Eskerrik asko Nature.com webgunea bisitatzeagatik. Erabiltzen ari zaren arakatzailearen bertsioak CSSrako laguntza mugatua du. Esperientzia onena lortzeko, arakatzaile eguneratua erabiltzea gomendatzen dizugu (edo Internet Explorer-en bateragarritasun modua desaktibatzea). Bitartean, laguntza jarraitua bermatzeko, gunea estilorik eta JavaScriptik gabe erakutsiko dugu.
Sui-Chongqing trenbidearen malda ikerketa-objektu gisa hartuta, lurzoruaren erresistentzia, lurzoruaren elektrokimika (korrosio-potentziala, erredox potentziala, potentzial-gradientea eta pHa), lurzoruaren anioiak (gatz disolbagarri totalak, Cl-, SO42- eta) eta lurzoruaren nutrizioa (hezetasun-edukia, materia organikoa, nitrogeno totala, alkali-hidrolizatutako nitrogenoa, fosforo eskuragarria, potasio eskuragarria) malda desberdinetan, korrosio-maila ebaluatu da lurzoru artifizialaren adierazle indibidualen eta adierazle integralen arabera. Beste faktore batzuekin alderatuta, urak du eragin handiena malda-babes sarearen korrosioan, eta ondoren anioien edukia. Gatz disolbagarri totalak eragin moderatua du malda-babes sarearen korrosioan, eta korronte galduak eragin moderatua du malda-babes sarearen korrosioan. Lurzoruaren laginen korrosio-maila sakonki ebaluatu da, eta goiko maldako korrosioa moderatua izan da, eta erdiko eta beheko maldetako korrosioa sendoa. Lurzoruko materia organikoa nabarmen lotuta zegoen potentzial-gradientearekin. Eskuragarri dagoen nitrogenoa, eskuragarri dagoen potasioa eta eskuragarri dagoen fosforoa nabarmen lotuta zeuden anioiekin. Lurzoruaren mantenugaien banaketa zeharka lotuta dago malda motarekin.
Trenbideak, autobideak eta ur-kontserbazio instalazioak eraikitzerakoan, mendi-irekidurak saihestezinak dira askotan. Hego-mendebaldeko mendiak direla eta, Txinako trenbideen eraikuntzak mendia asko induskatu behar du. Jatorrizko lurzorua eta landaredia suntsitzen ditu, malda harritsuak sortuz. Egoera honek luizi eta lurzoruaren higadura eragiten ditu, eta, beraz, trenbide-garraioaren segurtasuna arriskuan jartzen du. Lur-jausiak txarrak dira errepideko trafikoarentzat, batez ere 2008ko maiatzaren 12ko Wenchuan lurrikararen ondoren. Lur-jausiak lurrikara-hondamendi larri eta zabaldu bihurtu dira1. 2008an Sichuan probintziako 4.243 kilometroko errepide nagusien ebaluazioan, 1.736 lurrikara larri gertatu ziren errepide-zoruetan eta malden euskarri-hormetan, ebaluazioaren luzera osoaren % 39,76. Errepideen kalteen ondoriozko galera ekonomiko zuzenak 58.000 milioi yuan baino gehiago izan ziren 2,3. Mundu mailako adibideek erakusten dute lurrikararen ondorengo arrisku geoteknikoak gutxienez 10 urtez iraun dezaketela (Taiwango lurrikara) eta baita 40-50 urtez ere (Japoniako Kanto lurrikara) 4,5. Malda da lurrikararen arriskuan eragiten duen faktore nagusia 6,7. Beraz, beharrezkoa da errepidearen malda mantentzea eta haren egonkortasuna indartzea. Landareek ezinbesteko zeregina dute malden babesean eta paisaia ekologikoaren leheneratzean 8. Ohiko lur-maldekin alderatuta, arroka-maldek ez dute materia organikoa, nitrogenoa, fosforoa eta potasioa bezalako mantenugaien metaketarik, eta ez dute landarediaren hazkuntzarako beharrezko lurzoru-ingurunea. Malda handia eta euri-higadura bezalako faktoreengatik, maldako lurzorua erraz galtzen da. Malda-ingurunea gogorra da, falta zaio... landareen hazkuntzarako beharrezko baldintzak, eta maldako lurzoruak ez du euskarri-egonkortasunik9. Maldako lurzorua estaltzeko oinarrizko materialarekin ihinztatzea malda babesteko nire herrialdean ohikoa den malda ekologikoen leheneratze-teknologia da. Ihinztatzeko erabiltzen den lurzoru artifiziala harri xehatuz, nekazaritza-lurzoruz, lastoz, ongarri konposatuz, ura atxikitzen duen agentez eta itsasgarriz osatuta dago (ohiko itsasgarrien artean Portland zementua, kola organikoa eta asfalto emultsionatzailea daude) proportzio jakin batean. Prozesu teknikoa hauxe da: lehenik alanbre arantzadunak jarri arrokan, gero alanbre arantzadunak errematxe eta aingura-torlojuekin finkatu, eta azkenik haziak dituen lurzoru artifiziala ihinztatu maldan ihinztagailu berezi batekin. 14# diamante formako metalezko sare guztiz galbanizatua erabiltzen da gehienbat, 5cm × 5cm-ko sare estandarra eta 2 mm-ko diametroa duena. Metalezko sareak lurzoruaren matrizea arroka gainazalean xafla monolitiko iraunkor bat osatzea ahalbidetzen du. Metalezko sareak lurzoruan korrodituko da, lurzorua bera elektrolito bat baita, eta korrosio-maila lurzoruaren ezaugarrien araberakoa baita. Lurzoruaren korrosio-faktoreen ebaluazioa oso garrantzitsua da lurzoruak eragindako metalezko sarearen higadura ebaluatzeko eta luiziak ezabatzeko. arriskuak.
Landareen sustraiek funtsezko zeregina dutela uste da malden egonkortzean eta higaduraren kontrolean10,11,12,13,14. Maldak luizi txikien aurka egonkortzeko, landaredia erabil daiteke, landareen sustraiek lurra finkatu baitezakete luiziak saihesteko15,16,17. Zurezko landarediak, batez ere zuhaitzek, luizi txikiak saihesteko laguntzen du18. Landareen sustrai-sistemek, bertikalki eta lateralki, lurzoruan indartze-pilo gisa jokatzen dutenek, osatzen duten babes-egitura sendoa. Sustraien arkitektura-ereduen garapena geneek bultzatzen dute, eta lurzoruaren inguruneak funtsezko zeregina du prozesu horietan. Metalen korrosioa lurzoruaren ingurunearen araberakoa da20. Lurzoruko metalen korrosio-maila disoluzio nahiko azkarretik inpaktu hutsaleraino joan daiteke21. Lurzoru artifiziala oso desberdina da benetako "lurzorutik". Lurzoru naturalen eraketa kanpoko ingurunearen eta hainbat organismoren arteko elkarrekintzen emaitza da, hamarnaka milioi urtez22,23,24. Zurezko landarediak sustrai-sistema eta ekosistema egonkor bat osatu aurretik, sare metalikoak, arroka-maldarekin eta lurzoru artifizialarekin konbinatuta, segurtasunez funtziona dezakeen ala ez zuzenean lotuta dago ekonomia naturalaren garapenarekin, bizitzaren segurtasunarekin eta ingurune ekologikoaren hobekuntza.
Hala ere, metalen korrosioak galera handiak eragin ditzake. 1980ko hamarkadaren hasieran Txinan egindako ikerketa baten arabera, makineria kimikoari eta beste industria batzuei buruz, metalen korrosioak eragindako galerak ekoizpen-balio osoaren % 4 ziren. Beraz, oso garrantzitsua da korrosio-mekanismoa aztertzea eta eraikuntza ekonomikorako babes-neurriak hartzea. Lurzorua gas, likido, solido eta mikroorganismoen sistema konplexua da. Metabolito mikrobianoek materialak korroditu ditzakete, eta korronte galduek ere korrosioa eragin dezakete. Beraz, garrantzitsua da lurzoruan lurperatutako metalen korrosioa saihestea. Gaur egun, lurperatutako metalen korrosioari buruzko ikerketak batez ere honako hauetan jartzen du arreta: (1) lurperatutako metalen korrosioan eragina duten faktoreak25; (2) metalak babesteko metodoak26,27; (3) metalen korrosio-maila ebaluatzeko metodoak28; Korrosioa ingurune desberdinetan. Hala ere, ikerketako lurzoru guztiak naturalak ziren eta lurzoruaren eraketa-prozesu nahikoak jasan zituzten. Hala ere, ez dago trenbideetako arroka-maldetako lurzoruaren higadura artifizialari buruzko txostenik.
Beste korrosio-inguruneekin alderatuta, lurzoru artifizialak likidezia falta, heterogeneotasuna, sasoikotasuna eta eskualdekotasuna ditu ezaugarri. Lurzoru artifizialetako metalen korrosioa metalen eta lurzoru artifizialen arteko elkarrekintza elektrokimikoek eragiten dute. Faktore sortzaileez gain, metalen korrosio-tasa inguruko ingurunearen araberakoa ere bada. Hainbat faktorek eragiten dute metalen korrosioan, banaka edo konbinatuta, hala nola hezetasun-edukia, oxigeno-edukia, gatz disolbagarri totalaren edukia, anioi eta metal ioien edukia, pH-a, lurzoruko mikrobioak30,31,32.
30 urteko praktikan, lurzoru artifizialak betirako nola kontserbatu arazo bat izan da malda harritsuetan33. Zuhaixkak edo zuhaitzak ezin dira hazi malda batzuetan 10 urteko eskuzko zainketaren ondoren, lurzoruaren higaduraren ondorioz. Metalezko sarearen gainazaleko zikinkeria leku batzuetan garbitu egin zen. Korrosioaren ondorioz, metalezko sare batzuk pitzatu eta gainetik eta azpitik zegoen lur guztia galdu zuten (1. irudia). Gaur egun, trenbide-maldetako korrosioari buruzko ikerketak batez ere trenbide-azpiestazioko lur-sarearen korrosioan, trenbide arinek sortutako korronte galduen korrosioan eta trenbide-zubien korrosioan34,35, trenbideen eta beste ibilgailu-ekipoen korrosioan36 jartzen du arreta. Ez da jakinarazi trenbide-malda babesteko metalezko sarearen korrosioari buruz. Lan honek Suiyu Trenbidearen hego-mendebaldeko malda harritsuetan dauden lurzoru artifizialen propietate fisiko, kimiko eta elektrokimikoak aztertzen ditu, lurzoruaren propietateak ebaluatuz metalaren korrosioa aurreikustea helburu duena eta lurzoruaren ekosistemaren leheneratzea eta leheneratze artifiziala lortzeko oinarri teorikoa eta praktikoa ematea. Malda artifiziala.
Proba-gunea Sichuan-eko (30°32′N, 105°32′E) mendi-eremuan dago, Suining tren geltokitik gertu. Eremua Sichuan arroaren erdian dago, mendi eta muino baxuekin, egitura geologiko sinplearekin eta lur lauarekin. Higadurak, ebaketak eta uraren metaketak higatutako mendi-paisaiak sortzen dituzte. Oinarrizko arroka kareharria da batez ere, eta gainazaleko estaldura harea morea eta lokatz-harria. Osotasuna eskasa da, eta arroka bloke-egitura bat da. Ikerketa-eremuak klima montzoi heze subtropikala du, udaberri hasiera, uda beroa, udazken laburra eta negu amaierako urtaro-ezaugarriekin. Prezipitazioak ugariak dira, argi eta bero baliabideak ugariak dira, izozte gabeko aldia luzea da (batez beste 285 egun), klima epela da, urteko batez besteko tenperatura 17,4 °C da, hilabete beroenaren (abuztua) batez besteko tenperatura 27,2 °C da, eta tenperatura maximoa 39,3 °C da. Hilabete hotzena urtarrila da (batez besteko tenperatura 6,5 ​​°C da), muturreko tenperatura... gutxieneko tenperatura -3,8 °C-koa da, eta urteko batez besteko prezipitazioa 920 mm-koa da, batez ere uztailean eta abuztuan kontzentratua. Udaberriko, udako, udazkeneko eta neguko prezipitazioa oso aldakorra da. Urteko urtaro bakoitzeko prezipitazio proportzioa % 19-21, % 51-54, % 22-24 eta % 4-5 da, hurrenez hurren.
Ikerketa gunea 2003an eraikitako Yu-Sui trenbidearen magalean dagoen 45° inguruko malda batean dago. 2012ko apirilean, hegoaldera begira zegoen, Suining tren geltokitik kilometro 1era. Malda naturala erabili zen kontrol gisa. Maldaren leheneratze ekologikoak lurzoruaren ihinztadura teknologia erabiltzen du leheneratze ekologikorako. Trenbidearen alboko maldaren altueraren arabera, malda goranzko, erdiko eta beheranzko maldatan bana daiteke (2. irudia). Moztutako maldako lurzoru artifizialaren lodiera 10 cm ingurukoa denez, lurzoruaren sare metalikoaren korrosio produktuen kutsadura saihesteko, altzairu herdoilgaitzezko pala bat bakarrik erabili dugu lurzoruaren gainazala 0-8 cm-ra hartzeko. Lau errepikapen ezarri dira malda bakoitzarentzat, errepikapen bakoitzeko 15-20 ausazko laginketa punturekin. Errepikapen bakoitza S formako lerro-laginketa puntuetatik ausaz zehaztutako 15-20ren nahasketa da. Bere pisu freskoa 500 gramo ingurukoa da. Laginak laborategira itzuli polietilenozko ziplock poltsetan prozesatzeko. Lurzorua modu naturalean lehortzen da airean, eta legarra eta animalia eta landare hondakinak hartu, agata makila batekin xehatu eta 20 sareko eta 100 sareko nylon bahe batekin bahetzen dira, partikula lodiak izan ezik.
Lurzoruaren erresistentzia Shengli Instrument Company-k ekoitzitako VICTOR4106 lurrerako erresistentzia-probagailuarekin neurtu zen; lurzoruaren erresistentzia, berriz, landan neurtu zen; Lurzoruaren hezetasuna lehortze metodoaren bidez neurtu zen. DMP-2 mv/pH tresna digital eramangarriak sarrera inpedantzia handia du lurzoruaren korrosio potentziala neurtzeko. Potentzial gradientea eta erredox potentziala DMP-2 mv/pH digital eramangarriarekin zehaztu ziren, lurzoruko gatz disolbagarri totala hondar lehortze metodoaren bidez zehaztu zen, lurzoruko kloruro ioien edukia AgNO3 titrazio metodoaren bidez (Mohr metodoa) zehaztu zen, lurzoruko sulfato edukia EDTA titrazio metodo zeharkakoaren bidez zehaztu zen, lurzoruko karbonatoa eta bikarbonatoa zehazteko adierazle bikoitzaren titrazio metodoaren bidez, potasio dikromatoaren oxidazio berotze metodoaren bidez lurzoruko materia organikoa zehazteko, disoluzio alkalinoaren difusio metodoaren bidez lurzoruko hidrolisi alkalinoaren nitrogenoa zehazteko, H2SO4-HClO4 digestio Mo-Sb metodo kolorimetrikoa. Lurzoruko fosforo totala eta lurzoruko fosforo edukia Olsen metodoaren bidez zehaztu ziren (0,05 mol/L NaHCO3 disoluzioa erauzle gisa), eta lurzoruko potasio edukia sodio hidroxido fusio-garra fotometriaren bidez zehaztu zen.
Hasieran, datu esperimentalak sistematizatu ziren. SPSS Statistics 20 erabili zen batez bestekoa, desbideratze estandarra, ANOVA norabide bakarrekoa eta gizakien korrelazio-analisia egiteko.
1. taulan malda desberdineko lurzoruen propietate elektromekanikoak, anioiak eta mantenugaiak ageri dira. Malda desberdinen korrosio potentziala, lurzoruaren erresistentzia eta ekialde-mendebalde potentzial gradientea esanguratsuak izan ziren (P < 0,05). Malda beherako, erdiko eta malda naturalaren erredox potentzialak esanguratsuak izan ziren (P < 0,05). Trenbidearekiko perpendikularra den potentzial gradientea, hau da, iparralde-hegoaldeko potentzial gradientea, goranzko malda>beheranzko malda>erdiko malda da. Lurzoruaren pH balioa beheranzko malda>gora>erdiko malda>malda naturala ordenakoa zen. Gatz disolbagarri totala, malda naturala trenbideko malda baino nabarmen handiagoa zen (P < 0,05). Hirugarren mailako trenbideko maldako lurzoruaren gatz disolbagarri totalaren edukia 500 mg/kg-tik gorakoa da, eta gatz disolbagarri totalak eragin moderatua du metalen korrosioan. Lurzoruko materia organikoaren edukia altuena malda naturalean izan zen eta baxuena beheranzko maldan (P < 0,05). Nitrogeno totalaren edukia altuena erdiko maldan eta baxuena goranzko maldan izan zen; Nitrogeno edukia altuena beheranzko eta erdiko maldan izan zen, eta baxuena malda naturalean; trenbidearen goranzko eta beheranzko maldako nitrogeno eduki osoa txikiagoa zen, baina nitrogeno edukia altuagoa. Horrek adierazten du goranzko eta beheranzko nitrogeno organikoaren mineralizazio-tasa azkarra dela. Potasio edukia eskuragarri dagoen fosforoaren berdina da.
Lurzoruaren erresistentzia eroankortasun elektrikoa adierazten duen indizea da eta lurzoruaren korrosioa epaitzeko oinarrizko parametroa. Lurzoruaren erresistentzian eragina duten faktoreen artean daude hezetasun edukia, gatz disolbagarri totalaren edukia, pHa, lurzoruaren ehundura, tenperatura, materia organikoaren edukia, lurzoruaren tenperatura eta estutasuna. Oro har, erresistentzia txikiko lurzoruak korrosiboagoak dira, eta alderantziz. Erresistentzia erabiltzea lurzoruaren korrosioa epaitzeko hainbat herrialdetan erabili ohi den metodoa da. 1. taulan indize bakoitzerako korrosiotasun mailaren ebaluazio irizpideak agertzen dira37,38.
Nire herrialdeko proben emaitzen eta estandarren arabera (1. taula), lurzoruaren korrosibotasuna lurzoruaren erresistentziaren bidez soilik ebaluatzen bada, goranzko maldako lurzorua oso korrosiboa da; beheranzko maldako lurzorua neurriz korrosiboa da; erdiko maldako eta malda naturaleko lurzoruaren korrosibotasuna nahiko baxua da.
Goranzko maldako lurzoruaren erresistentzia maldako beste zati batzuetakoa baino nabarmen txikiagoa da, eta hori euri-higadurak eragin dezake. Goranzko maldako lurzorua urarekin batera erdiko maldara isurtzen da, eta, beraz, goranzko maldako metalezko babes-sarea lurzoruaren ondoan dago. Metalezko sare batzuk agerian geratu ziren eta baita airean esekita ere (1. irudia). Lurzoruaren erresistentzia tokian neurtu zen; piloteen arteko tartea 3 m-koa zen; piloteen sartzearen sakonera 15 cm-tik beherakoa zen. Metalezko sare biluzik eta herdoil zurituak neurketaren emaitzetan eragin dezakete. Beraz, ez da fidagarria lurzoruaren korrosibotasuna lurzoruaren erresistentzia-indizearen bidez soilik ebaluatzea. Korrosioaren ebaluazio integralean, goranzko maldako lurzoruaren erresistentzia ez da kontuan hartzen.
Hezetasun erlatibo handia dela eta, Sichuan eremuko aire heze iraunkorrak airean dagoen sare metalikoa lurzoruan lurperatutako sare metalikoa baino gehiago korroditzea eragiten du39. Alanbrezko sarearen airearen eraginpean egoteak zerbitzu-bizitza murriztu dezake, eta horrek goranzko lurzoruak ezegonkortu ditzake. Lurzoruaren galerak landareen, batez ere zurezko landareen, haztea zaildu dezake. Zurezko landareen faltagatik, zaila da sustrai-sistema bat sortzea goranzko lurra solidotzeko. Aldi berean, landareen hazkundeak lurzoruaren kalitatea hobetu eta lurzoruko humusaren edukia handitu dezake, eta horrek ez du ura atxikitzen bakarrik, baita animalien eta landareen hazkuntzarako eta ugalketarako ingurune ona eskaintzen ere, eta horrela lurzoruaren galera murriztu. Beraz, eraikuntzaren hasierako fasean, zurezko hazi gehiago erein behar dira goranzko maldan, eta ura atxikitzeko agentea etengabe gehitu eta film batekin estali behar da babesteko, euri-urak goranzko lurzoruaren higadura murrizteko.
Korrosio-potentziala hiru mailako maldan babes-sarearen korrosioan eragiten duen faktore garrantzitsua da, eta goranzko maldan du eragin handiena (2. taula). Baldintza normaletan, korrosio-potentziala ez da asko aldatzen ingurune jakin batean. Aldaketa nabarmena korronte galduek eragin dezakete. Korronte galduak errepide-zorura eta lurzoru-ingurunera isurtzen diren 40, 41, 42 korronteei egiten die erreferentzia, ibilgailuek garraio publikoa erabiltzen dutenean. Garraio-sistemaren garapenarekin, nire herrialdeko trenbide-garraio-sistemak elektrifikazio handia lortu du, eta ezin da alde batera utzi trenbide elektrifikatuetatik datorren korronte zuzeneko ihesak eragindako lurperatutako metalen korrosioa. Gaur egun, lurzoruaren potentzial-gradientea erabil daiteke lurzoruak korronte galduen asaldurak dituen zehazteko. Gainazaleko lurzoruaren potentzial-gradientea 0,5 mv/m baino txikiagoa denean, korronte galdua baxua da; potentzial-gradientea 0,5 mv/m eta 5,0 mv/m artekoa denean, korronte galdua moderatua da; Potentzial gradientea 5.0 mv/m baino handiagoa denean, korronte galduaren maila altua da. Malda ertaineko, goranzko eta beheranzko potentzial gradientearen (EW) tarte mugikorra 3. irudian ageri da. Tarte mugikorrari dagokionez, korronte galdu moderatuak daude malda ertaineko ekialde-mendebalde eta iparralde-hegoalde norabideetan. Beraz, korronte galdua faktore garrantzitsua da sare metalikoen korrosioan eragina duena malda ertainean eta beheranzkoan, batez ere malda ertainean.
Oro har, 400 mV-tik gorako lurzoruaren erredox potentzialak (Eh) oxidazio-gaitasuna adierazten du, 0-200 mV-tik gorako erredukzio-gaitasuna ertaina da, eta 0 mV-tik beherako erredukzio-gaitasun handia. Zenbat eta txikiagoa izan lurzoruaren erredox potentziala, orduan eta handiagoa da lurzoruko mikroorganismoen metalekiko korrosio-gaitasuna44. Lurzoruaren mikrobio-korrosioaren joera aurreikus daiteke erredox potentzialetik. Ikerketak aurkitu zuen hiru maldetako lurzoruaren erredox potentziala 500 mv-tik gorakoa zela, eta korrosio-maila oso txikia zela. Horrek erakusten du maldako lurzoruaren aireztapen-baldintza ona dela, eta hori ez dela lurzoruko mikroorganismo anaerobioen korrosiorako egokia.
Aurreko ikerketek aurkitu dute lurzoruaren pH-ak lurzoruaren higaduran duen eragina agerikoa dela. pH balioaren gorabeherak direla eta, metal materialen korrosio-tasa nabarmen eragiten da. Lurzoruaren pH-a estuki lotuta dago lurzoruko eremuarekin eta mikroorganismoekin45,46,47. Oro har, lurzoruaren pH-ak lurzoru apur bat alkalinoetan metal materialen korrosioan duen eragina ez da agerikoa. Hiru trenbide-maldetako lurzoru guztiak alkalinoak dira, beraz, pH-ak metal sarearen korrosioan duen eragina ahula da.
3. taulan ikus daitekeen bezala, korrelazio-analisiak erakusten du redox potentziala eta malda-posizioa positiboki korrelazionatuta daudela esanguratsuki (R2 = 0.858), korrosio-potentziala eta potentzial-gradientea (SN) positiboki korrelazionatuta daudela esanguratsuki (R2 = 0.755), eta redox potentziala eta potentzial-gradientea (SN) positiboki korrelazionatuta daudela esanguratsuki (R2 = 0.755). Potentzialaren eta pH-aren artean korrelazio negatibo esanguratsua zegoen (R2 = -0.724). Maldaren posizioa erredox potentzialarekin positiboki korrelazionatu zen esanguratsuki. Horrek erakusten du malda-posizio desberdinen mikroingurunean desberdintasunak daudela, eta lurzoruko mikroorganismoak estuki lotuta daudela erredox potentzialarekin48, 49, 50. Erredox potentziala negatiboki korrelazionatu zen pH-arekin51,52. Erlazio honek adierazten zuen pH eta Eh balioak ez zirela beti sinkronizatuki aldatzen lurzoruko erredox prozesuan zehar, baizik eta erlazio lineal negatiboa zutela. Metalen korrosio-potentzialak elektroiak irabazteko eta galtzeko gaitasun erlatiboa adieraz dezake. Korrosio-potentziala potentzial-gradientearekin (SN) positiboki korrelazionatu bazen ere, potentzial-gradientea metalak elektroiak erraz galtzeak eragin dezake.
Lurzoruko gatz disolbagarri osoaren edukia lurzoruaren korrosibotasunarekin oso lotuta dago. Oro har, zenbat eta gazitasun handiagoa izan, orduan eta txikiagoa da lurzoruaren erresistentzia, eta horrela handitu egiten da lurzoruaren erresistentzia. Lurzoruko elektrolitoetan, anioiak eta tarte aldakorrak ez ezik, korrosioaren eraginak ere karbonatoak, kloruroak eta sulfatoak dira batez ere. Gainera, lurzoruko gatz disolbagarri osoaren edukiak zeharka eragiten du korrosioan beste faktore batzuen eraginaren bidez, hala nola metalen elektrodo potentzialaren efektuaren eta lurzoruaren oxigenoaren disolbagarritasunaren efektuaren bidez53.
Lurzoruan dauden gatz disoziatu ioi disolbagarri gehienek ez dute zuzenean parte hartzen erreakzio elektrokimikoetan, baina metalen korrosioan eragiten dute lurzoruaren erresistentziaren bidez. Zenbat eta handiagoa izan lurzoruaren gazitasuna, orduan eta handiagoa izango da lurzoruaren eroankortasuna eta orduan eta handiagoa izango da lurzoruaren higadura. Malda naturalen lurzoruaren gazitasun edukia nabarmen handiagoa da trenbideetako maldetakoa baino, eta hori izan daiteke malda naturalak landarediz aberatsak direlako, eta hori lagungarria da lurzoruaren eta uraren kontserbaziorako. Beste arrazoi bat izan daiteke malda naturalak lurzoru helduaren eraketa izan duela (harri-meteorizazioak sortutako lurzoruaren jatorrizko materiala), baina trenbideko maldako lurzorua harri xehatu zatiez osatuta dagoela "lurzoru artifizialaren" matrize gisa, eta ez duela lurzoruaren eraketa prozesu nahikorik jasan. Mineralak ez dira askatzen. Gainera, malda naturalen lurzoru sakoneko gatz ioiak kapilaritate ekintzaren bidez igo ziren gainazaleko lurruntzean eta gainazaleko lurzoruan pilatu ziren, eta horrek gainazaleko lurzoruko gatz ioien edukia handitzea eragin zuen. Trenbideko maldaren lurzoruaren lodiera 20 cm baino txikiagoa da, eta ondorioz, lurzoruaren gainazalak ezin du lurzoru sakoneko gatza osatu.
Ioi positiboek (adibidez, K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+, etab.) eragin txikia dute lurzoruaren korrosioan, anioiek, berriz, korrosioaren prozesu elektrokimikoan zeregin garrantzitsua dute eta metalen korrosioan eragin handia dute. Cl−-k anodoaren korrosioa bizkortu dezake eta anioirik korrosiboena da; zenbat eta Cl− edukia handiagoa izan, orduan eta indartsuagoa da lurzoruaren korrosioa. SO42−-k ez du altzairuaren korrosioa sustatzen bakarrik, baita hormigoi-material batzuetan ere korrosioa eragiten du54. Burdina ere korroditzen du. Lurzoru azidoen esperimentu-serie batean, korrosio-tasa lurzoruaren azidotasunarekiko proportzionala zela ikusi zen55. Kloruroa eta sulfatoa dira gatz disolbagarrien osagai nagusiak, eta metalen kabitazioa zuzenean bizkortu dezakete. Ikerketek erakutsi dute karbono-altzairuaren korrosio-pisu galera lurzoru alkalinoetan ia proportzionala dela kloruro eta sulfato ioien gehikuntzarekin56,57. Lee et al.-ek aurkitu zuten SO42--k korrosioa oztopatu dezakeela, baina dagoeneko sortu diren korrosio-zuloen garapena sustatzen duela58.
Lurzoruaren korrosibotasunaren ebaluazio-arauaren eta proben emaitzen arabera, malda bakoitzeko lurzoru-laginetan kloruro ioien edukia 100 mg/kg-tik gorakoa zen, eta horrek lurzoruaren korrosibotasun handia adierazten du. Goranzko eta beheranzko maldetako sulfato ioien edukia 200 mg/kg-tik gorakoa eta 500 mg/kg-tik beherakoa zen, eta lurzorua neurriz korrodituta zegoen. Erdiko maldako sulfato ioien edukia 200 mg/kg-tik beherakoa da, eta lurzoruaren korrosioa ahula da. Lurzoru-inguruneak kontzentrazio handia duenean, erreakzioan parte hartuko du eta korrosio-eskala sortuko du metalezko elektrodoaren gainazalean, eta horrela korrosio-erreakzioa motelduko du. Kontzentrazioa handitzen den heinean, eskala bat-batean hautsi daiteke, eta horrela korrosio-tasa asko bizkortuko da; kontzentrazioa handitzen jarraitzen duen heinean, korrosio-eskalak metalezko elektrodoaren gainazala estaltzen du, eta korrosio-tasak berriro ere moteltze-joera erakusten du59. Ikerketak aurkitu zuen lurzoruan zegoen kantitatea txikiagoa zela eta, beraz, eragin txikia zuela korrosioan.
4. taularen arabera, maldaren eta lurzoruko anioien arteko korrelazioak erakutsi zuen korrelazio positibo esanguratsua zegoela maldaren eta kloruro ioien artean (R2=0,836), eta korrelazio positibo esanguratsua maldaren eta gatz disolbagarri guztien artean (R2=0,742).
Horrek iradokitzen du gainazaleko isurketa eta lurzoruaren higadura izan daitezkeela lurzoruko gatz disolbagarri guztien aldaketen erantzule. Korrelazio positibo esanguratsua zegoen gatz disolbagarri guztien eta kloruro ioien artean, agian gatz disolbagarri guztiak kloruro ioien multzoa direlako, eta gatz disolbagarri guztien edukiak lurzoruko disoluzioetako kloruro ioien edukia zehazten duelako. Beraz, jakin dezakegu malda-aldeak sare metalikoaren zatiaren korrosio larria eragin dezakeela.
Materia organikoa, nitrogeno totala, nitrogeno eskuragarria, fosforo eskuragarria eta potasio eskuragarria lurzoruaren oinarrizko mantenugaiak dira, eta lurzoruaren kalitatean eta sustrai-sistemak mantenugaiak xurgatzen dituen moduan eragiten dute. Lurzoruko mantenugaiak lurzoruko mikroorganismoetan eragina duten faktore garrantzitsuak dira, beraz, merezi du aztertzea lurzoruko mantenugaien eta metalen korrosioaren arteko korrelaziorik dagoen. Suiyu trenbidea 2003an amaitu zen, eta horrek esan nahi du lurzoru artifizialak 9 urteko metaketa baino ez duela izan materia organikoaren mailan. Lurzoru artifizialaren berezitasunagatik, beharrezkoa da lurzoru artifizialeko mantenugaiak ondo ulertzea.
Ikerketak erakusten du materia organikoaren edukia altuena dela malda naturaleko lurzoruan, lurzoruaren eraketa-prozesu osoaren ondoren. Malda baxuko lurzoruko materia organikoaren edukia baxuena izan zen. Eguraldiaren eta gainazaleko isurketaren eraginagatik, lurzoruko mantenugaiak erdiko eta beherako maldan metatuko dira, humus geruza lodi bat osatuz. Hala ere, malda baxuko lurzoruaren partikula txikien eta egonkortasun eskasaren ondorioz, materia organikoa erraz deskonposatzen dute mikroorganismoek. Ikerketak aurkitu zuen erdiko eta beherako maldako landaredi-estaldura eta dibertsitatea handiak zirela, baina homogeneotasuna baxua zela, eta horrek gainazaleko mantenugaien banaketa irregularra eragin dezakeela. Humus geruza lodi batek ura eusten du eta lurzoruko organismoak aktibo daude. Horrek guztiak lurzoruko materia organikoaren deskonposizioa bizkortzen du.
Goranzko, erdiko eta beheranzko trenbideen alkali-hidrolizatutako nitrogeno edukia malda naturalarena baino handiagoa zen, eta horrek adierazten du trenbide-maldaren nitrogeno organikoaren mineralizazio-tasa malda naturalarena baino nabarmen handiagoa zela. Zenbat eta partikula txikiagoak izan, orduan eta ezegonkorragoa da lurzoruaren egitura, orduan eta errazagoa da mikroorganismoek agregatuetako materia organikoa deskonposatzea, eta orduan eta handiagoa da mineralizatutako nitrogeno organikoaren multzoa60,61.62 ikerketaren emaitzekin bat etorriz, trenbide-maldetako lurzoruan partikula txikiko agregatuen edukia malda naturalena baino nabarmen handiagoa zen.Beraz, neurri egokiak hartu behar dira trenbide-maldako lurzoruan ongarri, materia organikoaren eta nitrogenoaren edukia handitzeko, eta lurzoruaren erabilera jasangarria hobetzeko.Gainazaleko isurketak eragindako fosforo eta potasio erabilgarriaren xahuketak trenbide-maldaren galera osoaren % 77,27tik % 99,79ra eragin zuen.Gainazaleko isurketa izan daiteke maldako lurzoruetan mantenugai eskuragarrien galeraren eragile nagusia63,64,65.
4. taulan erakusten den bezala, maldaren posizioaren eta eskuragarri dagoen fosforoaren artean korrelazio positibo esanguratsua zegoen (R2=0,948), eta maldaren posizioaren eta eskuragarri dagoen potasioaren arteko korrelazioa berdina zen (R2=0,898). Horrek erakusten du maldaren posizioak lurzoruko eskuragarri dagoen fosforoaren eta eskuragarri dagoen potasioaren edukian eragina duela.
Gradientea lurzoruko materia organikoaren edukian eta nitrogenoaren aberastasunean eragiten duen faktore garrantzitsua da66, eta zenbat eta txikiagoa izan gradientea, orduan eta handiagoa da aberastasun-tasa. Lurzoruko mantenugaien aberasteari dagokionez, mantenugaien galera ahuldu egin zen, eta maldaren posizioak lurzoruko materia organikoaren edukian eta nitrogenoaren aberastasun osoan zuen eragina ez zen agerikoa. Malda desberdinetako landare mota eta kopuru desberdinek landareen sustraiek jariatzen dituzten azido organiko desberdinak dituzte. Azido organikoak onuragarriak dira lurzoruan eskuragarri dagoen fosforoa eta eskuragarri dagoen potasioa finkatzeko. Beraz, korrelazio esanguratsua zegoen maldaren posizioaren eta eskuragarri dagoen fosforoaren, eta maldaren posizioaren eta eskuragarri dagoen potasioaren artean.
Lurzoruko mantenugaien eta lurzoruaren korrosioaren arteko erlazioa argitzeko, korrelazioa aztertu behar da. 5. taulan erakusten den bezala, erredox potentziala negatiboki korrelazionatuta zegoen eskuragarri dagoen nitrogenoarekin (R2 = -0,845) eta positiboki korrelazionatuta eskuragarri dagoen fosforoarekin (R2 = 0,842) eta eskuragarri dagoen potasioarekin (R2 = 0,980). Erredox potentzialak erredoxaren kalitatea islatzen du, normalean lurzoruaren propietate fisiko eta kimiko batzuek eragiten dutena, eta ondoren lurzoruaren propietate-serie bati eragiten diona. Beraz, faktore garrantzitsua da lurzoruaren mantenugaien eraldaketaren norabidea zehazteko67. Erredox kalitate desberdinek faktore nutrizionalen egoera eta erabilgarritasun desberdinak sor ditzakete. Beraz, erredox potentzialak korrelazio esanguratsua du eskuragarri dagoen nitrogenoarekin, eskuragarri dagoen fosforoarekin eta eskuragarri dagoen potasioarekin.
Metalen propietateez gain, korrosio-potentziala lurzoruaren propietateekin ere lotuta dago. Korrosio-potentziala materia organikoarekin negatiboki korrelazionatu zen nabarmen, eta horrek adierazten du materia organikoak korrosio-potentzialean eragin nabarmena zuela. Gainera, materia organikoa potentzial-gradientearekin (SN) (R2=-0,713) eta sulfato ioiarekin (R2=-0,671) ere negatiboki korrelazionatu zen nabarmen, eta horrek adierazten du materia organikoaren edukiak potentzial-gradientean (SN) eta sulfato ioian ere eragina duela. Korrelazio negatibo esanguratsua zegoen lurzoruaren pH-aren eta eskuragarri dagoen potasioaren artean (R2 = -0,728).
Nitrogeno eskuragarria nabarmen negatiboki korrelazionatuta zegoen gatz disolbagarri totalekin eta kloruro ioiekin, eta fosforo eskuragarria eta potasio eskuragarria nabarmen positiboki korrelazionatuta zeuden gatz disolbagarri totalekin eta kloruro ioiekin. Horrek adierazten zuen eskuragarri dagoen mantenugaien edukiak lurzoruko gatz disolbagarri totalen eta kloruro ioien kopuruan eragin handia zuela, eta lurzoruko anioiak ez zirela lagungarriak mantenugai eskuragarrien metaketa eta hornidurarako. Nitrogeno osoa nabarmen negatiboki korrelazionatuta zegoen sulfato ioiarekin, eta nabarmen positiboki bikarbonatoarekin, eta horrek adierazten du nitrogeno osoak eragina zuela sulfato eta bikarbonato edukian. Landareek sulfato ioien eta bikarbonato ioien behar gutxi dute, beraz, gehienak libre daude lurzoruan edo lurzoruko koloideek xurgatzen dituzte. Bikarbonato ioiek lurzoruan nitrogenoaren metaketa sustatzen dute, eta sulfato ioiek lurzoruko nitrogenoaren erabilgarritasuna murrizten dute. Beraz, lurzoruan eskuragarri dagoen nitrogeno eta humusaren edukia behar bezala handitzea onuragarria da lurzoruaren korrosibotasuna murrizteko.
Lurzorua konposizio eta propietate konplexuak dituen sistema bat da. Lurzoruaren korrosibotasuna faktore askoren ekintza sinergikoaren emaitza da. Hori dela eta, ebaluazio-metodo integral bat erabiltzen da, oro har, lurzoruaren korrosibotasuna ebaluatzeko. "Geoteknia Ingeniaritza Ikerketarako Kodea" (GB50021-94) eta Txinako Lurzoruaren Korrosioaren Proba Sarearen proba-metodoak erreferentziatzat hartuta, lurzoruaren korrosio-maila modu integralean ebaluatu daiteke honako estandar hauen arabera: (1) Ebaluazioa korrosio ahula da, korrosio ahula bakarrik bada, ez dago korrosio moderaturik edo korrosio sendorik; (2) korrosio sendorik ez badago, korrosio moderatu gisa ebaluatzen da; (3) korrosio sendoko leku bat edo bi badaude, korrosio sendo gisa ebaluatzen da; (4) korrosio sendoko 3 leku edo gehiago badaude, korrosio sendo gisa ebaluatzen da korrosio larria bada.
Lurzoruaren erresistentziaren, erredox potentzialaren, ur edukiaren, gatz edukiaren, pH balioaren eta Cl- eta SO42- edukiaren arabera, malda desberdinetako lurzoru laginen korrosio mailak sakonki ebaluatu ziren. Ikerketaren emaitzek erakusten dute malda guztietako lurzoruak oso korrosiboak direla.
Korrosio-potentziala malda-babes sarearen korrosioan eragina duen faktore garrantzitsua da. Hiru malden korrosio-potentzialak -200 mv baino txikiagoak dira, eta horrek eragin handiena du goranzko metalezko sarearen korrosioan. Potentzial-gradientea erabil daiteke lurzoruko korronte galduaren magnitudea epaitzeko. Korronte galdua metalezko sarearen korrosioan eragina duen faktore garrantzitsua da erdiko maldetan eta goranzko maldetan, batez ere erdiko maldetan. Goiko, erdiko eta beheko maldetako lurzoruetan gatz disolbagarrien edukia 500 mg/kg-tik gorakoa zen guztietan, eta malda-babes sarean izandako korrosio-efektua moderatua izan zen. Lurzoruko ur-edukia erdiko maldetan eta beheranzko sare metalikoen korrosioan eragiten duen faktore garrantzitsua da, eta eragin handiagoa du malda-babes sareen korrosioan. Mantenugaiak ugarienak dira erdiko maldako lurzoruan, eta horrek adierazten du jarduera mikrobiano maiz daudela eta landareen hazkunde azkarra dagoela.
Ikerketak erakusten du korrosio-potentziala, potentzial-gradientea, gatz disolbagarri totalaren edukia eta uraren edukia direla hiru maldetan lurzoruaren korrosioan eragina duten faktore nagusiak, eta lurzoruaren korrosiotasuna sendoa dela ebaluatu da. Malda babes-sarearen korrosioa erdiko maldan da larriena, eta horrek erreferentzia bat ematen du trenbide-malda babes-sarearen korrosioaren aurkako diseinurako. Eskuragarri dagoen nitrogeno eta ongarri organikoa behar bezala gehitzea onuragarria da lurzoruaren korrosioa murrizteko, landareen hazkundea errazteko eta, azkenik, malda egonkortzeko.
Artikulu hau nola aipatu: Chen, J. et al. Lurzoruaren konposizioaren eta elektrokimikaren eraginak Txinako trenbide-linea bateko arroka-malda sarearen korrosioan.science.Rep. 5, 14939; doi: 10.1038/srep14939 (2015).
Lin, YL eta Yang, GL Trenbideen azpiko malden ezaugarri dinamikoak lurrikararen kitzikapenaren pean. hondamendi naturala. 69, 219–235 (2013).
Sui Wang, J. et al. Sichuan probintziako Wenchuan lurrikara-eremuan errepideetan lurrikara-kalte tipikoen azterketa [J]. Arroka Mekanikako eta Ingeniaritzako Txinako Aldizkaria. 28, 1250–1260 (2009).
Weilin, Z., Zhenyu, L. eta Jinsong, J. Wenchuango lurrikararen ondoriozko errepide-zubien kalte sismikoen azterketa eta neurriak. Arroka Mekanikoen eta Ingeniaritzaren Txinako Aldizkaria. 28, 1377–1387 (2009).
Lin, CW, Liu, SH, Lee, SY eta Liu, CC Chichiko lurrikararen eragina Taiwan erdialdean ondorengo euriteek eragindako luizietan. Engineering Geology.86, 87–101 (2006).
Koi, T. et al. Lurrikarak eragindako luiziek sedimentuen ekoizpenean dituzten epe luzeko ondorioak mendi-arro batean: Tanzawa eskualdea, Japonia. geomorfologia. 101, 692–702 (2008).
Hongshuai, L., Jingshan, B. eta Dedong, L. Malda geoteknikoen egonkortasun sismikoaren analisiari buruzko ikerketaren berrikuspena. Lurrikaren Ingeniaritza eta Ingeniaritza Bibrazioa. 25, 164–171 (2005).
Yue Ping, Sichuan-eko Wenchuan lurrikarak eragindako arrisku geologikoei buruzko ikerketa. Journal of Engineering Geology 4, 7–12 (2008).
Ali, F. Malda babestea landarediarekin: landare tropikal batzuen sustraien mekanika. Zientzia Fisikoen Nazioarteko Aldizkaria.5, 496–506 (2010).
Takyu, M., Aiba, SI eta Kitayama, K. Kinabalu mendiko (Borneo) baso tropikal baxuetan dituzten efektu topografikoak baldintza geologiko desberdinetan. Plant Ecology.159, 35–49 (2002).
Stokes, A. et al. Landareen sustraien ezaugarri idealak luizietatik malda naturalak eta diseinatuak babesteko. Landareak eta Lurzoruak, 324, 1-30 (2009).
De Baets, S., Poesen, J., Gyssels, G. eta Knapen, A. Belar sustraien eraginak lurzoruaren higaduran fluxu kontzentratuan. Geomorphology 76, 54–67 (2006).