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Tomando a encosta ferroviária Sui-Chongqing como objeto de pesquisa, a resistividade do solo, a eletroquímica do solo (potencial de corrosão, potencial redox, gradiente de potencial e pH), os ânions do solo (sais solúveis totais, Cl-, SO42- e) e a nutrição do solo. (Teor de umidade, matéria orgânica, nitrogênio total, nitrogênio hidrolisado por álcali, fósforo disponível, potássio disponível) Em diferentes encostas, o grau de corrosão é avaliado de acordo com os indicadores individuais e indicadores abrangentes do solo artificial. Comparado com outros fatores, a água tem a maior influência na corrosão da rede de proteção de encostas, seguida pelo teor de ânions. O sal solúvel total tem um efeito moderado na corrosão da rede de proteção de encostas, e a corrente parasita tem um efeito moderado na corrosão da rede de proteção de encostas. O grau de corrosão das amostras de solo foi avaliado de forma abrangente, e a corrosão na encosta superior foi moderada, e a corrosão nas encostas média e inferior foi forte. A matéria orgânica no solo foi significativamente correlacionada com o gradiente de potencial. O nitrogênio disponível, o potássio disponível e o fósforo disponível foram significativamente correlacionados com os ânions. A distribuição de nutrientes do solo estão indiretamente relacionados ao tipo de declive.
Ao construir ferrovias, rodovias e instalações de conservação de água, as aberturas nas montanhas são frequentemente inevitáveis. Devido às montanhas no sudoeste, a construção ferroviária na China exige muita escavação da montanha. Ela destrói o solo e a vegetação originais, criando encostas rochosas expostas. Essa situação leva a deslizamentos de terra e erosão do solo, ameaçando assim a segurança do transporte ferroviário. Os deslizamentos de terra são ruins para o tráfego rodoviário, especialmente após o terremoto de Wenchuan em 12 de maio de 2008. Os deslizamentos de terra se tornaram um desastre sísmico grave e amplamente distribuído1. Na avaliação de 2008 de 4.243 quilômetros de estradas principais na província de Sichuan, houve 1.736 desastres sísmicos severos em leitos de estradas e muros de contenção de encostas, representando 39,76% da extensão total da avaliação. As perdas econômicas diretas com danos nas estradas ultrapassaram 58 bilhões de yuans 2,3. Exemplos globais mostram que os riscos geológicos pós-terremoto podem durar pelo menos 10 anos (terremoto de Taiwan) e até mesmo 40-50 anos (terremoto de Kanto no Japão) 4,5. O gradiente é o principal fator que afeta o risco de terremoto 6,7. Portanto, é necessário manter a inclinação da estrada e fortalecer sua estabilidade. As plantas desempenham um papel insubstituível na proteção de encostas e na restauração ecológica da paisagem 8. Comparadas com encostas de solo comuns, as encostas rochosas não têm o acúmulo de fatores de nutrientes, como matéria orgânica, nitrogênio, fósforo e potássio, e não têm o ambiente de solo necessário para o crescimento da vegetação. Devido a fatores como grande declive e erosão pela chuva, O solo da encosta se perde facilmente. O ambiente da encosta é hostil, carece das condições necessárias para o crescimento das plantas e o solo da encosta não possui estabilidade de suporte. 9. A pulverização de encostas com material de base para cobrir o solo e proteger a encosta é uma tecnologia de restauração ecológica de encostas comumente usada em meu país. O solo artificial usado para pulverização é composto de brita, solo de terras agrícolas, palha, fertilizante composto, agente retentor de água e adesivo (os adesivos comumente usados ​​incluem cimento Portland, cola orgânica e emulsificante asfáltico) em uma determinada proporção. O processo técnico é: primeiro, coloque o arame farpado na rocha, depois fixe o arame farpado com rebites e chumbadores e, por fim, pulverize o solo artificial contendo sementes na encosta com um pulverizador especial. A malha metálica em forma de diamante de 14# totalmente galvanizada é a mais usada, com um padrão de malha de 5cm × 5cm e um diâmetro de 2mm. A malha metálica permite que a matriz do solo forme uma laje monolítica durável na superfície da rocha. A malha metálica irá corroer no solo, porque o próprio solo é um eletrólito, e o grau de corrosão depende do características do solo. A avaliação dos fatores de corrosão do solo é de grande importância para avaliar a erosão induzida pela malha metálica do solo e eliminar riscos de deslizamentos.
Acredita-se que as raízes das plantas desempenham um papel crucial na estabilização de encostas e no controle da erosão10,11,12,13,14. Para estabilizar encostas contra deslizamentos superficiais, a vegetação pode ser usada, pois as raízes das plantas podem fixar o solo para evitar deslizamentos15,16,17. A vegetação lenhosa, especialmente as árvores, ajuda a prevenir deslizamentos superficiais18. Uma estrutura protetora robusta formada pelos sistemas radiculares verticais e laterais das plantas que atuam como estacas de reforço no solo. O desenvolvimento dos padrões de arquitetura das raízes é impulsionado pelos genes, e o ambiente do solo desempenha um papel decisivo nesses processos. A corrosão dos metais varia de acordo com o ambiente do solo20. O grau de corrosão dos metais no solo pode variar de uma dissolução bastante rápida a um impacto insignificante21. O solo artificial é muito diferente do "solo" real. A formação de solos naturais é o resultado de interações entre o ambiente externo e vários organismos ao longo de dezenas de milhões de anos22,23,24. Antes que a vegetação lenhosa forme um sistema radicular e um ecossistema estáveis, seja a malha metálica combinada com a encosta rochosa e o solo artificial pode funcionar com segurança está diretamente relacionado ao desenvolvimento da economia natural, à segurança da vida e à melhoria do ambiente ecológico.
No entanto, a corrosão de metais pode levar a grandes perdas. De acordo com uma pesquisa realizada na China no início da década de 1980 em máquinas químicas e outras indústrias, as perdas causadas pela corrosão de metais representaram 4% do valor total da produção. Portanto, é de grande importância estudar o mecanismo de corrosão e tomar medidas de proteção para a construção econômica. O solo é um sistema complexo de gases, líquidos, sólidos e microrganismos. Metabólitos microbianos podem corroer materiais e correntes parasitas também podem causar corrosão. Portanto, é importante prevenir a corrosão de metais enterrados no solo. Atualmente, a pesquisa sobre corrosão de metais enterrados se concentra principalmente em (1) fatores que afetam a corrosão de metais enterrados25; (2) métodos de proteção de metais26,27; (3) métodos de julgamento para o grau de corrosão de metais28; Corrosão em diferentes meios. No entanto, todos os solos no estudo eram naturais e haviam passado por processos de formação de solo suficientes. No entanto, não há nenhum relatório sobre erosão artificial do solo em encostas rochosas ferroviárias.
Comparado com outros meios corrosivos, o solo artificial tem as características de iliquidez, heterogeneidade, sazonalidade e regionalidade. A corrosão metálica em solos artificiais é causada por interações eletroquímicas entre metais e solos artificiais. Além de fatores inatos, a taxa de corrosão metálica também depende do ambiente circundante. Uma variedade de fatores afeta a corrosão metálica individualmente ou em combinação, como teor de umidade, teor de oxigênio, teor total de sais solúveis, teor de ânions e íons metálicos, pH, micróbios do solo30,31,32.
Em 30 anos de prática, a questão de como preservar permanentemente solos artificiais em encostas rochosas tem sido um problema33. Arbustos ou árvores não podem crescer em algumas encostas após 10 anos de cuidado manual devido à erosão do solo. A sujeira na superfície da malha de metal foi lavada em alguns lugares. Devido à corrosão, algumas malhas de metal racharam e perderam todo o solo acima e abaixo delas (Figura 1). Atualmente, a pesquisa sobre corrosão de encostas ferroviárias se concentra principalmente na corrosão da grade de aterramento da subestação ferroviária, corrosão por correntes parasitas geradas por trens leves e corrosão de pontes ferroviárias34,35, trilhos e outros equipamentos de veículos36. Não houve relatos de corrosão da malha metálica de proteção da encosta ferroviária. Este artigo estuda as propriedades físicas, químicas e eletroquímicas de solos artificiais na encosta rochosa sudoeste da Ferrovia Suiyu, com o objetivo de prever a corrosão do metal avaliando as propriedades do solo e fornecer base teórica e prática para a restauração do ecossistema do solo e restauração artificial. Encosta artificial.
O local de teste está localizado na área montanhosa de Sichuan (30°32′N, 105°32′E) perto da Estação Ferroviária de Suining. A área está localizada no meio da Bacia de Sichuan, com montanhas e colinas baixas, com estrutura geológica simples e terreno plano. A erosão, o corte e o acúmulo de água criam paisagens montanhosas erodidas. O leito rochoso é principalmente calcário e a sobrecarga é principalmente areia roxa e argilito. A integridade é pobre e a rocha é uma estrutura em blocos. A área de estudo tem um clima subtropical úmido de monções com características sazonais de início da primavera, verão quente, outono curto e final do inverno. A precipitação é abundante, os recursos de luz e calor são abundantes, o período sem geadas é longo (285 dias em média), o clima é ameno, a temperatura média anual é de 17,4°C, a temperatura média do mês mais quente (agosto) é de 27,2°C e a temperatura máxima extrema é de 39,3°C. O mês mais frio é janeiro (temperatura média de 6,5°C), a temperatura mínima extrema é de -3,8°C e a precipitação média anual é de 920 mm, concentrada principalmente em julho e agosto. A precipitação na primavera, verão, outono e inverno varia bastante. A proporção de precipitação em cada estação do ano é de 19% a 21%, 51% a 54%, 22% a 24% e 4% a 5%, respectivamente.
O local da pesquisa é uma encosta de cerca de 45° na encosta da Ferrovia Yu-Sui construída em 2003. Em abril de 2012, ela estava voltada para o sul, a 1 km da Estação Ferroviária de Suining. O talude natural foi usado como controle. A restauração ecológica do talude adota a tecnologia estrangeira de pulverização de solo com cobertura para restauração ecológica. De acordo com a altura do talude lateral da ferrovia, o talude pode ser dividido em declive ascendente, médio e descendente (Fig. 2). Como a espessura do solo artificial do talude cortado é de cerca de 10 cm, para evitar a poluição dos produtos de corrosão da malha metálica do solo, usamos apenas uma pá de aço inoxidável para remover a superfície do solo de 0 a 8 cm. Quatro réplicas foram definidas para cada posição do talude, com 15 a 20 pontos de amostragem aleatórios por réplica. Cada réplica é uma mistura de 15 a 20 pontos de amostragem determinados aleatoriamente a partir da linha em forma de S. Seu peso fresco é de cerca de 500 gramas. Traga as amostras de volta ao laboratório em sacos plásticos ziplock para processamento. O solo é seco naturalmente ao ar, e o cascalho e os resíduos animais e vegetais são selecionados, triturados com um bastão de ágata e peneirados com uma peneira de malha 20. Peneira de nylon de 100 malhas, exceto para as partículas grossas.
A resistividade do solo foi medida pelo testador de resistência de aterramento VICTOR4106 produzido pela Shengli Instrument Company; a resistividade do solo foi medida em campo; A umidade do solo foi medida pelo método de secagem. O instrumento digital portátil mv/pH DMP-2 apresenta alta impedância de entrada para medir o potencial de corrosão do solo. O gradiente potencial e o potencial redox foram determinados pelo DMP-2 digital portátil mv/pH, o sal solúvel total no solo foi determinado pelo método de secagem de resíduos, o conteúdo de íons cloreto no solo foi determinado pelo método de titulação AgNO3 (método Mohr), o conteúdo de sulfato do solo foi determinado pelo método de titulação indireta de EDTA, método de titulação de indicador duplo para determinar carbonato e bicarbonato do solo, método de aquecimento por oxidação de dicromato de potássio para determinar a matéria orgânica do solo, método de difusão em solução alcalina para determinar o nitrogênio da hidrólise alcalina do solo, método colorimétrico de digestão H2SO4-HClO4 Mo-Sb O fósforo total no solo e o conteúdo de fósforo disponível no solo foram determinados pelo método de Olsen (solução de NaHCO3 0,05 mol/L como extratante) e o conteúdo total de potássio no solo foi determinado por fotometria de fusão de chama de hidróxido de sódio.
Os dados experimentais foram inicialmente sistematizados. O SPSS Statistics 20 foi usado para realizar análise de média, desvio padrão, ANOVA unidirecional e correlação humana.
A Tabela 1 apresenta as propriedades eletromecânicas, ânions e nutrientes de solos com diferentes declives. O potencial de corrosão, a resistividade do solo e o gradiente de potencial leste-oeste de diferentes declives foram todos significativos (P < 0,05). Os potenciais redox de declive, meio declive e declive natural foram significativos (P < 0,05). O gradiente de potencial perpendicular à ferrovia, ou seja, o gradiente de potencial norte-sul, é declive ascendente>declive descendente>declive médio. O valor do pH do solo estava na ordem de declive descendente>subida>declive médio>declive natural. O sal solúvel total, o declive natural foi significativamente maior do que o declive ferroviário (P < 0,05). O teor de sal solúvel total do solo do declive ferroviário de terceiro grau é superior a 500 mg/kg, e o sal solúvel total tem um efeito moderado na corrosão do metal. O teor de matéria orgânica do solo foi o mais alto no declive natural e o mais baixo no declive descendente (P < 0,05). O teor total de nitrogênio foi o mais alto no declive médio e o mais baixo no declive ascendente declive; o conteúdo de nitrogênio disponível foi mais alto na encosta descendente e na encosta intermediária, e mais baixo na encosta natural; o conteúdo total de nitrogênio na encosta ascendente e descendente da ferrovia foi menor, mas o conteúdo de nitrogênio disponível foi maior. Isso indica que a taxa de mineralização de nitrogênio orgânico na encosta ascendente e descendente é rápida. O conteúdo de potássio disponível é o mesmo que o fósforo disponível.
A resistividade do solo é um índice que indica a condutividade elétrica e um parâmetro básico para julgar a corrosão do solo. Os fatores que afetam a resistividade do solo incluem teor de umidade, teor total de sais solúveis, pH, textura do solo, temperatura, teor de matéria orgânica, temperatura do solo e estanqueidade. De modo geral, solos com baixa resistividade são mais corrosivos e vice-versa. Usar a resistividade para julgar a corrosividade do solo é um método comumente usado em vários países. A Tabela 1 mostra os critérios de avaliação do grau de corrosividade para cada índice individual37,38.
De acordo com os resultados dos testes e padrões no meu país (Tabela 1), se a corrosividade do solo for avaliada apenas pela resistividade do solo, o solo na encosta ascendente é altamente corrosivo; o solo na encosta descendente é moderadamente corrosivo; a corrosividade do solo na encosta intermediária e na encosta natural é relativamente baixa e fraca.
A resistividade do solo na encosta ascendente é significativamente menor do que a de outras partes da encosta, o que pode ser causado pela erosão da chuva. A camada superficial do solo na encosta ascendente flui para a encosta do meio com a água, de modo que a rede metálica de proteção da encosta ascendente fica próxima à camada superficial do solo. Algumas das malhas metálicas ficaram expostas e até suspensas no ar (Figura 1). A resistividade do solo foi medida no local; o espaçamento das estacas era de 3 m; a profundidade da cravação das estacas estava abaixo de 15 cm. A malha metálica nua e a ferrugem descascada podem interferir nos resultados da medição. Portanto, não é confiável avaliar a corrosividade do solo apenas pelo índice de resistividade do solo. Na avaliação abrangente da corrosão, a resistividade do solo na encosta ascendente não é considerada.
Devido à alta umidade relativa, o ar úmido perene na área de Sichuan faz com que a malha de metal exposta ao ar corroa mais seriamente do que a malha de metal enterrada no solo39. A exposição da malha de arame ao ar pode resultar em diminuição da vida útil, o que pode desestabilizar solos em aclives. A perda de solo pode dificultar o crescimento de plantas, especialmente plantas lenhosas. Devido à falta de plantas lenhosas, é difícil formar um sistema radicular em aclives para solidificar o solo. Ao mesmo tempo, o crescimento das plantas também pode melhorar a qualidade do solo e aumentar o conteúdo de húmus no solo, o que pode não apenas reter água, mas também fornecer um bom ambiente para o crescimento e reprodução de animais e plantas, reduzindo assim a perda de solo. Portanto, no estágio inicial da construção, mais sementes lenhosas devem ser semeadas na encosta, e o agente de retenção de água deve ser continuamente adicionado e coberto com filme para proteção, de modo a reduzir a erosão do solo em aclive pela água da chuva.
O potencial de corrosão é um fator importante que afeta a corrosão da rede de proteção de taludes em taludes de três níveis e tem o maior impacto em taludes ascendentes (Tabela 2). Em condições normais, o potencial de corrosão não muda muito em um determinado ambiente. Uma mudança perceptível pode ser causada por correntes parasitas. Correntes parasitas referem-se às correntes 40, 41, 42 que vazam para o leito da estrada e para o solo quando os veículos usam o sistema de transporte público. Com o desenvolvimento do sistema de transporte, o sistema de transporte ferroviário do meu país alcançou eletrificação em larga escala, e a corrosão de metais enterrados causada por vazamento de corrente contínua de ferrovias eletrificadas não pode ser ignorada. Atualmente, o gradiente de potencial do solo pode ser usado para determinar se o solo contém distúrbios de corrente parasita. Quando o gradiente de potencial do solo superficial é menor que 0,5 mv/m, a corrente parasita é baixa; quando o gradiente de potencial está na faixa de 0,5 mv/m a 5,0 mv/m, a corrente parasita é moderada; quando o gradiente de potencial é maior que 5,0 mv/m, o nível de corrente parasita é alto. A faixa de flutuação do gradiente de potencial (EW) do meio do declive, subida e descida é mostrada na Figura 3. Em termos de faixa de flutuação, há correntes parasitas moderadas nas direções leste-oeste e norte-sul do meio do declive. Portanto, a corrente parasita é um fator importante que afeta a corrosão de malhas metálicas no meio do declive e na descida, especialmente no meio do declive.
Geralmente, o potencial redox do solo (Eh) acima de 400 mV indica a capacidade de oxidação, acima de 0-200 mV é a capacidade de redução média e abaixo de 0 mV é a grande capacidade de redução. Quanto menor o potencial redox do solo, maior a capacidade de corrosão dos microrganismos do solo aos metais44. É possível prever a tendência da corrosão microbiana do solo a partir do potencial redox. O estudo descobriu que o potencial redox do solo das três encostas era maior que 500 mv e o nível de corrosão era muito pequeno. Isso mostra que a condição de ventilação do solo nas encostas é boa, o que não é propício à corrosão de microrganismos anaeróbicos no solo.
Estudos anteriores descobriram que o impacto do pH do solo na erosão do solo é óbvio. Com a flutuação do valor do pH, a taxa de corrosão de materiais metálicos é significativamente afetada. O pH do solo está intimamente relacionado à área e aos microrganismos no solo45,46,47. De modo geral, o efeito do pH do solo na corrosão de materiais metálicos em solos levemente alcalinos não é óbvio. Os solos das três encostas ferroviárias são todos alcalinos, então o efeito do pH na corrosão da malha metálica é fraco.
Como pode ser visto na Tabela 3, a análise de correlação mostra que o potencial redox e a posição da inclinação são significativamente correlacionados positivamente (R2 = 0,858), o potencial de corrosão e o gradiente de potencial (SN) são significativamente correlacionados positivamente (R2 = 0,755) e o potencial redox e o gradiente de potencial (SN) são significativamente correlacionados positivamente (R2 = 0,755). Houve uma correlação negativa significativa entre o potencial e o pH (R2 = -0,724). A posição da encosta foi significativamente correlacionada positivamente com o potencial redox. Isso mostra que há diferenças no microambiente de diferentes posições de encosta, e os microrganismos do solo estão intimamente relacionados ao potencial redox48, 49, 50. O potencial redox foi significativamente correlacionado negativamente com o pH51,52. Essa relação indicou que os valores de pH e Eh nem sempre mudaram de forma sincronizada durante o processo redox do solo, mas tiveram uma relação linear negativa. O potencial de corrosão do metal pode representar a capacidade relativa de ganhar e perder elétrons. Embora o potencial de corrosão tenha sido significativamente correlacionado positivamente com o gradiente de potencial (SN), o gradiente de potencial pode ser causado pela fácil perda de elétrons pelo metal.
O teor total de sais solúveis no solo está intimamente relacionado à corrosividade do solo. De modo geral, quanto maior a salinidade do solo, menor a resistividade do solo, aumentando assim a resistência do solo. Nos eletrólitos do solo, não apenas os ânions e faixas variáveis, mas também as influências da corrosão são principalmente carbonatos, cloretos e sulfatos. Além disso, o teor total de sais solúveis no solo afeta indiretamente a corrosão por meio da influência de outros fatores, como o efeito do potencial do eletrodo em metais e a solubilidade do oxigênio do solo53.
A maioria dos íons dissociados de sal solúvel no solo não participa diretamente de reações eletroquímicas, mas afeta a corrosão do metal por meio da resistividade do solo. Quanto maior a salinidade do solo, mais forte é a condutividade do solo e mais forte é a erosão do solo. O conteúdo de salinidade do solo em encostas naturais é significativamente maior do que em encostas ferroviárias, o que pode ser devido ao fato de que encostas naturais são ricas em vegetação, o que é propício à conservação do solo e da água. Outra razão pode ser que a encosta natural tenha experimentado formação de solo maduro (material de origem do solo formado por intemperismo de rocha), mas o solo da encosta ferroviária é composto de fragmentos de pedra britada como matriz de "solo artificial" e não passou por um processo de formação de solo suficiente. Minerais não liberados. Além disso, os íons de sal no solo profundo de encostas naturais subiram por ação capilar durante a evaporação da superfície e se acumularam no solo superficial, resultando em um aumento no conteúdo de íons de sal no solo superficial. A espessura do solo da encosta ferroviária é menor que 20 cm, resultando na incapacidade da camada superficial do solo de suplementar o sal do solo profundo.
Íons positivos (como K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+, etc.) têm pouco efeito na corrosão do solo, enquanto os ânions desempenham um papel significativo no processo eletroquímico de corrosão e têm um impacto significativo na corrosão do metal. O Cl− pode acelerar a corrosão do ânodo e é o ânion mais corrosivo; quanto maior o teor de Cl−, mais forte é a corrosão do solo. O SO42− não apenas promove a corrosão do aço, mas também causa corrosão em alguns materiais de concreto54. Também corrói o ferro. Em uma série de experimentos com solo ácido, descobriu-se que a taxa de corrosão era proporcional à acidez do solo55. Cloreto e sulfato são os principais componentes dos sais solúveis, que podem acelerar diretamente a cavitação de metais. Estudos mostraram que a perda de peso da corrosão do aço carbono em solos alcalinos é quase proporcional à adição de íons cloreto e sulfato56,57. Lee et al. descobriram que o SO42- pode dificultar a corrosão, mas promover o desenvolvimento de poços de corrosão que já se formaram58.
De acordo com o padrão de avaliação de corrosividade do solo e os resultados dos testes, o teor de íons cloreto em cada amostra de solo da encosta estava acima de 100 mg/kg, indicando forte corrosividade do solo. O teor de íons sulfato nas encostas de subida e descida estava acima de 200 mg/kg e abaixo de 500 mg/kg, e o solo estava moderadamente corroído. O teor de íons sulfato na encosta do meio é menor que 200 mg/kg, e a corrosão do solo é fraca. Quando o meio do solo contém uma alta concentração, ele participará da reação e produzirá incrustações de corrosão na superfície do eletrodo de metal, retardando assim a reação de corrosão. À medida que a concentração aumenta, a incrustação pode quebrar repentinamente, acelerando muito a taxa de corrosão; à medida que a concentração continua a aumentar, a incrustação de corrosão cobre a superfície do eletrodo de metal, e a taxa de corrosão mostra uma tendência de desaceleração novamente59. O estudo descobriu que a quantidade no solo era menor e, portanto, teve pouco efeito na corrosão.
De acordo com a Tabela 4, a correlação entre declive e ânions do solo mostrou que houve correlação positiva significativa entre declive e íons cloreto (R2=0,836) e correlação positiva significativa entre declive e sais solúveis totais (R2=0,742).
Isso sugere que o escoamento superficial e a erosão do solo podem ser responsáveis ​​pelas mudanças nos sais solúveis totais no solo. Houve uma correlação positiva significativa entre os sais solúveis totais e os íons cloreto, o que pode ocorrer porque os sais solúveis totais são o conjunto de íons cloreto, e o conteúdo de sais solúveis totais determina o conteúdo de íons cloreto nas soluções do solo. Portanto, podemos saber que a diferença na inclinação pode causar corrosão severa na parte da malha metálica.
Matéria orgânica, nitrogênio total, nitrogênio disponível, fósforo disponível e potássio disponível são os nutrientes básicos do solo, que afetam a qualidade do solo e a absorção de nutrientes pelo sistema radicular. Os nutrientes do solo são um fator importante que afeta os microrganismos no solo, por isso vale a pena estudar se há uma correlação entre nutrientes do solo e corrosão de metais. A Ferrovia Suiyu foi concluída em 2003, o que significa que o solo artificial experimentou apenas 9 anos de acúmulo de matéria orgânica. Devido à particularidade do solo artificial, é necessário ter um bom entendimento dos nutrientes no solo artificial.
A pesquisa mostra que o conteúdo de matéria orgânica é o mais alto no solo natural de declive após todo o processo de formação do solo. O conteúdo de matéria orgânica do solo de declive baixo foi o mais baixo. Devido à influência do intemperismo e do escoamento superficial, os nutrientes do solo se acumulam no meio e no declive, formando uma espessa camada de húmus. No entanto, devido às pequenas partículas e à baixa estabilidade do solo de declive baixo, a matéria orgânica é facilmente decomposta por microrganismos. A pesquisa descobriu que a cobertura e a diversidade da vegetação no meio e no declive eram altas, mas a homogeneidade era baixa, o que pode levar à distribuição desigual de nutrientes da superfície. Uma espessa camada de húmus retém água e os organismos do solo são ativos. Tudo isso acelera a decomposição da matéria orgânica no solo.
O teor de nitrogênio hidrolisado por álcalis das ferrovias de subida, descida e descida foi maior do que o da encosta natural, indicando que a taxa de mineralização de nitrogênio orgânico da encosta ferroviária foi significativamente maior do que a da encosta natural. Quanto menores as partículas, mais instável a estrutura do solo, mais fácil é para os microrganismos decomporem a matéria orgânica nos agregados e maior o reservatório de nitrogênio orgânico mineralizado60,61. Consistente com os resultados do estudo 62, o teor de agregados de partículas finas no solo das encostas ferroviárias foi significativamente maior do que o das encostas naturais. Portanto, medidas apropriadas devem ser tomadas para aumentar o teor de fertilizantes, matéria orgânica e nitrogênio no solo da encosta ferroviária e para melhorar a utilização sustentável do solo. O desperdício de fósforo e potássio disponíveis causado pelo escoamento superficial foi responsável por 77,27% a 99,79% da perda total da encosta ferroviária. O escoamento superficial pode ser o principal fator de perda de nutrientes disponíveis na encosta solos63,64,65.
Conforme mostrado na Tabela 4, houve uma correlação positiva significativa entre a posição da encosta e o fósforo disponível (R2=0,948), e a correlação entre a posição da encosta e o potássio disponível foi a mesma (R2=0,898). Isso mostra que a posição da encosta afeta o conteúdo de fósforo e potássio disponíveis no solo.
O gradiente é um fator importante que afeta o conteúdo de matéria orgânica do solo e o enriquecimento de nitrogênio66, e quanto menor o gradiente, maior a taxa de enriquecimento. Para o enriquecimento de nutrientes do solo, a perda de nutrientes foi enfraquecida, e o efeito da posição da encosta no conteúdo de matéria orgânica do solo e no enriquecimento total de nitrogênio não foi óbvio. Diferentes tipos e números de plantas em diferentes encostas têm diferentes ácidos orgânicos secretados pelas raízes das plantas. Os ácidos orgânicos são benéficos para a fixação de fósforo e potássio disponíveis no solo. Portanto, houve uma correlação significativa entre a posição da encosta e o fósforo disponível, e a posição da encosta e o potássio disponível.
Para esclarecer a relação entre nutrientes do solo e corrosão do solo, é necessário analisar a correlação. Conforme mostrado na Tabela 5, o potencial redox foi significativamente correlacionado negativamente com o nitrogênio disponível (R2 = -0,845) e significativamente correlacionado positivamente com o fósforo disponível (R2 = 0,842) e o potássio disponível (R2 = 0,980). O potencial redox reflete a qualidade do redox, que geralmente é afetada por algumas propriedades físicas e químicas do solo e, em seguida, afeta uma série de propriedades do solo. Portanto, é um fator importante na determinação da direção da transformação de nutrientes do solo67. Diferentes qualidades redox podem resultar em diferentes estados e disponibilidade de fatores nutricionais. Portanto, o potencial redox tem uma correlação significativa com o nitrogênio disponível, o fósforo disponível e o potássio disponível.
Além das propriedades do metal, o potencial de corrosão também está relacionado às propriedades do solo. O potencial de corrosão foi significativamente correlacionado negativamente com a matéria orgânica, indicando que a matéria orgânica teve um efeito significativo no potencial de corrosão. Além disso, a matéria orgânica também foi significativamente correlacionada negativamente com o gradiente potencial (SN) (R2=-0,713) e o íon sulfato (R2=-0,671), indicando que o conteúdo de matéria orgânica também afeta o gradiente potencial (SN) e o íon sulfato. Houve uma correlação negativa significativa entre o pH do solo e o potássio disponível (R2 = -0,728).
O nitrogênio disponível foi significativamente correlacionado negativamente com sais solúveis totais e íons cloreto, e o fósforo disponível e o potássio disponível foram significativamente correlacionados positivamente com sais solúveis totais e íons cloreto. Isso indicou que o conteúdo de nutrientes disponíveis afetou significativamente a quantidade de sais solúveis totais e íons cloreto no solo, e os ânions no solo não foram propícios ao acúmulo e fornecimento de nutrientes disponíveis. O nitrogênio total foi significativamente correlacionado negativamente com o íon sulfato e significativamente correlacionado positivamente com o bicarbonato, indicando que o nitrogênio total teve um efeito no conteúdo de sulfato e bicarbonato. As plantas têm pouca demanda por íons sulfato e íons bicarbonato, então a maioria deles está livre no solo ou é absorvida pelos colóides do solo. Os íons bicarbonato favorecem o acúmulo de nitrogênio no solo e os íons sulfato reduzem a disponibilidade de nitrogênio no solo. Portanto, aumentar adequadamente o conteúdo de nitrogênio e húmus disponíveis no solo é benéfico para reduzir a corrosividade do solo.
O solo é um sistema com composição e propriedades complexas. A corrosividade do solo é o resultado da ação sinérgica de muitos fatores. Portanto, um método de avaliação abrangente é geralmente usado para avaliar a corrosividade do solo. Com referência ao “Código para Investigação de Engenharia Geotécnica” (GB50021-94) e aos métodos de teste da Rede de Testes de Corrosão do Solo da China, o grau de corrosão do solo pode ser avaliado de forma abrangente de acordo com os seguintes padrões: (1) A avaliação é corrosão fraca, se apenas corrosão fraca, não há corrosão moderada ou corrosão forte; (2) se não houver corrosão forte, é avaliada como corrosão moderada; (3) se houver um ou dois locais de corrosão forte, é avaliada como corrosão forte; (4) se houver 3 ou mais locais de corrosão forte, é avaliada como corrosão forte para corrosão severa.
De acordo com a resistividade do solo, potencial redox, teor de água, teor de sal, valor de pH e teor de Cl e SO42, os graus de corrosão de amostras de solo em várias encostas foram avaliados de forma abrangente. Os resultados da pesquisa mostram que os solos em todas as encostas são altamente corrosivos.
O potencial de corrosão é um fator importante que afeta a corrosão da rede de proteção de encostas. Os potenciais de corrosão das três encostas são todos menores que -200 mV, o que tem o maior impacto na corrosão da malha metálica ascendente. O gradiente potencial pode ser usado para avaliar a magnitude da corrente parasita no solo. A corrente parasita é um fator importante que afeta a corrosão da malha metálica em encostas médias e ascendentes, especialmente em encostas médias. O teor total de sais solúveis nos solos das encostas superiores, médias e inferiores estava acima de 500 mg/kg, e o efeito da corrosão na rede de proteção de encostas era moderado. O teor de água do solo é um fator importante que afeta a corrosão de malhas metálicas em encostas médias e descendentes, e tem um impacto maior na corrosão das malhas de proteção de encostas. Os nutrientes são mais abundantes no solo de encostas médias, indicando que há atividades microbianas frequentes e rápido crescimento das plantas.
A pesquisa mostra que o potencial de corrosão, o gradiente potencial, o teor total de sais solúveis e o teor de água são os principais fatores que afetam a corrosão do solo nas três encostas, e a corrosividade do solo é avaliada como forte. A corrosão da rede de proteção de encostas é mais grave na encosta intermediária, o que fornece uma referência para o projeto anticorrosivo da rede de proteção de encostas ferroviárias. A adição adequada de nitrogênio disponível e fertilizante orgânico é benéfica para reduzir a corrosão do solo, facilitar o crescimento das plantas e, finalmente, estabilizar a encosta.
Como citar este artigo: Chen, J. et al. Efeitos da composição do solo e da eletroquímica na corrosão da rede de taludes rochosos ao longo de uma linha ferroviária chinesa. Science. Rep. 5, 14939; doi: 10.1038/srep14939 (2015).
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