Asante kwa kutembelea Nature.com. Toleo la kivinjari unachotumia lina usaidizi mdogo kwa CSS. Kwa matumizi bora, tunapendekeza utumie kivinjari kilichosasishwa (au uzime hali ya utangamano katika Internet Explorer). Wakati huo huo, ili kuhakikisha usaidizi unaoendelea, tutaonyesha tovuti bila mitindo na JavaScript.
Kuchukua mteremko wa reli ya Sui-Chongqing kama kitu cha utafiti, upinzani wa udongo, kemia ya elektrokemia ya udongo (uwezo wa kutu, uwezo wa redoksi, gradient inayowezekana na pH), anioni za udongo (chumvi jumla inayoyeyuka, Cl-, SO42- na) na Lishe ya udongo. (Kiwango cha unyevu, vitu vya kikaboni, nitrojeni jumla, nitrojeni iliyohidrolishwidishwa na alkali, fosforasi inayopatikana, potasiamu inayopatikana) Chini ya miteremko tofauti, daraja la kutu hupimwa kulingana na viashiria vya mtu binafsi na viashiria vya kina vya udongo bandia. Ikilinganishwa na mambo mengine, maji yana ushawishi mkubwa zaidi kwenye kutu wa wavu wa ulinzi wa mteremko, ikifuatiwa na kiwango cha anioni. Chumvi yote inayoyeyuka ina athari ya wastani kwenye kutu wa wavu wa ulinzi wa mteremko, na mkondo uliopotea una athari ya wastani kwenye kutu wa wavu wa ulinzi wa mteremko. Kiwango cha kutu cha sampuli za udongo kilitathminiwa kikamilifu, na kutu kwenye mteremko wa juu ulikuwa wa wastani, na kutu kwenye miteremko ya kati na ya chini ilikuwa na nguvu. Vitu vya kikaboni kwenye udongo vilihusiana kwa kiasi kikubwa na gradient inayowezekana. Nitrojeni inayopatikana, potasiamu inayopatikana na fosforasi inayopatikana ilihusiana kwa kiasi kikubwa na anioni. Usambazaji wa virutubisho vya udongo unahusiana kwa njia isiyo ya moja kwa moja na mteremko. aina.
Wakati wa kujenga reli, barabara kuu na vifaa vya utunzaji wa maji, nafasi za milima mara nyingi haziepukiki. Kwa sababu ya milima iliyo kusini-magharibi, ujenzi wa reli ya China unahitaji uchimbaji mwingi wa mlima. Huharibu udongo na mimea ya asili, na kuunda miteremko ya miamba iliyo wazi. Hali hii husababisha maporomoko ya ardhi na mmomonyoko wa udongo, hivyo kutishia usalama wa usafiri wa reli. Maporomoko ya ardhi ni mabaya kwa trafiki barabarani, haswa baada ya tetemeko la ardhi la Wenchuan la Mei 12, 2008. Maporomoko ya ardhi yamekuwa janga kubwa na kubwa la tetemeko la ardhi1. Katika tathmini ya 2008 ya kilomita 4,243 za barabara kuu kuu katika Mkoa wa Sichuan, kulikuwa na majanga makubwa ya tetemeko la ardhi 1,736 katika vitanda vya barabara na kuta za kushikilia mteremko, zikihesabu 39.76% ya urefu wote wa tathmini. Hasara za moja kwa moja za kiuchumi kutokana na uharibifu wa barabara zilizidi yuan bilioni 58 2,3. Mifano ya kimataifa inaonyesha kwamba hatari za jio za baada ya tetemeko la ardhi zinaweza kudumu kwa angalau miaka 10 (tetemeko la ardhi la Taiwan) na hata kwa muda wa miaka 40-50 (tetemeko la ardhi la Kanto nchini Japani) 4,5. Gradient ndiyo sababu kuu inayoathiri hatari ya tetemeko la ardhi 6,7. Kwa hivyo, ni muhimu kudumisha mteremko wa barabara na kuimarisha uthabiti wake. Mimea ina jukumu lisiloweza kubadilishwa katika ulinzi wa mteremko na urejesho wa mandhari ya ikolojia 8. Ikilinganishwa na mteremko wa kawaida wa udongo, mteremko wa miamba hauna mkusanyiko wa vipengele vya virutubisho kama vile viumbe hai, nitrojeni, fosforasi, na potasiamu, na hauna mazingira ya udongo yanayohitajika kwa ukuaji wa mimea. Kutokana na mambo kama vile mteremko mkubwa na mmomonyoko wa mvua, udongo wa mteremko hupotea kwa urahisi. Mazingira ya mteremko ni magumu, Hakuna masharti muhimu kwa ukuaji wa mimea, na udongo wa mteremko hauna uthabiti unaounga mkono9. Kunyunyizia mteremko kwa nyenzo za msingi kufunika udongo ili kulinda mteremko ni teknolojia inayotumika sana ya urejeshaji wa ikolojia ya mteremko nchini mwangu. Udongo bandia unaotumika kwa kunyunyizia unaundwa na mawe yaliyosagwa, udongo wa shamba, majani, mbolea misombo, wakala wa kuhifadhi maji na gundi (gundi zinazotumika sana ni pamoja na saruji ya Portland, gundi ya kikaboni na emulsifier ya lami) kwa kiwango fulani. Mchakato wa kiufundi ni: kwanza weka waya wenye miiba kwenye mwamba, kisha rekebisha waya wenye miiba kwa rivets na boliti za nanga, na hatimaye nyunyizia udongo bandia wenye mbegu kwenye mteremko kwa kutumia kinyunyizio maalum. Matundu ya chuma yenye umbo la almasi 14# ambayo yametiwa mabati kikamilifu hutumika zaidi, yenye kiwango cha matundu ya 5cm×5cm na kipenyo cha 2mm. Matundu ya chuma huruhusu matrix ya udongo kuunda slab ya monolithic imara kwenye uso wa mwamba. Matundu ya chuma yataota kutu kwenye udongo, kwa sababu udongo wenyewe ni elektroliti, na kiwango cha kutu hutegemea sifa za udongo. Tathmini ya vipengele vya kutu kwenye udongo ni muhimu sana kwa kutathmini matundu ya chuma yanayosababishwa na udongo. mmomonyoko na kuondoa hatari za maporomoko ya ardhi.
Mizizi ya mimea inaaminika kuchukua jukumu muhimu katika uthabiti wa mteremko na udhibiti wa mmomonyoko10,11,12,13,14. Ili kuimarisha mteremko dhidi ya maporomoko ya ardhi yasiyo na kina kirefu, mimea inaweza kutumika kwa sababu mizizi ya mimea inaweza kurekebisha udongo ili kuzuia maporomoko ya ardhi15,16,17. Mimea yenye miti, hasa miti, husaidia kuzuia maporomoko ya ardhi yasiyo na kina kirefu18. Muundo imara wa kinga unaoundwa na mifumo ya mizizi ya wima na ya pembeni ya mimea ambayo hufanya kazi kama marundo ya kuimarisha udongo. Ukuaji wa mifumo ya usanifu wa mizizi unaendeshwa na jeni, na mazingira ya udongo yana jukumu muhimu katika michakato hii. Kutu kwa metali hutofautiana kulingana na mazingira ya udongo20. Kiwango cha kutu kwa metali kwenye udongo kinaweza kuanzia kuyeyuka haraka hadi athari ndogo sana21. Udongo bandia ni tofauti sana na "udongo" halisi. Uundaji wa udongo asilia ni matokeo ya mwingiliano kati ya mazingira ya nje na viumbe mbalimbali kwa mamilioni ya miaka22,23,24. Kabla ya mimea yenye miti kuunda mfumo imara wa mizizi na mfumo ikolojia, ikiwa matundu ya chuma pamoja na mteremko wa mwamba na udongo bandia yanaweza kufanya kazi kwa usalama inahusiana moja kwa moja na maendeleo ya uchumi wa asili, usalama wa maisha na uboreshaji wa mazingira ya ikolojia.
Hata hivyo, kutu kwa metali kunaweza kusababisha hasara kubwa. Kulingana na utafiti uliofanywa nchini China mwanzoni mwa miaka ya 1980 kuhusu mashine za kemikali na viwanda vingine, hasara zinazosababishwa na kutu kwa metali zilichangia 4% ya jumla ya thamani ya uzalishaji. Kwa hivyo, ni muhimu sana kusoma utaratibu wa kutu na kuchukua hatua za kinga kwa ajili ya ujenzi wa kiuchumi. Udongo ni mfumo tata wa gesi, vimiminika, vitu vigumu na vijidudu. Metaboliti za vijidudu zinaweza kutu vifaa, na mikondo inayopotea pia inaweza kusababisha kutu. Kwa hivyo, ni muhimu kuzuia kutu kwa metali zilizozikwa kwenye udongo. Kwa sasa, utafiti kuhusu kutu kwa metali zilizozikwa unazingatia zaidi (1) mambo yanayoathiri kutu kwa metali zilizozikwa25; (2) mbinu za ulinzi wa metali26,27; (3) mbinu za uamuzi kwa kiwango cha kutu kwa metali28; Kutu katika vyombo tofauti. Hata hivyo, udongo wote katika utafiti ulikuwa wa asili na ulikuwa umepitia michakato ya kutosha ya uundaji wa udongo. Hata hivyo, hakuna ripoti kuhusu mmomonyoko wa udongo bandia wa miteremko ya miamba ya reli.
Ikilinganishwa na vyombo vingine vya udongo vinavyoweza kuoza, udongo bandia una sifa za kutoweza kunywea, tofauti, msimu na ukanda. Kutu kwa chuma katika udongo bandia husababishwa na mwingiliano wa kielektroniki kati ya metali na udongo bandia. Mbali na vipengele vya asili, kiwango cha kutu kwa metali pia hutegemea mazingira yanayozunguka. Vipengele mbalimbali huathiri kutu kwa metali kivyake au kwa pamoja, kama vile kiwango cha unyevu, kiwango cha oksijeni, jumla ya chumvi mumunyifu, kiwango cha anioni na ioni za metali, pH, vijidudu vya udongo 30,31,32.
Katika miaka 30 ya mazoezi, swali la jinsi ya kuhifadhi udongo bandia wa kudumu kwenye miteremko ya mawe limekuwa tatizo33. Vichaka au miti haiwezi kukua kwenye baadhi ya miteremko baada ya miaka 10 ya utunzaji wa mikono kutokana na mmomonyoko wa udongo. Uchafu kwenye uso wa matundu ya chuma ulisombwa na maji katika baadhi ya maeneo. Kutokana na kutu, baadhi ya matundu ya chuma yalipasuka na kupoteza udongo wote juu na chini yake (Mchoro 1). Kwa sasa, utafiti kuhusu kutu kwenye mteremko wa reli unazingatia zaidi kutu kwenye gridi ya ardhi ya kituo cha reli, kutu kwa mkondo uliopotea unaotokana na reli nyepesi, na kutu kwa madaraja ya reli34,35, njia za reli na vifaa vingine vya magari36. Hakujakuwa na ripoti za kutu kwa matundu ya chuma ya ulinzi wa mteremko wa reli. Karatasi hii inasoma sifa za kimwili, kemikali na electrokemikali za udongo bandia kwenye mteremko wa mwamba wa kusini-magharibi wa Reli ya Suiyu, ikilenga kutabiri kutu kwa chuma kwa kutathmini sifa za udongo na kutoa msingi wa kinadharia na vitendo kwa ajili ya urejesho wa mfumo ikolojia wa udongo na urejesho bandia. Mteremko bandia.
Eneo la majaribio liko katika eneo lenye vilima la Sichuan (30°32′N, 105°32′E) karibu na Kituo cha Reli cha Suining. Eneo hilo liko katikati ya Bonde la Sichuan, lenye milima na vilima vya chini, vyenye muundo rahisi wa kijiolojia na ardhi tambarare. Mmomonyoko, ukataji na mkusanyiko wa maji huunda mandhari ya vilima yaliyomomonyoka. Mwamba wa msingi ni chokaa, na mzigo mkubwa ni mchanga wa zambarau na mawe ya matope. Uadilifu ni duni, na mwamba ni muundo wa matofali. Eneo la utafiti lina hali ya hewa ya mvua ya kitropiki yenye unyevunyevu yenye sifa za msimu wa masika, majira ya joto kali, vuli fupi na majira ya baridi kali. Mvua ni nyingi, rasilimali za mwanga na joto ni nyingi, kipindi kisicho na baridi ni kirefu (wastani wa siku 285), hali ya hewa ni laini, wastani wa joto la mwaka ni 17.4°C, wastani wa joto la mwezi wenye joto zaidi (Agosti) ni 27.2°C, na hali ya juu zaidi ni 39.3°C. Mwezi baridi zaidi ni Januari (wastani wa joto ni 6.5°C), uliokithiri Kiwango cha chini cha joto ni -3.8°C, na wastani wa mvua kwa mwaka ni 920 mm, hasa mwezi Julai na Agosti. Mvua katika majira ya kuchipua, kiangazi, vuli na baridi hutofautiana sana. Kiwango cha mvua katika kila msimu wa mwaka ni 19-21%, 51-54%, 22-24% na 4-5% mtawalia.
Eneo la utafiti ni mteremko wa takriban 45° kwenye mteremko wa Reli ya Yu-Sui iliyojengwa mwaka wa 2003. Mnamo Aprili 2012, ilielekea kusini ndani ya kilomita 1 kutoka Kituo cha Reli cha Suining. Mteremko wa asili ulitumika kama udhibiti. Urejesho wa kiikolojia wa mteremko unatumia teknolojia ya kunyunyizia udongo kwa ajili ya urejesho wa kiikolojia. Kulingana na urefu wa mteremko wa upande wa reli, mteremko unaweza kugawanywa katika mteremko wa juu, wa katikati na wa chini (Mchoro 2). Kwa kuwa unene wa mteremko uliokatwa, udongo bandia ni kama sentimita 10, ili kuepuka uchafuzi wa bidhaa za kutu za matundu ya chuma ya udongo, tunatumia koleo la chuma cha pua tu kuchukua uso wa udongo sentimita 0-8. Nakala nne ziliwekwa kwa kila nafasi ya mteremko, zikiwa na sehemu 15-20 za sampuli bila mpangilio kwa kila nakala. Kila nakala ni mchanganyiko wa vipande 15-20 vilivyoamuliwa bila mpangilio kutoka sehemu za sampuli zenye umbo la S. Uzito wake mpya ni kama gramu 500. Rudisha sampuli kwenye maabara katika mifuko ya polyethilini iliyofungwa kwa ajili ya usindikaji. Udongo hukaushwa kwa hewa kiasili, na mabaki ya changarawe na wanyama na mimea huchukuliwa, hupondwa kwa kijiti cha agate, na kuchujwa kwa ungo wa nailoni wenye matundu 20, wenye matundu 100 isipokuwa chembe ngumu.
Upinzani wa udongo ulipimwa na kipima upinzani wa kutuliza cha VICTOR4106 kilichotengenezwa na Kampuni ya Shengli Instrument; upinzani wa udongo ulipimwa shambani; Unyevu wa udongo ulipimwa kwa njia ya kukausha. Kifaa cha DMP-2 kinachobebeka cha mv/pH ya kidijitali kina kizuizi kikubwa cha pembejeo kwa ajili ya kupima uwezo wa kutu wa udongo. Upeo wa uwezekano na uwezo wa redoksi ulibainishwa na DMP-2 inayobebeka ya mv/pH ya kidijitali, jumla ya chumvi mumunyifu kwenye udongo ilibainishwa kwa njia ya kukausha mabaki, kiwango cha ioni za kloridi kwenye udongo kilibainishwa kwa njia ya AgNO3 titration (njia ya Mohr), kiwango cha salfeti ya udongo kilibainishwa kwa njia isiyo ya moja kwa moja ya EDTA Titration, njia ya titration ya kiashiria maradufu ili kubaini kaboneti ya udongo na bikaboneti, njia ya oksidi ya potasiamu dikrometi ili kubaini viumbe hai vya udongo, njia ya uenezaji wa myeyusho wa alkali ili kubaini hidrolisisi ya alkali ya udongo nitrojeni, usagaji wa H2SO4-HClO4 njia ya rangi ya Mo-Sb Jumla ya fosforasi kwenye udongo na kiwango cha fosforasi kinachopatikana kwenye udongo kilibainishwa kwa njia ya Olsen (0.05 mol/L myeyusho wa NaHCO3 kama dondoo), na jumla ya kiwango cha potasiamu kwenye udongo kilibainishwa kwa kutumia upigaji picha wa fusion-flame wa sodiamu hidroksidi.
Data ya majaribio ilipangwa awali. Takwimu za SPSS 20 zilitumika kufanya wastani, kupotoka kwa kawaida, ANOVA ya njia moja, na uchambuzi wa uhusiano wa binadamu.
Jedwali la 1 linaonyesha sifa za kielektroniki, anioni na virutubisho vya udongo wenye miteremko tofauti. Uwezo wa kutu, upinzani wa udongo na mteremko wa uwezo wa mashariki-magharibi wa miteremko tofauti vyote vilikuwa muhimu (P < 0.05). Uwezo wa redoksi wa kuteremka, mteremko wa kati na mteremko wa asili ulikuwa muhimu (P < 0.05). Mteremko unaowezekana wa wima kwa reli, yaani, mteremko wa uwezo wa kaskazini-kusini, ni mteremko wa juu>mteremko wa chini>mteremko wa kati. Thamani ya pH ya udongo ilikuwa katika mpangilio wa mteremko wa chini>mteremko wa kati>mteremko wa asili. Chumvi mumunyifu jumla, mteremko wa asili ulikuwa juu sana kuliko mteremko wa reli (P < 0.05). Jumla ya chumvi mumunyifu ya udongo wa mteremko wa reli wa daraja la tatu ni zaidi ya 500 mg/kg, na jumla ya chumvi mumunyifu ina athari ya wastani kwenye kutu ya chuma. Kiwango cha viumbe hai vya udongo kilikuwa cha juu zaidi katika mteremko wa asili na cha chini zaidi katika mteremko wa kuteremka (P < 0.05). Jumla ya nitrojeni ilikuwa ya juu zaidi katika mteremko wa kati na ya chini kabisa katika mteremko wa kupanda; Kiwango cha nitrojeni kilichopatikana kilikuwa cha juu zaidi katika mteremko wa chini na wa kati, na cha chini zaidi katika mteremko wa asili; jumla ya nitrojeni ya mteremko wa juu na wa chini wa reli ilikuwa chini, lakini kiwango cha nitrojeni kilichopatikana kilikuwa cha juu zaidi. Hii inaonyesha kwamba kiwango cha madini ya nitrojeni kikaboni cha kupanda na kushuka ni cha haraka. Kiwango cha potasiamu kinachopatikana ni sawa na fosforasi inayopatikana.
Upinzani wa udongo ni kielezo kinachoonyesha upitishaji umeme na kigezo cha msingi cha kuhukumu kutu wa udongo. Mambo yanayoathiri upinzani wa udongo ni pamoja na kiwango cha unyevu, jumla ya chumvi mumunyifu, pH, umbile la udongo, halijoto, kiwango cha vitu vya kikaboni, halijoto ya udongo, na ubanaji. Kwa ujumla, udongo wenye upinzani mdogo ni babuzi zaidi, na kinyume chake. Kutumia upinzani kuhukumu upotevu wa udongo ni njia inayotumika sana katika nchi mbalimbali. Jedwali la 1 linaonyesha vigezo vya tathmini ya daraja la upotevu kwa kila kielezo kimoja37,38.
Kulingana na matokeo ya majaribio na viwango katika nchi yangu (Jedwali 1), ikiwa ulikaji wa udongo unapimwa tu kwa upinzani wa udongo, udongo kwenye mteremko wa kupanda una ulikaji mwingi; udongo kwenye mteremko wa kuteremka una ulikaji wa wastani; ulikaji wa udongo kwenye mteremko wa kati na mteremko wa asili ni dhaifu kiasi.
Upinzani wa udongo wa mteremko wa kupanda ni mdogo sana kuliko ule wa sehemu zingine za mteremko, ambao unaweza kusababishwa na mmomonyoko wa mvua. Udongo wa juu kwenye mteremko hutiririka hadi kwenye mteremko wa kati pamoja na maji, hivyo wavu wa ulinzi wa mteremko wa chuma wa kupanda uko karibu na udongo wa juu. Baadhi ya nyavu za chuma ziliwekwa wazi na hata kusimamishwa hewani (Mchoro 1). Upinzani wa udongo ulipimwa mahali pake; nafasi ya rundo ilikuwa mita 3; kina cha kusukuma rundo kilikuwa chini ya sentimita 15. Matundu ya chuma tupu na kutu inayong'oa inaweza kuingilia matokeo ya kipimo. Kwa hivyo, haiaminiki kutathmini ulikaji wa udongo kwa kutumia faharisi ya ulikaji wa udongo pekee. Katika tathmini kamili ya kutu, ulikaji wa udongo wa mteremko hauzingatiwi.
Kutokana na unyevunyevu mwingi, hewa ya unyevunyevu ya kudumu katika eneo la Sichuan husababisha matundu ya chuma yaliyo wazi kwenye hewa kutu kwa uzito zaidi kuliko matundu ya chuma yaliyozikwa kwenye udongo. Kufichuliwa kwa matundu ya waya kwenye hewa kunaweza kusababisha maisha ya huduma kupungua, ambayo yanaweza kudhoofisha udongo wa kupanda. Kupotea kwa udongo kunaweza kufanya iwe vigumu kwa mimea, hasa mimea ya miti, kukua. Kutokana na ukosefu wa mimea ya miti, ni vigumu kuunda mfumo wa mizizi kupanda ili kuimarisha udongo. Wakati huo huo, ukuaji wa mimea pia unaweza kuboresha ubora wa udongo na kuongeza kiwango cha humus kwenye udongo, ambacho hakiwezi tu kuhifadhi maji, lakini pia kutoa mazingira mazuri ya ukuaji na uzazi wa wanyama na mimea, na hivyo kupunguza upotevu wa udongo. Kwa hivyo, katika hatua ya mwanzo ya ujenzi, mbegu zaidi za miti zinapaswa kupandwa kwenye mteremko, na kichocheo cha kuhifadhi maji kinapaswa kuongezwa na kufunikwa na filamu kila mara kwa ajili ya ulinzi, ili kupunguza mmomonyoko wa udongo wa mteremko na maji ya mvua.
Uwezo wa kutu ni jambo muhimu linaloathiri kutu kwa wavu wa ulinzi wa mteremko kwenye mteremko wa ngazi tatu, na una athari kubwa zaidi kwenye mteremko wa kupanda (Jedwali 2). Katika hali ya kawaida, uwezo wa kutu haubadiliki sana katika mazingira fulani. Mabadiliko yanayoonekana yanaweza kusababishwa na mikondo iliyopotea. Mikondo iliyopotea hurejelea mikondo 40, 41, 42 ambayo huvuja kwenye barabara na udongo wakati magari yanatumia mfumo wa usafiri wa umma. Kwa maendeleo ya mfumo wa usafiri, mfumo wa usafiri wa reli wa nchi yangu umefikia kiwango kikubwa cha umeme, na kutu kwa metali zilizozikwa kunakosababishwa na uvujaji wa mkondo wa moja kwa moja kutoka kwa reli zenye umeme hakuwezi kupuuzwa. Hivi sasa, mteremko wa uwezo wa udongo unaweza kutumika kubaini kama udongo una misukosuko ya mkondo uliopotea. Wakati mteremko wa uwezo wa udongo wa juu uko chini ya 0.5 mv/m, mkondo uliopotea ni mdogo; wakati mteremko wa uwezo uko katika kiwango cha 0.5 mv/m hadi 5.0 mv/m, mkondo uliopotea ni wa wastani; Wakati mteremko unaowezekana ni mkubwa kuliko 5.0 mv/m , kiwango cha mkondo unaopotea huwa juu. Kiwango kinachoelea cha mteremko unaowezekana (EW) wa mteremko wa kati, mteremko wa juu na mteremko wa chini kinaonyeshwa kwenye Mchoro 3. Kwa upande wa kiwango kinachoelea, kuna mikondo ya wastani inayopotea katika mwelekeo wa mashariki-magharibi na kaskazini-kusini wa mteremko wa kati. Kwa hivyo, mkondo unaopotea ni jambo muhimu linaloathiri kutu kwa matundu ya chuma kwenye mteremko wa kati na mteremko wa chini, haswa kwenye mteremko wa kati.
Kwa ujumla, uwezo wa redoksi kwenye udongo (Eh) zaidi ya 400 mV unaonyesha uwezo wa oksidi, zaidi ya 0-200 mV ni uwezo wa wastani wa kupunguza, na chini ya 0 mV ni uwezo mkubwa wa kupunguza. Kadiri uwezo wa redoksi kwenye udongo unavyopungua, ndivyo uwezo wa kutu wa vijidudu vya udongo unavyoongezeka hadi metali.44 Inawezekana kutabiri mwenendo wa kutu kwa vijidudu vya udongo kutoka kwa uwezo wa redoksi. Utafiti uligundua kuwa uwezo wa redoksi kwenye udongo wa miteremko mitatu ulikuwa mkubwa kuliko 500 mv, na kiwango cha kutu kilikuwa kidogo sana. Inaonyesha kuwa hali ya uingizaji hewa kwenye udongo wa ardhi ya mteremko ni nzuri, ambayo hairuhusu kutu kwa vijidudu visivyo na hewa kwenye udongo.
Uchunguzi uliopita umegundua kuwa athari ya pH ya udongo kwenye mmomonyoko wa udongo ni dhahiri. Kwa kushuka kwa thamani ya pH, kiwango cha kutu cha nyenzo za chuma huathiriwa kwa kiasi kikubwa. pH ya udongo inahusiana kwa karibu na eneo hilo na vijidudu kwenye udongo 45,46,47. Kwa ujumla, athari ya pH ya udongo kwenye kutu ya nyenzo za chuma katika udongo wenye alkali kidogo si dhahiri. Udongo wa miteremko mitatu ya reli yote ni ya alkali, kwa hivyo athari ya pH kwenye kutu ya matundu ya chuma ni dhaifu.
Kama inavyoonekana kutoka Jedwali la 3, uchanganuzi wa uwiano unaonyesha kwamba uwezo wa redoksi na nafasi ya mteremko vina uhusiano mzuri kwa kiasi kikubwa (R2 = 0.858), uwezo wa kutu na mteremko mzuri (SN) vina uhusiano mzuri kwa kiasi kikubwa (R2 = 0.755), na uwezo wa redoksi na mteremko mzuri (SN) vina uhusiano mzuri kwa kiasi kikubwa (R2 = 0.755). Kulikuwa na uhusiano hasi mkubwa kati ya uwezo na pH (R2 = -0.724). Nafasi ya mteremko ilihusiana kwa kiasi kikubwa na uwezo wa redoksi. Hii inaonyesha kwamba kuna tofauti katika mazingira madogo ya nafasi tofauti za mteremko, na vijidudu vya udongo vinahusiana kwa karibu na uwezo wa redoksi48, 49, 50. Uwezo wa redoksi ulihusiana kwa kiasi kikubwa na pH51,52. Uhusiano huu ulionyesha kuwa thamani za pH na Eh hazikubadilika kila wakati wakati wa mchakato wa redoksi ya udongo, lakini zilikuwa na uhusiano hasi wa mstari. Uwezo wa kutu wa chuma unaweza kuwakilisha uwezo wa kupata na kupoteza elektroni. Ingawa uwezo wa kutu ulihusiana kwa kiasi kikubwa na gradient inayowezekana (SN), gradient inayowezekana inaweza kusababishwa na upotevu rahisi wa elektroni na chuma.
Kiwango cha jumla cha chumvi mumunyifu kwenye udongo kinahusiana kwa karibu na ulikaji wa udongo. Kwa ujumla, kadiri chumvi kwenye udongo inavyokuwa juu, ndivyo upinzani wa udongo unavyopungua, na hivyo kuongeza upinzani wa udongo. Katika elektroliti za udongo, si anioni tu na viwango tofauti, lakini pia mvuto wa kutu ni hasa kaboneti, kloridi na salfeti. Kwa kuongezea, kiwango cha jumla cha chumvi mumunyifu kwenye udongo huathiri kutu kupitia ushawishi wa mambo mengine, kama vile athari ya uwezo wa elektrodi katika metali na umumunyifu wa oksijeni kwenye udongo53.
Ioni nyingi zinazoyeyuka zenye chumvi kwenye udongo hazishiriki moja kwa moja katika athari za kielektroniki, lakini huathiri kutu wa metali kupitia upinzani wa udongo. Kadiri chumvi inavyoongezeka kwenye udongo, ndivyo upitishaji wa udongo unavyozidi kuwa na nguvu na mmomonyoko wa udongo unavyozidi kuwa na nguvu. Kiwango cha chumvi kwenye udongo kwenye miteremko ya asili ni kikubwa zaidi kuliko kile cha miteremko ya reli, ambayo inaweza kuwa kutokana na ukweli kwamba miteremko ya asili ina mimea mingi, ambayo inafaa kwa uhifadhi wa udongo na maji. Sababu nyingine inaweza kuwa kwamba mteremko wa asili umepitia uundaji wa udongo uliokomaa (nyenzo mama ya udongo inayoundwa na hali ya mwamba), lakini udongo wa mteremko wa reli umeundwa na vipande vya mawe vilivyosagwa kama matrix ya "udongo bandia", na haujapitia mchakato wa kutosha wa uundaji wa udongo. Madini hayajatolewa. Kwa kuongezea, ioni za chumvi kwenye udongo wa kina wa miteremko ya asili ziliongezeka kupitia hatua ya kapilari wakati wa uvukizi wa uso na kujikusanya kwenye udongo wa juu, na kusababisha ongezeko la kiwango cha ioni za chumvi kwenye udongo wa juu. Unene wa udongo wa mteremko wa reli ni chini ya sentimita 20, na kusababisha kutoweza kwa udongo wa juu kuongeza chumvi kutoka kwenye udongo wa kina.
Ioni chanya (kama vile K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+, n.k.) hazina athari kubwa kwenye kutu ya udongo, huku anioni zikichukua jukumu muhimu katika mchakato wa kielektroniki wa kutu na kuwa na athari kubwa kwenye kutu ya chuma. Cl− inaweza kuharakisha kutu ya anodi na ndiyo anioni inayoweza kuharibika zaidi; kadiri kiwango cha Cl− kinavyoongezeka, ndivyo kutu ya udongo inavyozidi kuwa na nguvu. SO42− sio tu inakuza kutu ya chuma, lakini pia husababisha kutu katika baadhi ya vifaa vya zege54. Pia huharibu chuma. Katika mfululizo wa majaribio ya udongo wenye asidi, kiwango cha kutu kiligundulika kuwa sawa na asidi ya udongo55. Kloridi na salfeti ni vipengele vikuu vya chumvi mumunyifu, ambavyo vinaweza kuharakisha moja kwa moja uundaji wa metali. Uchunguzi umeonyesha kuwa upotevu wa uzito wa kutu wa chuma cha kaboni katika udongo wa alkali ni karibu sawa na kuongezwa kwa ioni za kloridi na salfeti56,57. Lee et al. waligundua kuwa SO42- inaweza kuzuia kutu, lakini inakuza ukuaji wa mashimo ya kutu ambayo tayari yameundwa58.
Kulingana na kiwango cha tathmini ya ulikaji wa udongo na matokeo ya majaribio, kiwango cha ioni za kloridi katika kila sampuli ya udongo ya mteremko kilikuwa zaidi ya 100 mg/kg, ikionyesha ulikaji mkubwa wa udongo. Kiwango cha ioni za sulfate kwenye mteremko wa kupanda na kushuka kilikuwa zaidi ya 200 mg/kg na chini ya 500 mg/kg, na udongo ulikuwa umetulia kwa kiasi. Kiwango cha ioni za sulfate kwenye mteremko wa kati ni chini ya 200 mg/kg, na ulikaji wa udongo ni dhaifu. Wakati udongo una mkusanyiko mkubwa, utashiriki katika mmenyuko na kutoa kiwango cha ulikaji kwenye uso wa elektrodi ya chuma, na hivyo kupunguza kasi ya mmenyuko wa ulikaji. Kadri mkusanyiko unavyoongezeka, kiwango kinaweza kuvunjika ghafla, na hivyo kuharakisha sana kiwango cha ulikaji; kadri mkusanyiko unavyoendelea kuongezeka, kiwango cha ulikaji hufunika uso wa elektrodi ya chuma, na kiwango cha ulikaji kinaonyesha mwelekeo wa kupungua tena. Utafiti uligundua kuwa kiasi kwenye udongo kilikuwa cha chini na kwa hivyo kilikuwa na athari kidogo kwenye ulikaji.
Kulingana na Jedwali la 4, uhusiano kati ya mteremko na anioni za udongo ulionyesha kuwa kulikuwa na uhusiano chanya mkubwa kati ya ioni za mteremko na kloridi (R2=0.836), na uhusiano chanya mkubwa kati ya mteremko na chumvi jumla inayoyeyuka (R2=0.742).
Hii inaonyesha kwamba mtiririko wa maji juu ya uso na mmomonyoko wa udongo vinaweza kuwa sababu ya mabadiliko katika chumvi jumla inayoyeyuka kwenye udongo. Kulikuwa na uhusiano mzuri kati ya chumvi jumla inayoyeyuka na ioni za kloridi, ambayo inaweza kuwa ni kwa sababu chumvi jumla inayoyeyuka ni dimbwi la ioni za kloridi, na kiwango cha chumvi jumla inayoyeyuka huamua kiwango cha ioni za kloridi katika myeyusho wa udongo. Kwa hivyo, tunaweza kujua kwamba tofauti katika mteremko inaweza kusababisha kutu kali kwa sehemu ya matundu ya chuma.
Vitu vya kikaboni, nitrojeni kamili, nitrojeni inayopatikana, fosforasi inayopatikana na potasiamu inayopatikana ni virutubisho vya msingi vya udongo, ambavyo huathiri ubora wa udongo na ufyonzaji wa virutubisho na mfumo wa mizizi. Virutubisho vya udongo ni jambo muhimu linaloathiri vijidudu kwenye udongo, kwa hivyo inafaa kusoma kama kuna uhusiano kati ya virutubisho vya udongo na kutu ya chuma. Reli ya Suiyu ilikamilishwa mwaka wa 2003, ambayo ina maana kwamba udongo bandia umepata miaka 9 tu ya mkusanyiko wa vitu vya kikaboni. Kwa sababu ya upekee wa udongo bandia, ni muhimu kuwa na uelewa mzuri wa virutubisho katika udongo bandia.
Utafiti unaonyesha kwamba kiwango cha mboji ndicho cha juu zaidi katika udongo wa mteremko wa asili baada ya mchakato mzima wa uundaji wa udongo. Kiwango cha mboji cha udongo wa mteremko wa chini kilikuwa cha chini kabisa. Kutokana na ushawishi wa hali ya hewa na mtiririko wa maji juu ya uso, virutubisho vya udongo vitajikusanya kwenye mteremko wa kati na chini, na kutengeneza safu nene ya mboji. Hata hivyo, kutokana na chembe ndogo na uthabiti duni wa udongo wa mteremko wa chini, mboji hutengana kwa urahisi na vijidudu. Utafiti uligundua kuwa uenezaji na utofauti wa mimea ya mteremko wa kati na chini ulikuwa wa juu, lakini usawa ulikuwa mdogo, jambo ambalo linaweza kusababisha usambazaji usio sawa wa virutubisho vya juu ya uso. Safu nene ya mboji hushikilia maji na viumbe vya udongo vinafanya kazi. Yote haya huharakisha uozo wa mboji kwenye udongo.
Kiwango cha nitrojeni kilicho na alkali kwenye reli za mteremko wa juu, mteremko wa kati na mteremko wa chini kilikuwa cha juu kuliko kile cha mteremko wa asili, ikionyesha kuwa kiwango cha madini ya nitrojeni kikaboni kwenye mteremko wa reli kilikuwa cha juu zaidi kuliko kile cha mteremko wa asili. Kadiri chembe zinavyokuwa ndogo, ndivyo muundo wa udongo unavyozidi kuwa mgumu, ndivyo inavyokuwa rahisi kwa vijidudu kuoza vitu vya kikaboni kwenye vijisehemu, na kadiri nitrojeni kikaboni yenye madini inavyoongezeka60,61. Sambamba na matokeo ya utafiti wa 62, kiwango cha vijisehemu vidogo kwenye udongo wa mteremko wa reli kilikuwa cha juu zaidi kuliko kile cha mteremko wa asili. Kwa hivyo, hatua zinazofaa lazima zichukuliwe ili kuongeza kiwango cha mbolea, vitu vya kikaboni na nitrojeni kwenye udongo wa mteremko wa reli, na kuboresha matumizi endelevu ya udongo. Upotevu wa fosforasi inayopatikana na potasiamu inayopatikana inayosababishwa na mtiririko wa maji juu ya ardhi ulichangia 77.27% hadi 99.79% ya jumla ya upotevu wa mteremko wa reli. Mtiririko wa maji juu ya uso unaweza kuwa kichocheo kikuu cha upotevu wa virutubisho unaopatikana kwenye udongo wa mteremko63,64,65.
Kama inavyoonyeshwa katika Jedwali la 4, kulikuwa na uhusiano chanya mkubwa kati ya nafasi ya mteremko na fosforasi inayopatikana (R2=0.948), na uhusiano kati ya nafasi ya mteremko na potasiamu inayopatikana ulikuwa sawa (R2=0.898). Inaonyesha kwamba nafasi ya mteremko huathiri kiwango cha fosforasi inayopatikana na potasiamu inayopatikana kwenye udongo.
Gradient ni jambo muhimu linaloathiri kiwango cha mboji kwenye udongo na uboreshaji wa nitrojeni66, na kadiri gradient inavyokuwa ndogo, ndivyo kiwango cha uboreshaji kinavyokuwa kikubwa. Kwa uboreshaji wa virutubisho kwenye udongo, upotevu wa virutubisho ulidhoofika, na athari ya nafasi ya mteremko kwenye kiwango cha mboji kwenye udongo na uboreshaji wa nitrojeni jumla haikuwa dhahiri. Aina na idadi tofauti ya mimea kwenye miteremko tofauti ina asidi tofauti za kikaboni zinazotolewa na mizizi ya mimea. Asidi za kikaboni zina manufaa katika uwekaji wa fosforasi inayopatikana na potasiamu inayopatikana kwenye udongo. Kwa hivyo, kulikuwa na uhusiano mkubwa kati ya nafasi ya mteremko na fosforasi inayopatikana, na nafasi ya mteremko na potasiamu inayopatikana.
Ili kufafanua uhusiano kati ya virutubisho vya udongo na kutu wa udongo, ni muhimu kuchambua uhusiano huo. Kama inavyoonyeshwa katika Jedwali la 5, uwezo wa redoksi ulihusiana vibaya sana na nitrojeni inayopatikana (R2 = -0.845) na ulihusiana vyema sana na fosforasi inayopatikana (R2 = 0.842) na potasiamu inayopatikana (R2 = 0.980). Uwezo wa redoksi huonyesha ubora wa redoksi, ambayo kwa kawaida huathiriwa na baadhi ya sifa za kimwili na kemikali za udongo, na kisha huathiri mfululizo wa sifa za udongo. Kwa hivyo, ni jambo muhimu katika kuamua mwelekeo wa mabadiliko ya virutubisho vya udongo67. Sifa tofauti za redoksi zinaweza kusababisha hali tofauti na upatikanaji wa vipengele vya lishe. Kwa hivyo, uwezo wa redoksi una uhusiano mkubwa na nitrojeni inayopatikana, fosforasi inayopatikana na potasiamu inayopatikana.
Mbali na sifa za chuma, uwezo wa kutu pia unahusiana na sifa za udongo. Uwezo wa kutu ulihusiana vibaya sana na vitu vya kikaboni, ikionyesha kwamba vitu vya kikaboni vilikuwa na athari kubwa kwenye uwezo wa kutu. Zaidi ya hayo, vitu vya kikaboni pia vilihusiana vibaya sana na gradient inayowezekana (SN) (R2=-0.713) na ioni ya sulfate (R2=-0.671), ikionyesha kwamba kiwango cha vitu vya kikaboni pia huathiri gradient inayowezekana (SN) na ioni ya sulfate..Kulikuwa na uhusiano hasi mkubwa kati ya pH ya udongo na potasiamu inayopatikana (R2 = -0.728).
Nitrojeni iliyopatikana ilihusiana vibaya sana na chumvi jumla ya mumunyifu na ioni za kloridi, na fosforasi na potasiamu iliyopatikana ilihusiana vyema sana na chumvi jumla ya mumunyifu na ioni za kloridi. Hii ilionyesha kuwa kiwango cha virutubisho kilichopatikana kiliathiri kwa kiasi kikubwa kiasi cha chumvi jumla ya mumunyifu na ioni za kloridi kwenye udongo, na anioni kwenye udongo hazikuchangia mkusanyiko na usambazaji wa virutubisho vilivyopatikana. Jumla ya nitrojeni ilihusiana vibaya sana na ioni za sulfate, na ilihusiana vyema sana na bikaboneti, ikionyesha kuwa jumla ya nitrojeni ilikuwa na athari kwenye kiwango cha sulfate na bikaboneti. Mimea haina mahitaji mengi ya ioni za sulfate na ioni za bikaboneti, kwa hivyo nyingi kati yao hazina udongo au hufyonzwa na colloids za udongo. Ioni za bikaboneti hupendelea mkusanyiko wa nitrojeni kwenye udongo, na ioni za sulfate hupunguza upatikanaji wa nitrojeni kwenye udongo. Kwa hivyo, kuongeza ipasavyo kiwango cha nitrojeni na humus inayopatikana kwenye udongo ni muhimu kupunguza kutu kwa udongo.
Udongo ni mfumo wenye muundo na sifa tata. Uharibifu wa udongo ni matokeo ya hatua ya ushirikiano wa mambo mengi. Kwa hivyo, mbinu kamili ya tathmini kwa ujumla hutumiwa kutathmini uharibifu wa udongo. Kwa kurejelea "Kanuni ya Uchunguzi wa Uhandisi wa Kijioteknolojia" (GB50021-94) na mbinu za majaribio za Mtandao wa Jaribio la Uharibifu wa Udongo wa China, daraja la uharibifu wa udongo linaweza kutathminiwa kikamilifu kulingana na viwango vifuatavyo: (1) Tathmini ni uharibifu dhaifu, ikiwa ni uharibifu dhaifu tu, hakuna uharibifu wa wastani au uharibifu mkubwa; (2) ikiwa hakuna uharibifu mkubwa, hutathminiwa kama uharibifu wa wastani; (3) ikiwa kuna sehemu moja au mbili za uharibifu mkubwa, hutathminiwa kama uharibifu mkubwa; (4) ikiwa kuna sehemu 3 au zaidi za uharibifu mkubwa, hutathminiwa kama uharibifu mkubwa kwa uharibifu mkubwa.
Kulingana na upinzani wa udongo, uwezo wa redoksi, kiwango cha maji, kiwango cha chumvi, thamani ya pH, na kiwango cha Cl- na SO42, viwango vya kutu vya sampuli za udongo katika miteremko mbalimbali vilitathminiwa kwa kina. Matokeo ya utafiti yanaonyesha kuwa udongo kwenye miteremko yote una ulikaji mwingi.
Uwezo wa kutu ni jambo muhimu linaloathiri kutu kwa wavu wa ulinzi wa mteremko. Uwezo wa kutu wa miteremko mitatu yote ni chini ya -200 mv, ambayo ina athari kubwa zaidi kwa kutu wa wavu wa chuma wa kupanda. Mteremko unaowezekana unaweza kutumika kuhukumu ukubwa wa mkondo uliopotea kwenye udongo. Mkondo uliopotea ni jambo muhimu linaloathiri kutu kwa wavu wa chuma kwenye miteremko ya kati na miteremko ya kupanda, haswa kwenye miteremko ya kati. Jumla ya chumvi mumunyifu katika udongo wa miteremko ya juu, ya kati na ya chini ilikuwa zaidi ya 500 mg/kg, na athari ya kutu kwenye wavu wa ulinzi wa mteremko ilikuwa ya wastani. Kiwango cha maji ya udongo ni jambo muhimu linaloathiri kutu kwa wavu wa chuma kwenye mteremko wa kati na wa chini, na ina athari kubwa kwa kutu kwa wavu wa ulinzi wa mteremko. Virutubisho vinapatikana kwa wingi zaidi katika udongo wa katikati wa mteremko, ikionyesha kuwa kuna shughuli za mara kwa mara za vijidudu na ukuaji wa haraka wa mimea.
Utafiti unaonyesha kwamba uwezo wa kutu, mteremko unaowezekana, kiwango cha chumvi kinachoyeyuka na kiwango cha maji ndio sababu kuu zinazoathiri kutu ya udongo kwenye miteremko mitatu, na ulikaji wa udongo unatathminiwa kuwa na nguvu. Ulikaji wa mtandao wa ulinzi wa mteremko ndio mbaya zaidi kwenye mteremko wa kati, ambao hutoa marejeleo ya muundo wa kuzuia kutu wa mtandao wa ulinzi wa mteremko wa reli. Kuongeza mbolea ya nitrojeni na kikaboni inayofaa kuna manufaa kupunguza kutu ya udongo, kuwezesha ukuaji wa mimea, na hatimaye kuimarisha mteremko.
Jinsi ya kunukuu makala haya: Chen, J. et al. Athari za muundo wa udongo na kemia ya umeme kwenye kutu wa mtandao wa mteremko wa miamba kando ya njia ya reli ya Kichina.science.Rep. 5, 14939; doi: 10.1038/srep14939 (2015).
Lin, YL & Yang, GL Sifa za mabadiliko ya mteremko wa reli chini ya msisimko wa tetemeko la ardhi. maafa ya asili.69, 219–235 (2013).
Sui Wang, J. et al. Uchambuzi wa uharibifu wa kawaida wa tetemeko la ardhi katika barabara kuu katika eneo lililokumbwa na tetemeko la ardhi la Wenchuan katika Mkoa wa Sichuan[J]. Jarida la Kichina la Mitambo na Uhandisi wa Miamba.28, 1250–1260 (2009).
Weilin, Z., Zhenyu, L. & Jinsong, J. Uchambuzi wa uharibifu wa mitetemeko ya ardhi na hatua za kukabiliana na madaraja ya barabara kuu katika tetemeko la ardhi la Wenchuan. Jarida la Kichina la Mitambo na Uhandisi wa Miamba.28, 1377–1387 (2009).
Lin, CW, Liu, SH, Lee, SY & Liu, CC Athari ya tetemeko la ardhi la Chichi kwenye maporomoko ya ardhi yaliyosababishwa na mvua iliyofuata katikati mwa Taiwan. Engineering Geology.86, 87–101 (2006).
Koi, T. et al. Athari za muda mrefu za maporomoko ya ardhi yanayosababishwa na tetemeko la ardhi kwenye uzalishaji wa mashapo katika eneo la maji la milimani: eneo la Tanzawa, Japani.geomorphology.101, 692–702 (2008).
Hongshuai, L., Jingshan, B. & Dedong, L. Mapitio ya utafiti kuhusu uchambuzi wa uthabiti wa mitetemeko ya ardhi ya miteremko ya kijioteknolojia. Uhandisi na Mtetemo wa Uhandisi wa Tetemeko la Ardhi.25, 164–171 (2005).
Yue Ping, Utafiti kuhusu hatari za kijiolojia zilizosababishwa na tetemeko la ardhi la Wenchuan huko Sichuan. Jarida la Jiolojia ya Uhandisi 4, 7–12 (2008).
Ali, F. Ulinzi wa mteremko kwa mimea: mitambo ya mizizi ya baadhi ya mimea ya kitropiki. Jarida la Kimataifa la Sayansi ya Kimwili.5, 496–506 (2010).
Takyu, M., Aiba, SI & Kitayama, K. Athari za topografia kwenye misitu ya milima ya kitropiki chini ya hali tofauti za kijiolojia katika Mlima Kinabalu, Borneo. Ikolojia ya Mimea.159, 35–49 (2002).
Stokes, A. et al. Sifa bora za mizizi ya mimea kwa ajili ya kulinda miteremko ya asili na iliyobuniwa kutokana na maporomoko ya ardhi. Plants and Soils, 324, 1-30 (2009).
De Baets, S., Poesen, J., Gyssels, G. & Knapen, A. Athari za mizizi ya nyasi kwenye mmomonyoko wa udongo wa juu wakati wa mtiririko uliokolea. Jiomofolojia 76, 54–67 (2006).