Terima kasih kerana melayari Nature.com. Versi pelayar yang anda gunakan mempunyai sokongan CSS yang terhad. Untuk pengalaman terbaik, kami mengesyorkan anda menggunakan pelayar yang dikemas kini (atau mematikan mod keserasian dalam Internet Explorer). Sementara itu, untuk memastikan sokongan berterusan, kami akan memaparkan laman web tanpa gaya dan JavaScript.
Dengan mengambil cerun kereta api Sui-Chongqing sebagai objek kajian, kerintangan tanah, elektrokimia tanah (potensi kakisan, potensi redoks, kecerunan potensi dan pH), anion tanah (jumlah garam larut, Cl-, SO42- dan) dan Pemakanan tanah. (Kandungan lembapan, bahan organik, jumlah nitrogen, nitrogen hidrolisis alkali, fosforus tersedia, kalium tersedia) Di bawah cerun yang berbeza, gred kakisan dinilai mengikut penunjuk individu dan penunjuk komprehensif tanah buatan. Berbanding dengan faktor lain, air mempunyai pengaruh terbesar terhadap kakisan jaring perlindungan cerun, diikuti oleh kandungan anion. Jumlah garam larut mempunyai kesan sederhana terhadap kakisan jaring perlindungan cerun, dan arus sesat mempunyai kesan sederhana terhadap kakisan jaring perlindungan cerun. Tahap kakisan sampel tanah dinilai secara komprehensif, dan kakisan di cerun atas adalah sederhana, dan kakisan di cerun tengah dan bawah adalah kuat. Bahan organik dalam tanah berkorelasi dengan ketara dengan kecerunan potensi. Nitrogen tersedia, kalium tersedia dan fosforus tersedia berkorelasi dengan ketara dengan anion. Pengagihan nutrien tanah secara tidak langsung berkaitan dengan jenis cerun.
Semasa membina landasan kereta api, lebuh raya dan kemudahan pemuliharaan air, bukaan gunung sering tidak dapat dielakkan. Disebabkan oleh pergunungan di barat daya, pembinaan landasan kereta api China memerlukan banyak penggalian gunung. Ia memusnahkan tanah dan tumbuh-tumbuhan asal, mewujudkan cerun berbatu yang terdedah. Keadaan ini menyebabkan tanah runtuh dan hakisan tanah, sekali gus mengancam keselamatan pengangkutan kereta api. Tanah runtuh tidak baik untuk lalu lintas jalan raya, terutamanya selepas gempa bumi Wenchuan pada 12 Mei 2008. Tanah runtuh telah menjadi bencana gempa bumi yang bertaburan secara meluas dan serius1. Dalam penilaian 2008 terhadap 4,243 kilometer jalan utama utama di Wilayah Sichuan, terdapat 1,736 bencana gempa bumi teruk di dasar jalan dan tembok penahan cerun, menyumbang 39.76% daripada jumlah panjang penilaian. Kerugian ekonomi langsung daripada kerosakan jalan raya melebihi 58 bilion yuan 2,3. Contoh global menunjukkan bahawa geobencana pasca gempa bumi boleh bertahan selama sekurang-kurangnya 10 tahun (gempa bumi Taiwan) dan juga selama 40-50 tahun (gempa bumi Kanto di Jepun) 4,5. Kecerunan adalah faktor utama yang mempengaruhi bahaya gempa bumi 6,7. Oleh itu, adalah perlu untuk mengekalkan cerun jalan dan mengukuhkan kestabilannya. Tumbuhan memainkan peranan yang tidak tergantikan dalam perlindungan cerun dan pemulihan landskap ekologi 8. Berbanding dengan cerun tanah biasa, cerun batu tidak mempunyai pengumpulan faktor nutrien seperti bahan organik, nitrogen, fosforus dan kalium, dan tidak mempunyai persekitaran tanah yang diperlukan untuk pertumbuhan tumbuh-tumbuhan. Disebabkan oleh faktor-faktor seperti cerun besar dan hakisan hujan, tanah cerun mudah hilang. Persekitaran cerun adalah keras, kekurangan syarat yang diperlukan untuk pertumbuhan tumbuhan, dan tanah cerun kekurangan kestabilan sokongan. 9. Penyemburan cerun dengan bahan asas untuk menutup tanah bagi melindungi cerun merupakan teknologi pemulihan ekologi cerun yang biasa digunakan di negara saya. Tanah tiruan yang digunakan untuk penyemburan terdiri daripada batu hancur, tanah ladang, jerami, baja sebatian, agen penahan air dan pelekat (pelekat yang biasa digunakan termasuk simen Portland, gam organik dan pengemulsi asfalt) dalam kadar tertentu. Proses teknikalnya ialah: pertama letakkan dawai berduri di atas batu, kemudian pasangkan dawai berduri dengan rivet dan bolt sauh, dan akhirnya semburkan tanah tiruan yang mengandungi biji benih di cerun dengan penyembur khas. Jaring logam berbentuk berlian 14# yang digalvani sepenuhnya kebanyakannya digunakan, dengan standard jaring 5cm × 5cm dan diameter 2mm. Jaring logam membolehkan matriks tanah membentuk papak monolitik yang tahan lama di permukaan batu. Jaring logam akan menghakis di dalam tanah, kerana tanah itu sendiri adalah elektrolit, dan tahap kakisan bergantung pada ciri-ciri tanah. Penilaian faktor kakisan tanah sangat penting untuk menilai hakisan jaring logam yang disebabkan oleh tanah. dan menghapuskan bahaya tanah runtuh.
Akar tumbuhan dipercayai memainkan peranan penting dalam penstabilan cerun dan kawalan hakisan10,11,12,13,14. Untuk menstabilkan cerun daripada tanah runtuh cetek, tumbuh-tumbuhan boleh digunakan kerana akar tumbuhan boleh mengikat tanah untuk mencegah tanah runtuh15,16,17. Tumbuhan berkayu, terutamanya pokok, membantu mencegah tanah runtuh cetek18. Struktur pelindung yang kukuh yang dibentuk oleh sistem akar menegak dan sisi tumbuhan yang bertindak sebagai timbunan pengukuh di dalam tanah. Perkembangan corak seni bina akar didorong oleh gen, dan persekitaran tanah memainkan peranan penting dalam proses ini. Kakisan kepada logam berbeza-beza mengikut persekitaran tanah20. Tahap kakisan logam dalam tanah boleh berkisar daripada pembubaran yang agak cepat hingga impak yang boleh diabaikan21. Tanah tiruan sangat berbeza daripada "tanah" sebenar. Pembentukan tanah semula jadi adalah hasil interaksi antara persekitaran luaran dan pelbagai organisma selama berpuluh-puluh juta tahun22,23,24. Sebelum tumbuh-tumbuhan berkayu membentuk sistem akar dan ekosistem yang stabil, sama ada jaringan logam yang digabungkan dengan cerun batu dan tanah tiruan boleh berfungsi dengan selamat secara langsung berkaitan dengan perkembangan ekonomi semula jadi, keselamatan nyawa dan penambahbaikan persekitaran ekologi.
Walau bagaimanapun, kakisan logam boleh menyebabkan kerugian yang besar. Menurut tinjauan yang dijalankan di China pada awal 1980-an mengenai jentera kimia dan industri lain, kerugian yang disebabkan oleh kakisan logam menyumbang 4% daripada jumlah nilai output. Oleh itu, adalah sangat penting untuk mengkaji mekanisme kakisan dan mengambil langkah perlindungan untuk pembinaan ekonomi. Tanah adalah sistem gas, cecair, pepejal dan mikroorganisma yang kompleks. Metabolit mikrob boleh menghakis bahan, dan arus sesat juga boleh menyebabkan kakisan. Oleh itu, adalah penting untuk mencegah kakisan logam yang tertimbus di dalam tanah. Pada masa ini, penyelidikan mengenai kakisan logam yang tertimbus terutamanya tertumpu pada (1) faktor yang mempengaruhi kakisan logam yang tertimbus25; (2) kaedah perlindungan logam26,27; (3) kaedah penilaian untuk tahap kakisan logam28; Kakisan dalam media yang berbeza. Walau bagaimanapun, semua tanah dalam kajian adalah semula jadi dan telah menjalani proses pembentukan tanah yang mencukupi. Walau bagaimanapun, tiada laporan mengenai hakisan tanah buatan di lereng batu landasan kereta api.
Berbanding dengan media menghakis yang lain, tanah tiruan mempunyai ciri-ciri ketidakcairan, heterogeniti, bermusim dan kewilayah. Kakisan logam dalam tanah tiruan disebabkan oleh interaksi elektrokimia antara logam dan tanah tiruan. Selain faktor semula jadi, kadar kakisan logam juga bergantung pada persekitaran sekitar. Pelbagai faktor mempengaruhi kakisan logam secara individu atau gabungan, seperti kandungan lembapan, kandungan oksigen, jumlah kandungan garam larut, kandungan anion dan ion logam, pH, mikrob tanah30,31,32.
Dalam tempoh 30 tahun amalan, persoalan tentang cara memelihara tanah tiruan secara kekal di lereng berbatu telah menjadi masalah33. Pokok renek atau pokok tidak boleh tumbuh di sesetengah cerun selepas 10 tahun penjagaan manual disebabkan oleh hakisan tanah. Kotoran pada permukaan jaringan logam telah dihanyutkan di beberapa tempat. Disebabkan oleh kakisan, sesetengah jaringan logam retak dan kehilangan semua tanah di atas dan di bawahnya (Rajah 1). Pada masa ini, penyelidikan mengenai kakisan cerun kereta api tertumpu terutamanya pada kakisan grid pembumian pencawang kereta api, kakisan arus sesat yang dihasilkan oleh rel ringan, dan kakisan jambatan kereta api34,35, landasan dan peralatan kenderaan lain36. Tiada laporan tentang kakisan jaringan logam perlindungan cerun kereta api. Kertas ini mengkaji sifat fizikal, kimia dan elektrokimia tanah tiruan di lereng batu barat daya Kereta Api Suiyu, bertujuan untuk meramalkan kakisan logam dengan menilai sifat tanah dan menyediakan asas teori dan praktikal untuk pemulihan ekosistem tanah dan pemulihan tiruan. Cerun tiruan.
Tapak ujian terletak di kawasan berbukit Sichuan (30°32′U, 105°32′T) berhampiran Stesen Kereta Api Suining. Kawasan ini terletak di tengah-tengah Lembangan Sichuan, dengan gunung dan bukit rendah, dengan struktur geologi yang ringkas dan rupa bumi yang rata. Hakisan, pemotongan dan pengumpulan air mewujudkan landskap berbukit yang terhakis. Batuan dasar terutamanya batu kapur, dan beban atas terutamanya pasir ungu dan batu lumpur. Integritinya lemah, dan batuannya adalah struktur blok. Kawasan kajian mempunyai iklim monsun subtropika lembap dengan ciri-ciri bermusim awal musim bunga, musim panas yang panas, musim luruh yang pendek dan akhir musim sejuk. Hujan banyak, sumber cahaya dan haba banyak, tempoh bebas fros panjang (purata 285 hari), iklimnya sederhana, suhu purata tahunan ialah 17.4°C, suhu purata bulan terpanas (Ogos) ialah 27.2°C, dan suhu maksimum ekstrem ialah 39.3°C. Bulan paling sejuk ialah Januari (suhu purata ialah 6.5°C), suhu minimum ekstrem ialah -3.8°C, dan purata hujan tahunan ialah 920 mm, terutamanya tertumpu pada bulan Julai dan Ogos. Hujan pada musim bunga, musim panas, musim luruh dan musim sejuk sangat berbeza. Kadar hujan pada setiap musim dalam setahun ialah masing-masing 19-21%, 51-54%, 22-24% dan 4-5%.
Tapak penyelidikan ini merupakan cerun kira-kira 45° di cerun Kereta Api Yu-Sui yang dibina pada tahun 2003. Pada April 2012, ia menghadap ke selatan dalam jarak 1 km dari Stesen Kereta Api Suining. Cerun semula jadi digunakan sebagai kawalan. Pemulihan ekologi cerun menggunakan teknologi penyemburan tanah topdressing asing untuk pemulihan ekologi. Mengikut ketinggian cerun sisi kereta api, cerun boleh dibahagikan kepada cerun menaik, cerun pertengahan dan cerun menurun (Rajah 2). Memandangkan ketebalan tanah tiruan cerun yang dipotong adalah kira-kira 10cm, untuk mengelakkan pencemaran produk kakisan jaringan logam tanah, kami hanya menggunakan penyodok keluli tahan karat untuk mengambil permukaan tanah 0-8cm. Empat replika ditetapkan untuk setiap kedudukan cerun, dengan 15-20 titik persampelan rawak setiap replika. Setiap replika adalah campuran 15-20 yang ditentukan secara rawak daripada titik persampelan garis berbentuk S. Berat segarnya adalah kira-kira 500 gram. Bawa sampel kembali ke makmal dalam beg polietilena ziplock untuk diproses. Tanah dikeringkan secara semula jadi di udara, dan batu kerikil serta sisa haiwan dan tumbuhan dipilih, dihancurkan dengan batang akik, dan diayak dengan penapis nilon 20-mesh, 100-mesh kecuali zarah kasar.
Kerintangan tanah diukur dengan alat penguji rintangan pembumian VICTOR4106 yang dihasilkan oleh Syarikat Instrumen Shengli; kerintangan tanah diukur di lapangan; Kelembapan tanah diukur dengan kaedah pengeringan. Instrumen digital mudah alih DMP-2 mv/pH mempunyai impedans input yang tinggi untuk mengukur potensi kakisan tanah. Kecerunan potensi dan potensi redoks ditentukan oleh digital mudah alih DMP-2 mv/pH, jumlah garam larut dalam tanah ditentukan dengan kaedah pengeringan residu, kandungan ion klorida dalam tanah ditentukan dengan kaedah titrasi AgNO3 (kaedah Mohr), kandungan sulfat tanah ditentukan dengan kaedah Titrasi EDTA tidak langsung, kaedah titrasi penunjuk berganda untuk menentukan karbonat dan bikarbonat tanah, kaedah pemanasan pengoksidaan kalium dikromat untuk menentukan bahan organik tanah, kaedah resapan larutan alkali untuk menentukan hidrolisis alkali nitrogen tanah, kaedah kolorimetri pencernaan H2SO4-HClO4 Mo-Sb Jumlah fosforus dalam tanah dan kandungan fosforus yang tersedia dalam tanah ditentukan dengan kaedah Olsen (0.05 mol/L larutan NaHCO3 sebagai pengekstrak), dan jumlah kandungan kalium dalam tanah ditentukan dengan fotometri gabungan-nyalaan natrium hidroksida.
Data eksperimen pada mulanya telah disistematisasikan. Statistik SPSS 20 telah digunakan untuk menjalankan analisis min, sisihan piawai, ANOVA sehala dan korelasi manusia.
Jadual 1 membentangkan sifat elektromekanikal, anion dan nutrien tanah dengan cerun yang berbeza. Potensi kakisan, kerintangan tanah dan kecerunan potensi timur-barat bagi cerun yang berbeza semuanya signifikan (P < 0.05). Potensi redoks bagi cerun menurun, cerun pertengahan dan cerun semula jadi adalah signifikan (P < 0.05). Kecerunan potensi yang berserenjang dengan rel, iaitu kecerunan potensi utara-selatan, ialah cerun menaik>cerun menurun>cerun tengah. Nilai pH tanah adalah dalam susunan cerun menurun>cerun menaik>cerun tengah>cerun semula jadi. Jumlah garam larut, cerun semula jadi adalah jauh lebih tinggi daripada cerun kereta api (P < 0.05). Jumlah kandungan garam larut tanah cerun kereta api gred ketiga adalah melebihi 500 mg/kg, dan jumlah garam larut mempunyai kesan sederhana terhadap kakisan logam. Kandungan bahan organik tanah adalah tertinggi di cerun semula jadi dan terendah di cerun menurun (P < 0.05). Jumlah kandungan nitrogen adalah tertinggi di cerun tengah dan terendah di cerun menanjak; Kandungan nitrogen yang tersedia adalah tertinggi di cerun menurun dan cerun tengah, dan terendah di cerun semula jadi; jumlah kandungan nitrogen di cerun menaik dan menurun kereta api adalah lebih rendah, tetapi kandungan nitrogen yang tersedia adalah lebih tinggi. Ini menunjukkan bahawa kadar mineralisasi nitrogen organik menanjak dan menurun adalah cepat. Kandungan kalium yang tersedia adalah sama dengan fosforus yang tersedia.
Kerintangan tanah ialah indeks yang menunjukkan kekonduksian elektrik dan parameter asas untuk menilai kakisan tanah. Faktor-faktor yang mempengaruhi kerintangan tanah termasuk kandungan lembapan, jumlah kandungan garam larut, pH, tekstur tanah, suhu, kandungan bahan organik, suhu tanah dan keketatan. Secara amnya, tanah dengan kerintangan rendah lebih menghakis, dan sebaliknya. Menggunakan kerintangan untuk menilai kerintangan tanah ialah kaedah yang biasa digunakan di pelbagai negara. Jadual 1 menunjukkan kriteria penilaian gred kerintangan untuk setiap indeks tunggal 37, 38.
Menurut keputusan ujian dan piawaian di negara saya (Jadual 1), jika kekakis tanah hanya dinilai melalui kerintangan tanah, tanah di lereng menanjak adalah sangat menghakis; tanah di lereng menurun adalah sederhana menghakis; kekakis tanah di lereng tengah dan lereng semula jadi adalah agak rendah dan lemah.
Kerintangan tanah di cerun menanjak adalah jauh lebih rendah berbanding bahagian cerun yang lain, yang mungkin disebabkan oleh hakisan hujan. Tanah atas di cerun menanjak mengalir ke cerun tengah bersama air, supaya jaring perlindungan cerun logam cerun menanjak berada dekat dengan tanah atas. Sebahagian daripada jaring logam terdedah dan juga tergantung di udara (Rajah 1). Kerintangan tanah diukur di tapak; jarak cerucuk ialah 3m; kedalaman pacuan cerucuk adalah di bawah 15cm. Jaring logam terdedah dan karat yang mengelupas boleh mengganggu keputusan pengukuran. Oleh itu, adalah tidak boleh dipercayai untuk menilai kehakisan tanah hanya melalui indeks kerintangan tanah. Dalam penilaian kakisan yang komprehensif, kerintangan tanah cerun menanjak tidak dipertimbangkan.
Disebabkan oleh kelembapan relatif yang tinggi, udara lembap saka di kawasan Sichuan menyebabkan jaringan logam yang terdedah kepada udara lebih berkarat berbanding jaringan logam yang ditanam di dalam tanah.39. Pendedahan jaringan dawai kepada udara boleh mengakibatkan jangka hayat yang berkurangan, yang boleh menjejaskan kestabilan tanah menanjak. Kehilangan tanah boleh menyukarkan tumbuhan, terutamanya tumbuhan berkayu, untuk tumbuh. Disebabkan oleh kekurangan tumbuhan berkayu, sukar untuk membentuk sistem akar menanjak untuk memejalkan tanah. Pada masa yang sama, pertumbuhan tumbuhan juga boleh meningkatkan kualiti tanah dan meningkatkan kandungan humus di dalam tanah, yang bukan sahaja dapat mengekalkan air, tetapi juga menyediakan persekitaran yang baik untuk pertumbuhan dan pembiakan haiwan dan tumbuhan, sekali gus mengurangkan kehilangan tanah. Oleh itu, pada peringkat awal pembinaan, lebih banyak benih berkayu harus disemai di lereng atas, dan agen penahan air harus ditambah secara berterusan dan ditutup dengan filem untuk perlindungan, bagi mengurangkan hakisan tanah lereng atas oleh air hujan.
Potensi kakisan merupakan faktor penting yang mempengaruhi kakisan jaring perlindungan cerun di cerun tiga aras, dan mempunyai kesan terbesar pada cerun menanjak (Jadual 2). Di bawah keadaan biasa, potensi kakisan tidak banyak berubah dalam persekitaran tertentu. Perubahan ketara boleh disebabkan oleh arus sesat. Arus sesat merujuk kepada arus 40, 41, 42 yang bocor ke dalam dasar jalan dan medium tanah apabila kenderaan menggunakan sistem pengangkutan awam. Dengan perkembangan sistem pengangkutan, sistem pengangkutan kereta api negara saya telah mencapai elektrifikasi berskala besar, dan kakisan logam tertimbus yang disebabkan oleh kebocoran arus terus daripada kereta api elektrik tidak boleh diabaikan. Pada masa ini, kecerunan potensi tanah boleh digunakan untuk menentukan sama ada tanah mengandungi gangguan arus sesat. Apabila kecerunan potensi tanah permukaan lebih rendah daripada 0.5 mv/m, arus sesat adalah rendah; apabila kecerunan potensi berada dalam julat 0.5 mv/m hingga 5.0 mv/m, arus sesat adalah sederhana; Apabila kecerunan keupayaan lebih besar daripada 5.0 mv/m, paras arus sesat adalah tinggi. Julat terapung bagi kecerunan keupayaan (EW) bagi cerun tengah, cerun atas dan cerun bawah ditunjukkan dalam Rajah 3. Dari segi julat terapung, terdapat arus sesat sederhana dalam arah timur-barat dan utara-selatan bagi cerun tengah. Oleh itu, arus sesat merupakan faktor penting yang mempengaruhi kakisan jejaring logam pada cerun tengah dan cerun bawah, terutamanya pada cerun tengah.
Secara amnya, potensi redoks tanah (Eh) melebihi 400 mV menunjukkan keupayaan pengoksidaan, melebihi 0-200 mV adalah keupayaan penurunan sederhana, dan di bawah 0 mV adalah keupayaan penurunan yang besar. Semakin rendah potensi redoks tanah, semakin besar keupayaan kakisan mikroorganisma tanah terhadap logam44. Trend kakisan mikrob tanah boleh diramal daripada potensi redoks. Kajian mendapati bahawa potensi redoks tanah bagi ketiga-tiga cerun adalah lebih besar daripada 500 mv, dan tahap kakisan adalah sangat kecil. Ia menunjukkan bahawa keadaan pengudaraan tanah di tanah cerun adalah baik, yang tidak kondusif untuk kakisan mikroorganisma anaerobik di dalam tanah.
Kajian terdahulu mendapati bahawa kesan pH tanah terhadap hakisan tanah adalah jelas. Dengan turun naik nilai pH, kadar kakisan bahan logam terjejas dengan ketara. pH tanah berkait rapat dengan kawasan dan mikroorganisma di dalam tanah45,46,47. Secara amnya, kesan pH tanah terhadap kakisan bahan logam dalam tanah yang sedikit beralkali tidak jelas. Tanah di tiga cerun kereta api semuanya beralkali, jadi kesan pH terhadap kakisan jaringan logam adalah lemah.
Seperti yang dapat dilihat dari Jadual 3, analisis korelasi menunjukkan bahawa potensi redoks dan kedudukan cerun berkorelasi positif secara signifikan (R2 = 0.858), potensi kakisan dan kecerunan potensi (SN) berkorelasi positif secara signifikan (R2 = 0.755), dan potensi redoks dan kecerunan potensi (SN) berkorelasi positif secara signifikan (R2 = 0.755). Terdapat korelasi negatif yang signifikan antara potensi dan pH (R2 = -0.724). Kedudukan cerun berkorelasi positif secara signifikan dengan potensi redoks. Ini menunjukkan bahawa terdapat perbezaan dalam persekitaran mikro bagi kedudukan cerun yang berbeza, dan mikroorganisma tanah berkait rapat dengan potensi redoks48, 49, 50. Potensi redoks berkorelasi negatif secara signifikan dengan pH51,52. Hubungan ini menunjukkan bahawa nilai pH dan Eh tidak selalu berubah secara serentak semasa proses redoks tanah, tetapi mempunyai hubungan linear negatif. Potensi kakisan logam boleh mewakili keupayaan relatif untuk menerima dan kehilangan elektron. Walaupun potensi kakisan berkorelasi positif secara signifikan dengan kecerunan potensi (SN), kecerunan potensi mungkin disebabkan oleh kehilangan elektron yang mudah oleh logam.
Kandungan garam larut total tanah berkait rapat dengan kakisan tanah. Secara amnya, semakin tinggi kemasinan tanah, semakin rendah kerintangan tanah, sekali gus meningkatkan rintangan tanah. Dalam elektrolit tanah, bukan sahaja anion dan julat yang berbeza-beza, tetapi juga pengaruh kakisan terutamanya karbonat, klorida dan sulfat. Di samping itu, kandungan garam larut total dalam tanah secara tidak langsung mempengaruhi kakisan melalui pengaruh faktor lain, seperti kesan potensi elektrod dalam logam dan keterlarutan oksigen tanah53.
Kebanyakan ion terurai garam yang larut dalam tanah tidak terlibat secara langsung dalam tindak balas elektrokimia, tetapi mempengaruhi kakisan logam melalui kerintangan tanah. Semakin tinggi kemasinan tanah, semakin kuat kekonduksian tanah dan semakin kuat hakisan tanah. Kandungan kemasinan tanah di cerun semula jadi jauh lebih tinggi daripada cerun kereta api, yang mungkin disebabkan oleh fakta bahawa cerun semula jadi kaya dengan tumbuh-tumbuhan, yang kondusif untuk pemuliharaan tanah dan air. Satu lagi sebab mungkin kerana cerun semula jadi telah mengalami pembentukan tanah yang matang (bahan induk tanah yang terbentuk oleh luluhawa batu), tetapi tanah cerun kereta api terdiri daripada serpihan batu hancur sebagai matriks "tanah buatan", dan belum mengalami proses pembentukan tanah yang mencukupi. Mineral tidak dibebaskan. Di samping itu, ion garam di dalam tanah dalam cerun semula jadi meningkat melalui tindakan kapilari semasa penyejatan permukaan dan terkumpul di dalam tanah permukaan, mengakibatkan peningkatan kandungan ion garam di dalam tanah permukaan. Ketebalan tanah cerun kereta api adalah kurang daripada 20 cm, mengakibatkan ketidakupayaan tanah atas untuk menambah garam dari tanah dalam.
Ion positif (seperti K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+, dll.) mempunyai sedikit kesan terhadap kakisan tanah, manakala anion memainkan peranan penting dalam proses elektrokimia kakisan dan mempunyai kesan yang ketara terhadap kakisan logam. Cl− boleh mempercepatkan kakisan anod dan merupakan anion yang paling menghakis; semakin tinggi kandungan Cl−, semakin kuat kakisan tanah. SO42− bukan sahaja menggalakkan kakisan keluli, tetapi juga menyebabkan kakisan dalam beberapa bahan konkrit54. Turut menghakis besi. Dalam satu siri eksperimen tanah berasid, kadar kakisan didapati berkadar dengan keasidan tanah55. Klorida dan sulfat adalah komponen utama garam larut, yang secara langsung boleh mempercepatkan peronggaan logam. Kajian telah menunjukkan bahawa kehilangan berat kakisan keluli karbon dalam tanah alkali hampir berkadar dengan penambahan ion klorida dan sulfat56,57. Lee et al. mendapati bahawa SO42- boleh menghalang kakisan, tetapi menggalakkan perkembangan lubang kakisan yang telah terbentuk58.
Menurut piawaian penilaian kekakis tanah dan keputusan ujian, kandungan ion klorida dalam setiap sampel tanah cerun adalah melebihi 100 mg/kg, menunjukkan kekakis tanah yang kuat. Kandungan ion sulfat di kedua-dua cerun menanjak dan menurun adalah melebihi 200 mg/kg dan di bawah 500 mg/kg, dan tanah tersebut agak berkarat. Kandungan ion sulfat di cerun tengah adalah lebih rendah daripada 200 mg/kg, dan kakisan tanah adalah lemah. Apabila medium tanah mengandungi kepekatan yang tinggi, ia akan mengambil bahagian dalam tindak balas dan menghasilkan kerak kakisan pada permukaan elektrod logam, sekali gus memperlahankan tindak balas kakisan. Apabila kepekatan meningkat, kerak mungkin pecah secara tiba-tiba, sekali gus mempercepatkan kadar kakisan; apabila kepekatan terus meningkat, kerak kakisan menutupi permukaan elektrod logam, dan kadar kakisan menunjukkan trend perlahan sekali lagi. Kajian mendapati bahawa jumlah dalam tanah adalah lebih rendah dan oleh itu mempunyai sedikit kesan terhadap kakisan.
Menurut Jadual 4, korelasi antara anion cerun dan tanah menunjukkan terdapat korelasi positif yang signifikan antara ion cerun dan klorida (R2=0.836), dan korelasi positif yang signifikan antara cerun dan jumlah garam terlarut (R2=0.742).
Ini menunjukkan bahawa larian permukaan dan hakisan tanah mungkin bertanggungjawab terhadap perubahan jumlah garam larut dalam tanah. Terdapat korelasi positif yang ketara antara jumlah garam larut dan ion klorida, yang mungkin kerana jumlah garam larut adalah himpunan ion klorida, dan kandungan jumlah garam larut menentukan kandungan ion klorida dalam larutan tanah. Oleh itu, kita boleh tahu bahawa perbezaan cerun boleh menyebabkan kakisan teruk pada bahagian jaringan logam.
Bahan organik, jumlah nitrogen, nitrogen yang tersedia, fosforus yang tersedia dan kalium yang tersedia adalah nutrien asas tanah, yang mempengaruhi kualiti tanah dan penyerapan nutrien oleh sistem akar. Nutrien tanah merupakan faktor penting yang mempengaruhi mikroorganisma dalam tanah, jadi adalah wajar untuk mengkaji sama ada terdapat korelasi antara nutrien tanah dan kakisan logam. Landasan Suiyu telah siap pada tahun 2003, yang bermaksud bahawa tanah tiruan hanya mengalami 9 tahun pengumpulan bahan organik. Disebabkan oleh kekhususan tanah tiruan, adalah perlu untuk mempunyai pemahaman yang baik tentang nutrien dalam tanah tiruan.
Kajian menunjukkan bahawa kandungan bahan organik adalah yang tertinggi dalam tanah cerun semula jadi selepas keseluruhan proses pembentukan tanah. Kandungan bahan organik tanah cerun rendah adalah yang terendah. Disebabkan oleh pengaruh luluhawa dan larian permukaan, nutrien tanah akan terkumpul di cerun tengah dan cerun bawah, membentuk lapisan humus yang tebal. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh zarah-zarah kecil dan kestabilan tanah cerun rendah yang lemah, bahan organik mudah diuraikan oleh mikroorganisma. Tinjauan mendapati bahawa litupan dan kepelbagaian tumbuh-tumbuhan cerun tengah dan cerun bawah adalah tinggi, tetapi homogenitinya rendah, yang boleh menyebabkan taburan nutrien permukaan yang tidak sekata. Lapisan humus yang tebal menyimpan air dan organisma tanah aktif. Semua ini mempercepatkan penguraian bahan organik di dalam tanah.
Kandungan nitrogen terhidrolisis alkali pada landasan kereta api di cerun atas, cerun tengah dan cerun bawah adalah lebih tinggi daripada cerun semula jadi, menunjukkan bahawa kadar mineralisasi nitrogen organik di cerun kereta api adalah jauh lebih tinggi daripada cerun semula jadi. Semakin kecil zarah, semakin tidak stabil struktur tanah, semakin mudah bagi mikroorganisma untuk menguraikan bahan organik dalam agregat, dan semakin besar himpunan nitrogen organik termineral60,61. Selaras dengan hasil kajian 62, kandungan agregat zarah kecil dalam tanah cerun kereta api adalah jauh lebih tinggi daripada cerun semula jadi. Oleh itu, langkah yang sesuai mesti diambil untuk meningkatkan kandungan baja, bahan organik dan nitrogen dalam tanah cerun kereta api, dan untuk meningkatkan penggunaan tanah yang mampan. Pembaziran fosforus dan kalium yang tersedia yang disebabkan oleh larian permukaan menyumbang 77.27% hingga 99.79% daripada jumlah kehilangan cerun kereta api. Larian permukaan mungkin merupakan pemacu utama kehilangan nutrien yang tersedia dalam tanah cerun63,64,65.
Seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 4, terdapat korelasi positif yang signifikan antara kedudukan cerun dan fosforus yang tersedia (R2=0.948), dan korelasi antara kedudukan cerun dan kalium yang tersedia adalah sama (R2=0.898). Ini menunjukkan bahawa kedudukan cerun mempengaruhi kandungan fosforus yang tersedia dan kalium yang tersedia di dalam tanah.
Kecerunan merupakan faktor penting yang mempengaruhi kandungan bahan organik tanah dan pengayaan nitrogen66, dan semakin kecil kecerunan, semakin besar kadar pengayaan. Bagi pengayaan nutrien tanah, kehilangan nutrien menjadi lemah, dan kesan kedudukan cerun terhadap kandungan bahan organik tanah dan jumlah pengayaan nitrogen tidak jelas. Jenis dan bilangan tumbuhan yang berbeza di cerun yang berbeza mempunyai asid organik yang berbeza yang dirembeskan oleh akar tumbuhan. Asid organik bermanfaat untuk penetapan fosforus yang tersedia dan kalium yang tersedia di dalam tanah. Oleh itu, terdapat korelasi yang ketara antara kedudukan cerun dan fosforus yang tersedia, dan kedudukan cerun dan kalium yang tersedia.
Untuk menjelaskan hubungan antara nutrien tanah dan kakisan tanah, adalah perlu untuk menganalisis korelasi tersebut. Seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 5, potensi redoks berkorelasi negatif secara signifikan dengan nitrogen yang tersedia (R2 = -0.845) dan berkorelasi positif secara signifikan dengan fosforus yang tersedia (R2 = 0.842) dan kalium yang tersedia (R2 = 0.980). Potensi redoks mencerminkan kualiti redoks, yang biasanya dipengaruhi oleh beberapa sifat fizikal dan kimia tanah, dan kemudian mempengaruhi beberapa sifat tanah. Oleh itu, ia merupakan faktor penting dalam menentukan arah transformasi nutrien tanah67. Kualiti redoks yang berbeza boleh mengakibatkan keadaan dan ketersediaan faktor pemakanan yang berbeza. Oleh itu, potensi redoks mempunyai korelasi yang signifikan dengan nitrogen yang tersedia, fosforus yang tersedia dan kalium yang tersedia.
Selain sifat logam, potensi kakisan juga berkaitan dengan sifat tanah. Potensi kakisan berkorelasi negatif secara signifikan dengan bahan organik, menunjukkan bahawa bahan organik mempunyai kesan yang signifikan terhadap potensi kakisan. Di samping itu, bahan organik juga berkorelasi negatif secara signifikan dengan kecerunan potensi (SN) (R2=-0.713) dan ion sulfat (R2=-0.671), menunjukkan bahawa kandungan bahan organik juga mempengaruhi kecerunan potensi (SN) dan ion sulfat. Terdapat korelasi negatif yang signifikan antara pH tanah dan kalium tersedia (R2 = -0.728).
Nitrogen yang tersedia berkorelasi negatif secara signifikan dengan jumlah garam terlarut dan ion klorida, dan fosforus yang tersedia dan kalium yang tersedia berkorelasi positif secara signifikan dengan jumlah garam terlarut dan ion klorida. Ini menunjukkan bahawa kandungan nutrien yang tersedia mempengaruhi jumlah garam terlarut dan ion klorida secara signifikan dalam tanah, dan anion dalam tanah tidak kondusif untuk pengumpulan dan pembekalan nutrien yang tersedia. Jumlah nitrogen berkorelasi negatif secara signifikan dengan ion sulfat, dan berkorelasi positif secara signifikan dengan bikarbonat, menunjukkan bahawa jumlah nitrogen mempunyai kesan terhadap kandungan sulfat dan bikarbonat. Tumbuhan mempunyai sedikit permintaan untuk ion sulfat dan ion bikarbonat, jadi kebanyakannya bebas di dalam tanah atau diserap oleh koloid tanah. Ion bikarbonat menggalakkan pengumpulan nitrogen di dalam tanah, dan ion sulfat mengurangkan ketersediaan nitrogen di dalam tanah. Oleh itu, peningkatan kandungan nitrogen dan humus yang tersedia di dalam tanah dengan sewajarnya adalah bermanfaat untuk mengurangkan kakisan tanah.
Tanah merupakan satu sistem dengan komposisi dan sifat yang kompleks. Kekaratan tanah adalah hasil daripada tindakan sinergi pelbagai faktor. Oleh itu, kaedah penilaian komprehensif biasanya digunakan untuk menilai kekaratan tanah. Dengan merujuk kepada "Kod Penyiasatan Kejuruteraan Geoteknikal" (GB50021-94) dan kaedah ujian Rangkaian Ujian Kakisan Tanah China, gred kakisan tanah boleh dinilai secara komprehensif mengikut piawaian berikut: (1) Penilaian adalah kakisan lemah, jika hanya kakisan lemah, tiada kakisan sederhana atau kakisan kuat; (2) jika tiada kakisan kuat, ia dinilai sebagai kakisan sederhana; (3) jika terdapat satu atau dua tempat kakisan kuat, ia dinilai sebagai kakisan kuat; (4) jika terdapat 3 atau lebih tempat kakisan kuat, ia dinilai sebagai kakisan kuat untuk kakisan teruk.
Gred kakisan sampel tanah di pelbagai cerun telah dinilai secara komprehensif berdasarkan kerintangan tanah, potensi redoks, kandungan air, kandungan garam, nilai pH dan kandungan Cl- dan SO42-. Keputusan kajian menunjukkan bahawa tanah di semua cerun sangat menghakis.
Potensi kakisan merupakan faktor penting yang mempengaruhi kakisan jaring perlindungan cerun. Potensi kakisan ketiga-tiga cerun adalah lebih rendah daripada -200 mv, yang mempunyai kesan terbesar terhadap kakisan jaring logam menanjak. Kecerunan potensi boleh digunakan untuk menilai magnitud arus sesat dalam tanah. Arus sesat merupakan faktor penting yang mempengaruhi kakisan jaring logam di cerun tengah dan cerun menanjak, terutamanya di cerun tengah. Jumlah kandungan garam larut dalam tanah di cerun atas, tengah dan bawah adalah melebihi 500 mg/kg, dan kesan kakisan pada jaring perlindungan cerun adalah sederhana. Kandungan air tanah merupakan faktor penting yang mempengaruhi kakisan jaring logam di cerun tengah dan cerun bawah, dan mempunyai kesan yang lebih besar terhadap kakisan jaring perlindungan cerun. Nutrien paling banyak terdapat dalam tanah cerun tengah, menunjukkan bahawa terdapat aktiviti mikrob yang kerap dan pertumbuhan tumbuhan yang pesat.
Kajian menunjukkan bahawa potensi kakisan, kecerunan potensi, jumlah kandungan garam terlarut dan kandungan air adalah faktor utama yang mempengaruhi kakisan tanah di ketiga-tiga cerun, dan kekakiskan tanah dinilai sebagai kuat. Kakisan rangkaian perlindungan cerun adalah yang paling serius di cerun tengah, yang memberikan rujukan untuk reka bentuk anti-karat rangkaian perlindungan cerun kereta api. Penambahan nitrogen dan baja organik yang tersedia dengan sewajarnya adalah bermanfaat untuk mengurangkan kakisan tanah, memudahkan pertumbuhan tumbuhan, dan akhirnya menstabilkan cerun.
Cara memetik artikel ini: Chen, J. et al. Kesan komposisi tanah dan elektrokimia terhadap kakisan rangkaian cerun batu di sepanjang laluan kereta api China.science.Rep. 5, 14939; doi: 10.1038/srep14939 (2015).
Lin, YL & Yang, GL Ciri-ciri dinamik cerun subgred landasan kereta api di bawah pengujaan gempa bumi. bencana alam.69, 219–235 (2013).
Sui Wang, J. et al. Analisis kerosakan gempa bumi tipikal lebuh raya di kawasan dilanda gempa bumi Wenchuan di Wilayah Sichuan[J]. Jurnal Mekanik dan Kejuruteraan Batuan Cina.28, 1250–1260 (2009).
Weilin, Z., Zhenyu, L. & Jinsong, J. Analisis kerosakan seismik dan langkah balas jambatan lebuh raya dalam gempa bumi Wenchuan. Jurnal Mekanik dan Kejuruteraan Batuan Cina.28, 1377–1387 (2009).
Lin, CW, Liu, SH, Lee, SY & Liu, CC Kesan gempa bumi Chichi terhadap tanah runtuh yang disebabkan oleh hujan berikutnya di tengah Taiwan. Geologi Kejuruteraan.86, 87–101 (2006).
Koi, T. et al. Kesan jangka panjang tanah runtuh akibat gempa bumi terhadap penghasilan sedimen di kawasan tadahan gunung: rantau Tanzawa, Jepun.geomorfologi.101, 692–702 (2008).
Hongshuai, L., Jingshan, B. & Dedong, L. Satu kajian semula penyelidikan mengenai analisis kestabilan seismik cerun geoteknik. Kejuruteraan Gempa Bumi dan Getaran Kejuruteraan. 25, 164–171 (2005).
Yue Ping, Penyelidikan tentang bahaya geologi yang disebabkan oleh gempa bumi Wenchuan di Sichuan. Jurnal Geologi Kejuruteraan 4, 7–12 (2008).
Ali, F. Perlindungan cerun dengan tumbuh-tumbuhan: mekanik akar beberapa tumbuhan tropika. Jurnal Antarabangsa Sains Fizikal.5, 496–506 (2010).
Takyu, M., Aiba, SI & Kitayama, K. Kesan topografi pada hutan pergunungan rendah tropika di bawah keadaan geologi yang berbeza di Gunung Kinabalu, Borneo. Ekologi Tumbuhan.159, 35–49 (2002).
Stokes, A. et al. Ciri-ciri akar tumbuhan yang ideal untuk melindungi cerun semula jadi dan kejuruteraan daripada tanah runtuh. Tumbuhan dan Tanah, 324, 1-30 (2009).
De Baets, S., Poesen, J., Gyssels, G. & Knapen, A. Kesan akar rumput terhadap hakisan tanah atas semasa aliran pekat. Geomorfologi 76, 54–67 (2006).