Хвала вам што сте посетили Nature.com. Верзија прегледача коју користите има ограничену подршку за CSS. За најбоље искуство, препоручујемо вам да користите ажурирани прегледач (или да искључите режим компатибилности у Internet Explorer-у). У међувремену, како бисмо осигурали континуирану подршку, приказиваћемо сајт без стилова и JavaScript-а.
Узимајући железничку косину Суи-Чонгћинг као објекат истраживања, отпорност земљишта, електрохемија земљишта (потенцијал корозије, редокс потенцијал, градијент потенцијала и pH), ањони земљишта (укупне растворљиве соли, Cl-, SO42- и) и хранљиве материје земљишта (садржај влаге, органска материја, укупни азот, алкално хидролизовани азот, расположиви фосфор, расположиви калијум). Под различитим нагибима, степен корозије је процењен према појединачним индикаторима и свеобухватним индикаторима вештачког земљишта. У поређењу са другим факторима, вода има највећи утицај на корозију заштитне мреже косине, а затим следи садржај ањона. Укупна растворљива со има умерен утицај на корозију заштитне мреже косине, а лутајућа струја има умерен утицај на корозију заштитне мреже косине. Степен корозије узорака земљишта је свеобухватно процењен, а корозија на горњој падини је била умерена, а корозија на средњим и доњим падинама је била јака. Органска материја у земљишту је значајно корелирана са градијентом потенцијала. Расположиви азот, расположиви калијум и расположиви фосфор су значајно корелирани са ањонима. Дистрибуција хранљивих материја у земљишту је индиректно повезана са типом нагиба.
Приликом изградње железница, аутопутева и објеката за заштиту вода, отвори у планинама су често неизбежни. Због планина на југозападу, изградња железница у Кини захтева много ископавања планине. То уништава оригинално земљиште и вегетацију, стварајући изложене камените падине. Ова ситуација доводи до клизишта и ерозије земљишта, што угрожава безбедност железничког саобраћаја. Клизишта су лоша за друмски саобраћај, посебно након земљотреса у Венчуану 12. маја 2008. године. Клизишта су постала широко распрострањена и озбиљна земљотресна катастрофа. У процени 4.243 километра кључних магистралних путева у провинцији Сечуан из 2008. године, било је 1.736 тешких земљотреса у труповима путева и потпорним зидовима падина, што чини 39,76% укупне дужине процене. Директни економски губици од оштећења путева премашили су 58 милијарди јуана 2,3. Глобални примери показују да геохазарди након земљотреса могу трајати најмање 10 година (земљотрес на Тајвану), па чак и 40-50 година (земљотрес у Канту у Јапану) 4,5. Градијент је главни фактор који утиче на опасност од земљотреса 6,7. Стога је неопходно одржавати нагиб пута и јачати његову стабилност. Биљке играју незаменљиву улогу у заштити падина и еколошкој обнови пејзажа 8. У поређењу са обичним земљишним падинама, камене падине немају акумулацију хранљивих фактора као што су органска материја, азот, фосфор и калијум, и немају земљишно окружење неопходно за раст вегетације. Због фактора као што су велики нагиб и ерозија кишом, земљиште на падинама се лако губи. Окружење падина је сурово, недостају неопходни услови за раст биљака, а земљишту на падини недостаје потпорна стабилност9. Прскање косине основним материјалом за покривање земљишта ради заштите падине је уобичајена технологија еколошке рестаурације падине у мојој земљи. Вештачко земљиште које се користи за прскање састоји се од дробљеног камена, пољопривредног земљишта, сламе, сложеног ђубрива, средства за задржавање воде и лепка (уобичајено коришћени лепкови укључују портланд цемент, органски лепак и асфалтни емулгатор) у одређеној пропорцији. Технички поступак је: прво се поставља бодљикава жица на стену, затим се бодљикава жица фиксира заковицама и анкерним вијцима, и на крају се вештачко земљиште које садржи семе попрска по падини специјалном прскалицом. Углавном се користи метална мрежа у облику дијаманта 14# која је потпуно поцинкована, са стандардним величинама мреже 5 цм × 5 цм и пречником 2 мм. Метална мрежа омогућава матрици земљишта да формира издржљиву монолитну плочу на површини стене. Метална мрежа ће кородирати у земљишту, јер је само земљиште електролит, а степен корозије зависи од карактеристика земљишта. Процена фактора корозије земљишта је од великог значаја за процену ерозије металне мреже изазване земљиштем и елиминисање клизишта. опасности.
Верује се да корење биљака игра кључну улогу у стабилизацији падина и контроли ерозије10,11,12,13,14. За стабилизацију падина од плитких клизишта, вегетација се може користити јер корење биљака може да учврсти земљиште како би се спречила клизишта15,16,17. Дрвенаста вегетација, посебно дрвеће, помаже у спречавању плитких клизишта18. Чврста заштитна структура коју формирају вертикални и бочни коренови системи биљака који делују као арматурни шипови у земљишту. Развој образаца архитектуре корена покрећу гени, а земљишно окружење игра одлучујућу улогу у овим процесима. Корозија метала варира у зависности од земљишног окружења20. Степен корозије метала у земљишту може се кретати од прилично брзог растварања до занемарљивог утицаја21. Вештачко земљиште се веома разликује од правог „тла“. Формирање природних земљишта резултат је интеракција између спољашње средине и различитих организама током десетина милиона година22,23,24. Пре него што дрвенаста вегетација формира стабилан коренов систем и екосистем, да ли метална мрежа у комбинацији са стеновитом падином и вештачким земљиштем може безбедно да функционише директно је повезано са развојем природне економије, безбедношћу живота и побољшање еколошке средине.
Међутим, корозија метала може довести до огромних губитака. Према истраживању спроведеном у Кини почетком 1980-их о хемијским машинама и другим индустријама, губици узроковани корозијом метала чинили су 4% укупне вредности производње. Стога је од великог значаја проучити механизам корозије и предузети заштитне мере за економску градњу. Земљиште је сложен систем гасова, течности, чврстих материја и микроорганизама. Микробни метаболити могу кородирати материјале, а лутајуће струје такође могу изазвати корозију. Стога је важно спречити корозију метала закопаних у земљишту. Тренутно се истраживање корозије закопаних метала углавном фокусира на (1) факторе који утичу на корозију закопаних метала25; (2) методе заштите метала26,27; (3) методе процене степена корозије метала28; Корозију у различитим медијумима. Међутим, сва земљишта у студији била су природна и прошла су кроз довољне процесе формирања земљишта. Међутим, нема извештаја о вештачкој ерозији земљишта на падинама железничких пруга.
У поређењу са другим корозивним медијима, вештачко земљиште има карактеристике неликвидности, хетерогености, сезонскости и регионалности. Корозија метала у вештачким земљиштима је узрокована електрохемијским интеракцијама између метала и вештачких земљишта. Поред урођених фактора, брзина корозије метала такође зависи од околне средине. Различити фактори утичу на корозију метала појединачно или у комбинацији, као што су садржај влаге, садржај кисеоника, укупни садржај растворљивих соли, садржај ањона и металних јона, pH вредност, микроби у земљишту30,31,32.
У 30 година праксе, питање како трајно сачувати вештачка тла на каменитим падинама представљало је проблем33. Жбуње или дрвеће не могу да расту на неким падинама након 10 година ручне неге због ерозије тла. Прљавштина на површини металне мреже је на неким местима испрана. Због корозије, неке металне мреже су пукле и изгубиле су целокупно тло изнад и испод себе (Слика 1). Тренутно се истраживање корозије железничких косина углавном фокусира на корозију мреже за уземљење железничких подстаница, корозију лутајућих струја коју генерише лака шина и корозију железничких мостова34,35, колосека и друге опреме возила36. Није било извештаја о корозији металне мреже за заштиту железничких косина. Овај рад проучава физичка, хемијска и електрохемијска својства вештачких тла на југозападној каменитој падини железнице Суију, са циљем да предвиди корозију метала проценом својстава тла и пружи теоријску и практичну основу за рестаурацију екосистема тла и вештачку рестаурацију. Вештачке косине.
Тестно место се налази у брдовитом подручју Сечуана (30°32′N, 105°32′E) близу железничке станице Суининг. Подручје се налази у средишту Сечуанског басена, са ниским планинама и брдима, са једноставном геолошком структуром и равним тереном. Ерозија, сечење и акумулација воде стварају еродиране брдовите пејзаже. Темељна стена је углавном кречњак, а надлог је углавном љубичасти песак и муљац. Интегритет је лош, а стена је блоковске структуре. Подручје истраживања има суптропску влажну монсунску климу са сезонским карактеристикама раног пролећа, врућег лета, кратке јесени и касне зиме. Падавине су обилне, светлосни и топлотни ресурси су изобиљни, период без мраза је дуг (285 дана у просеку), клима је блага, просечна годишња температура је 17,4°C, просечна температура најтоплијег месеца (августа) је 27,2°C, а екстремна максимална температура је 39,3°C. Најхладнији месец је јануар (просечна температура је 6,5°C), екстремна минимална... Температура је -3,8°C, а просечна годишња количина падавина је 920 mm, углавном концентрисана у јулу и августу. Падавине у пролеће, лето, јесен и зиму знатно варирају. Удео падавина у сваком годишњем добу је 19-21%, 51-54%, 22-24% и 4-5%, респективно.
Истраживачко место је нагиб од око 45° на падини железнице Ју-Суи изграђене 2003. године. У априлу 2012. године, било је окренуто ка југу, на удаљености од 1 км од железничке станице Суининг. Природна падина је коришћена као контрола. Еколошка рестаурација падине усваја страну технологију прскања земљишта за еколошку рестаурацију. Према висини бочне падине железничке пруге, падина се може поделити на узлазну, средњу и низлазну (Сл. 2). Пошто је дебљина вештачког земљишта исечене падине око 10 цм, како би се избегло загађење производима корозије металне мреже земљишта, користимо само лопату од нерђајућег челика за узимање површине земљишта 0-8 цм. За сваку позицију падине постављена су четири понављања, са 15-20 случајних тачака узорковања по понављању. Свако понављање је мешавина 15-20 насумично одређених тачака узорковања из линије у облику слова С. Његова свежа тежина је око 500 грама. Узорке вратити у лабораторију у полиетиленским кесама са затварачем ради обраде. Земљиште се природно суши на ваздуху, а шљунак и животињски и биљни остаци се бирају, дробе ахатним штапићем и просејавају најлонским ситом од 20 и 100 меша, осим крупних честица.
Отпорност земљишта је мерена помоћу VICTOR4106 тестера отпора уземљења произвођача Shengli Instrument Company; отпорност земљишта је мерена на терену; влажност земљишта је мерена методом сушења. Преносиви дигитални mv/pH инструмент DMP-2 има високу улазну импедансу за мерење потенцијала корозије земљишта. Градијент потенцијала и редокс потенцијал одређени су помоћу DMP-2 преносивог дигиталног mv/pH инструмента, укупна растворљива со у земљишту одређена је методом сушења остатака, садржај хлоридних јона у земљишту одређен је методом титрације AgNO3 (Морова метода), садржај сулфата у земљишту одређен је индиректном методом EDTA титрације, методом двоструке индикаторске титрације за одређивање карбоната и бикарбоната у земљишту, методом оксидације калијум-дихроматом за одређивање органске материје у земљишту, методом дифузије алкалног раствора за одређивање азота добијеног алкалном хидролизом у земљишту, H2SO4-HClO4 колориметријском методом варења Mo-Sb. Укупан фосфор у земљишту и садржај расположивог фосфора у земљишту одређени су Олсеновом методом (0,05 mol/L раствор NaHCO3 као екстрактант), а укупан садржај калијума у ​​земљишту одређен је фотометријом фузије и пламена натријум хидроксида.
Експериментални подаци су првобитно систематизовани. SPSS Statistics 20 је коришћен за извођење анализе средње вредности, стандардне девијације, једнофакторске ANOVA и анализе корелације људи.
Табела 1 приказује електромеханичка својства, ањоне и хранљиве материје земљишта са различитим нагибима. Потенцијал корозије, отпорност земљишта и градијент потенцијала исток-запад различитих нагиба били су значајни (P < 0,05). Редокс потенцијали низбрдног, средњег нагиба и природног нагиба били су значајни (P < 0,05). Градијент потенцијала нормалан на шину, односно градијент потенцијала север-југ, је узбрдо>низбрдо>средњи нагиб. pH вредност земљишта била је у редоследу низбрдо>узбрдо>средњи нагиб>природни нагиб. Укупна растворљива со, природни нагиб, био је значајно већи него нагиб железничке пруге (P < 0,05). Укупан садржај растворљиве соли у земљишту нагиба железничке пруге трећег реда је изнад 500 мг/кг, а укупна растворљива со има умерен утицај на корозију метала. Садржај органске материје у земљишту био је највиши на природном нагибу, а најнижи на низбрдом (P < 0,05). Укупан садржај азота био је највиши на средњем нагибу, а најнижи на узбрдном нагибу; Садржај расположивог азота био је највиши на низбрдици и средњој падини, а најнижи на природној падини; укупни садржај азота на узбрдици и низбрдици железничке пруге био је нижи, али је садржај расположивог азота био већи. Ово указује на то да је стопа минерализације органског азота узбрдо и низбрдо брза. Садржај расположивог калијума је исти као и расположиви фосфор.
Отпорност земљишта је индекс који показује електричну проводљивост и основни параметар за процену корозије земљишта. Фактори који утичу на отпорност земљишта укључују садржај влаге, укупни садржај растворљивих соли, pH вредност, текстуру земљишта, температуру, садржај органске материје, температуру земљишта и непропусност. Генерално говорећи, земљишта са ниском отпорношћу су корозивнија и обрнуто. Коришћење отпорности за процену корозивности земљишта је метода која се често користи у разним земљама. Табела 1 приказује критеријуме за процену степена корозивности за сваки појединачни индекс 37,38.
Према резултатима испитивања и стандардима у мојој земљи (Табела 1), ако се корозивност земљишта процењује само на основу отпорности земљишта, земљиште на узбрдици је веома корозивно; земљиште на низбрдици је умерено корозивно; корозивност земљишта на средњој падини и природној падини је релативно ниска до слаба.
Отпорност земљишта узбрдице је знатно нижа него код осталих делова падине, што може бити узроковано ерозијом кишом. Горњи слој земље на узбрдици тече ка средишњем делу падине са водом, тако да је метална заштитна мрежа узбрдице близу горњег слоја земље. Неке од металних мрежа су биле изложене и чак су висиле у ваздуху (Слика 1). Отпорност земљишта је мерена на лицу места; размак између шипова је био 3 м; дубина забијања шипова је била испод 15 цм. Гола метална мрежа и љуштећа рђа могу ометати резултате мерења. Стога је непоуздано процењивати корозивност земљишта само на основу индекса отпорности земљишта. У свеобухватној процени корозије, отпорност земљишта узбрдице се не узима у обзир.
Због високе релативне влажности, стално влажан ваздух у области Сечуана узрокује озбиљнију кородацију металне мреже изложене ваздуху него металне мреже закопане у земљишту39. Излагање жичане мреже ваздуху може довести до смањеног века трајања, што може дестабилизовати земљиште узбрдо. Губитак земљишта може отежати раст биљака, посебно дрвенастих биљака. Због недостатка дрвенастих биљака, тешко је формирати коренов систем узбрдо како би се земљиште учврстило. Истовремено, раст биљака такође може побољшати квалитет земљишта и повећати садржај хумуса у земљишту, што не само да може задржати воду, већ и обезбедити добро окружење за раст и размножавање животиња и биљака, чиме се смањује губитак земљишта. Стога, у раној фази изградње, треба посејати више дрвенастог семена на узбрдици, а средство за задржавање воде треба континуирано додавати и прекривати фолијом ради заштите, како би се смањила ерозија земљишта узбрдице кишницом.
Потенцијал корозије је важан фактор који утиче на корозију заштитне мреже косине на трослојној падини и има највећи утицај на узбрдици (Табела 2). Под нормалним условима, потенцијал корозије се не мења много у датом окружењу. Приметну промену могу изазвати лутајуће струје. Лутајуће струје се односе на струје 40, 41, 42 које цуре у труп пута и земљиште када возила користе систем јавног превоза. Развојем транспортног система, железнички транспортни систем моје земље је постигао електрификацију великих размера, а корозија закопаних метала изазвана цурењем једносмерне струје из електрификованих железница не може се занемарити. Тренутно, градијент потенцијала земљишта може се користити за утврђивање да ли земљиште садржи поремећаје лутајућих струја. Када је градијент потенцијала површинског земљишта мањи од 0,5 mv/m, лутајућа струја је ниска; када је градијент потенцијала у распону од 0,5 mv/m до 5,0 mv/m, лутајућа струја је умерена; Када је градијент потенцијала већи од 5,0 mv/m, ниво лутајуће струје је висок. Плутајући опсег градијента потенцијала (EW) средњег нагиба, узводно и низводно је приказан на слици 3. Што се тиче плутајућег опсега, постоје умерене лутајуће струје у правцима исток-запад и север-југ средњег нагиба. Стога је лутајућа струја важан фактор који утиче на корозију металних мрежа на средњем и низводном делу нагиба, посебно на средњем делу нагиба.
Генерално, редокс потенцијал земљишта (Eh) изнад 400 mV указује на оксидациону способност, изнад 0-200 mV је средња редукциона способност, а испод 0 mV је велика редукциона способност. Што је нижи редокс потенцијал земљишта, већа је корозивна способност земљишних микроорганизама на метале44. Могуће је предвидети тренд микробне корозије земљишта из редокс потенцијала. Студија је открила да је редокс потенцијал земљишта на три падине био већи од 500 mv, а ниво корозије веома мали. То показује да је стање вентилације земљишта на падинама добро, што не погодује корозији анаеробних микроорганизама у земљишту.
Претходне студије су откриле да је утицај pH вредности земљишта на ерозију земљишта очигледан. Са флуктуацијом pH вредности, брзина корозије металних материјала је значајно погођена. pH вредност земљишта је уско повезана са подручјем и микроорганизмима у земљишту45,46,47. Генерално говорећи, утицај pH вредности земљишта на корозију металних материјала у благо алкалном земљишту није очигледан. Земљишта три пруге су сва алкална, тако да је утицај pH вредности на корозију металне мреже слаб.
Као што се може видети из Табеле 3, корелациона анализа показује да су редокс потенцијал и положај нагиба значајно позитивно корелирани (R2 = 0,858), корозијски потенцијал и градијент потенцијала (SN) су значајно позитивно корелирани (R2 = 0,755), а редокс потенцијал и градијент потенцијала (SN) су значајно позитивно корелирани (R2 = 0,755). Постојала је значајна негативна корелација између потенцијала и pH вредности (R2 = -0,724). Положај нагиба је био значајно позитивно корелиран са редокс потенцијалом. Ово показује да постоје разлике у микроокружењу различитих положаја нагиба и да су микроорганизми у земљишту уско повезани са редокс потенцијалом48, 49, 50. Редокс потенцијал је био значајно негативно корелиран са pH51,52. Овај однос је указивао на то да се вредности pH и Eh нису увек мењале синхроно током редокс процеса земљишта, већ су имале негативну линеарну везу. Потенцијал корозије метала може представљати релативну способност добијања и губитка електрона. Иако је потенцијал корозије био значајно позитивно корелиран са градијентом потенцијала (SN), градијент потенцијала може бити узрокован лаким губитком електрона од стране метала.
Укупан садржај растворљивих соли у земљишту је уско повезан са корозивношћу земљишта. Генерално говорећи, што је већи салинитет земљишта, то је нижи отпор земљишта, чиме се повећава отпорност земљишта. У електролитима земљишта, не само ањони и различити распони, већ и утицаји корозије углавном су карбонати, хлориди и сулфати. Поред тога, укупан садржај растворљивих соли у земљишту индиректно утиче на корозију кроз утицај других фактора, као што је ефекат електродног потенцијала у металима и растворљивост кисеоника у земљишту53.
Већина растворљивих јона соли дисоцираних у земљишту не учествује директно у електрохемијским реакцијама, већ утиче на корозију метала кроз отпорност земљишта. Што је салинитет земљишта већи, то је проводљивост земљишта јача и ерозија земљишта је јача. Садржај салинитета земљишта природних падина је знатно већи него код железничких падина, што може бити последица чињенице да су природне падина богате вегетацијом, што погодује очувању земљишта и воде. Други разлог може бити тај што је природна падина доживела формирање зрелог земљишта (матични материјал земљишта формиран трошењем стена), али земљиште железничке падина је састављено од фрагмената дробљеног камена као матрице „вештачког земљишта“ и није прошло довољан процес формирања земљишта. Минерали се не ослобађају. Поред тога, јони соли у дубоком земљишту природних падина су се подигли капиларним дејством током површинског испаравања и акумулирали у површинском земљишту, што је резултирало повећањем садржаја јона соли у површинском земљишту. Дебљина земљишта железничке падина је мања од 20 цм, што резултира немогућношћу горњег слоја земљишта да допуни со из дубоког земљишта.
Позитивни јони (као што су K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+, итд.) имају мали утицај на корозију земљишта, док ањони играју значајну улогу у електрохемијском процесу корозије и имају значајан утицај на корозију метала. Cl− може убрзати корозију аноде и најкорозивнији је анјон; што је већи садржај Cl−, то је корозија земљишта јача. SO42− не само да подстиче корозију челика, већ изазива и корозију у неким бетонским материјалима54. Такође кородира гвожђе. У серији експеримената са киселим земљиштем, утврђено је да је брзина корозије пропорционална киселости земљишта55. Хлориди и сулфати су главне компоненте растворљивих соли, које могу директно убрзати кавитацију метала. Студије су показале да је губитак тежине услед корозије угљеничног челика у алкалним земљиштима скоро пропорционалан додавању хлоридних и сулфатних јона56,57. Ли и др. су открили да SO42- може ометати корозију, али подстиче развој корозивних јама које су већ формиране58.
Према стандарду за процену корозивности земљишта и резултатима испитивања, садржај хлоридних јона у сваком узорку земљишта на падини био је изнад 100 мг/кг, што указује на јаку корозивност земљишта. Садржај сулфатних јона и на узбрдним и на низбрдним падинама био је изнад 200 мг/кг и испод 500 мг/кг, а земљиште је било умерено кородирано. Садржај сулфатних јона у средњој падини је нижи од 200 мг/кг, а корозија земљишта је слаба. Када земљишна средина садржи високу концентрацију, он ће учествовати у реакцији и стварати корозију на површини металне електроде, чиме се успорава реакција корозије. Како се концентрација повећава, корозија може нагло да се поломи, чиме се значајно убрзава брзина корозије; како концентрација наставља да расте, корозија прекрива површину металне електроде, а брзина корозије поново показује тренд успоравања59. Студија је открила да је количина у земљишту била нижа и стога је имала мали утицај на корозију.
Према Табели 4, корелација између нагиба и земљишних ањона показала је да постоји значајна позитивна корелација између нагиба и хлоридних јона (R2=0,836), и значајна позитивна корелација између нагиба и укупних растворљивих соли (R2=0,742).
Ово указује на то да површинско отицање и ерозија земљишта могу бити одговорни за промене укупних растворљивих соли у земљишту. Постојала је значајна позитивна корелација између укупних растворљивих соли и хлоридних јона, што може бити зато што су укупне растворљиве соли акумулација хлоридних јона, а садржај укупних растворљивих соли одређује садржај хлоридних јона у растворима земљишта. Стога можемо знати да разлика у нагибу може изазвати озбиљну корозију металног мрежног дела.
Органска материја, укупни азот, расположиви азот, расположиви фосфор и расположиви калијум су основни хранљиви састојци земљишта, који утичу на квалитет земљишта и апсорпцију хранљивих материја од стране кореновог система. Хранљиве материје у земљишту су важан фактор који утиче на микроорганизме у земљишту, па је вредно проучити да ли постоји корелација између хранљивих материја у земљишту и корозије метала. Суију железница је завршена 2003. године, што значи да је вештачко земљиште доживело само 9 година акумулације органске материје. Због посебности вештачког земљишта, неопходно је добро разумети хранљиве материје у вештачком земљишту.
Истраживање показује да је садржај органске материје највиши у природном земљишту падине након целог процеса формирања земљишта. Садржај органске материје у земљишту на ниским нагибима био је најнижи. Због утицаја временских услова и површинског отицања, хранљиве материје у земљишту ће се акумулирати на средњем и низбрдим деловима падине, формирајући дебели слој хумуса. Међутим, због малих честица и лоше стабилности земљишта на ниским нагибима, органску материју лако разграђују микроорганизми. Истраживање је показало да су покривеност и разноликост вегетације на средњем и низбрдим деловима падине били високи, али хомогеност ниска, што може довести до неравномерне расподеле површинских хранљивих материја. Дебели слој хумуса задржава воду и организми у земљишту су активни. Све ово убрзава разградњу органске материје у земљишту.
Садржај алкално-хидролизованог азота у узбрдним, средњим и низбрдним железничким пругама био је већи него у природној падини, што указује да је стопа минерализације органског азота у железничкој падини била знатно већа него у природној падини. Што су честице мање, што је структура земљишта нестабилнија, микроорганизмима је лакше да разграде органску материју у агрегатима и већи је пул минерализованог органског азота60,61. У складу са резултатима студије 62, садржај агрегата малих честица у земљишту железничких падина био је знатно већи него у природним падинама. Стога, морају се предузети одговарајуће мере за повећање садржаја ђубрива, органске материје и азота у земљишту железничке падине и за побољшање одрживог коришћења земљишта. Расипање расположивог фосфора и расположивог калијума узроковано површинским отицањем чинило је 77,27% до 99,79% укупног губитка железничке падине. Површинско отицање може бити главни покретач губитка расположивих хранљивих материја у земљиштима падина63,64,65.
Као што је приказано у Табели 4, постојала је значајна позитивна корелација између положаја нагиба и расположивог фосфора (R2=0,948), а корелација између положаја нагиба и расположивог калијума била је иста (R2=0,898). То показује да положај нагиба утиче на садржај расположивог фосфора и расположивог калијума у ​​земљишту.
Градијент је важан фактор који утиче на садржај органске материје у земљишту и обогаћивање азотом66, и што је градијент мањи, већа је стопа обогаћивања. Код обогаћивања земљишта хранљивим материјама, губитак хранљивих материја је ослабљен, а ефекат положаја нагиба на садржај органске материје у земљишту и укупно обогаћивање азотом није био очигледан. Различите врсте и број биљака на различитим нагибима имају различите органске киселине које луче корени биљака. Органске киселине су корисне за фиксирање расположивог фосфора и расположивог калијума у ​​земљишту. Стога је постојала значајна корелација између положаја нагиба и расположивог фосфора, и положаја нагиба и расположивог калијума.
Да би се разјаснила веза између хранљивих материја у земљишту и корозије земљишта, потребно је анализирати корелацију. Као што је приказано у Табели 5, редокс потенцијал је био значајно негативно корелиран са расположивим азотом (R2 = -0,845) и значајно позитивно корелиран са расположивим фосфором (R2 = 0,842) и расположивим калијумом (R2 = 0,980). Редокс потенцијал одражава квалитет редокса, на који обично утичу нека физичка и хемијска својства земљишта, а затим утиче на низ својстава земљишта. Стога је важан фактор у одређивању правца трансформације хранљивих материја у земљишту67. Различити редокс квалитети могу резултирати различитим стањима и доступношћу нутритивних фактора. Стога, редокс потенцијал има значајну корелацију са расположивим азотом, расположивим фосфором и расположивим калијумом.
Поред својстава метала, потенцијал корозије је такође повезан са својствима земљишта. Потенцијал корозије је био значајно негативно корелиран са органском материјом, што указује да органска материја има значајан утицај на потенцијал корозије. Поред тога, органска материја је такође била значајно негативно корелирана са градијентом потенцијала (SN) (R2=-0,713) и сулфатним јоном (R2=-0,671), што указује да садржај органске материје такође утиче на градијент потенцијала (SN) и сулфатни јон. Постојала је значајна негативна корелација између pH вредности земљишта и расположивог калијума (R2 = -0,728).
Доступни азот је био значајно негативно корелиран са укупним растворљивим солима и хлоридним јонима, а доступни фосфор и доступни калијум су били значајно позитивно корелирани са укупним растворљивим солима и хлоридним јонима. Ово је указивало да је садржај доступних хранљивих материја значајно утицао на количину укупних растворљивих соли и хлоридних јона у земљишту, а ањони у земљишту нису били погодни за акумулацију и снабдевање доступним хранљивим материјама. Укупни азот је био значајно негативно корелиран са сулфатним јоном и значајно позитивно корелиран са бикарбонатом, што указује да је укупни азот имао утицај на садржај сулфата и бикарбоната. Биљке имају мале потребе за сулфатним јонима и бикарбонатним јонима, тако да је већина њих слободна у земљишту или је апсорбују земљишни колоиди. Бикарбонатни јони фаворизују акумулацију азота у земљишту, а сулфатни јони смањују доступност азота у земљишту. Стога је одговарајуће повећање садржаја доступног азота и хумуса у земљишту корисно за смањење корозивности земљишта.
Земљиште је систем са сложеним саставом и својствима. Корозивност земљишта је резултат синергијског деловања многих фактора. Стога се генерално користи свеобухватна метода процене за процену корозивности земљишта. Позивајући се на „Кодекс за геотехничка инжењерска истраживања“ (GB50021-94) и методе испитивања Кинеске мреже за тестирање корозије земљишта, степен корозије земљишта може се свеобухватно проценити према следећим стандардима: (1) Процена је слаба корозија, ако је присутна само слаба корозија, нема умерене корозије или је присутна јака корозија; (2) ако нема јаке корозије, процењује се као умерена корозија; (3) ако постоји једно или два места јаке корозије, процењује се као јака корозија; (4) ако постоје 3 или више места јаке корозије, процењује се као јака корозија за јаку корозију.
Према отпорности земљишта, редокс потенцијалу, садржају воде, садржају соли, pH вредности и садржају Cl- и SO42-, степен корозије узорака земљишта на различитим падинама је свеобухватно процењен. Резултати истраживања показују да су земљишта на свим падинама веома корозивна.
Потенцијал корозије је важан фактор који утиче на корозију заштитне мреже косине. Потенцијали корозије све три падине су нижи од -200 mv, што има највећи утицај на корозију металне мреже узбрдо. Градијент потенцијала може се користити за процену величине лутајуће струје у земљишту. Лутајућа струја је важан фактор који утиче на корозију металне мреже на средњим падинама и узбрдо, посебно на средњим падинама. Укупан садржај растворљивих соли у земљишту горње, средње и доње падине био је изнад 500 mg/kg, а ефекат корозије на заштитну мрежу косине био је умерен. Садржај воде у земљишту је важан фактор који утиче на корозију металних мрежа на средњим и низбрдо и има већи утицај на корозију заштитних мрежа косине. Хранљиве материје су најзаступљеније у земљишту средњих падина, што указује на честе микробне активности и брз раст биљака.
Истраживање показује да су потенцијал корозије, градијент потенцијала, укупни садржај растворљивих соли и садржај воде главни фактори који утичу на корозију земљишта на три падине, а корозивност земљишта је оцењена као јака. Корозија мреже заштите падине је најозбиљнија на средњој падини, што пружа референцу за антикорозивни дизајн мреже заштите косине железничке пруге. Одговарајуће додавање расположивог азота и органског ђубрива је корисно за смањење корозије земљишта, олакшавање раста биљака и коначно стабилизацију падине.
Како цитирати овај чланак: Чен, Ј. и др. Утицај састава земљишта и електрохемије на корозију мреже стеновитих падина дуж кинеске железничке пруге. science. Rep. 5, 14939; doi: 10.1038/srep14939 (2015).
Лин, ЈЛ и Јанг, ГЛ Динамичке карактеристике косина подлоге железничке пруге под утицајем земљотреса. Природна катастрофа. 69, 219–235 (2013).
Суи Ванг, Ј. и др. Анализа типичних оштећења аутопутева услед земљотреса у подручју Венчуан у провинцији Сечуан погођеном земљотресом [J]. Кинески часопис за механику и инжењерство стена. 28, 1250–1260 (2009).
Веилин, З., Женју, Л. и Ђинсонг, Ј. Анализа сеизмичких оштећења и контрамере мостова на аутопутевима у земљотресу у Венчуану. Кинески часопис за механику и инжењерство стена. 28, 1377–1387 (2009).
Лин, ЦВ, Лиу, СХ, Ли, СИ и Лиу, ЦЦ Утицај земљотреса Чичи на клизишта изазвана накнадним падавинама у централном Тајвану. Инжењерска геологија. 86, 87–101 (2006).
Кои, Т. и др. Дугорочни ефекти клизишта изазваних земљотресом на производњу седимента у планинском сливу: регион Танзава, Јапан. geomorphology.101, 692–702 (2008).
Хонгшуај, Л., Ђингшан, Б. и Дедонг, Л. Преглед истраживања о анализи сеизмичке стабилности геотехничких падина. Земљотресно инжењерство и инжењерске вибрације. 25, 164–171 (2005).
Јуе Пинг, Истраживање геолошких опасности изазваних земљотресом у Венчуану у Сечуану. Часопис за инжењерску геологију 4, 7–12 (2008).
Али, Ф. Заштита косина вегетацијом: механика корена неких тропских биљака. Међународни часопис за физичке науке. 5, 496–506 (2010).
Такју, М., Аиба, СИ и Китајама, К. Топографски ефекти на тропске нископланински шуме под различитим геолошким условима на планини Кинабалу, Борнео. Plant Ecology. 159, 35–49 (2002).
Стоукс, А. и др. Идеалне карактеристике корена биљака за заштиту природних и вештачких падина од клизишта. Биљке и земљишта, 324, 1-30 (2009).
Де Баетс, С., Поесен, Ј., Гиселс, Г. и Кнапен, А. Утицај корена траве на еродибилност површинског слоја земљишта током концентрисаног тока. Геоморфологија 76, 54–67 (2006).