Köszönjük, hogy felkereste a Nature.com weboldalt. Az Ön által használt böngészőverzió korlátozottan támogatja a CSS-t. A legjobb élmény érdekében javasoljuk, hogy használjon egy frissített böngészőt (vagy kapcsolja ki a kompatibilitási módot az Internet Explorerben). Időközben a folyamatos támogatás biztosítása érdekében stílusok és JavaScript nélkül jelenítjük meg az oldalt.
A Sui-Chongqing vasútvonal rézsűjét vizsgáltuk, meghatározva a talaj ellenállását, a talaj elektrokémiáját (korróziós potenciál, redoxpotenciál, potenciálgradiens és pH), a talajanionokat (összes oldható só, Cl-, SO42- és) és a talaj tápanyagtartalmát (nedvességtartalom, szerves anyag, összes nitrogén, alkáli-hidrolizált nitrogén, rendelkezésre álló foszfor, rendelkezésre álló kálium). Különböző rézsűk alatt a korróziós fokozatot az egyes mutatók és a mesterséges talaj átfogó mutatói alapján értékeltük. Más tényezőkhöz képest a víznek van a legnagyobb hatása a rézsűvédő háló korróziójára, ezt követi az aniontartalom. Az összes oldható só mérsékelt hatással van a rézsűvédő háló korróziójára, a kóboráram pedig mérsékelt hatással van a rézsűvédő háló korróziójára. A talajminták korróziós fokát átfogóan értékeltük, és a felső lejtőn a korrózió mérsékelt, a középső és alsó lejtőkön pedig erős volt. A talajban lévő szerves anyag szignifikánsan korrelált a potenciálgradienssel. A rendelkezésre álló nitrogén, a rendelkezésre álló kálium és a rendelkezésre álló foszfor szignifikánsan korrelált az anionokkal. A talaj tápanyagainak eloszlása ​​közvetve összefügg a lejtő típusával.
Vasutak, autópályák és vízgazdálkodási létesítmények építésekor a hegyoldalak áttörése gyakran elkerülhetetlen. A délnyugati hegyek miatt Kína vasútépítése sok hegyi földmunkát igényel. Ez elpusztítja az eredeti talajt és növényzetet, csupasz sziklás lejtőket hozva létre. Ez a helyzet földcsuszamlásokhoz és talajerózióhoz vezet, veszélyeztetve ezzel a vasúti közlekedés biztonságát. A földcsuszamlások károsak a közúti forgalomra, különösen a 2008. május 12-i wenchuani földrengés után. A földcsuszamlások széles körben elterjedt és súlyos földrengéskatasztrófává váltak. Szecsuán tartomány 4243 kilométernyi kulcsfontosságú főútjának 2008-as értékelése során 1736 súlyos földrengéskatasztrófa történt az útalapokban és a lejtők támfalaiban, ami az értékelés teljes hosszának 39,76%-át tette ki. Az útkárokból eredő közvetlen gazdasági veszteség meghaladta az 58 milliárd jüant 2,3. A globális példák azt mutatják, hogy a földrengés utáni geohazardok legalább 10 évig (tajvani földrengés), sőt akár 40-50 évig is eltarthatnak (kantói földrengés Japánban) 4,5. A lejtő a földrengésveszélyt befolyásoló fő tényező 6,7. Ezért fontos fenntartani az út lejtését és megerősíteni annak stabilitását. A növények pótolhatatlan szerepet játszanak a lejtők védelmében és az ökológiai táj helyreállításában 8. A hagyományos talajlejtőkkel összehasonlítva a sziklás lejtőkön nem halmozódnak fel tápanyagok, például szerves anyag, nitrogén, foszfor és kálium, és nincs meg rajtuk a növényzet növekedéséhez szükséges talajkörnyezet. Az olyan tényezők miatt, mint a nagy lejtő és az esőerózió, a lejtő talaja könnyen elveszik. A lejtő környezete zord, hiányzik a A növények növekedéséhez szükséges feltételek hiányoznak, és a lejtő talajának nincs megfelelő tartószerkezete.9. A lejtő védelmére szolgáló alapanyaggal történő lejtőpermetezés egy gyakran használt lejtőökológiai helyreállítási technológia hazánkban. A permetezéshez használt mesterséges talaj zúzott kőből, termőföldből, szalmából, összetett műtrágyából, vízvisszatartó szerből és ragasztóból (az általánosan használt ragasztók közé tartozik a portlandcement, a szerves ragasztó és az aszfalt emulgeálószer) ​​bizonyos arányban áll. A technikai folyamat a következő: először szögesdrótot fektetnek a sziklára, majd szegecsekkel és horgonycsavarokkal rögzítik a szögesdrótot, végül pedig speciális permetezővel permetezik a magokat tartalmazó mesterséges talajt a lejtőre. Leginkább a teljesen horganyzott, 14#-os gyémánt alakú fémhálót használják, amelynek hálómérete 5cm × 5cm, átmérője 2mm. A fémháló lehetővé teszi, hogy a talajmátrix tartós monolitikus födémet képezzen a sziklafelületen. A fémháló korrodálódik a talajban, mivel maga a talaj elektrolit, és a korrózió mértéke a talaj tulajdonságaitól függ. A talajkorróziós tényezők értékelése nagy jelentőséggel bír a talaj okozta fémháló eróziójának értékeléséhez és a földcsuszamlásveszélyek kiküszöböléséhez.
Úgy tartják, hogy a növények gyökerei kulcsszerepet játszanak a lejtők stabilizálásában és az erózió szabályozásában10,11,12,13,14. A növényzet felhasználható a lejtők sekély földcsuszamlások elleni stabilizálására, mivel a növényi gyökerek rögzíthetik a talajt, megakadályozva ezzel a földcsuszamlásokat15,16,17. A fás szárú növényzet, különösen a fák, segítenek megelőzni a sekély földcsuszamlásokat18. A növények függőleges és oldalirányú gyökérrendszerei által alkotott erős védőszerkezet, amely megerősítő cölöpökként működik a talajban. A gyökérzet architektúrájának mintázatát a gének vezérlik, és a talajkörnyezet döntő szerepet játszik ezekben a folyamatokban. A fémek korróziója a talajkörnyezettől függően változik20. A fémek korróziójának mértéke a talajban a meglehetősen gyors oldódástól az elhanyagolható hatásig21 terjedhet. A mesterséges talaj nagyon különbözik a valódi „talajtól”. A természetes talajok kialakulása a külső környezet és a különböző élőlények közötti több tízmillió éven át tartó kölcsönhatások eredménye22,23,24. Mielőtt a fás szárú növényzet stabil gyökérrendszert és ökoszisztémát alkotna, az, hogy a fémháló a sziklalejtővel és a mesterséges talajjal kombinálva biztonságosan működhet-e, közvetlenül összefügg a természetes gazdaság fejlődésével, az élet biztonságával és a az ökológiai környezet javítása.
A fémek korróziója azonban hatalmas veszteségekhez vezethet. Egy, az 1980-as évek elején Kínában vegyipari gépek és más iparágak körében végzett felmérés szerint a fémek korróziója okozta veszteségek a teljes termelési érték 4%-át tették ki. Ezért nagy jelentőséggel bír a korróziós mechanizmus tanulmányozása és a gazdasági építkezéshez szükséges védőintézkedések megtétele. A talaj gázok, folyadékok, szilárd anyagok és mikroorganizmusok összetett rendszere. A mikrobiális metabolitok korrodálhatják az anyagokat, és a kóboráramok is korróziót okozhatnak. Ezért fontos megakadályozni a talajban eltemetett fémek korrózióját. Jelenleg az eltemetett fémek korróziójával kapcsolatos kutatások főként a következőkre összpontosítanak: (1) az eltemetett fémek korrózióját befolyásoló tényezők25; (2) a fémvédelmi módszerek26,27; (3) a fémek korróziójának mértékének megítélési módszerei28; Korrózió különböző közegekben. A vizsgálatban szereplő összes talaj azonban természetes volt, és megfelelő talajképződési folyamatokon ment keresztül. A vasúti kőzetlejtők mesterséges talajeróziójáról azonban nem számoltak be.
Más korrozív közegekkel összehasonlítva a mesterséges talaj illikviditás, heterogenitás, szezonalitás és regionális jelleg jellemzőkkel bír. A mesterséges talajokban a fémek korrózióját a fémek és a mesterséges talajok közötti elektrokémiai kölcsönhatások okozzák. A veleszületett tényezők mellett a fémek korróziójának sebessége a környező környezettől is függ. Számos tényező befolyásolja a fémek korrózióját külön-külön vagy kombinációban, például a nedvességtartalom, az oxigéntartalom, az összes oldható sótartalom, az anion- és fémiontartalom, a pH, a talajmikrobák30,31,32.
A 30 éves gyakorlat során problémát jelentett a sziklás lejtőkön található mesterséges talajok tartós megőrzésének kérdése33. Egyes lejtőkön a cserjék vagy fák 10 évnyi kézi gondozás után sem tudnak megnőni a talajerózió miatt. A fémháló felületén lévő szennyeződés egyes helyeken lemosódott. A korrózió miatt egyes fémhálók megrepedtek, és elvesztették az összes talajt felettük és alattuk (1. ábra). Jelenleg a vasúti lejtők korróziójával kapcsolatos kutatások főként a vasúti alállomás földelőrácsának korróziójára, a könnyűvasutak által generált kóboráram-korrózióra, valamint a vasúti hidak34,35, sínek és egyéb járműberendezések36 korróziójára összpontosítanak. A vasúti lejtővédő fémháló korróziójáról nem érkeztek jelentések. Ez a tanulmány a Suiyu vasút délnyugati sziklalejtőjén található mesterséges talajok fizikai, kémiai és elektrokémiai tulajdonságait vizsgálja, azzal a céllal, hogy a talajtulajdonságok felmérésével előre jelezze a fémkorróziót, és elméleti és gyakorlati alapot nyújtson a talaj-ökoszisztéma helyreállításához és a mesterséges helyreállításhoz. Mesterséges lejtő.
A teszthelyszín Szecsuán dombos vidékén (É. sz. 30°32′, K. sz. 105°32′) található, a Suining vasútállomás közelében. A terület a Szecsuáni-medence közepén található, alacsony hegyekkel és dombokkal, egyszerű geológiai szerkezettel és sík tereppel. Az erózió, a bemélyedések és a víz felhalmozódása erodált dombos tájakat hoz létre. Az alapkőzet főként mészkő, a fedőréteg pedig főként lila homok és agyagkő. Az integritás gyenge, a kőzet tömbös szerkezetű. A vizsgálati területen szubtrópusi párás monszun éghajlat uralkodik, kora tavasz, forró nyár, rövid ősz és késő tél szezonális jellemzőivel. Bőséges a csapadék, a fény- és hőforrások bőségesek, a fagymentes időszak hosszú (átlagosan 285 nap), az éghajlat enyhe, az éves átlaghőmérséklet 17,4°C, a legmelegebb hónap (augusztus) átlaghőmérséklete 27,2°C, a szélsőséges maximumhőmérséklet pedig 39,3°C. A leghidegebb hónap január (az átlaghőmérséklet 6,5°C), a szélsőséges minimumhőmérséklet pedig -3,8°C, az éves átlagos csapadékmennyiség pedig 920 mm, főként júliusban és augusztusban koncentrálódik. A tavaszi, nyári, őszi és téli csapadékmennyiség nagyban változik. Az év egyes évszakaiban a csapadék aránya rendre 19-21%, 51-54%, 22-24% és 4-5%.
A kutatási helyszín a 2003-ban épült Yu-Sui vasútvonal lejtőjén található, körülbelül 45°-os lejtőn. 2012 áprilisában délre nézett, a Suining vasútállomástól 1 km-re. Kontrollként a természetes lejtőt használtuk. A lejtő ökológiai helyreállítása külföldi talajszórási technológiát alkalmaz. A vasúti oldali lejtő magassága szerint a lejtő felosztható emelkedő, középlejtő és lejtő részre (2. ábra). Mivel a vágott lejtő mesterséges talajának vastagsága körülbelül 10 cm, a talaj fémhálójának korróziós termékeinek szennyeződésének elkerülése érdekében csak rozsdamentes acél lapátot használtunk a talajfelszín 0-8 cm-es vételéhez. Minden lejtőpozícióhoz négy ismétlést állítottunk be, ismétlésenként 15-20 véletlenszerű mintavételi ponttal. Minden ismétlés 15-20 véletlenszerűen S alakú vonalmintavételi pontból kiválasztott minta keveréke. Friss tömege körülbelül 500 gramm. A mintákat polietilén cipzáras zacskókban hoztuk vissza a laboratóriumba feldolgozásra. A talajt természetes úton levegőn szárítottuk, a kavicsot, az állati és növényi maradványokat kiválasztottuk, achátpálcával összetörtük, majd a durva részecskék kivételével 20, 100 mesh-es nejlonszitán átszitáltuk.
A talaj ellenállását a Shengli Instrument Company által gyártott VICTOR4106 földelési ellenállásmérővel mérték; a talaj ellenállását terepen mérték; a talaj nedvességtartalmát szárítási módszerrel mérték. A DMP-2 hordozható digitális mv/pH műszer nagy bemeneti impedanciával rendelkezik a talaj korróziós potenciáljának mérésére. A potenciálgradiens és a redoxpotenciál meghatározását a DMP-2 hordozható digitális mv/pH műszerrel végezték, a talajban lévő összes oldható sót maradékszárítási módszerrel, a talaj kloridion-tartalmát AgNO3 titrálási módszerrel (Mohr-módszer), a talajszulfát-tartalmat indirekt EDTA titrálási módszerrel, kettős indikátoros titrálási módszerrel a talaj karbonát és bikarbonát meghatározására, kálium-dikromát oxidációs melegítési módszerrel a talaj szerves anyagának meghatározására, lúgos oldatos diffúziós módszerrel a talaj lúgos hidrolízis nitrogénjének meghatározására, H2SO4-HClO4 emésztéses Mo-Sb kolorimetriás módszerrel. A talajban lévő összes foszfort és a talajban lévő rendelkezésre álló foszfortartalmat Olsen-módszerrel (0,05 mol/L NaHCO3 oldat extrakciószerként), a talajban lévő összes káliumtartalmat pedig nátrium-hidroxid fúziós lángfotometriával határozták meg.
A kísérleti adatokat kezdetben rendszerezték. Az SPSS Statistics 20 szoftvert használták az átlag, a szórás, az egyutas ANOVA és az emberi korrelációanalízis elvégzéséhez.
Az 1. táblázat a különböző lejtésű talajok elektromechanikai tulajdonságait, anionjait és tápanyagait mutatja be. A különböző lejtések korróziós potenciálja, talajellenállása és kelet-nyugati potenciálgradiense mind szignifikáns volt (P < 0,05). A lejtő, a középső lejtés és a természetes lejtés redoxpotenciáljai szignifikánsak voltak (P < 0,05). A sínre merőleges potenciálgradiens, azaz az észak-déli potenciálgradiens, felfelé lejtő> lefelé lejtő> középső lejtés. A talaj pH-értéke a következő sorrendben volt: lefelé lejtő> felfelé lejtő> középső lejtés> természetes lejtés. A természetes lejtésben lévő összes oldható só mennyisége szignifikánsan magasabb volt, mint a vasúti lejtésben (P < 0,05). A harmadrendű vasúti lejtésű talaj összes oldható sótartalma meghaladja az 500 mg/kg-ot, és az összes oldható só mérsékelt hatással van a fémek korróziójára. A talaj szervesanyag-tartalma a legmagasabb a természetes lejtésben, a legalacsonyabb pedig a lefelé lejtőben volt (P < 0,05). Az összes nitrogéntartalom a legmagasabb a középső lejtésben, a legalacsonyabb pedig az emelkedőben; A rendelkezésre álló nitrogéntartalom a lejtőn és a középső lejtőn volt a legmagasabb, a természetes lejtőn pedig a legalacsonyabb; a vasúti emelkedő és lejtő teljes nitrogéntartalma alacsonyabb volt, de a rendelkezésre álló nitrogéntartalom magasabb. Ez arra utal, hogy a szerves nitrogén ércesedése a felfelé és lefelé irányuló szakaszokon gyors. A rendelkezésre álló káliumtartalom megegyezik a rendelkezésre álló foszfortartalommal.
A talaj fajlagos ellenállása az elektromos vezetőképességet jelző index, és alapvető paraméter a talaj korróziójának megítéléséhez. A talaj fajlagos ellenállását befolyásoló tényezők közé tartozik a nedvességtartalom, az összes oldható sótartalom, a pH, a talaj textúrája, a hőmérséklet, a szervesanyag-tartalom, a talaj hőmérséklete és a tömörség. Általánosságban elmondható, hogy az alacsony fajlagos ellenállású talajok korrozívabbak, és fordítva. A talaj korrozivitásának megítélésére az fajlagos ellenállás használata egy gyakran használt módszer különböző országokban. Az 1. táblázat az egyes indexek korrozivitási fokozatának értékelési kritériumait mutatja37,38.
Az országomban érvényes vizsgálati eredmények és szabványok (1. táblázat) szerint, ha a talaj korrozív hatását csak a talaj ellenállása alapján értékelik, akkor a felfelé haladó lejtőn lévő talaj erősen korrozív; a lefelé haladó lejtőn lévő talaj mérsékelten korrozív; a középső lejtőn és a természetes lejtőn a talaj korrozív hatása viszonylag alacsony/gyenge.
A felfelé irányuló lejtő talajának ellenállása jelentősen alacsonyabb, mint a lejtő más részeinek, amit az esőerózió okozhat. A felfelé irányuló lejtőn lévő termőtalaj a vízzel a középső lejtő felé áramlik, így a felfelé irányuló fém rézsűvédő háló közel van a termőtalajhoz. Néhány fémháló fedetlen volt, sőt, a levegőben lebegett (1. ábra). A talaj ellenállását a helyszínen mérték; a cölöptávolság 3 m volt; a verési mélység 15 cm alatt volt. A csupasz fémháló és a hámló rozsda zavarhatja a mérési eredményeket. Ezért nem megbízható a talaj korrozivitását csak a talaj ellenállási index alapján értékelni. A korrózió átfogó értékelése során a felfelé irányuló lejtő talajának ellenállását nem veszik figyelembe.
A magas relatív páratartalom miatt a Szecsuán térségében uralkodó állandó párás levegő miatt a levegőnek kitett fémháló súlyosabban korrodálódik, mint a talajba süllyesztett fémháló39. A drótháló levegővel való érintkezése az élettartam csökkenéséhez vezethet, ami destabilizálhatja a felfelé fekvő talajokat. A talajveszteség megnehezítheti a növények, különösen a fás szárú növények növekedését. A fás szárú növények hiánya miatt nehéz felfelé gyökérzetet kialakítani a talaj megszilárdításához. Ugyanakkor a növények növekedése javíthatja a talajminőséget és növelheti a talaj humusztartalmát, amely nemcsak a vizet képes megtartani, hanem jó környezetet biztosít az állatok és növények növekedéséhez és szaporodásához is, ezáltal csökkentve a talajveszteséget. Ezért az építkezés korai szakaszában több fás szárú magot kell vetni a felfelé vezető lejtőn, és folyamatosan vízmegtartó szert kell hozzáadni, valamint fóliával kell takarni a védelem érdekében, hogy csökkentsük a felfelé vezető talaj esővíz általi erózióját.
A korróziós potenciál fontos tényező, amely befolyásolja a rézsűvédő háló korrózióját a háromszintes lejtőn, és a legnagyobb hatással a felfelé irányuló lejtőre van (2. táblázat). Normál körülmények között a korróziós potenciál egy adott környezetben nem változik sokat. Észrevehető változást okozhatnak a kóboráramok. A kóboráramok a 40, 41, 42 áramokra vonatkoznak, amelyek az úttestbe és a talajközegbe szivárognak, amikor a járművek a tömegközlekedési rendszert használják. A közlekedési rendszer fejlődésével hazánk vasúti közlekedési rendszere nagymértékű villamosítást ért el, és az elektromos vasutak egyenáram-szivárgása által okozott eltemetett fémek korróziója nem hagyható figyelmen kívül. Jelenleg a talajpotenciál-gradiens segítségével meghatározható, hogy a talaj tartalmaz-e kóboráram-zavarokat. Amikor a felszíni talaj potenciálgradiense kisebb, mint 0,5 mv/m, a kóboráram alacsony; amikor a potenciálgradiens 0,5 mv/m és 5,0 mv/m között van, a kóboráram mérsékelt; Amikor a potenciálgradiens nagyobb, mint 5,0 mv/m, a kóboráram szintje magas. A potenciálgradiens (EW) lebegő tartományát a lejtő közepén, felfelé és lefelé haladva a 3. ábra mutatja. A lebegő tartomány tekintetében mérsékelt kóboráramok vannak a középső lejtő kelet-nyugati és észak-déli irányában. Ezért a kóboráram fontos tényező, amely befolyásolja a fémhálók korrózióját a középső és lefelé irányuló lejtőn, különösen a középső lejtőn.
Általánosságban elmondható, hogy a 400 mV feletti talaj redoxpotenciál (Eh) az oxidáló képességet, a 0-200 mV feletti érték közepes redukáló képességet, a 0 mV alatti érték pedig nagy redukáló képességet jelez. Minél alacsonyabb a talaj redoxpotenciálja, annál nagyobb a talajmikroorganizmusok fémekkel szembeni korróziós képessége44. A redoxpotenciálból megjósolható a talajmikrobiális korrózió trendje. A tanulmány megállapította, hogy a három lejtő talajredoxpotenciálja meghaladta az 500 mV-ot, a korróziós szint pedig nagyon alacsony volt. Ez azt mutatja, hogy a lejtős terület talajszellőzési állapota jó, ami nem kedvez a talajban lévő anaerob mikroorganizmusok korróziójának.
Korábbi tanulmányok kimutatták, hogy a talaj pH-értékének hatása a talajerózióra nyilvánvaló. A pH-érték ingadozásával a fémes anyagok korróziós sebessége jelentősen változik. A talaj pH-értéke szorosan összefügg a területtel és a talajban lévő mikroorganizmusokkal45,46,47. Általánosságban elmondható, hogy a talaj pH-jának hatása a fémes anyagok korróziójára enyhén lúgos talajban nem egyértelmű. A három vasúti lejtő talaja mind lúgos, így a pH hatása a fémháló korróziójára gyenge.
Amint a 3. táblázatból látható, a korrelációanalízis azt mutatja, hogy a redoxpotenciál és a lejtő helyzete szignifikánsan pozitív korrelációt mutat (R2 = 0,858), a korróziós potenciál és a potenciálgradiens (SN) szignifikánsan pozitív korrelációt mutat (R2 = 0,755), valamint a redoxpotenciál és a potenciálgradiens (SN) szignifikánsan pozitív korrelációt mutat (R2 = 0,755). Szignifikáns negatív korreláció volt megfigyelhető a potenciál és a pH között (R2 = -0,724). A lejtő helyzete szignifikánsan pozitív korrelációt mutatott a redoxpotenciállal. Ez azt mutatja, hogy a különböző lejtőpozíciók mikro-környezetében különbségek vannak, és a talajmikroorganizmusok szorosan összefüggenek a redoxpotenciállal48, 49, 50. A redoxpotenciál szignifikánsan negatív korrelációt mutatott a pH-értékkel51,52. Ez az összefüggés azt jelezte, hogy a pH és az Eh értékek nem mindig változtak szinkronban a talaj redox folyamata során, hanem negatív lineáris összefüggést mutattak. A fém korróziós potenciálja az elektronfelvétel és -leadás relatív képességét képviselheti. Bár a korróziós potenciál szignifikánsan pozitív korrelációt mutatott a potenciálgradienssel (SN), a potenciálgradiens oka lehet a fém könnyű elektronleadása.
A talaj teljes oldható sótartalma szorosan összefügg a talaj korrozivitásával. Általánosságban elmondható, hogy minél nagyobb a talaj sótartalma, annál alacsonyabb a talaj fajlagos ellenállása, ezáltal növelve a talaj ellenállását. A talajelektrolitokban nemcsak az anionok és azok változó tartományai, hanem a korróziót főként karbonátok, kloridok és szulfátok is befolyásolják. Ezenkívül a talaj teljes oldható sótartalma közvetve más tényezők, például a fémek elektródapotenciáljának és a talaj oxigénoldhatóságának hatása révén is befolyásolja a korróziót.53
A talajban oldható só-disszociált ionok többsége nem vesz részt közvetlenül az elektrokémiai reakciókban, hanem a talaj ellenállásán keresztül befolyásolják a fémek korrózióját. Minél nagyobb a talaj sótartalma, annál erősebb a talaj vezetőképessége és annál erősebb a talajerózió. A természetes lejtők talajának sótartalma jelentősen magasabb, mint a vasúti lejtőké, ami annak tudható be, hogy a természetes lejtők gazdag növényzetben, ami elősegíti a talaj- és vízmegőrzést. Egy másik ok az lehet, hogy a természetes lejtőn érett talajképződés (kőzetmállással képződött talajalapanyag) történt, de a vasúti lejtő talaja zúzott kőtöredékekből áll, mint a „mesterséges talaj” mátrixa, és nem ment keresztül megfelelő talajképződési folyamaton. Ásványi anyagok nem szabadulnak fel. Ezenkívül a természetes lejtők mély talajában lévő sóionok a felszíni párolgás során kapilláris hatás révén emelkedtek, és felhalmozódtak a felszíni talajban, ami a sóionok tartalmának növekedéséhez vezetett a felszíni talajban. A vasúti lejtő talajvastagsága kevesebb, mint 20 cm, ami azt eredményezi, hogy a termőtalaj nem képes pótolni a sót a mély talajból.
A pozitív ionok (például K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+ stb.) csekély hatással vannak a talajkorrózióra, míg az anionok jelentős szerepet játszanak a korrózió elektrokémiai folyamatában, és jelentős hatással vannak a fémek korróziójára. A Cl− felgyorsíthatja az anód korrózióját, és ez a legkorrozívabb anion; minél magasabb a Cl− tartalom, annál erősebb a talajkorrózió. Az SO42− nemcsak az acél korrózióját segíti elő, hanem egyes betonanyagokban is korróziót okoz54. A vasat is korrodálja. Savas talajjal végzett kísérletek sorozatában a korrózió sebességét a talaj savasságával arányosnak találták55. A klorid és a szulfát az oldható sók fő alkotóelemei, amelyek közvetlenül felgyorsíthatják a fémek kavitációját. Tanulmányok kimutatták, hogy a szénacél korróziós súlyvesztesége lúgos talajokban majdnem arányos a klorid- és szulfátionok hozzáadásával56,57. Lee és munkatársai azt találták, hogy az SO42− gátolhatja a korróziót, de elősegítheti a már kialakult korróziós gödrök kialakulását58.
A talaj korrozív hatásának értékelésére szolgáló szabvány és a vizsgálati eredmények szerint az egyes lejtős talajmintákban a kloridion-tartalom meghaladta a 100 mg/kg-ot, ami erős talajkorrozív hatást jelez. Mind a felfelé, mind a lefelé irányuló lejtők szulfátion-tartalma 200 mg/kg felett és 500 mg/kg alatt volt, a talaj mérsékelten korrodált volt. A középső lejtőn a szulfátion-tartalom 200 mg/kg alatt van, a talajkorrózió gyenge. Amikor a talajközeg magas koncentrációban tartalmaz szulfátiont, részt vesz a reakcióban, és korróziós réteget képez a fémelektróda felületén, ezáltal lelassítva a korróziós reakciót. Ahogy a koncentráció növekszik, a réteg hirtelen feltörhet, ezáltal jelentősen felgyorsítva a korróziós sebességet; ahogy a koncentráció tovább növekszik, a korróziós réteg befedi a fémelektróda felületét, és a korróziós sebesség ismét lassuló tendenciát mutat. A tanulmány megállapította, hogy a talajban lévő mennyiség alacsonyabb volt, ezért csekély hatással volt a korrózióra.
A 4. táblázat szerint a lejtő és a talajanionok közötti korreláció azt mutatta, hogy szignifikáns pozitív korreláció van a lejtő és a kloridionok között (R2=0,836), valamint szignifikáns pozitív korreláció van a lejtő és az összes oldható só között (R2=0,742).
Ez arra utal, hogy a felszíni lefolyás és a talajerózió felelős lehet a talajban lévő összes oldható só mennyiségének változásáért. Jelentős pozitív korreláció volt az összes oldható sók és a kloridionok között, ami azért lehet, mert az összes oldható sók a kloridionok készletét alkotják, és az összes oldható sók tartalma határozza meg a kloridionok tartalmát a talajoldatokban. Ezért tudhatjuk, hogy a lejtéskülönbség a fémhálós rész súlyos korrózióját okozhatja.
A szerves anyag, az összes nitrogén, a rendelkezésre álló nitrogén, a rendelkezésre álló foszfor és a rendelkezésre álló kálium a talaj alapvető tápanyagai, amelyek befolyásolják a talajminőséget és a tápanyagok gyökérrendszer általi felszívódását. A talaj tápanyagai fontos tényezők, amelyek befolyásolják a talajban lévő mikroorganizmusokat, ezért érdemes megvizsgálni, hogy van-e összefüggés a talaj tápanyagai és a fémek korróziója között. A Suiyu vasút 2003-ban készült el, ami azt jelenti, hogy a mesterséges talajban mindössze 9 évnyi szervesanyag-felhalmozódás történt. A mesterséges talaj sajátosságai miatt fontos alaposan megérteni a mesterséges talajban található tápanyagokat.
A kutatás azt mutatja, hogy a szervesanyag-tartalom a természetes lejtős talajban a legmagasabb a teljes talajképződési folyamat után. A kis lejtésű talaj szervesanyag-tartalma volt a legalacsonyabb. Az időjárás és a felszíni lefolyás hatása miatt a talaj tápanyagai a lejtő közepén és lefelé haladva felhalmozódnak, vastag humuszréteget képezve. A kis lejtésű talaj apró részecskéi és gyenge stabilitása miatt azonban a szerves anyagot a mikroorganizmusok könnyen lebontják. A felmérés megállapította, hogy a lejtő közepén és lefelé haladva a növényzet borítottsága és diverzitása magas, de a homogenitás alacsony, ami a felszíni tápanyagok egyenetlen eloszlásához vezethet. A vastag humuszréteg megtartja a vizet, és a talajorganizmusok aktívak. Mindez felgyorsítja a szerves anyag lebomlását a talajban.
A felfelé, a középső és a lefelé irányuló vasútvonalak alkáli hidrolizált nitrogéntartalma magasabb volt, mint a természetes lejtőé, ami azt jelzi, hogy a vasútvonal lejtőjének szerves nitrogén-ércesedési sebessége jelentősen magasabb volt, mint a természetes lejtőé. Minél kisebbek a részecskék, annál instabilabb a talajszerkezet, annál könnyebben bontják le a mikroorganizmusok az aggregátumokban lévő szerves anyagot, és annál nagyobb az ásványosodott szerves nitrogén mennyisége60,61. A 62-es tanulmány eredményeivel összhangban a vasútvonal lejtőinek talajában a kis szemcséjű aggregátumok tartalma szignifikánsan magasabb volt, mint a természetes lejtőké. Ezért megfelelő intézkedéseket kell tenni a vasútvonal lejtőjének talajában található műtrágya-, szervesanyag- és nitrogéntartalom növelése, valamint a talaj fenntartható hasznosításának javítása érdekében. A felszíni lefolyás okozta rendelkezésre álló foszfor és kálium pazarlása a vasútvonal lejtőjének teljes veszteségének 77,27–99,79%-át tette ki. A felszíni lefolyás lehet a lejtős talajokban a rendelkezésre álló tápanyagok elvesztésének fő mozgatórugója63,64,65.
Amint a 4. táblázatban látható, szignifikáns pozitív korreláció volt a lejtő helyzete és a rendelkezésre álló foszfor között (R2=0,948), valamint a lejtő helyzete és a rendelkezésre álló kálium között is ugyanilyen korreláció volt (R2=0,898). Ez azt mutatja, hogy a lejtő helyzete befolyásolja a talaj rendelkezésre álló foszfor- és káliumtartalmát.
A lejtő fontos tényező, amely befolyásolja a talaj szervesanyag-tartalmát és nitrogéndúsulását66, és minél kisebb a lejtő, annál nagyobb a dúsulási arány. A talaj tápanyag-dúsulása esetében a tápanyagveszteség gyengült, és a lejtő helyzetének hatása a talaj szervesanyag-tartalmára és a teljes nitrogéndúsulására nem volt egyértelmű. A különböző lejtőkön élő különböző típusú és számú növények gyökerei eltérő szerves savakat választanak ki. A szerves savak jótékony hatással vannak a talajban lévő rendelkezésre álló foszfor és kálium megkötésére. Ezért szignifikáns összefüggés volt a lejtő helyzete és a rendelkezésre álló foszfor, valamint a lejtő helyzete és a rendelkezésre álló kálium között.
A talaj tápanyagai és a talajkorrózió közötti kapcsolat tisztázása érdekében elemezni kell a korrelációt. Amint az 5. táblázatban látható, a redoxpotenciál szignifikánsan negatív korrelációt mutatott a rendelkezésre álló nitrogénnel (R2 = -0,845), és szignifikánsan pozitív korrelációt a rendelkezésre álló foszforral (R2 = 0,842) és a rendelkezésre álló káliummal (R2 = 0,980). A redoxpotenciál a redox minőségét tükrözi, amelyet általában a talaj bizonyos fizikai és kémiai tulajdonságai befolyásolnak, majd a talaj számos tulajdonságára hatással van. Ezért fontos tényező a talaj tápanyag-átalakulásának irányának meghatározásában. A különböző redox tulajdonságok a tápanyagok eltérő állapotait és elérhetőségét eredményezhetik. Ezért a redoxpotenciál szignifikáns korrelációt mutat a rendelkezésre álló nitrogénnel, a rendelkezésre álló foszforral és a rendelkezésre álló káliummal.
A fémek tulajdonságai mellett a korróziós potenciál a talaj tulajdonságaival is összefügg. A korróziós potenciál szignifikánsan negatív korrelációt mutatott a szerves anyaggal, ami azt jelzi, hogy a szerves anyag jelentős hatással van a korróziós potenciálra. Ezenkívül a szerves anyag szignifikánsan negatív korrelációt mutatott a potenciálgradienssel (SN) (R2=-0,713) és a szulfátionnal (R2=-0,671), ami azt jelzi, hogy a szervesanyag-tartalom szintén befolyásolja a potenciálgradienst (SN) és a szulfátiont. Szignifikáns negatív korreláció volt megfigyelhető a talaj pH-ja és a rendelkezésre álló kálium között (R2 = -0,728).
A rendelkezésre álló nitrogén szignifikánsan negatív korrelációt mutatott az összes oldható só és kloridion mennyiségével, míg a rendelkezésre álló foszfor és kálium szignifikánsan pozitív korrelációt mutatott az összes oldható só és kloridion mennyiségével. Ez arra utalt, hogy a rendelkezésre álló tápanyagtartalom szignifikánsan befolyásolta a talajban lévő összes oldható só és kloridion mennyiségét, és a talajban lévő anionok nem segítették elő a rendelkezésre álló tápanyagok felhalmozódását és utánpótlását. Az összes nitrogén szignifikánsan negatív korrelációt mutatott a szulfátionnal, és szignifikánsan pozitív korrelációt a bikarbonáttal, ami arra utal, hogy az összes nitrogén hatással volt a szulfát- és bikarbonát-tartalomra. A növényeknek kevés szükségük van szulfátionokra és bikarbonátionokra, így ezek többsége szabadon van a talajban, vagy talajkolloidok abszorbeálják őket. A bikarbonátionok elősegítik a nitrogén felhalmozódását a talajban, a szulfátionok pedig csökkentik a nitrogén rendelkezésre állását a talajban. Ezért a talajban rendelkezésre álló nitrogén és humusz tartalmának megfelelő növelése előnyös a talaj korrozivitásának csökkentése érdekében.
A talaj egy összetett összetételű és tulajdonságú rendszer. A talaj korrozivitása számos tényező szinergikus hatásának eredménye. Ezért általában átfogó értékelési módszert alkalmaznak a talaj korrozivitásának értékelésére. A „Geotechnikai Mérnöki Vizsgálatok Kódexére” (GB50021-94) és a Kínai Talajkorróziós Vizsgálati Hálózat vizsgálati módszereire hivatkozva a talaj korróziós fokozata átfogóan értékelhető a következő szabványok szerint: (1) Az értékelés gyenge korrózió, ha csak gyenge korrózió van, nincs közepes korrózió vagy erős korrózió; (2) ha nincs erős korrózió, akkor közepes korróziónak minősül; (3) ha egy vagy két helyen erős korrózió van, akkor erős korróziónak minősül; (4) ha 3 vagy több helyen erős korrózió van, akkor súlyos korrózió esetén erős korróziónak minősül.
A talaj ellenállása, redoxpotenciálja, víztartalma, sótartalma, pH-értéke, valamint Cl- és SO42-tartalma alapján átfogóan értékelték a különböző lejtőkön lévő talajminták korróziós fokozatát. A kutatási eredmények azt mutatják, hogy az összes lejtő talaja erősen korrozív.
A korróziós potenciál fontos tényező, amely befolyásolja a lejtővédő háló korrózióját. A három lejtő korróziós potenciálja mind -200 mV alatt van, ami a legnagyobb hatással van a felfelé haladó fémháló korróziójára. A potenciálgradiens segítségével megítélhető a talajban lévő kóboráram nagysága. A kóboráram fontos tényező, amely befolyásolja a fémháló korrózióját a középső és felfelé haladó lejtőkön, különösen a középső lejtőkön. A felső, középső és alsó lejtők talajában az összes oldható sótartalom mind 500 mg/kg felett volt, és a lejtővédő hálóra gyakorolt ​​korróziós hatás mérsékelt volt. A talaj víztartalma fontos tényező, amely befolyásolja a fémhálók korrózióját a középső és a lejtős részen, és nagyobb hatással van a lejtővédő hálók korróziójára. A tápanyagok a középső lejtő talajában a legnagyobb mennyiségben vannak jelen, ami a gyakori mikrobiális aktivitásra és a gyors növénynövekedésre utal.
A kutatás azt mutatja, hogy a korróziós potenciál, a potenciális gradiens, az összes oldható sótartalom és a víztartalom a fő tényezők, amelyek befolyásolják a talajkorróziót a három lejtőn, és a talaj korrozív hatását erősnek értékelték. A lejtővédő hálózat korróziója a középső lejtőn a legsúlyosabb, ami referenciaként szolgál a vasúti lejtővédő hálózat korrózióvédelmi tervezéséhez. A rendelkezésre álló nitrogén és szerves trágya megfelelő hozzáadása előnyös a talajkorrózió csökkentése, a növények növekedésének elősegítése és végül a lejtő stabilizálása szempontjából.
Hogyan idézzük ezt a cikket: Chen, J. et al. A talajösszetétel és az elektrokémia hatása a kőzetlejtő-hálózat korróziójára egy kínai vasútvonal mentén. Science.Rep. 5, 14939; doi: 10.1038/srep14939 (2015).
Lin, YL és Yang, GL Vasúti altalaj rézsűinek dinamikus jellemzői földrengés gerjesztése alatt. natural disaster. 69, 219–235 (2013).
Sui Wang, J. et al. Tipikus földrengés okozta károk elemzése a Szecsuán tartomány Wenchuan földrengés sújtotta területén található autópályákon [J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering. 28, 1250–1260 (2009).
Weilin, Z., Zhenyu, L. és Jinsong, J. Szeizmikus kárelemzés és ellenintézkedések a wenchuani földrengés során a közúti hidakon. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering. 28, 1377–1387 (2009).
Lin, CW, Liu, SH, Lee, SY és Liu, CC A chichi földrengés hatása a Közép-Tajvanon lezúduló esőzések által okozott földcsuszamlásokra. Engineering Geology. 86, 87–101 (2006).
Koi, T. et al. Földrengés okozta földcsuszamlások hosszú távú hatásai az üledékképződésre egy hegyvidéki vízgyűjtő területen: Tanzawa régió, Japán. geomorphology. 101, 692–702 (2008).
Hongshuai, L., Jingshan, B. és Dedong, L. Geotechnikai lejtők szeizmikus stabilitáselemzésével kapcsolatos kutatások áttekintése. Earthquake Engineering and Engineering Vibration. 25, 164–171 (2005).
Yue Ping, Kutatás a szecsuáni wenchuani földrengés okozta geológiai veszélyekről. Journal of Engineering Geology 4, 7–12 (2008).
Ali, F. Lejtővédelem növényzettel: egyes trópusi növények gyökérmechanikája. International Journal of Physical Sciences. 5, 496–506 (2010).
Takyu, M., Aiba, SI és Kitayama, K. Topográfiai hatások a trópusi alacsony hegyi erdőkre különböző geológiai körülmények között a Kinabalu-hegyen, Borneón. Plant Ecology.159, 35–49 (2002).
Stokes, A. et al. Ideális növényi gyökérzet jellemzői a természetes és mesterséges lejtők földcsuszamlások elleni védelmére. Növények és talajok, 324, 1-30 (2009).
De Baets, S., Poesen, J., Gyssels, G. és Knapen, A. A fűgyökerek hatása a termőtalaj erodálhatóságára koncentrált áramlás során. Geomorphology 76, 54–67 (2006).