世界每年因腐蚀而报废的金属设备和材料相当于年产量的 $20\%~40\%$ ，为探究铁锈蚀条件，某同学设计的实验如图所示，一周后观察到（填序号）试管内的铁钉生锈。请分析铁生锈的条件及防锈措施。