhold til følgende standarder: (1) Evalueringen er svag korrosion, hvis kun svag korrosion er der ingen moderat korrosion eller stærk korrosion; (2) hvis der ikke er stærk korrosion, evalueres den som moderat korrosion; (3) hvis der er et eller to steder med stærk korrosion, evalueres den som stærk korrosion; (4) hvis der er 3 eller flere steder med stærk korrosion, evalueres den som stærk korrosion for alvorlig korrosion.
I henhold til jordens modstandsdygtighed, redoxpotentiale, vandindhold, saltindhold, pH-værdi og Cl- og SO42-indhold blev korrosionsgraderne af jordprøverne på forskellige skråninger grundigt evalueret. Forskningsresultaterne viser, at jordbunden på alle skråninger er stærkt korrosiv.
Korrosionspotentialet er en vigtig faktor, der påvirker korrosionen af ​​skråningsbeskyttelsesnettet. Korrosionspotentialerne for de tre skråninger er alle lavere end -200 mV, hvilket har den største indflydelse på korrosionen af ​​det opadgående metalnet. Potentialgradienten kan bruges til at bedømme størrelsen af ​​​​spredningsstrøm i jorden. Spredningsstrøm er en vigtig faktor, der påvirker korrosionen af ​​​​metalnet på mellemste skråninger og opadgående skråninger, især på mellemste skråninger. Det samlede indhold af opløseligt salt i jorden på de øvre, midterste og nedre skråninger var alle over 500 mg/kg, og korrosionseffekten på skråningsbeskyttelsesnettet var moderat. Jordens vandindhold er en vigtig faktor, der påvirker korrosionen af ​​​​metalnet på midterste skråning og nedadgående skråning og har en større indflydelse på korrosionen af ​​​​skråningsbeskyttelsesnettet. Næringsstoffer er mest rigelige i jord på midterste skråning, hvilket indikerer, at der er hyppig mikrobiel aktivitet og hurtig plantevækst.
Forskningen viser, at korrosionspotentiale, potentiel gradient, totalt opløseligt saltindhold og vandindhold er de vigtigste faktorer, der påvirker jordkorrosion på de tre skråninger, og jordens korrosionsevne vurderes som stærk. Korrosionen af ​​skråningsbeskyttelsesnettet er den mest alvorlige på den midterste skråning, hvilket giver en reference for antikorrosionsdesignet af jernbanens skråningsbeskyttelsesnetværk. Passende tilsætning af tilgængeligt kvælstof og organisk gødning er gavnligt for at reducere jordkorrosion, fremme plantevækst og endelig stabilisere skråningen.
Sådan citerer du denne artikel: Chen, J. et al. Effekter af jordsammensætning og elektrokemi på korrosionen af ​​​​klippeskråningsnetværk langs en kinesisk jernbanelinje. science.Rep. 5, 14939; doi: 10.1038/srep14939 (2015).
Lin, YL & Yang, GL Dynamiske karakteristika for jernbaneundergrundens skråninger under jordskælvsudsving. naturkatastrofe. 69, 219–235 (2013).
Sui Wang, J. et al. Analyse af typiske jordskælvsskader på motorveje i det jordskælvsramte Wenchuan-område i Sichuan-provinsen [J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering. 28, 1250–1260 (2009).
Weilin, Z., Zhenyu, L. & Jinsong, J. Seismisk skadesanalyse og modforanstaltninger for motorvejsbroer i Wenchuan-jordskælvet. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering. 28, 1377–1387 (2009).
Lin, CW, Liu, SH, Lee, SY & Liu, CC. Effekten af ​​Chichi-jordskælvet på jordskred forårsaget af efterfølgende nedbør i det centrale Taiwan. Engineering Geology. 86, 87–101 (2006).
Koi, T. et al. Langtidseffekter af jordskælvsinducerede jordskred på sedimentproduktion i et bjergvandskel: Tanzawa-regionen, Japan. geomorphology. 101, 692–702 (2008).
Hongshuai, L., Jingshan, B. & Dedong, L. En gennemgang af forskning i seismisk stabilitetsanalyse af geotekniske skråninger. Earthquake Engineering and Engineering Vibration. 25, 164–171 (2005).
Yue Ping, Forskning i geologiske farer forårsaget af Wenchuan-jordskælvet i Sichuan. Journal of Engineering Geology 4, 7–12 (2008).
Ali, F. Skråningsbeskyttelse med vegetation: rodmekanik hos nogle tropiske planter. International Journal of Physical Sciences. 5, 496–506 (2010).
Takyu, M., Aiba, SI & Kitayama, K. Topografiske effekter på tropiske lavbjergskove under forskellige geologiske forhold i Mount Kinabalu, Borneo. Plant Ecology. 159, 35–49 (2002).
Stokes, A. et al. Ideelle planterodsegenskaber til beskyttelse af naturlige og konstruerede skråninger mod jordskred. Plants and Soils, 324, 1-30 (2009).
De Baets, S., Poesen, J., Gyssels, G. & Knapen, A. Græsrøddernes virkning på muldjordens eroderbarhed under koncentreret strømning. Geomorphology 76, 54–67 (2006).