Terima kasih telah mengunjungi Nature.com. Versi browser yang Anda gunakan memiliki dukungan terbatas untuk CSS. Untuk pengalaman terbaik, kami sarankan Anda menggunakan browser yang diperbarui (atau matikan mode kompatibilitas di Internet Explorer). Sementara itu, untuk memastikan dukungan berkelanjutan, kami akan menampilkan situs tanpa gaya dan JavaScript.
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) Di bawah lereng yang berbeda, tingkat korosi dievaluasi menurut indikator individu dan indikator komprehensif tanah buatan. Dibandingkan dengan faktor-faktor lain, air memiliki pengaruh terbesar pada korosi jaring pelindung lereng, diikuti oleh kandungan anion. Total garam terlarut memiliki efek sedang pada korosi jaring pelindung lereng, dan arus liar memiliki efek sedang pada korosi jaring pelindung lereng. Tingkat korosi sampel tanah dievaluasi secara komprehensif, dan korosi pada lereng atas sedang, dan 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 secara tidak langsung berhubungan dengan jenis lereng.
Saat membangun rel kereta api, jalan raya, dan fasilitas pemeliharaan air, pembukaan gunung sering kali tidak dapat dihindari. Karena pegunungan di barat daya, konstruksi rel kereta api Tiongkok memerlukan banyak penggalian gunung. Ini menghancurkan tanah dan vegetasi asli, sehingga 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 raya, terutama setelah gempa bumi Wenchuan 12 Mei 2008. Tanah longsor telah menjadi bencana gempa bumi yang tersebar luas dan serius1. Bahasa Indonesia: Dalam evaluasi tahun 2008 terhadap 4.243 kilometer jalan utama di Provinsi Sichuan, terdapat 1.736 bencana gempa bumi parah di dasar jalan dan dinding penahan lereng, yang mencakup 39,76% dari total panjang evaluasi. Kerugian ekonomi langsung dari kerusakan jalan melebihi 58 miliar yuan 2,3. Contoh global menunjukkan bahwa bahaya geo pascagempa bumi dapat berlangsung setidaknya selama 10 tahun (gempa bumi Taiwan) dan bahkan selama 40-50 tahun (gempa bumi Kanto di Jepang) 4,5. Gradien merupakan faktor utama yang mempengaruhi bahaya gempa bumi 6,7. Oleh karena itu, perlu untuk menjaga lereng jalan dan memperkuat stabilitasnya. Tanaman memainkan peran yang tak tergantikan dalam perlindungan lereng dan pemulihan lanskap ekologis 8. Dibandingkan dengan lereng tanah biasa, lereng batu 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 lereng besar dan erosi hujan, lereng tanah mudah hilang. Lingkungan lereng keras, tidak memiliki kondisi yang diperlukan untuk pertumbuhan tanaman, dan tanah lereng tidak memiliki stabilitas pendukung9. Penyemprotan lereng dengan bahan dasar untuk menutupi tanah untuk melindungi lereng adalah teknologi pemulihan ekologi lereng yang umum digunakan di negara saya. Tanah buatan yang digunakan untuk penyemprotan terdiri dari batu pecah, tanah lahan pertanian, jerami, pupuk majemuk, bahan penahan air dan perekat (perekat yang umum digunakan termasuk semen Portland, lem organik dan pengemulsi aspal) dalam proporsi tertentu. Proses teknisnya adalah: pertama-tama letakkan kawat berduri di atas batu, kemudian kencangkan kawat berduri dengan paku keling dan baut jangkar, dan terakhir semprotkan tanah buatan yang berisi benih di lereng dengan penyemprot khusus. Jaring logam berbentuk berlian 14 # yang sepenuhnya galvanis paling banyak 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 terkorosi di dalam tanah, karena tanah itu sendiri adalah elektrolit, dan tingkat korosi bergantung pada karakteristik tanah. Evaluasi faktor korosi tanah sangat penting untuk mengevaluasi erosi jaring logam yang disebabkan oleh 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 memperbaiki tanah untuk mencegah tanah longsor15,16,17. Vegetasi berkayu, terutama pohon, membantu mencegah tanah longsor dangkal18. Struktur pelindung yang kokoh yang dibentuk oleh sistem akar vertikal dan lateral tanaman yang bertindak sebagai tumpukan penguat di dalam tanah. Perkembangan pola arsitektur akar didorong oleh gen, dan lingkungan tanah memainkan peran yang menentukan 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 batu dan tanah buatan dapat berfungsi dengan aman secara langsung terkait dengan pengembangan ekonomi alam, keselamatan hidup dan peningkatan lingkungan ekologi.
Namun, korosi logam dapat menyebabkan kerugian besar. Menurut survei yang dilakukan di Tiongkok pada awal 1980-an pada mesin kimia dan industri lainnya, kerugian yang disebabkan oleh korosi logam mencapai 4% dari total nilai output. Oleh karena itu, sangat penting untuk mempelajari mekanisme korosi dan mengambil tindakan perlindungan untuk konstruksi ekonomi. Tanah adalah sistem gas, cairan, padatan, dan mikroorganisme yang kompleks. Metabolit mikroba dapat menimbulkan korosi pada material, dan arus 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 memengaruhi korosi logam yang terkubur25; (2) metode perlindungan logam26,27; (3) metode penilaian untuk tingkat korosi logam28; Korosi di media yang berbeda. Namun, semua tanah dalam penelitian ini alami dan telah mengalami proses pembentukan tanah yang cukup. Namun, tidak ada laporan tentang erosi tanah buatan pada lereng batu rel kereta api.
Dibandingkan dengan media korosif lainnya, tanah buatan memiliki karakteristik tidak likuid, heterogen, musiman dan regional. Korosi logam di tanah buatan disebabkan oleh interaksi elektrokimia antara logam dan tanah buatan. Selain faktor bawaan, laju korosi logam juga bergantung pada lingkungan sekitar. Berbagai faktor memengaruhi korosi logam secara individual atau kombinasi, seperti kadar air, kadar oksigen, kadar garam terlarut total, kandungan anion dan ion logam, pH, mikroba tanah30,31,32.
Dalam 30 tahun praktik, pertanyaan tentang bagaimana cara mengawetkan 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 kasa logam hanyut di beberapa tempat. Karena korosi, beberapa kasa logam retak dan kehilangan semua tanah di atas dan di bawahnya (Gambar 1). Saat ini, penelitian tentang korosi lereng rel 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 pada kasa logam pelindung lereng rel kereta api. Makalah ini mempelajari sifat fisik, kimia, dan elektrokimia tanah buatan di lereng batu barat daya Rel Kereta Suiyu, yang bertujuan untuk memprediksi korosi logam dengan menilai sifat tanah dan memberikan dasar teoritis dan praktis untuk pemulihan ekosistem tanah dan pemulihan buatan. Lereng buatan.
Situs pengujian terletak di daerah perbukitan Sichuan (30°32′N, 105°32′E) dekat Stasiun Kereta Api Suining. Daerah tersebut 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 dasarnya sebagian besar adalah batu kapur, dan lapisan penutupnya sebagian besar adalah pasir ungu dan batulumpur. Integritasnya buruk, dan batuannya adalah struktur blok. Daerah penelitian memiliki iklim muson lembab subtropis dengan karakteristik musiman 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 sedang, suhu rata-rata tahunan 17,4°C, suhu rata-rata bulan terpanas (Agustus) 27,2°C, dan suhu maksimum ekstrem 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 adalah 19-21%, 51-54%, 22-24%, dan 4-5% secara berurutan.
Lokasi penelitian berada pada lereng sekitar 45° pada lereng Jalur Kereta Api Yu-Sui yang dibangun tahun 2003. Pada April 2012, jalur ini menghadap ke selatan dalam jarak 1 km dari Stasiun Kereta Api Suining. Lereng alami digunakan sebagai kontrol. Pemulihan ekologis lereng mengadopsi teknologi penyemprotan tanah topdressing asing untuk pemulihan ekologis. Menurut ketinggian lereng sisi rel kereta api, lereng dapat dibagi menjadi lereng atas, lereng tengah dan lereng bawah (Gbr. 2). Karena ketebalan tanah buatan lereng yang dipotong sekitar 10cm, untuk menghindari pencemaran produk korosi dari kasa logam tanah, kami hanya menggunakan sekop baja tahan karat untuk mengambil permukaan tanah 0-8cm. Empat ulangan ditetapkan untuk setiap posisi lereng, dengan 15-20 titik pengambilan sampel acak per ulangan. Setiap ulangan adalah campuran dari 15-20 titik pengambilan sampel garis berbentuk S yang ditentukan secara acak. Berat segarnya sekitar 500 gram. Bawa sampel kembali ke laboratorium dalam kantong ziplock polietilen untuk diproses. Tanah dikeringkan dengan udara secara alami, dan kerikil serta sisa-sisa hewan dan tumbuhan diambil, dihancurkan dengan tongkat batu akik, dan diayak dengan nilon 20-mesh, 100-mesh saringan kecuali partikel kasar.
Resistivitas tanah diukur dengan alat penguji resistansi pentanahan VICTOR4106 yang diproduksi oleh Shengli Instrument Company; resistivitas tanah diukur di lapangan; Kelembaban 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 dengan 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 pencernaan H2SO4-HClO4 Mo-Sb 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 fusi-nyala natrium hidroksida.
Data eksperimen awalnya disistematisasi. SPSS Statistics 20 digunakan untuk melakukan analisis mean, deviasi standar, ANOVA satu arah, dan korelasi manusia.
Tabel 1 menyajikan sifat elektromekanik, anion dan nutrisi tanah dengan lereng yang berbeda. Potensi korosi, resistivitas tanah dan gradien potensial timur-barat dari lereng yang berbeda semuanya signifikan (P < 0,05). Potensi redoks lereng menurun, 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). Total kandungan garam terlarut dari tanah lereng rel kereta api kelas tiga di atas 500 mg/kg, dan total garam terlarut memiliki efek sedang pada korosi logam. Kandungan bahan organik tanah tertinggi di lereng alami dan terendah di lereng menurun (P < 0,05). Total kandungan nitrogen tertinggi di lereng tengah dan terendah di lereng menanjak. lereng; kandungan nitrogen yang tersedia paling tinggi terdapat pada lereng bawah dan lereng tengah, dan paling rendah pada lereng alami; total kandungan nitrogen pada lereng atas dan bawah rel kereta api lebih rendah, tetapi kandungan nitrogen yang tersedia lebih tinggi. Hal ini menunjukkan bahwa laju mineralisasi nitrogen organik pada lereng atas dan bawah berlangsung cepat. Kandungan kalium yang tersedia sama dengan kandungan fosfor yang tersedia.
Resistivitas tanah merupakan indeks yang menunjukkan konduktivitas listrik dan parameter dasar untuk menilai korosi tanah. Faktor-faktor yang memengaruhi resistivitas tanah meliputi kadar air, kadar garam terlarut total, pH, tekstur tanah, suhu, kandungan bahan organik, suhu tanah, dan kekencangan. Secara umum, tanah dengan resistivitas rendah lebih korosif, dan sebaliknya. Penggunaan resistivitas untuk menilai korosivitas tanah merupakan metode yang umum digunakan di berbagai negara. Tabel 1 menunjukkan kriteria evaluasi tingkat korosivitas untuk setiap indeks tunggal37,38.
Menurut hasil pengujian dan standar di negara saya (Tabel 1), jika korosifitas tanah hanya dievaluasi dengan resistivitas tanah, tanah di lereng menanjak bersifat sangat korosif; tanah di lereng menurun bersifat cukup korosif; korosifitas tanah di lereng tengah dan lereng alami relatif rendah lemah.
Resistivitas tanah di lereng menanjak jauh lebih rendah daripada bagian lereng lainnya, yang mungkin disebabkan oleh erosi hujan. Lapisan tanah atas di lereng atas mengalir ke lereng tengah bersama air, sehingga jaring pelindung lereng logam di lereng atas dekat dengan lapisan tanah atas. Beberapa jaring logam terekspos dan bahkan melayang di udara (Gambar 1). Resistivitas tanah diukur di lokasi; jarak antar tiang adalah 3m; kedalaman pemancangan tiang di bawah 15cm. Jaring logam polos 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 lereng atas tidak dipertimbangkan.
Karena kelembapan relatif yang tinggi, udara lembap yang terus-menerus di daerah Sichuan menyebabkan kasa logam yang terpapar udara mengalami korosi yang lebih parah daripada kasa logam yang terkubur di dalam tanah39. Paparan kasa kawat terhadap udara dapat mengakibatkan berkurangnya masa pakai, yang dapat mengganggu kestabilan tanah di perbukitan. Hilangnya tanah dapat menyulitkan tanaman, terutama tanaman berkayu, untuk tumbuh. Karena kurangnya tanaman berkayu, sulit untuk membentuk sistem akar di perbukitan untuk memadatkan tanah. Pada saat yang sama, pertumbuhan tanaman juga dapat meningkatkan kualitas tanah dan menambah kandungan humus di dalam tanah, yang tidak hanya dapat menahan air, tetapi juga menyediakan lingkungan yang baik untuk pertumbuhan dan reproduksi hewan dan tanaman, sehingga mengurangi hilangnya tanah. Oleh karena itu, pada tahap awal konstruksi, lebih banyak benih berkayu harus ditabur di lereng, dan agen penahan air harus terus ditambahkan dan ditutup dengan film untuk perlindungan, sehingga dapat mengurangi erosi tanah di lereng oleh air hujan.
Potensi korosi merupakan faktor penting yang mempengaruhi korosi jaring pelindung lereng pada lereng tiga tingkat, dan memiliki dampak terbesar pada lereng menanjak (Tabel 2). Dalam kondisi normal, potensi 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 dasar jalan dan media tanah saat kendaraan menggunakan sistem transportasi umum. Dengan pengembangan sistem transportasi, sistem transportasi kereta api negara saya telah mencapai elektrifikasi skala besar, dan korosi logam terkubur yang disebabkan oleh kebocoran arus searah dari kereta api berlistrik 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, level arus liarnya tinggi. Kisaran mengambang gradien potensial (EW) dari lereng tengah, lereng atas, dan lereng bawah ditunjukkan pada Gambar 3. Dalam hal kisaran mengambang, terdapat arus liar sedang di arah timur-barat dan utara-selatan lereng tengah. Oleh karena itu, arus liar merupakan faktor penting yang mempengaruhi korosi kasa logam di lereng tengah dan lereng bawah, terutama di lereng tengah.
Secara umum, potensial redoks tanah (Eh) di atas 400 mV menunjukkan kemampuan mengoksidasi, di atas 0-200 mV merupakan kemampuan mereduksi sedang, dan di bawah 0 mV merupakan kemampuan mereduksi besar. Semakin rendah potensial redoks tanah, semakin besar pula kemampuan korosi mikroorganisme tanah terhadap logam44. Dimungkinkan untuk memprediksi tren korosi mikroba tanah dari potensial redoks. Penelitian menemukan bahwa potensial redoks tanah dari tiga lereng lebih besar dari 500 mv, dan tingkat korosinya sangat kecil. Hal ini menunjukkan bahwa kondisi ventilasi tanah lahan lereng baik, yang tidak kondusif terhadap korosi mikroorganisme anaerobik di dalam tanah.
Penelitian terdahulu telah menemukan bahwa dampak pH tanah terhadap erosi tanah sangat jelas. Dengan fluktuasi nilai pH, laju korosi bahan logam sangat terpengaruh. pH tanah berkaitan erat dengan area dan mikroorganisme di dalam tanah45,46,47. Secara umum, pengaruh pH tanah terhadap korosi bahan logam di tanah yang sedikit basa tidak jelas. Tanah di tiga lereng rel kereta api semuanya basa, jadi pengaruh pH terhadap korosi kasa logam lemah.
Seperti yang dapat dilihat dari Tabel 3, analisis korelasi menunjukkan bahwa potensial redoks dan posisi lereng berkorelasi positif signifikan (R2 = 0,858), potensial korosi dan gradien potensial (SN) berkorelasi positif signifikan (R2 = 0,755), dan potensial redoks dan gradien potensial (SN) berkorelasi positif signifikan (R2 = 0,755). Ada korelasi negatif yang signifikan antara potensial dan pH (R2 = -0,724). Posisi lereng berkorelasi positif signifikan dengan potensial redoks. Ini menunjukkan bahwa ada perbedaan dalam lingkungan mikro dari posisi lereng yang berbeda, dan mikroorganisme tanah terkait erat dengan potensial redoks48, 49, 50. Potensi redoks berkorelasi negatif 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. Potensi korosi logam dapat mewakili kemampuan relatif untuk mendapatkan dan kehilangan elektron. Meskipun potensi korosi berkorelasi positif signifikan dengan gradien potensial (SN), gradien potensial mungkin disebabkan oleh mudahnya kehilangan elektron oleh logam.
Kandungan total garam terlarut dalam tanah berkaitan erat dengan korosifitas tanah. Secara umum, makin tinggi salinitas tanah, makin rendah resistivitas tanah, sehingga makin meningkat resistansi tanahnya. Dalam elektrolit tanah, bukan hanya anion dan rentang yang bervariasi, tetapi juga pengaruh korosi terutama karbonat, klorida, dan sulfat. Selain itu, kandungan total garam terlarut dalam tanah secara tidak langsung memengaruhi korosi melalui pengaruh faktor lain, seperti pengaruh potensial elektroda dalam logam dan kelarutan oksigen dalam tanah53.
Sebagian besar ion terdisosiasi garam yang larut 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 lereng alami secara signifikan 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 yang terbentuk oleh pelapukan batuan), tetapi tanah lereng rel kereta api terdiri dari pecahan batu yang dihancurkan sebagai matriks "tanah buatan", dan belum mengalami proses pembentukan tanah yang cukup. Mineral tidak terlepas. Selain itu, ion-ion garam di tanah dalam lereng alami naik melalui aksi kapiler selama penguapan permukaan dan terakumulasi di permukaan tanah, sehingga mengakibatkan peningkatan kandungan ion garam di permukaan tanah. Ketebalan tanah lereng rel kereta api kurang dari 20 cm, sehingga mengakibatkan ketidakmampuan lapisan tanah atas untuk menambah garam dari tanah dalam.
Ion positif (seperti K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+, dll.) memiliki sedikit efek pada korosi tanah, sementara 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 bahan beton54. Juga menimbulkan korosi pada besi. Dalam serangkaian percobaan tanah asam, laju korosi ditemukan sebanding dengan keasaman tanah55. Klorida dan sulfat adalah komponen utama garam terlarut, yang secara langsung dapat mempercepat kavitasi logam. Penelitian telah menunjukkan bahwa kehilangan berat korosi baja karbon di tanah alkali hampir sebanding dengan penambahan ion klorida dan sulfat56,57. Lee dkk. menemukan bahwa SO42- dapat menghambat korosi, namun mendorong perkembangan lubang korosi yang telah terbentuk58.
Menurut standar evaluasi korosifitas tanah dan hasil pengujian, kandungan ion klorida dalam setiap sampel tanah lereng berada di atas 100 mg/kg, yang menunjukkan korosifitas tanah yang kuat. Kandungan ion sulfat pada lereng menanjak dan menurun 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. Ketika konsentrasi meningkat, kerak dapat pecah secara tiba-tiba, sehingga sangat mempercepat laju korosi; ketika konsentrasi terus meningkat, kerak korosi menutupi permukaan elektroda logam, dan laju korosi menunjukkan tren melambat lagi59. Penelitian menemukan bahwa jumlah di dalam tanah lebih rendah dan karena itu hanya memiliki sedikit efek pada korosi.
Berdasarkan Tabel 4, korelasi antara lereng dengan anion tanah menunjukkan adanya korelasi positif yang signifikan antara lereng dengan ion klorida (R2=0,836), dan korelasi positif yang signifikan antara lereng dengan total garam terlarut (R2=0,742).
Hal ini menunjukkan bahwa limpasan permukaan dan erosi tanah mungkin menjadi penyebab perubahan jumlah garam terlarut dalam tanah. Terdapat korelasi positif yang signifikan antara jumlah garam terlarut dengan ion klorida, yang mungkin disebabkan karena jumlah garam terlarut merupakan kumpulan ion klorida, dan kandungan jumlah garam terlarut menentukan kandungan ion klorida dalam larutan tanah. Oleh karena itu, kita dapat mengetahui bahwa perbedaan kemiringan dapat menyebabkan korosi parah pada bagian kasa logam.
Bahan organik, nitrogen total, nitrogen tersedia, fosfor tersedia, dan kalium tersedia merupakan nutrisi dasar tanah, yang memengaruhi kualitas tanah dan penyerapan nutrisi oleh sistem akar. Nutrisi tanah merupakan faktor penting yang memengaruhi mikroorganisme di dalam tanah, jadi penting untuk mempelajari apakah ada korelasi antara nutrisi tanah dan korosi logam. Jalur Kereta Suiyu selesai dibangun pada tahun 2003, yang berarti bahwa tanah buatan tersebut hanya mengalami akumulasi bahan organik selama 9 tahun. Karena kekhususan tanah buatan, maka penting untuk memiliki pemahaman yang baik tentang nutrisi dalam tanah buatan.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa kandungan bahan organik paling tinggi terdapat pada tanah lereng alami setelah seluruh proses pembentukan tanah. Kandungan bahan organik pada tanah lereng rendah adalah yang paling rendah. Akibat pengaruh pelapukan dan limpasan permukaan, unsur hara tanah akan terkumpul di bagian tengah lereng dan lereng bawah, sehingga membentuk lapisan humus yang tebal. Akan tetapi, karena partikel tanah lereng rendah berukuran kecil dan stabilitasnya kurang baik, bahan organik mudah terurai oleh mikroorganisme. Hasil survei menemukan bahwa tutupan dan keanekaragaman vegetasi di bagian tengah lereng dan lereng bawah cukup tinggi, tetapi homogenitasnya rendah, sehingga dapat menyebabkan distribusi unsur hara permukaan tidak merata. Lapisan humus yang tebal menahan air dan organisme tanah pun aktif. Semua ini mempercepat proses penguraian bahan organik dalam tanah.
Kandungan nitrogen terhidrolisis alkali pada rel kereta api lereng atas, lereng tengah, dan lereng bawah lebih tinggi daripada lereng alami, yang 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 bagi mikroorganisme untuk menguraikan bahan organik dalam agregat, dan semakin besar kumpulan nitrogen organik yang termineralisasi60,61. Konsisten dengan hasil penelitian 62, kandungan agregat partikel kecil di 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 di tanah lereng rel kereta api, dan untuk meningkatkan pemanfaatan tanah yang berkelanjutan. Pemborosan fosfor yang tersedia dan kalium yang tersedia yang disebabkan oleh limpasan permukaan menyumbang 77,27% hingga 99,79% dari total hilangnya lereng rel kereta api. Limpasan permukaan mungkin menjadi pendorong utama hilangnya nutrisi yang tersedia di tanah lereng63,64,65.
Seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4, terdapat korelasi positif yang signifikan antara posisi lereng dengan ketersediaan fosfor (R2=0,948), dan korelasi antara posisi lereng dengan ketersediaan kalium juga sama (R2=0,898). Hal ini menunjukkan bahwa posisi lereng mempengaruhi kandungan fosfor dan kalium yang tersedia di dalam tanah.
Gradien merupakan faktor penting yang memengaruhi kandungan bahan organik tanah dan pengayaan nitrogen66, dan semakin kecil gradiennya, semakin besar laju pengayaannya. Untuk pengayaan nutrisi tanah, kehilangan nutrisi diperlemah, dan pengaruh posisi lereng terhadap kandungan bahan organik tanah dan pengayaan nitrogen total tidak jelas. Berbagai jenis dan jumlah tanaman di lereng yang berbeda memiliki asam organik yang berbeda yang disekresikan oleh akar tanaman. Asam organik bermanfaat untuk fiksasi fosfor yang tersedia dan kalium yang tersedia di dalam tanah. Oleh karena itu, ada korelasi yang signifikan antara posisi lereng dan fosfor yang tersedia, dan 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, potensial redoks berkorelasi negatif signifikan dengan nitrogen yang tersedia (R2 = -0,845) dan berkorelasi positif signifikan dengan fosfor yang tersedia (R2 = 0,842) dan kalium yang tersedia (R2 = 0,980). Potensial 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 gizi yang berbeda. Oleh karena itu, potensial redoks memiliki korelasi signifikan dengan nitrogen yang tersedia, fosfor yang tersedia, dan kalium yang tersedia.
Selain sifat logam, potensi korosi juga terkait dengan sifat tanah. Potensi korosi berkorelasi negatif signifikan dengan bahan organik, yang menunjukkan bahwa bahan organik memiliki efek signifikan pada potensi korosi. Selain itu, bahan organik juga berkorelasi negatif signifikan dengan gradien potensial (SN) (R2 = -0,713) dan ion sulfat (R2 = -0,671), yang menunjukkan bahwa kandungan bahan organik juga mempengaruhi gradien potensial (SN) dan ion sulfat. Ada korelasi negatif signifikan antara pH tanah dan kalium yang tersedia (R2 = -0,728).
Nitrogen yang tersedia berkorelasi negatif signifikan dengan total garam terlarut dan ion klorida, dan fosfor yang tersedia dan kalium yang tersedia berkorelasi positif signifikan dengan total garam terlarut dan ion klorida. 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 bagi akumulasi dan pasokan nutrisi yang tersedia. Nitrogen total berkorelasi negatif signifikan dengan ion sulfat, dan berkorelasi positif signifikan dengan bikarbonat, yang menunjukkan bahwa nitrogen total memiliki efek pada kandungan sulfat dan bikarbonat. Tanaman memiliki sedikit kebutuhan untuk ion sulfat dan ion bikarbonat, sehingga sebagian besar dari mereka 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, meningkatkan kandungan nitrogen dan humus yang tersedia dalam tanah secara tepat bermanfaat untuk mengurangi korosifitas tanah.
Tanah adalah sistem dengan komposisi dan sifat yang kompleks. Korosivitas tanah adalah hasil dari tindakan sinergis dari banyak faktor. Oleh karena itu, metode evaluasi yang 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 sesuai dengan standar berikut: (1) Evaluasi adalah korosi lemah, jika hanya korosi lemah, tidak ada korosi sedang atau korosi kuat; (2) jika tidak ada korosi kuat, dievaluasi sebagai korosi sedang; (3) jika ada satu atau dua tempat korosi kuat, dievaluasi sebagai korosi kuat; (4) jika ada 3 atau lebih tempat korosi kuat, dievaluasi sebagai korosi kuat untuk korosi parah.
Menurut resistivitas tanah, potensial redoks, kadar air, kadar garam, nilai pH, dan kadar Cl- dan SO42-, tingkat korosi sampel tanah di berbagai lereng dievaluasi secara komprehensif. Hasil penelitian menunjukkan bahwa tanah di semua lereng sangat korosif.
Potensi korosi merupakan faktor penting yang memengaruhi korosi jaring pelindung lereng. Potensi korosi pada ketiga lereng semuanya lebih rendah dari -200 mv, yang memiliki dampak terbesar pada korosi jaring logam menanjak. 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 menanjak, terutama di lereng tengah. Total kandungan garam terlarut dalam tanah di lereng atas, tengah, dan bawah semuanya di atas 500 mg/kg, dan dampak korosi pada jaring pelindung lereng sedang. Kadar air tanah merupakan faktor penting yang memengaruhi korosi jaring logam di lereng tengah dan lereng bawah, dan memiliki dampak lebih besar pada korosi jaring pelindung lereng. Nutrisi paling melimpah di tanah lereng tengah, yang menunjukkan bahwa ada aktivitas mikroba yang sering dan pertumbuhan tanaman yang cepat.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa potensi korosi, gradien potensial, total kadar garam terlarut, dan kadar air merupakan faktor utama yang mempengaruhi korosi tanah pada ketiga lereng, dan tingkat korosi tanah dievaluasi sebagai kuat. Korosi jaringan pelindung lereng paling serius terjadi pada lereng tengah, yang menjadi acuan bagi desain anti korosi jaringan pelindung lereng rel kereta api. Penambahan nitrogen dan pupuk organik yang tepat bermanfaat untuk mengurangi korosi tanah, memperlancar pertumbuhan tanaman, dan akhirnya menstabilkan lereng.
Cara mengutip artikel ini: Chen, J. et al. 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 tanah dasar rel kereta api di bawah eksitasi gempa bumi.bencana alam.69, 219–235 (2013).
Sui Wang, J. et al. Analisis kerusakan gempa bumi tipikal pada jalan raya di daerah yang dilanda gempa bumi Wenchuan di Provinsi Sichuan [J]. Jurnal Mekanika dan Teknik Batuan Tiongkok. 28, 1250–1260 (2009).
Weilin, Z., Zhenyu, L. & Jinsong, J. Analisis kerusakan seismik dan tindakan penanggulangan jembatan jalan raya pada gempa bumi Wenchuan. Jurnal Mekanika dan Teknik Batuan Tiongkok. 28, 1377–1387 (2009).
Lin, CW, Liu, SH, Lee, SY & Liu, CC Dampak gempa bumi Chichi terhadap tanah longsor yang disebabkan oleh hujan susulan di Taiwan bagian tengah.Engineering Geology.86, 87–101 (2006).
Koi, T. et al. Efek jangka panjang tanah longsor akibat gempa bumi terhadap produksi sedimen di daerah aliran sungai pegunungan: wilayah Tanzawa, Jepang. geomorfologi.101, 692–702 (2008).
Hongshuai, L., Jingshan, B. & Dedong, L. Tinjauan penelitian tentang analisis stabilitas seismik lereng geoteknik. Teknik Gempa dan Teknik Getaran. 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. Efek topografi pada hutan pegunungan rendah tropis dalam kondisi geologi berbeda di Gunung Kinabalu, Kalimantan.Plant Ecology.159, 35–49 (2002).
Stokes, A. et al. Karakteristik akar tanaman yang ideal untuk melindungi lereng alami dan rekayasa dari tanah longsor. Tanaman dan Tanah, 324, 1-30 (2009).
De Baets, S., Poesen, J., Gyssels, G. & Knapen, A. Efek akar rumput terhadap erodibilitas tanah atas selama aliran terkonsentrasi. Geomorfologi 76, 54–67 (2006).