Terima kasih telah mengunjungi Nature.com. Versi peramban yang Anda gunakan memiliki dukungan terbatas untuk CSS. Untuk pengalaman terbaik, kami sarankan Anda menggunakan peramban yang diperbarui (atau matikan mode kompatibilitas di Internet Explorer). Sementara itu, untuk memastikan dukungan berkelanjutan, kami akan menampilkan situs tanpa gaya dan JavaScript.
Dengan mengambil lereng rel kereta api Sui-Chongqing sebagai objek penelitian, resistivitas tanah, elektrokimia tanah (potensial korosi, potensial redoks, gradien potensial, dan pH), anion tanah (total garam terlarut, Cl-, SO42- dan) dan nutrisi tanah (kandungan air, bahan organik, total nitrogen, nitrogen terhidrolisis alkali, fosfor tersedia, kalium tersedia) dievaluasi pada berbagai kemiringan. Tingkat korosi dievaluasi berdasarkan indikator individu dan indikator komprehensif tanah buatan. Dibandingkan dengan faktor lain, air memiliki pengaruh terbesar pada korosi jaring pelindung lereng, diikuti oleh kandungan anion. Total garam terlarut memiliki pengaruh sedang pada korosi jaring pelindung lereng, dan arus liar memiliki pengaruh sedang pada korosi jaring pelindung lereng. Tingkat korosi sampel tanah dievaluasi secara komprehensif, dan korosi pada lereng atas sedang, sedangkan korosi pada lereng tengah dan bawah kuat. Bahan organik dalam tanah berkorelasi signifikan dengan gradien potensial. Nitrogen tersedia, kalium tersedia, dan fosfor tersedia berkorelasi signifikan dengan anion. Distribusi nutrisi tanah adalah Berkaitan secara tidak langsung dengan jenis kemiringan.
Saat membangun jalur kereta api, jalan raya, dan fasilitas pengairan, pembukaan lereng gunung seringkali tidak dapat dihindari. Karena pegunungan di barat daya, pembangunan jalur kereta api di Tiongkok membutuhkan banyak penggalian gunung. Hal ini merusak tanah dan vegetasi asli, menciptakan lereng berbatu yang terbuka. Situasi ini menyebabkan tanah longsor dan erosi tanah, sehingga mengancam keselamatan transportasi kereta api. Tanah longsor buruk bagi lalu lintas jalan, terutama setelah gempa bumi Wenchuan 12 Mei 2008. Tanah longsor telah menjadi bencana gempa bumi yang tersebar luas dan serius. Dalam evaluasi tahun 2008 terhadap 4.243 kilometer jalan utama di Provinsi Sichuan, terdapat 1.736 bencana gempa bumi parah di badan jalan dan dinding penahan lereng, yang mencakup 39,76% dari total panjang evaluasi. Kerugian ekonomi langsung akibat kerusakan jalan melebihi 58 miliar yuan 2,3. Contoh global menunjukkan bahwa bahaya geologi pasca gempa bumi dapat berlangsung setidaknya selama 10 tahun (gempa Taiwan) dan bahkan selama 40-50 tahun (gempa Kanto di Jepang)4,5. Kemiringan merupakan faktor utama yang mempengaruhi bahaya gempa bumi6,7. Oleh karena itu, perlu untuk menjaga kemiringan jalan dan memperkuat stabilitasnya. Tumbuhan memainkan peran yang tak tergantikan dalam perlindungan lereng dan restorasi lanskap ekologis8. Dibandingkan dengan lereng tanah biasa, lereng batuan tidak memiliki akumulasi faktor nutrisi seperti bahan organik, nitrogen, fosfor, dan kalium, dan tidak memiliki lingkungan tanah yang diperlukan untuk pertumbuhan vegetasi. Karena faktor-faktor seperti kemiringan yang besar dan erosi hujan, tanah lereng mudah Hilang. Lingkungan lereng keras, tidak memiliki kondisi yang diperlukan untuk pertumbuhan tanaman, dan tanah lereng kurang stabil. Penyemprotan lereng dengan bahan dasar untuk menutupi tanah guna melindungi lereng adalah teknologi restorasi ekologi lereng yang umum digunakan di negara saya. Tanah buatan yang digunakan untuk penyemprotan terdiri dari batu pecah, tanah pertanian, jerami, pupuk majemuk, zat penahan air, dan perekat (perekat yang umum digunakan termasuk semen Portland, lem organik, dan pengemulsi aspal) dalam proporsi tertentu. Proses teknisnya adalah: pertama-tama pasang kawat berduri di atas batu, kemudian pasang kawat berduri dengan paku keling dan baut jangkar, dan akhirnya semprotkan tanah buatan yang mengandung benih di lereng dengan alat penyemprot khusus. Jaring logam berbentuk berlian 14# yang sepenuhnya digalvanis paling sering digunakan, dengan standar jaring 5cm × 5cm dan diameter 2mm. Jaring logam memungkinkan matriks tanah membentuk lempengan monolitik yang tahan lama di permukaan batu. Jaring logam akan mengalami korosi di dalam tanah, karena tanah itu sendiri adalah elektrolit, dan tingkat korosinya tergantung pada Berdasarkan karakteristik tanah, evaluasi faktor korosi tanah sangat penting untuk mengevaluasi erosi jaring logam akibat tanah dan menghilangkan bahaya tanah longsor.
Akar tanaman diyakini memainkan peran penting dalam stabilisasi lereng dan pengendalian erosi10,11,12,13,14. Untuk menstabilkan lereng terhadap tanah longsor dangkal, vegetasi dapat digunakan karena akar tanaman dapat mengikat tanah untuk mencegah tanah longsor15,16,17. Vegetasi berkayu, terutama pohon, membantu mencegah tanah longsor dangkal18. Struktur pelindung yang kokoh dibentuk oleh sistem akar vertikal dan lateral tanaman yang bertindak sebagai tiang penguat di dalam tanah. Perkembangan pola arsitektur akar didorong oleh gen, dan lingkungan tanah memainkan peran penting dalam proses ini. Korosi pada logam bervariasi dengan lingkungan tanah20. Tingkat korosi logam di dalam tanah dapat berkisar dari pelarutan yang cukup cepat hingga dampak yang dapat diabaikan21. Tanah buatan sangat berbeda dari "tanah" asli. Pembentukan tanah alami adalah hasil interaksi antara lingkungan eksternal dan berbagai organisme selama puluhan juta tahun22,23,24. Sebelum vegetasi berkayu membentuk sistem akar dan ekosistem yang stabil, apakah jaring logam dikombinasikan dengan lereng batuan dan tanah buatan Keberhasilan suatu fungsi secara aman berhubungan langsung dengan perkembangan ekonomi alam, keselamatan jiwa, dan peningkatan lingkungan ekologis.
Namun, korosi logam dapat menyebabkan kerugian besar. Menurut survei yang dilakukan di Tiongkok pada awal tahun 1980-an pada mesin kimia dan industri lainnya, kerugian yang disebabkan oleh korosi logam mencapai 4% dari total nilai produksi. Oleh karena itu, sangat penting untuk mempelajari mekanisme korosi dan mengambil langkah-langkah perlindungan untuk pembangunan ekonomi. Tanah adalah sistem kompleks yang terdiri dari gas, cairan, padatan, dan mikroorganisme. Metabolit mikroba dapat menyebabkan korosi pada material, dan arus listrik liar juga dapat menyebabkan korosi. Oleh karena itu, penting untuk mencegah korosi logam yang terkubur di dalam tanah. Saat ini, penelitian tentang korosi logam yang terkubur terutama berfokus pada (1) faktor-faktor yang mempengaruhi korosi logam yang terkubur25; (2) metode perlindungan logam26,27; (3) metode penilaian tingkat korosi logam28; Korosi di berbagai media. Namun, semua tanah dalam penelitian tersebut adalah tanah alami dan telah mengalami proses pembentukan tanah yang cukup. Namun, belum ada laporan tentang erosi tanah buatan pada lereng batuan rel kereta api.
Dibandingkan dengan media korosif lainnya, tanah buatan memiliki karakteristik tidak cair, heterogen, musiman, dan regional. Korosi logam dalam tanah buatan disebabkan oleh interaksi elektrokimia antara logam dan tanah buatan. Selain faktor bawaan, laju korosi logam juga bergantung pada lingkungan sekitarnya. Berbagai faktor memengaruhi korosi logam secara individual atau kombinasi, seperti kadar air, kadar oksigen, kadar garam terlarut total, kadar anion dan ion logam, pH, dan mikroba tanah30,31,32.
Dalam 30 tahun praktik, pertanyaan tentang bagaimana melestarikan tanah buatan secara permanen di lereng berbatu telah menjadi masalah33. Semak atau pohon tidak dapat tumbuh di beberapa lereng setelah 10 tahun perawatan manual karena erosi tanah. Kotoran di permukaan jaring logam hanyut di beberapa tempat. Karena korosi, beberapa jaring logam retak dan kehilangan semua tanah di atas dan di bawahnya (Gambar 1). Saat ini, penelitian tentang korosi lereng kereta api terutama berfokus pada korosi jaringan pentanahan gardu induk kereta api, korosi arus liar yang dihasilkan oleh kereta ringan, dan korosi jembatan kereta api34,35, rel dan peralatan kendaraan lainnya36. Belum ada laporan tentang korosi jaring logam pelindung lereng kereta api. Makalah ini mempelajari sifat fisik, kimia, dan elektrokimia tanah buatan di lereng batu barat daya Jalur Kereta Api Suiyu, bertujuan untuk memprediksi korosi logam dengan menilai sifat tanah dan memberikan dasar teoritis dan praktis untuk restorasi ekosistem tanah dan restorasi buatan.
Lokasi pengujian terletak di daerah perbukitan Sichuan (30°32′N, 105°32′E) dekat Stasiun Kereta Api Suining. Daerah ini terletak di tengah Cekungan Sichuan, dengan pegunungan dan perbukitan rendah, dengan struktur geologi sederhana dan medan datar. Erosi, pemotongan, dan akumulasi air menciptakan lanskap perbukitan yang terkikis. Batuan dasar sebagian besar berupa batu kapur, dan lapisan penutup sebagian besar berupa pasir ungu dan batulumpur. Integritasnya buruk, dan batuan tersebut memiliki struktur blok. Daerah penelitian memiliki iklim monsun lembap subtropis dengan karakteristik musiman berupa awal musim semi, musim panas yang panas, musim gugur yang pendek, dan akhir musim dingin. Curah hujan melimpah, sumber daya cahaya dan panas melimpah, periode bebas embun beku panjang (rata-rata 285 hari), iklimnya sejuk, suhu rata-rata tahunan adalah 17,4°C, suhu rata-rata bulan terpanas (Agustus) adalah 27,2°C, dan suhu maksimum ekstrem adalah 39,3°C. Bulan terdingin adalah Januari (suhu rata-rata 6,5°C), suhu minimum ekstrem adalah -3,8°C, dan curah hujan rata-rata tahunan adalah 920 mm, terutama terkonsentrasi pada bulan Juli dan Agustus. Curah hujan di musim semi, musim panas, musim gugur, dan musim dingin sangat bervariasi. Proporsi curah hujan di setiap musim dalam setahun masing-masing adalah 19-21%, 51-54%, 22-24%, dan 4-5%.
Lokasi penelitian berada di lereng dengan kemiringan sekitar 45° di jalur kereta api Yu-Sui yang dibangun pada tahun 2003. Pada bulan April 2012, lokasi tersebut menghadap ke selatan dan berada dalam jarak 1 km dari Stasiun Kereta Api Suining. Lereng alami digunakan sebagai kontrol. Restorasi ekologis lereng mengadopsi teknologi penyemprotan tanah topdressing dari luar negeri untuk restorasi ekologis. Berdasarkan ketinggian lereng sisi rel kereta api, lereng dapat dibagi menjadi lereng atas, lereng tengah, dan lereng bawah (Gambar 2). Karena ketebalan tanah buatan lereng galian sekitar 10 cm, untuk menghindari polusi produk korosi dari jaring logam tanah, kami hanya menggunakan sekop baja tahan karat untuk mengambil permukaan tanah 0-8 cm. Empat replikasi ditetapkan untuk setiap posisi lereng, dengan 15-20 titik sampel acak per replikasi. Setiap replikasi merupakan campuran dari 15-20 titik sampel yang ditentukan secara acak dari garis berbentuk S. Berat segarnya sekitar 500 gram. Sampel dibawa kembali ke laboratorium dalam kantong ziplock polietilen untuk diproses. Tanah dikeringkan secara alami di udara, dan kerikil serta sisa-sisa hewan dan tumbuhan dipisahkan, dihancurkan dengan batang batu akik, dan diayak dengan saringan nilon 20-mesh dan 100-mesh kecuali untuk partikel kasar.
Resistivitas tanah diukur menggunakan alat uji resistansi pentanahan VICTOR4106 yang diproduksi oleh Shengli Instrument Company; resistivitas tanah diukur di lapangan; Kelembapan tanah diukur dengan metode pengeringan. Instrumen mv/pH digital portabel DMP-2 memiliki impedansi input tinggi untuk mengukur potensi korosi tanah. Gradien potensial dan potensi redoks ditentukan oleh mv/pH digital portabel DMP-2, total garam terlarut dalam tanah ditentukan dengan metode pengeringan residu, kandungan ion klorida dalam tanah ditentukan dengan metode titrasi AgNO3 (metode Mohr), kandungan sulfat tanah ditentukan dengan metode titrasi EDTA tidak langsung, metode titrasi indikator ganda untuk menentukan karbonat dan bikarbonat tanah, metode pemanasan oksidasi kalium dikromat untuk menentukan bahan organik tanah, metode difusi larutan alkali untuk menentukan nitrogen hidrolisis alkali tanah, metode kolorimetri Mo-Sb digesti H2SO4-HClO4. Total fosfor dalam tanah dan kandungan fosfor tersedia dalam tanah ditentukan dengan metode Olsen (larutan NaHCO3 0,05 mol/L sebagai ekstraktan), dan total kandungan kalium dalam tanah ditentukan dengan fotometri nyala leburan natrium hidroksida.
Data eksperimental awalnya disistematiskan. SPSS Statistics 20 digunakan untuk melakukan analisis rata-rata, deviasi standar, ANOVA satu arah, dan korelasi manusia.
Tabel 1 menyajikan sifat elektromekanik, anion, dan nutrisi tanah dengan kemiringan yang berbeda. Potensial korosi, resistivitas tanah, dan gradien potensial timur-barat pada kemiringan yang berbeda semuanya signifikan (P < 0,05). Potensial redoks lereng bawah, lereng tengah, dan lereng alami signifikan (P < 0,05). Gradien potensial tegak lurus terhadap rel, yaitu gradien potensial utara-selatan, adalah lereng atas > lereng bawah > lereng tengah. Nilai pH tanah berada dalam urutan lereng bawah > lereng atas > lereng tengah > lereng alami. Total garam terlarut, lereng alami secara signifikan lebih tinggi daripada lereng rel kereta api (P < 0,05). Kandungan total garam terlarut pada tanah lereng rel kereta api kelas tiga di atas 500 mg/kg, dan total garam terlarut memiliki pengaruh sedang terhadap korosi logam. Kandungan bahan organik tanah tertinggi berada di lereng alami dan terendah di lereng bawah (P < 0,05). Kandungan total nitrogen tertinggi berada di lereng tengah dan terendah di lereng atas; Kandungan nitrogen yang tersedia paling tinggi di lereng bawah dan tengah, dan paling rendah di lereng alami; kandungan nitrogen total di lereng atas dan bawah jalur kereta api lebih rendah, tetapi kandungan nitrogen yang tersedia lebih tinggi. Hal ini menunjukkan bahwa laju mineralisasi nitrogen organik di lereng atas dan bawah berlangsung cepat. Kandungan kalium yang tersedia sama dengan kandungan fosfor yang tersedia.
Resistivitas tanah adalah indeks yang menunjukkan konduktivitas listrik dan parameter dasar untuk menilai korosi tanah. Faktor-faktor yang mempengaruhi resistivitas tanah meliputi kadar air, kadar garam terlarut total, pH, tekstur tanah, suhu, kadar bahan organik, suhu tanah, dan kekedapan. Secara umum, tanah dengan resistivitas rendah lebih korosif, dan sebaliknya. Penggunaan resistivitas untuk menilai korosivitas tanah adalah metode yang umum digunakan di berbagai negara. Tabel 1 menunjukkan kriteria evaluasi tingkat korosivitas untuk setiap indeks tunggal37,38.
Berdasarkan hasil pengujian dan standar di negara saya (Tabel 1), jika daya korosif tanah hanya dievaluasi berdasarkan resistivitas tanah, maka tanah di lereng atas memiliki daya korosif yang tinggi; tanah di lereng bawah memiliki daya korosif sedang; daya korosif tanah di lereng tengah dan lereng alami relatif rendah.
Resistivitas tanah pada lereng bagian atas jauh lebih rendah dibandingkan bagian lereng lainnya, yang mungkin disebabkan oleh erosi hujan. Lapisan tanah atas pada lereng bagian atas terbawa air ke lereng tengah, sehingga jaring pelindung lereng logam di bagian atas dekat dengan lapisan tanah atas. Beberapa jaring logam terlihat dan bahkan menggantung di udara (Gambar 1). Resistivitas tanah diukur di lokasi; jarak antar tiang pancang adalah 3 m; kedalaman pemancangan tiang kurang dari 15 cm. Jaring logam yang terbuka dan karat yang mengelupas dapat mengganggu hasil pengukuran. Oleh karena itu, tidak dapat diandalkan untuk mengevaluasi korosivitas tanah hanya dengan indeks resistivitas tanah. Dalam evaluasi korosi yang komprehensif, resistivitas tanah di bagian atas lereng tidak dipertimbangkan.
Karena kelembapan relatif yang tinggi, udara lembap sepanjang tahun di daerah Sichuan menyebabkan jaring logam yang terpapar udara mengalami korosi lebih serius daripada jaring logam yang terkubur di dalam tanah39. Paparan jaring kawat terhadap udara dapat mengakibatkan penurunan masa pakai, yang dapat menyebabkan ketidakstabilan tanah di lereng atas. Kehilangan tanah dapat mempersulit pertumbuhan tanaman, terutama tanaman berkayu. Karena kurangnya tanaman berkayu, sulit untuk membentuk sistem perakaran di lereng atas untuk memadatkan tanah. Pada saat yang sama, pertumbuhan tanaman juga dapat meningkatkan kualitas tanah dan meningkatkan kandungan humus dalam tanah, yang tidak hanya dapat menahan air, tetapi juga menyediakan lingkungan yang baik untuk pertumbuhan dan reproduksi hewan dan tumbuhan, sehingga mengurangi kehilangan tanah. Oleh karena itu, pada tahap awal pembangunan, lebih banyak bibit tanaman berkayu harus ditabur di lereng atas, dan bahan penahan air harus terus ditambahkan dan ditutup dengan plastik untuk perlindungan, sehingga mengurangi erosi tanah di lereng atas oleh air hujan.
Potensial korosi merupakan faktor penting yang mempengaruhi korosi jaring pelindung lereng pada lereng tiga tingkat, dan memiliki dampak terbesar pada lereng bagian atas (Tabel 2). Dalam kondisi normal, potensial korosi tidak banyak berubah dalam lingkungan tertentu. Perubahan yang nyata dapat disebabkan oleh arus liar. Arus liar mengacu pada arus 40, 41, 42 yang bocor ke badan jalan dan media tanah ketika kendaraan menggunakan sistem transportasi umum. Dengan perkembangan sistem transportasi, sistem transportasi kereta api negara kita telah mencapai elektrifikasi skala besar, dan korosi logam yang terkubur yang disebabkan oleh kebocoran arus searah dari kereta api yang dialiri listrik tidak dapat diabaikan. Saat ini, gradien potensial tanah dapat digunakan untuk menentukan apakah tanah mengandung gangguan arus liar. Ketika gradien potensial tanah permukaan lebih rendah dari 0,5 mv/m, arus liar rendah; ketika gradien potensial berada dalam kisaran 0,5 mv/m hingga 5,0 mv/m, arus liar sedang; Ketika gradien potensial lebih besar dari 5,0 mv/m, tingkat arus liar tinggi. Rentang mengambang gradien potensial (EW) di lereng tengah, lereng atas, dan lereng bawah ditunjukkan pada Gambar 3. Dalam hal rentang mengambang, terdapat arus liar sedang di arah timur-barat dan utara-selatan di lereng tengah. Oleh karena itu, arus liar merupakan faktor penting yang memengaruhi korosi jaring logam di lereng tengah dan lereng bawah, terutama di lereng tengah.
Secara umum, potensial redoks tanah (Eh) di atas 400 mV menunjukkan kemampuan oksidasi, di atas 0-200 mV menunjukkan kemampuan reduksi sedang, dan di bawah 0 mV menunjukkan kemampuan reduksi besar. Semakin rendah potensial redoks tanah, semakin besar kemampuan korosi mikroorganisme tanah terhadap logam44. Tren korosi mikroba tanah dapat diprediksi dari potensial redoks. Studi ini menemukan bahwa potensial redoks tanah pada ketiga lereng lebih besar dari 500 mV, dan tingkat korosinya sangat kecil. Hal ini menunjukkan bahwa kondisi ventilasi tanah di lahan lereng baik, yang tidak kondusif untuk korosi mikroorganisme anaerobik di dalam tanah.
Penelitian sebelumnya telah menemukan bahwa dampak pH tanah terhadap erosi tanah sangat jelas. Dengan fluktuasi nilai pH, laju korosi material logam sangat terpengaruh. pH tanah berhubungan erat dengan wilayah dan mikroorganisme di dalam tanah45,46,47. Secara umum, pengaruh pH tanah terhadap korosi material logam pada tanah yang sedikit basa tidak begitu jelas. Tanah di ketiga lereng rel kereta api semuanya bersifat basa, sehingga pengaruh pH terhadap korosi jaring logam lemah.
Seperti yang terlihat pada Tabel 3, analisis korelasi menunjukkan bahwa potensial redoks dan posisi kemiringan berkorelasi positif secara signifikan (R2 = 0,858), potensial korosi dan gradien potensial (SN) berkorelasi positif secara signifikan (R2 = 0,755), dan potensial redoks dan gradien potensial (SN) berkorelasi positif secara signifikan (R2 = 0,755). Terdapat korelasi negatif yang signifikan antara potensial dan pH (R2 = -0,724). Posisi kemiringan berkorelasi positif secara signifikan dengan potensial redoks. Hal ini menunjukkan bahwa terdapat perbedaan lingkungan mikro pada posisi kemiringan yang berbeda, dan mikroorganisme tanah sangat berkaitan dengan potensial redoks48, 49, 50. Potensial redoks berkorelasi negatif secara signifikan dengan pH51,52. Hubungan ini menunjukkan bahwa nilai pH dan Eh tidak selalu berubah secara sinkron selama proses redoks tanah, tetapi memiliki hubungan linier negatif. Potensial korosi logam dapat mewakili kemampuan relatif untuk mendapatkan dan kehilangan elektron. Meskipun potensial korosi berkorelasi positif secara signifikan dengan gradien potensial (SN), gradien potensial mungkin disebabkan oleh mudahnya kehilangan elektron oleh logam.
Kandungan garam terlarut total dalam tanah berhubungan erat dengan korosivitas tanah. Secara umum, semakin tinggi salinitas tanah, semakin rendah resistivitas tanah, sehingga meningkatkan resistensi tanah. Dalam elektrolit tanah, tidak hanya anion dan berbagai macamnya, tetapi juga pengaruh korosi terutama berasal dari karbonat, klorida, dan sulfat. Selain itu, kandungan garam terlarut total dalam tanah secara tidak langsung mempengaruhi korosi melalui pengaruh faktor lain, seperti pengaruh potensial elektroda pada logam dan kelarutan oksigen tanah53.
Sebagian besar ion garam terlarut yang terdisosiasi dalam tanah tidak secara langsung berpartisipasi dalam reaksi elektrokimia, tetapi memengaruhi korosi logam melalui resistivitas tanah. Semakin tinggi salinitas tanah, semakin kuat konduktivitas tanah dan semakin kuat erosi tanah. Kandungan salinitas tanah pada lereng alami jauh lebih tinggi daripada lereng rel kereta api, yang mungkin disebabkan oleh fakta bahwa lereng alami kaya akan vegetasi, yang kondusif untuk konservasi tanah dan air. Alasan lain mungkin karena lereng alami telah mengalami pembentukan tanah yang matang (bahan induk tanah terbentuk oleh pelapukan batuan), tetapi tanah lereng rel kereta api terdiri dari pecahan batu yang hancur sebagai matriks "tanah buatan", dan belum mengalami proses pembentukan tanah yang cukup. Mineral tidak dilepaskan. Selain itu, ion garam di tanah dalam lereng alami naik melalui aksi kapiler selama penguapan permukaan dan terakumulasi di tanah permukaan, sehingga menyebabkan peningkatan kandungan ion garam di tanah permukaan. Ketebalan tanah lereng rel kereta api kurang dari 20 cm, sehingga lapisan tanah atas tidak mampu menambah garam dari tanah dalam.
Ion positif (seperti K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+, dll.) memiliki sedikit pengaruh terhadap korosi tanah, sedangkan anion memainkan peran penting dalam proses elektrokimia korosi dan memiliki dampak signifikan pada korosi logam. Cl− dapat mempercepat korosi anoda dan merupakan anion yang paling korosif; semakin tinggi kandungan Cl−, semakin kuat korosi tanah. SO42− tidak hanya mendorong korosi baja, tetapi juga menyebabkan korosi pada beberapa material beton54. Juga mengkorosi besi. Dalam serangkaian percobaan tanah asam, laju korosi ditemukan berbanding lurus dengan keasaman tanah55. Klorida dan sulfat adalah komponen utama garam terlarut, yang dapat secara langsung mempercepat kavitasi logam. Studi menunjukkan bahwa kehilangan berat korosi baja karbon dalam tanah basa hampir sebanding dengan penambahan ion klorida dan sulfat56,57. Lee dkk. menemukan bahwa SO42- dapat menghambat korosi, tetapi mendorong perkembangan lubang korosi yang telah terbentuk58.
Menurut standar evaluasi korosivitas tanah dan hasil pengujian, kandungan ion klorida dalam setiap sampel tanah lereng berada di atas 100 mg/kg, menunjukkan korosivitas tanah yang kuat. Kandungan ion sulfat pada lereng atas dan bawah berada di atas 200 mg/kg dan di bawah 500 mg/kg, dan tanah mengalami korosi sedang. Kandungan ion sulfat di lereng tengah lebih rendah dari 200 mg/kg, dan korosi tanah lemah. Ketika media tanah mengandung konsentrasi tinggi, ia akan berpartisipasi dalam reaksi dan menghasilkan kerak korosi pada permukaan elektroda logam, sehingga memperlambat reaksi korosi. Seiring peningkatan konsentrasi, kerak dapat pecah tiba-tiba, sehingga sangat mempercepat laju korosi; seiring konsentrasi terus meningkat, kerak korosi menutupi permukaan elektroda logam, dan laju korosi menunjukkan tren melambat lagi.59 Studi ini menemukan bahwa jumlahnya dalam tanah lebih rendah dan oleh karena itu memiliki sedikit pengaruh pada korosi.
Berdasarkan Tabel 4, korelasi antara kemiringan dan anion tanah menunjukkan bahwa terdapat korelasi positif yang signifikan antara kemiringan dan ion klorida (R2=0,836), dan korelasi positif yang signifikan antara kemiringan dan total garam terlarut (R2=0,742).
Hal ini menunjukkan bahwa limpasan permukaan dan erosi tanah mungkin bertanggung jawab atas perubahan total garam terlarut dalam tanah. Terdapat korelasi positif yang signifikan antara total garam terlarut dan ion klorida, yang mungkin disebabkan karena total garam terlarut merupakan kumpulan ion klorida, dan kandungan total garam terlarut menentukan kandungan ion klorida dalam larutan tanah. Oleh karena itu, kita dapat mengetahui bahwa perbedaan kemiringan dapat menyebabkan korosi parah pada bagian jaring logam.
Bahan organik, nitrogen total, nitrogen tersedia, fosfor tersedia, dan kalium tersedia adalah unsur hara dasar tanah, yang memengaruhi kualitas tanah dan penyerapan unsur hara oleh sistem akar. Unsur hara tanah merupakan faktor penting yang memengaruhi mikroorganisme di dalam tanah, sehingga perlu dipelajari apakah ada korelasi antara unsur hara tanah dan korosi logam. Jalur Kereta Api Suiyu selesai dibangun pada tahun 2003, yang berarti tanah buatan tersebut baru mengalami akumulasi bahan organik selama 9 tahun. Karena kekhususan tanah buatan, perlu dipahami dengan baik unsur hara di dalam tanah buatan.
Penelitian menunjukkan bahwa kandungan bahan organik tertinggi terdapat pada tanah lereng alami setelah seluruh proses pembentukan tanah. Kandungan bahan organik tanah lereng rendah adalah yang terendah. Karena pengaruh pelapukan dan limpasan permukaan, nutrisi tanah akan terakumulasi di lereng tengah dan lereng bawah, membentuk lapisan humus yang tebal. Namun, karena partikel yang kecil dan stabilitas tanah lereng bawah yang buruk, bahan organik mudah terurai oleh mikroorganisme. Survei menemukan bahwa tutupan dan keanekaragaman vegetasi di lereng tengah dan lereng bawah tinggi, tetapi homogenitasnya rendah, yang dapat menyebabkan distribusi nutrisi permukaan yang tidak merata. Lapisan humus yang tebal menahan air dan organisme tanah aktif. Semua ini mempercepat penguraian bahan organik di dalam tanah.
Kandungan nitrogen terhidrolisis alkali pada lereng atas, tengah, dan bawah rel kereta api lebih tinggi daripada lereng alami, menunjukkan bahwa laju mineralisasi nitrogen organik pada lereng rel kereta api secara signifikan lebih tinggi daripada lereng alami. Semakin kecil partikelnya, semakin tidak stabil struktur tanahnya, semakin mudah mikroorganisme menguraikan bahan organik dalam agregat, dan semakin besar cadangan nitrogen organik yang termineralkan60,61. Sesuai dengan hasil penelitian 62, kandungan agregat partikel kecil dalam tanah lereng rel kereta api secara signifikan lebih tinggi daripada lereng alami. Oleh karena itu, tindakan yang tepat harus diambil untuk meningkatkan kandungan pupuk, bahan organik, dan nitrogen dalam tanah lereng rel kereta api, dan untuk meningkatkan pemanfaatan tanah secara berkelanjutan. Pemborosan fosfor dan kalium yang tersedia akibat limpasan permukaan mencapai 77,27% hingga 99,79% dari total kehilangan pada lereng rel kereta api. Limpasan permukaan mungkin merupakan pendorong utama hilangnya nutrisi yang tersedia di tanah lereng63,64,65.
Seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4, terdapat korelasi positif yang signifikan antara posisi kemiringan dan fosfor tersedia (R2=0,948), dan korelasi antara posisi kemiringan dan kalium tersedia adalah sama (R2=0,898). Hal ini menunjukkan bahwa posisi kemiringan mempengaruhi kandungan fosfor tersedia dan kalium tersedia dalam tanah.
Kemiringan lereng merupakan faktor penting yang mempengaruhi kandungan bahan organik tanah dan pengayaan nitrogen66, dan semakin kecil kemiringan lereng, semakin besar tingkat pengayaan. Untuk pengayaan nutrisi tanah, kehilangan nutrisi melemah, dan pengaruh posisi lereng terhadap kandungan bahan organik tanah dan pengayaan nitrogen total tidak begitu jelas. Jenis dan jumlah tanaman yang berbeda pada lereng yang berbeda memiliki asam organik yang berbeda yang disekresikan oleh akar tanaman. Asam organik bermanfaat untuk fiksasi fosfor dan kalium yang tersedia di dalam tanah. Oleh karena itu, terdapat korelasi yang signifikan antara posisi lereng dan fosfor yang tersedia, serta posisi lereng dan kalium yang tersedia.
Untuk memperjelas hubungan antara unsur hara tanah dan korosi tanah, perlu dilakukan analisis korelasi. Seperti yang ditunjukkan pada Tabel 5, potensi redoks berkorelasi negatif secara signifikan dengan nitrogen tersedia (R2 = -0,845) dan berkorelasi positif secara signifikan dengan fosfor tersedia (R2 = 0,842) dan kalium tersedia (R2 = 0,980). Potensi redoks mencerminkan kualitas redoks, yang biasanya dipengaruhi oleh beberapa sifat fisik dan kimia tanah, dan kemudian memengaruhi serangkaian sifat tanah. Oleh karena itu, ini merupakan faktor penting dalam menentukan arah transformasi unsur hara tanah67. Kualitas redoks yang berbeda dapat menghasilkan keadaan dan ketersediaan faktor nutrisi yang berbeda. Oleh karena itu, potensi redoks memiliki korelasi yang signifikan dengan nitrogen tersedia, fosfor tersedia, dan kalium tersedia.
Selain sifat logam, potensi korosi juga berhubungan dengan sifat tanah. Potensi korosi berkorelasi negatif secara signifikan dengan bahan organik, menunjukkan bahwa bahan organik memiliki pengaruh signifikan terhadap potensi korosi. Selain itu, bahan organik juga berkorelasi negatif secara signifikan dengan gradien potensial (SN) (R2=-0,713) dan ion sulfat (R2=-0,671), menunjukkan bahwa kandungan bahan organik juga memengaruhi gradien potensial (SN) dan ion sulfat. Terdapat korelasi negatif yang signifikan antara pH tanah dan kalium tersedia (R2 = -0,728).
Ketersediaan nitrogen berkorelasi negatif secara signifikan dengan total garam terlarut dan ion klorida, sedangkan ketersediaan fosfor dan kalium berkorelasi positif secara signifikan dengan total garam terlarut dan ion klorida. Hal ini menunjukkan bahwa kandungan nutrisi yang tersedia secara signifikan memengaruhi jumlah total garam terlarut dan ion klorida dalam tanah, dan anion dalam tanah tidak kondusif untuk akumulasi dan pasokan nutrisi yang tersedia. Total nitrogen berkorelasi negatif secara signifikan dengan ion sulfat, dan berkorelasi positif secara signifikan dengan bikarbonat, menunjukkan bahwa total nitrogen berpengaruh pada kandungan sulfat dan bikarbonat. Tanaman memiliki sedikit kebutuhan akan ion sulfat dan ion bikarbonat, sehingga sebagian besar ion tersebut bebas di dalam tanah atau diserap oleh koloid tanah. Ion bikarbonat mendukung akumulasi nitrogen dalam tanah, dan ion sulfat mengurangi ketersediaan nitrogen dalam tanah. Oleh karena itu, peningkatan kandungan nitrogen dan humus yang tersedia dalam tanah secara tepat bermanfaat untuk mengurangi korosivitas tanah.
Tanah adalah suatu sistem dengan komposisi dan sifat yang kompleks. Korosivitas tanah merupakan hasil dari aksi sinergis banyak faktor. Oleh karena itu, metode evaluasi komprehensif umumnya digunakan untuk mengevaluasi korosivitas tanah. Dengan mengacu pada “Kode untuk Investigasi Teknik Geoteknik” (GB50021-94) dan metode pengujian Jaringan Uji Korosi Tanah Tiongkok, tingkat korosi tanah dapat dievaluasi secara komprehensif menurut standar berikut: (1) Evaluasi korosi lemah, jika hanya korosi lemah, tidak ada korosi sedang atau korosi berat; (2) jika tidak ada korosi berat, dievaluasi sebagai korosi sedang; (3) jika ada satu atau dua tempat korosi berat, dievaluasi sebagai korosi berat; (4) jika ada 3 atau lebih tempat korosi berat, dievaluasi sebagai korosi berat untuk korosi parah.
Berdasarkan resistivitas tanah, potensial redoks, kadar air, kadar garam, nilai pH, serta kadar Cl- dan SO42-, tingkat korosi sampel tanah pada berbagai kemiringan dievaluasi secara komprehensif. Hasil penelitian menunjukkan bahwa tanah pada semua kemiringan memiliki tingkat korosi yang tinggi.
Potensial korosi merupakan faktor penting yang memengaruhi korosi jaring pelindung lereng. Potensial korosi ketiga lereng semuanya lebih rendah dari -200 mV, yang memiliki dampak terbesar pada korosi jaring logam di lereng atas. Gradien potensial dapat digunakan untuk menilai besarnya arus liar di dalam tanah. Arus liar merupakan faktor penting yang memengaruhi korosi jaring logam di lereng tengah dan lereng atas, terutama di lereng tengah. Kandungan garam terlarut total dalam tanah di lereng atas, tengah, dan bawah semuanya di atas 500 mg/kg, dan efek korosi pada jaring pelindung lereng tergolong sedang. Kandungan air tanah merupakan faktor penting yang memengaruhi korosi jaring logam di lereng tengah dan lereng bawah, dan memiliki dampak yang lebih besar pada korosi jaring pelindung lereng. Nutrien paling melimpah di tanah lereng tengah, menunjukkan bahwa terdapat aktivitas mikroba yang sering dan pertumbuhan tanaman yang cepat.
Penelitian menunjukkan bahwa potensi korosi, gradien potensial, kandungan garam terlarut total, dan kandungan air merupakan faktor utama yang mempengaruhi korosi tanah pada ketiga lereng, dan korosivitas tanah dinilai kuat. Korosi pada jaringan perlindungan lereng paling serius terjadi di lereng tengah, yang memberikan referensi untuk desain anti-korosi jaringan perlindungan lereng kereta api. Penambahan nitrogen dan pupuk organik yang tepat bermanfaat untuk mengurangi korosi tanah, memfasilitasi pertumbuhan tanaman, dan akhirnya menstabilkan lereng.
Cara mengutip artikel ini: Chen, J. dkk. Pengaruh komposisi tanah dan elektrokimia terhadap korosi jaringan lereng batuan di sepanjang jalur kereta api Tiongkok. science.Rep. 5, 14939; doi: 10.1038/srep14939 (2015).
Lin, YL & Yang, GL Karakteristik dinamis lereng subgrade rel kereta api di bawah eksitasi gempa bumi.bencana alam.69, 219–235 (2013).
Sui Wang, J. dkk. Analisis kerusakan jalan raya akibat gempa bumi di daerah yang terkena gempa Wenchuan di Provinsi Sichuan[J]. Jurnal Mekanika Batuan dan Teknik Tiongkok.28, 1250–1260 (2009).
Weilin, Z., Zhenyu, L. & Jinsong, J. Analisis kerusakan seismik dan penanggulangan jembatan jalan raya dalam gempa Wenchuan. Jurnal Mekanika Batuan dan Rekayasa Tiongkok. 28, 1377–1387 (2009).
Lin, CW, Liu, SH, Lee, SY & Liu, CC Pengaruh gempa Chichi terhadap tanah longsor yang disebabkan oleh curah hujan setelahnya di Taiwan tengah. Geologi Teknik. 86, 87–101 (2006).
Koi, T. dkk. Dampak jangka panjang longsor akibat gempa bumi terhadap produksi sedimen di daerah aliran sungai pegunungan: wilayah Tanzawa, Jepang. geomorphology.101, 692–702 (2008).
Hongshuai, L., Jingshan, B. & Dedong, L. Tinjauan penelitian tentang analisis stabilitas seismik lereng geoteknik. Teknik Gempa dan Getaran Teknik. 25, 164–171 (2005).
Yue Ping, Penelitian tentang bahaya geologi yang disebabkan oleh gempa bumi Wenchuan di Sichuan. Jurnal Geologi Teknik 4, 7–12 (2008).
Ali, F. Perlindungan lereng dengan vegetasi: mekanika akar beberapa tanaman tropis. Jurnal Internasional Ilmu Fisika. 5, 496–506 (2010).
Takyu, M., Aiba, SI & Kitayama, K. Pengaruh topografi terhadap hutan pegunungan rendah tropis di bawah kondisi geologi yang berbeda di Gunung Kinabalu, Borneo. Ekologi Tumbuhan. 159, 35–49 (2002).
Stokes, A. dkk. Karakteristik akar tanaman ideal untuk melindungi lereng alami dan buatan dari tanah longsor. Tumbuhan dan Tanah, 324, 1-30 (2009).
De Baets, S., Poesen, J., Gyssels, G. & Knapen, A. Pengaruh akar rumput terhadap erodibilitas lapisan tanah atas selama aliran terkonsentrasi. Geomorphology 76, 54–67 (2006).