Ďakujeme za návštevu stránky Nature.com. Verzia prehliadača, ktorú používate, má obmedzenú podporu pre CSS. Pre dosiahnutie čo najlepšieho zážitku odporúčame používať aktualizovaný prehliadač (alebo vypnúť režim kompatibility v prehliadači Internet Explorer). Medzitým budeme stránku zobrazovať bez štýlov a JavaScriptu, aby sme zabezpečili nepretržitú podporu.
Pri výbere železničného svahu Sui-Chongqing ako výskumného objektu sa použila rezistivita pôdy, elektrochémia pôdy (korózny potenciál, redoxný potenciál, potenciálový gradient a pH), pôdne anióny (celkové rozpustné soli, Cl-, SO42- a) a výživa pôdy (obsah vlhkosti, organická hmota, celkový dusík, alkalicky hydrolyzovaný dusík, dostupný fosfor, dostupný draslík). Pri rôznych sklonoch sa stupeň korózie hodnotil podľa individuálnych ukazovateľov a komplexných ukazovateľov umelej pôdy. V porovnaní s inými faktormi má voda najväčší vplyv na koróziu ochrannej siete svahu, nasledovaná obsahom aniónov. Celková rozpustná soľ má mierny vplyv na koróziu ochrannej siete svahu a bludný prúd má mierny vplyv na koróziu ochrannej siete svahu. Stupeň korózie vzoriek pôdy bol komplexne vyhodnotený a korózia na hornom svahu bola mierna a korózia na strednom a dolnom svahu bola silná. Organická hmota v pôde bola významne korelovaná s potenciálovým gradientom. Dostupný dusík, dostupný draslík a dostupný fosfor boli významne korelované s aniónmi. Rozloženie živín v pôde nepriamo súvisí s typom svahu.
Pri výstavbe železníc, diaľnic a vodohospodárskych zariadení sa často nedá vyhnúť horským priehlbinám. Vzhľadom na hory na juhozápade si výstavba železníc v Číne vyžaduje rozsiahle výkopové práce v horách. To ničí pôvodnú pôdu a vegetáciu a vytvára odkryté skalnaté svahy. Táto situácia vedie k zosuvom pôdy a erózii pôdy, čím ohrozuje bezpečnosť železničnej dopravy. Zosuvy pôdy sú škodlivé pre cestnú premávku, najmä po zemetrasení vo Wen-čchuane 12. mája 2008. Zosuvy pôdy sa stali rozsiahlou a vážnou zemetrasnou katastrofou. V roku 2008 bolo v provincii S'-čchuan v rámci hodnotenia 4 243 kilometrov kľúčových hlavných ciest zaznamenaných 1 736 závažných zemetrasných katastrof v cestných vrstvách a oporných múroch svahov, čo predstavuje 39,76 % z celkovej dĺžky hodnotenia. Priame ekonomické straty spôsobené poškodením ciest presiahli 58 miliárd juanov 2,3. Globálne príklady ukazujú, že geohazardy po zemetraseniach môžu trvať najmenej 10 rokov (zemetrasenie na Taiwane) a dokonca až 40 – 50 rokov (zemetrasenie v Kantó v Japonsku) 4,5. Sklon je hlavným faktorom ovplyvňujúcim riziko zemetrasenia 6,7. Preto je potrebné udržiavať sklon cesty a posilňovať jej stabilitu. Rastliny zohrávajú nenahraditeľnú úlohu pri ochrane svahov a ekologickej obnove krajiny 8. V porovnaní s bežnými pôdnymi svahmi sa na skalných svahoch neakumulujú živiny, ako sú organické látky, dusík, fosfor a draslík, a pôdne prostredie potrebné pre rast vegetácie. V dôsledku faktorov, ako je veľký sklon a dažďová erózia, sa pôda svahov ľahko stráca. Prostredie svahov je drsné, chýbajú potrebné podmienky pre rast rastlín a pôda svahu nemá dostatočnú podpornú stabilitu9. Postrek svahu podkladovým materiálom na pokrytie pôdy a ochranu svahu je v mojej krajine bežne používanou technológiou ekologickej obnovy svahu. Umelá pôda používaná na postrekovanie sa skladá z drveného kameňa, poľnohospodárskej pôdy, slamy, viacvrstvového hnojiva, činidla zadržiavajúceho vodu a lepidla (bežne používané lepidlá zahŕňajú portlandský cement, organické lepidlo a asfaltový emulgátor) v určitom pomere. Technický postup je: najprv sa na skalu položí ostnatý drôt, potom sa ostnatý drôt upevní nitmi a kotviacimi skrutkami a nakoniec sa na svah pomocou špeciálneho postrekovača nastrieka umelá pôda obsahujúca semená. Najčastejšie sa používa kovová sieťovina v tvare diamantu 14#, ktorá je plne pozinkovaná, so štandardnou veľkosťou ôk 5 cm × 5 cm a priemerom 2 mm. Kovová sieťovina umožňuje pôdnej matrici vytvoriť na povrchu skaly odolnú monolitickú dosku. Kovová sieťovina bude v pôde korodovať, pretože samotná pôda je elektrolyt a stupeň korózie závisí od vlastností pôdy. Hodnotenie faktorov korózie pôdy má veľký význam pre hodnotenie erózie kovovej siete vyvolanej pôdou a elimináciu zosuvov pôdy. nebezpečenstvá.
Predpokladá sa, že korene rastlín zohrávajú kľúčovú úlohu pri stabilizácii svahov a kontrole erózie10,11,12,13,14. Na stabilizáciu svahov proti plytkým zosuvom pôdy možno použiť vegetáciu, pretože korene rastlín dokážu upevniť pôdu a zabrániť zosuvom pôdy15,16,17. Drevená vegetácia, najmä stromy, pomáha predchádzať plytkým zosuvom pôdy18. Pevná ochranná štruktúra tvorená vertikálnymi a bočnými koreňovými systémami rastlín, ktoré pôsobia ako výstužné pilóty v pôde. Vývoj vzorcov koreňovej architektúry je riadený génmi a pôdne prostredie zohráva v týchto procesoch rozhodujúcu úlohu. Korózia kovov sa líši v závislosti od pôdneho prostredia20. Stupeň korózie kovov v pôde sa môže pohybovať od pomerne rýchleho rozpustenia až po zanedbateľný vplyv21. Umelá pôda sa veľmi líši od skutočnej „pôdy“. Vznik prírodných pôd je výsledkom interakcií medzi vonkajším prostredím a rôznymi organizmami počas desiatok miliónov rokov22,23,24. Predtým, ako drevená vegetácia vytvorí stabilný koreňový systém a ekosystém, je to, či kovová sieť v kombinácii so skalným svahom a umelou pôdou môže bezpečne fungovať, priamo spojené s rozvojom prirodzeného hospodárstva, bezpečnosťou života a... zlepšenie ekologického prostredia.
Korózia kovov však môže viesť k obrovským stratám. Podľa prieskumu vykonaného v Číne začiatkom 80. rokov 20. storočia o chemických strojoch a iných odvetviach predstavovali straty spôsobené koróziou kovov 4 % z celkovej hodnoty produkcie. Preto je veľmi dôležité študovať mechanizmus korózie a prijímať ochranné opatrenia pre ekonomickú výstavbu. Pôda je komplexný systém plynov, kvapalín, pevných látok a mikroorganizmov. Mikrobiálne metabolity môžu korodovať materiály a bludné prúdy môžu tiež spôsobiť koróziu. Preto je dôležité predchádzať korózii kovov uložených v pôde. V súčasnosti sa výskum korózie kovov uložených v pôde zameriava najmä na (1) faktory ovplyvňujúce koróziu kovov v pôde25; (2) metódy ochrany kovov26,27; (3) metódy posudzovania stupňa korózie kovov28; Koróziu v rôznych médiách. Všetky pôdy v štúdii však boli prirodzené a prešli dostatočnými procesmi tvorby pôdy. Neexistujú však žiadne správy o umelej erózii pôdy na skalných svahoch železníc.
V porovnaní s inými korozívnymi médiami má umelá pôda charakteristiky nelikvidnosti, heterogenity, sezónnosti a regionality. Korózia kovov v umelých pôdach je spôsobená elektrochemickými interakciami medzi kovmi a umelými pôdami. Okrem vrodených faktorov závisí rýchlosť korózie kovov aj od okolitého prostredia. Koróziu kovov ovplyvňuje množstvo faktorov jednotlivo alebo v kombinácii, ako napríklad obsah vlhkosti, obsah kyslíka, celkový obsah rozpustných solí, obsah aniónov a kovových iónov, pH, pôdne mikróby30,31,32.
Počas 30 rokov praxe bola otázka, ako trvalo zachovať umelé pôdy na skalnatých svahoch, problémom33. Kry alebo stromy nemôžu na niektorých svahoch rásť po 10 rokoch manuálnej starostlivosti kvôli erózii pôdy. Nečistoty na povrchu kovovej siete boli na niektorých miestach odplavené. V dôsledku korózie niektoré kovové siete popraskali a stratili všetku pôdu nad sebou aj pod sebou (obrázok 1). V súčasnosti sa výskum korózie železničných svahov zameriava najmä na koróziu uzemňovacej siete železničných rozvodní, koróziu bludných prúdov generovaných ľahkou železničnou dopravou a koróziu železničných mostov34,35, koľají a iného vybavenia vozidiel36. Neboli hlásené žiadne prípady korózie kovovej siete na ochranu železničných svahov. Tento článok skúma fyzikálne, chemické a elektrochemické vlastnosti umelých pôd na juhozápadnom skalnom svahu železnice Suiyu s cieľom predpovedať koróziu kovov posúdením vlastností pôdy a poskytnúť teoretický a praktický základ pre obnovu pôdneho ekosystému a umelú obnovu. Umelý svah.
Testovacie miesto sa nachádza v kopcovitej oblasti Sichuan (30°32′ s. š., 105°32′ v. d.) neďaleko železničnej stanice Suining. Oblasť sa nachádza uprostred Sichuanskej panvy s nízkymi horami a kopcami, s jednoduchou geologickou štruktúrou a rovinatým terénom. Erózia, rezanie a akumulácia vody vytvárajú erodovanú kopcovitú krajinu. Podložie je prevažne vápenec a nadložie je prevažne fialový piesok a ílovec. Celistvosť horniny je slabá a štruktúra horniny je bloková. Študovaná oblasť má subtropické vlhké monzúnové podnebie so sezónnymi charakteristikami skorej jari, horúceho leta, krátkej jesene a neskorej zimy. Zrážky sú bohaté, zdroje svetla a tepla sú bohaté, obdobie bez mrazu je dlhé (v priemere 285 dní), podnebie je mierne, priemerná ročná teplota je 17,4 °C, priemerná teplota najteplejšieho mesiaca (august) je 27,2 °C a extrémna maximálna teplota je 39,3 °C. Najchladnejším mesiacom je január (priemerná teplota je 6,5 °C), extrémna minimálna... Teplota je -3,8 °C a priemerný ročný úhrn zrážok je 920 mm, sústredených najmä v júli a auguste. Zrážky na jar, v lete, na jeseň a v zime sa značne líšia. Podiel zrážok v jednotlivých ročných obdobiach je 19 – 21 %, 51 – 54 %, 22 – 24 % a 4 – 5 %.
Výskumné miesto sa nachádza na svahu so sklonom približne 45° na svahu železnice Yu-Sui, ktorá bola postavená v roku 2003. V apríli 2012 bolo orientované na juh, 1 km od železničnej stanice Suining. Ako kontrola bol použitý prirodzený svah. Ekologická obnova svahu využíva zahraničnú technológiu postreku pôdy. Podľa výšky svahu na strane železnice možno svah rozdeliť na stúpajúci, stredný a klesajúci (obr. 2). Keďže hrúbka umelej pôdy vyrezaného svahu je približne 10 cm, aby sa predišlo znečisteniu kovovou sieťovinou z produktov korózie pôdy, používame na odber povrchu pôdy 0 – 8 cm iba lopatu z nehrdzavejúcej ocele. Pre každú polohu svahu boli stanovené štyri opakovania s 15 – 20 náhodnými odberovými bodmi na opakovanie. Každé opakovanie je zmesou 15 – 20 náhodne určených odberových bodov z čiary v tvare S. Jeho čerstvá hmotnosť je približne 500 gramov. Vzorky sa vracajú do laboratória v polyetylénových vreckách so zipsom na spracovanie. Pôda sa prirodzene suší na vzduchu a štrk a zvyšky živočíchov a rastlín sa vyberajú, drvia achátovou tyčinkou a preosievajú nylonovým sitom s veľkosťou oka 20 a 100 oka, s výnimkou hrubých častíc.
Meranie rezistivity pôdy sa uskutočnilo pomocou testerov uzemňovacieho odporu VICTOR4106 od spoločnosti Shengli Instrument Company; rezistivita pôdy sa merala v teréne; vlhkosť pôdy sa merala metódou sušenia. Prenosný digitálny prístroj DMP-2 na meranie mv/pH má vysokú vstupnú impedanciu na meranie korózneho potenciálu pôdy. Gradient potenciálu a redoxný potenciál sa stanovili pomocou prenosného digitálneho prístroja DMP-2 na meranie mv/pH, celková rozpustná soľ v pôde sa stanovila metódou sušenia zvyškov, obsah chloridových iónov v pôde sa stanovil titračnou metódou AgNO3 (Mohrova metóda), obsah síranov v pôde sa stanovil nepriamou titračnou metódou EDTA, metódou dvojindikátorovej titrácie na stanovenie uhličitanu a hydrogénuhličitanu v pôde, metódou oxidácie a zahrievania dvojchrómanom draselným na stanovenie organickej hmoty v pôde, metódou difúzie alkalického roztoku na stanovenie dusíka z alkalickej hydrolýzy v pôde, kolorimetrickou metódou štiepenia H2SO4-HClO4 pomocou Mo-Sb. Celkový fosfor v pôde a obsah dostupného fosforu v pôde sa stanovili Olsenovou metódou (0,05 mol/l roztok NaHCO3 ako extrakčné činidlo) a celkový obsah draslíka v pôde sa stanovil plameňovou fotometriou s tavením hydroxidu sodného.
Experimentálne údaje boli spočiatku systematizované. Na vykonanie analýzy priemeru, štandardnej odchýlky, jednofaktorovej ANOVA a korelačnej analýzy u ľudí bol použitý program SPSS Statistics 20.
Tabuľka 1 uvádza elektromechanické vlastnosti, anióny a živiny pôd s rôznymi sklonmi. Potenciál korózie, odpor pôdy a potenciálový gradient východ-západ rôznych sklonov boli všetky významné (P < 0,05). Redoxné potenciály klesajúceho, stredného a prirodzeného sklonu boli významné (P < 0,05). Potenciálny gradient kolmý na koľajnicu, teda potenciálový gradient sever-juh, je stúpajúci svah > klesajúci svah > stredný svah. Hodnota pH pôdy bola v poradí klesajúci svah > stúpajúci svah > stredný svah > prirodzený svah. Celkový obsah rozpustných solí v prirodzenom sklone bol výrazne vyšší ako v železničnom sklone (P < 0,05). Celkový obsah rozpustných solí v pôde železničného svahu tretej triedy je nad 500 mg/kg a celková rozpustná soľ má mierny vplyv na koróziu kovov. Obsah organickej hmoty v pôde bol najvyšší v prirodzenom svahu a najnižší v klesajúcom svahu (P < 0,05). Celkový obsah dusíka bol najvyšší v strednom svahu a najnižší v stúpajúcom svahu; Obsah dostupného dusíka bol najvyšší na svahu smerom nadol a v strede svahu a najnižší na prirodzenom svahu; celkový obsah dusíka na svahu smerom nahor a nadol bol nižší, ale obsah dostupného dusíka bol vyšší. To naznačuje, že rýchlosť mineralizácie organického dusíka smerom nahor a nadol je rýchla. Obsah dostupného draslíka je rovnaký ako obsah dostupného fosforu.
Pôdny odpor je index udávajúci elektrickú vodivosť a základný parameter na posudzovanie korózie pôdy. Medzi faktory ovplyvňujúce pôdny odpor patrí obsah vlhkosti, celkový obsah rozpustných solí, pH, štruktúra pôdy, teplota, obsah organických látok, teplota pôdy a tesnosť. Vo všeobecnosti sú pôdy s nízkym odporom korozívnejšie a naopak. Použitie odporu na posúdenie korózie pôdy je metóda bežne používaná v rôznych krajinách. Tabuľka 1 zobrazuje kritériá hodnotenia stupňa korózie pre každý jednotlivý index37,38.
Podľa výsledkov testov a noriem v mojej krajine (Tabuľka 1), ak sa korozívnosť pôdy hodnotí iba podľa merného odporu pôdy, pôda na svahu smerom nahor je vysoko korozívna; pôda na svahu smerom nadol je stredne korozívna; korozívnosť pôdy na strednom svahu a prirodzenom svahu je relatívne nízka až slabá.
Odpor pôdy na svahu smerom nahor je výrazne nižší ako v ostatných častiach svahu, čo môže byť spôsobené dažďovou eróziou. Ornica na svahu smerom nahor steká spolu s vodou do stredu svahu, takže kovová ochranná sieť na svahu smerom nahor je blízko ornice. Niektoré kovové siete boli odkryté a dokonca viseli vo vzduchu (obrázok 1). Odpor pôdy bol meraný na mieste; rozostup pilót bol 3 m; hĺbka zatĺkania pilót bola menšia ako 15 cm. Holá kovová sieť a odlupujúca sa hrdza môžu ovplyvniť výsledky merania. Preto je nespoľahlivé hodnotiť koróznu odolnosť pôdy iba na základe indexu odporu pôdy. Pri komplexnom hodnotení korózie sa odpor pôdy na svahu nezohľadňuje.
V dôsledku vysokej relatívnej vlhkosti spôsobuje trvalo vlhký vzduch v oblasti S'-čchuan, že kovové pletivo vystavené vzduchu koroduje vážnejšie ako kovové pletivo zakopané v pôde39. Vystavenie drôteného pletiva vzduchu môže viesť k skráteniu jeho životnosti, čo môže destabilizovať pôdu na svahu. Strata pôdy môže sťažiť rast rastlín, najmä drevín. Kvôli nedostatku drevín je ťažké vytvoriť koreňový systém na svahu, ktorý by spevnil pôdu. Zároveň rast rastlín môže zlepšiť kvalitu pôdy a zvýšiť obsah humusu v pôde, čo nielenže zadržiava vodu, ale aj poskytuje dobré prostredie pre rast a rozmnožovanie zvierat a rastlín, čím sa znižuje strata pôdy. Preto by sa v počiatočnej fáze výstavby malo na svahu vysiať viac drevnatých semien a malo by sa priebežne pridávať činidlo na zadržiavanie vody a prikrývať fóliou na ochranu, aby sa znížila erózia pôdy na svahu dažďovou vodou.
Korózny potenciál je dôležitým faktorom ovplyvňujúcim koróziu ochrannej siete svahu na trojúrovňovom svahu a má najväčší vplyv na stúpajúci svah (Tabuľka 2). Za normálnych podmienok sa korózny potenciál v danom prostredí veľmi nemení. Viditeľnú zmenu môžu spôsobiť bludné prúdy. Bludné prúdy sa vzťahujú na prúdy 40, 41, 42, ktoré prenikajú do vozovky a pôdy, keď vozidlá používajú systém verejnej dopravy. S rozvojom dopravného systému dosiahol železničný dopravný systém mojej krajiny rozsiahlu elektrifikáciu a koróziu zakopaných kovov spôsobenú únikom jednosmerného prúdu z elektrifikovaných železníc nemožno ignorovať. V súčasnosti sa dá na určenie, či pôda obsahuje poruchy bludných prúdov, použiť gradient pôdneho potenciálu. Keď je gradient potenciálu povrchovej pôdy nižší ako 0,5 mV/m, bludný prúd je nízky; keď je gradient potenciálu v rozsahu od 0,5 mV/m do 5,0 mV/m, bludný prúd je mierny; Keď je potenciálový gradient väčší ako 5,0 mV/m, úroveň bludného prúdu je vysoká. Plávajúci rozsah potenciálového gradientu (EW) stredného, ​​stúpajúceho a klesajúceho svahu je znázornený na obrázku 3. Pokiaľ ide o plávajúci rozsah, existujú mierne bludné prúdy v smere východ-západ a sever-juh stredného svahu. Preto je bludný prúd dôležitým faktorom ovplyvňujúcim koróziu kovových pletív v strednom a klesajúcom svahu, najmä v strednom svahu.
Vo všeobecnosti redoxný potenciál pôdy (Eh) nad 400 mV indikuje oxidačnú schopnosť, nad 0 – 200 mV strednú redukčnú schopnosť a pod 0 mV veľkú redukčnú schopnosť. Čím nižší je redoxný potenciál pôdy, tým väčšia je korozívna schopnosť pôdnych mikroorganizmov voči kovom44. Z redoxného potenciálu je možné predpovedať trend mikrobiálnej korózie pôdy. Štúdia zistila, že redoxný potenciál pôdy na troch svahoch bol vyšší ako 500 mV a úroveň korózie bola veľmi nízka. Ukazuje sa, že stav vetrania pôdy na svahoch je dobrý, čo nevedie ku korózii anaeróbnych mikroorganizmov v pôde.
Predchádzajúce štúdie zistili, že vplyv pH pôdy na eróziu pôdy je zrejmý. S kolísaním hodnoty pH je výrazne ovplyvnená rýchlosť korózie kovových materiálov. PH pôdy úzko súvisí s oblasťou a mikroorganizmami v pôde45,46,47. Vo všeobecnosti nie je vplyv pH pôdy na koróziu kovových materiálov v mierne zásaditej pôde zrejmý. Pôdy troch železničných svahov sú všetky zásadité, takže vplyv pH na koróziu kovovej siete je slabý.
Ako je vidieť z tabuľky 3, korelačná analýza ukazuje, že redoxný potenciál a poloha sklonu sú významne pozitívne korelované (R2 = 0,858), korózny potenciál a potenciálový gradient (SN) sú významne pozitívne korelované (R2 = 0,755) a redoxný potenciál a potenciálový gradient (SN) sú významne pozitívne korelované (R2 = 0,755). Medzi potenciálom a pH bola zistená významná negatívna korelácia (R2 = -0,724). Poloha svahu bola významne pozitívne korelovaná s redoxným potenciálom. To ukazuje, že v mikroprostredí rôznych polôh svahu existujú rozdiely a pôdne mikroorganizmy úzko súvisia s redoxným potenciálom48, 49, 50. Redoxný potenciál bol významne negatívne korelovaný s pH51,52. Tento vzťah naznačoval, že hodnoty pH a Eh sa počas redoxného procesu v pôde nemenili vždy synchrónne, ale mali negatívny lineárny vzťah. Korózny potenciál kovu môže predstavovať relatívnu schopnosť získavať a strácať elektróny. Hoci korózny potenciál bol významne pozitívne korelovaný s potenciálovým gradientom (SN), potenciálový gradient môže byť spôsobený ľahkou stratou elektrónov kovom.
Celkový obsah rozpustných solí v pôde úzko súvisí s koróznou agresivitou pôdy. Vo všeobecnosti platí, že čím vyššia je slanosť pôdy, tým nižší je merný odpor pôdy, a tým sa zvyšuje jej odpor. V pôdnych elektrolytoch nie sú na koróziu pôsobené len anióny a ich rôzne rozsahy, ale aj uhličitany, chloridy a sírany. Okrem toho celkový obsah rozpustných solí v pôde nepriamo ovplyvňuje koróziu prostredníctvom vplyvu iných faktorov, ako je napríklad vplyv elektródového potenciálu v kovoch a rozpustnosť kyslíka v pôde53.
Väčšina rozpustných iónov disociovaných soľami v pôde sa priamo nezúčastňuje elektrochemických reakcií, ale ovplyvňuje koróziu kovov prostredníctvom merného odporu pôdy. Čím vyššia je slanosť pôdy, tým silnejšia je vodivosť pôdy a tým silnejšia je erózia pôdy. Obsah slanosti pôdy prirodzených svahov je výrazne vyšší ako v železničných svahoch, čo môže byť spôsobené tým, že prirodzené svahy sú bohaté na vegetáciu, ktorá prispieva k ochrane pôdy a vody. Ďalším dôvodom môže byť to, že prirodzený svah prešiel zrelou tvorbou pôdy (pôdny materský materiál vytvorený zvetrávaním hornín), ale pôda železničného svahu sa skladá z úlomkov drveného kameňa ako matrice „umelej pôdy“ a neprešla dostatočným procesom tvorby pôdy. Minerály sa neuvoľňujú. Okrem toho sa soľné ióny v hlbokej pôde prirodzených svahov vzniesli kapilárnym pôsobením počas povrchového odparovania a akumulovali sa v povrchovej pôde, čo viedlo k zvýšeniu obsahu soľných iónov v povrchovej pôde. Hrúbka pôdy železničného svahu je menšia ako 20 cm, čo má za následok neschopnosť ornice dopĺňať soľ z hlbokej pôdy.
Kladné ióny (ako napríklad K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+ atď.) majú malý vplyv na koróziu pôdy, zatiaľ čo anióny hrajú významnú úlohu v elektrochemickom procese korózie a majú významný vplyv na koróziu kovov. Cl− môže urýchliť koróziu anódy a je najkorozívnejším aniónom; čím vyšší je obsah Cl−, tým silnejšia je korózia pôdy. SO42− nielenže podporuje koróziu ocele, ale spôsobuje aj koróziu niektorých betónových materiálov54. Tiež koroduje železo. V sérii experimentov s kyslou pôdou sa zistilo, že rýchlosť korózie je úmerná kyslosti pôdy55. Chlorid a síran sú hlavnými zložkami rozpustných solí, ktoré môžu priamo urýchliť kavitáciu kovov. Štúdie ukázali, že strata hmotnosti uhlíkovej ocele v alkalických pôdach je takmer úmerná pridaniu chloridových a síranových iónov56,57. Lee a kol. zistili, že SO42- môže brániť korózii, ale podporuje rozvoj koróznych jamiek, ktoré sa už vytvorili58.
Podľa štandardu hodnotenia korózie pôdy a výsledkov testov bol obsah chloridových iónov v každej vzorke pôdy na svahu vyšší ako 100 mg/kg, čo naznačuje silnú koróziu pôdy. Obsah síranových iónov na svahoch smerujúcich nahor aj nadol bol vyšší ako 200 mg/kg a nižší ako 500 mg/kg a pôda bola mierne skorodovaná. Obsah síranových iónov v strednom svahu je nižší ako 200 mg/kg a korózia pôdy je slabá. Keď pôdne médium obsahuje vysokú koncentráciu, zúčastní sa reakcie a na povrchu kovovej elektródy vytvorí korózne usadeniny, čím sa korózna reakcia spomalí. So zvyšujúcou sa koncentráciou sa usadeniny môžu náhle roztrhnúť, čím sa výrazne zrýchli rýchlosť korózie; s ďalším zvyšovaním koncentrácie korózne usadeniny pokrývajú povrch kovovej elektródy a rýchlosť korózie opäť vykazuje spomalenie. Štúdia zistila, že množstvo v pôde bolo nižšie, a preto malo malý vplyv na koróziu.
Podľa tabuľky 4 korelácia medzi sklonom a pôdnymi aniónmi ukázala, že existuje významná pozitívna korelácia medzi sklonom a chloridovými iónmi (R2 = 0,836) a významná pozitívna korelácia medzi sklonom a celkovým množstvom rozpustných solí (R2 = 0,742).
To naznačuje, že za zmeny celkových rozpustných solí v pôde môže byť zodpovedný povrchový odtok a erózia pôdy. Medzi celkovými rozpustnými soľami a chloridovými iónmi existovala významná pozitívna korelácia, čo môže byť spôsobené tým, že celkové rozpustné soli sú zásobárňou chloridových iónov a obsah celkových rozpustných solí určuje obsah chloridových iónov v pôdnych roztokoch. Preto vieme, že rozdiel v sklone môže spôsobiť silnú koróziu kovovej sieťoviny.
Organická hmota, celkový dusík, dostupný dusík, dostupný fosfor a dostupný draslík sú základné živiny pôdy, ktoré ovplyvňujú kvalitu pôdy a absorpciu živín koreňovým systémom. Živiny v pôde sú dôležitým faktorom ovplyvňujúcim mikroorganizmy v pôde, preto sa oplatí preskúmať, či existuje korelácia medzi živinami v pôde a koróziou kovov. Železnica Suiyu bola dokončená v roku 2003, čo znamená, že umelá pôda zaznamenala akumuláciu organickej hmoty iba 9 rokov. Vzhľadom na špecifickosť umelej pôdy je potrebné dobre rozumieť živinám v umelej pôde.
Výskum ukazuje, že obsah organickej hmoty je najvyšší v prirodzenej pôde svahu po celom procese tvorby pôdy. Obsah organickej hmoty v pôde na nízkom svahu bol najnižší. V dôsledku vplyvu zvetrávania a povrchového odtoku sa živiny v pôde hromadia v strednej a spodnej časti svahu a vytvárajú hrubú vrstvu humusu. Avšak kvôli malým časticiam a nízkej stabilite pôdy na nízkom svahu sa organická hmota ľahko rozkladá mikroorganizmami. Prieskum zistil, že pokrytie a diverzita vegetácie v strednej a spodnej časti svahu boli vysoké, ale homogenita bola nízka, čo môže viesť k nerovnomernému rozloženiu povrchových živín. Hrubá vrstva humusu zadržiava vodu a pôdne organizmy sú aktívne. To všetko urýchľuje rozklad organickej hmoty v pôde.
Obsah alkalicky hydrolyzovaného dusíka v železničných tratiach na svahu, v strede svahu a na svahu bol vyšší ako v prirodzenom svahu, čo naznačuje, že miera mineralizácie organického dusíka v železničnom svahu bola výrazne vyššia ako v prirodzenom svahu. Čím menšie sú častice, tým nestabilnejšia je štruktúra pôdy, tým ľahšie je pre mikroorganizmy rozložiť organickú hmotu v agregátoch a tým väčšia je zásoba mineralizovaného organického dusíka60,61. V súlade s výsledkami štúdie62 bol obsah malých agregátov v pôde železničných svahov výrazne vyšší ako v prirodzených svahoch. Preto je potrebné prijať vhodné opatrenia na zvýšenie obsahu hnojív, organickej hmoty a dusíka v pôde železničného svahu a na zlepšenie udržateľného využívania pôdy. Plytvanie dostupným fosforom a dostupným draslíkom spôsobené povrchovým odtokom predstavovalo 77,27 % až 99,79 % celkovej straty železničného svahu. Povrchový odtok môže byť hlavným faktorom straty dostupných živín v pôdach svahov63,64,65.
Ako je uvedené v tabuľke 4, medzi polohou svahu a dostupným fosforom existovala významná pozitívna korelácia (R2 = 0,948) a korelácia medzi polohou svahu a dostupným draslíkom bola rovnaká (R2 = 0,898). Z toho vyplýva, že poloha svahu ovplyvňuje obsah dostupného fosforu a draslíka v pôde.
Sklon svahu je dôležitým faktorom ovplyvňujúcim obsah organickej hmoty v pôde a obohatenie dusíkom66 a čím menší je sklon, tým vyššia je miera obohatenia. Pri obohatení pôdy živinami bola strata živín oslabená a vplyv polohy svahu na obsah organickej hmoty v pôde a celkové obohatenie dusíkom nebol zrejmý. Rôzne druhy a počty rastlín na rôznych svahoch majú rôzne organické kyseliny vylučované koreňmi rastlín. Organické kyseliny sú prospešné pre fixáciu dostupného fosforu a dostupného draslíka v pôde. Preto existovala významná korelácia medzi polohou svahu a dostupným fosforom a polohou svahu a dostupným draslíkom.
Aby sa objasnil vzťah medzi živinami v pôde a koróziou pôdy, je potrebné analyzovať túto koreláciu. Ako je uvedené v tabuľke 5, redoxný potenciál bol významne negatívne korelovaný s dostupným dusíkom (R2 = -0,845) a významne pozitívne korelovaný s dostupným fosforom (R2 = 0,842) a dostupným draslíkom (R2 = 0,980). Redoxný potenciál odráža kvalitu redoxu, ktorá je zvyčajne ovplyvnená niektorými fyzikálnymi a chemickými vlastnosťami pôdy a následne ovplyvňuje rad vlastností pôdy. Preto je dôležitým faktorom pri určovaní smeru transformácie živín v pôde67. Rôzne redoxné kvality môžu viesť k rôznym stavom a dostupnosti nutričných faktorov. Preto má redoxný potenciál významnú koreláciu s dostupným dusíkom, dostupným fosforom a dostupným draslíkom.
Okrem vlastností kovov súvisí korózny potenciál aj s vlastnosťami pôdy. Korózny potenciál významne negatívne koreloval s organickou hmotou, čo naznačuje, že organická hmota mala významný vplyv na korózny potenciál. Okrem toho organická hmota tiež významne negatívne korelovala s potenciálovým gradientom (SN) (R2 = -0,713) a síranovým iónom (R2 = -0,671), čo naznačuje, že obsah organickej hmoty tiež ovplyvňuje potenciálový gradient (SN) a síranový ión. Medzi pH pôdy a dostupným draslíkom bola významná negatívna korelácia (R2 = -0,728).
Dostupný dusík významne negatívne koreloval s celkovými rozpustnými soľami a chloridovými iónmi a dostupný fosfor a dostupný draslík významne pozitívne korelovali s celkovými rozpustnými soľami a chloridovými iónmi. To naznačuje, že obsah dostupných živín významne ovplyvňuje množstvo celkových rozpustných solí a chloridových iónov v pôde a anióny v pôde neprispievajú k akumulácii a prísunu dostupných živín. Celkový dusík významne negatívne koreluje so síranovými iónmi a významne pozitívne koreluje s hydrogenuhličitanom, čo naznačuje, že celkový dusík má vplyv na obsah síranov a hydrogenuhličitanov. Rastliny majú malý dopyt po síranových a hydrogenuhličitanových iónoch, takže väčšina z nich je v pôde voľná alebo absorbovaná pôdnymi koloidmi. Hydrogenuhličitanové ióny podporujú akumuláciu dusíka v pôde a síranové ióny znižujú dostupnosť dusíka v pôde. Preto je vhodné zvýšenie obsahu dostupného dusíka a humusu v pôde prospešné pre zníženie koróznej agresivity pôdy.
Pôda je systém so zložitým zložením a vlastnosťami. Korózia pôdy je výsledkom synergického pôsobenia mnohých faktorov. Preto sa na hodnotenie korózie pôdy vo všeobecnosti používa komplexná metóda hodnotenia. S odkazom na „Kódex pre geotechnické inžinierske skúmanie“ (GB50021-94) a testovacie metódy Čínskej siete pre testovanie korózie pôdy možno stupeň korózie pôdy komplexne vyhodnotiť podľa nasledujúcich noriem: (1) Hodnotenie je slabá korózia, ak je len slabá korózia, nie je mierna korózia alebo nie je silná korózia; (2) ak nie je silná korózia, hodnotí sa ako mierna korózia; (3) ak je jedno alebo dve miesta silnej korózie, hodnotí sa ako silná korózia; (4) ak sú 3 alebo viac miest silnej korózie, hodnotí sa ako silná korózia pre silnú koróziu.
Podľa merného odporu pôdy, redoxného potenciálu, obsahu vody, obsahu solí, hodnoty pH a obsahu Cl a SO42 boli komplexne vyhodnotené stupne korózie vzoriek pôdy na rôznych svahoch. Výsledky výskumu ukazujú, že pôdy na všetkých svahoch sú vysoko korozívne.
Korózny potenciál je dôležitým faktorom ovplyvňujúcim koróziu ochrannej siete svahov. Korózne potenciály všetkých troch svahov sú nižšie ako -200 mV, čo má najväčší vplyv na koróziu kovovej siete smerujúcej do kopca. Potenciálny gradient možno použiť na posúdenie veľkosti bludného prúdu v pôde. Bludný prúd je dôležitým faktorom ovplyvňujúcim koróziu kovovej siete na stredných a do kopca smerujúcich svahoch, najmä na stredných svahoch. Celkový obsah rozpustných solí v pôde horných, stredných a dolných svahov bol nad 500 mg/kg a korózny účinok na ochrannú sieť svahov bol mierny. Obsah vody v pôde je dôležitým faktorom ovplyvňujúcim koróziu kovových sietí v stredných a klesajúcich svahoch a má väčší vplyv na koróziu ochranných sietí svahov. Živiny sú najhojnejšie v pôde stredných svahov, čo naznačuje častú mikrobiálnu aktivitu a rýchly rast rastlín.
Výskum ukazuje, že korózny potenciál, potenciálový gradient, celkový obsah rozpustných solí a obsah vody sú hlavnými faktormi ovplyvňujúcimi koróziu pôdy na troch svahoch a korozívnosť pôdy sa hodnotí ako silná. Korózia siete na ochranu svahov je najzávažnejšia na strednom svahu, čo poskytuje referenciu pre protikorózny návrh siete na ochranu železničných svahov. Vhodné pridanie dostupného dusíka a organických hnojív je prospešné pre zníženie korózie pôdy, uľahčenie rastu rastlín a nakoniec stabilizáciu svahu.
Ako citovať tento článok: Chen, J. a kol. Vplyv zloženia pôdy a elektrochémie na koróziu siete skalných svahov pozdĺž čínskej železničnej trate. science. Rep. 5, 14939; doi: 10.1038/srep14939 (2015).
Lin, YL a Yang, GL Dynamické charakteristiky svahov železničného podložia pri zemetrasení. Prírodná katastrofa. 69, 219–235 (2013).
Sui Wang, J. a kol. Analýza typického poškodenia diaľnic zemetrasením v zemetrasením postihnutej oblasti Wenchuan v provincii S'-čchuan [J]. Čínsky časopis pre mechaniku hornín a inžinierstvo. 28, 1250–1260 (2009).
Weilin, Z., Zhenyu, L. a Jinsong, J. Analýza seizmického poškodenia a protiopatrenia diaľničných mostov pri zemetrasení vo Wenchuane. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering. 28, 1377–1387 (2009).
Lin, CW, Liu, SH, Lee, SY a Liu, CC Vplyv zemetrasenia v Čiči na zosuvy pôdy spôsobené následnými zrážkami v centrálnom Taiwane. Engineering Geology. 86, 87–101 (2006).
Koi, T. a kol. Dlhodobé účinky zosuvov pôdy vyvolaných zemetrasením na produkciu sedimentov v horskej povodí: región Tanzawa, Japonsko. geomorfológia. 101, 692–702 (2008).
Hongshuai, L., Jingshan, B. a Dedong, L. Prehľad výskumu v oblasti analýzy seizmickej stability geotechnických svahov. Earthquake Engineering and Engineering Vibration. 25, 164–171 (2005).
Yue Ping, Výskum geologických rizík spôsobených zemetrasením vo Wen-čchuane v provincii S'-čchuan. Journal of Engineering Geology 4, 7–12 (2008).
Ali, F. Ochrana svahov vegetáciou: mechanika koreňov niektorých tropických rastlín. International Journal of Physical Sciences. 5, 496–506 (2010).
Takyu, M., Aiba, SI a Kitayama, K. Topografické vplyvy na tropické nízkohorské lesy za rôznych geologických podmienok na vrchu Kinabalu na Borneu. Plant Ecology. 159, 35–49 (2002).
Stokes, A. a kol. Ideálne vlastnosti koreňov rastlín na ochranu prírodných a umelo vytvorených svahov pred zosuvmi pôdy. Plants and Soils, 324, 1-30 (2009).
De Baets, S., Poesen, J., Gyssels, G. a Knapen, A. Vplyv koreňov tráv na erodovateľnosť ornice počas koncentrovaného prúdenia. Geomorfológia 76, 54–67 (2006).