温度对不同质地和含水量土壤水滴冲击后表面形变的潜在影响机制

本研究针对气候变化下高温对土壤侵蚀初始阶段（水滴溅蚀splash）的影响机制，通过3D扫描技术量化了三种质地土壤（壤砂土、砂壤土、粉壤土）在不同温度与含水量条件下的冲击坑（crater）形态参数（深度、等效直径、体积及α参数）。发现温度通过改变水黏度与表面张力，显著影响粉壤土的冲击坑宽深比（pF=1时直径增加11.3%，深度减少21.9%），为理解极端气候下的微尺度侵蚀演化提供了新视角。

　　

随着全球气候变化加剧，极端高温事件频发，其对土壤侵蚀过程的影响成为环境科学领域亟待破解的命题。土壤侵蚀的初始阶段——水滴冲击地表引发的溅蚀现象（splash），不仅是颗粒剥离的起点，更通过形成冲击坑（crater）改变地表微地形，进而影响后续径流侵蚀。然而，现有研究多聚焦宏观尺度，对温度如何通过改变水-土界面特性调控微尺度形变机制仍属空白。波兰科学院农业物理研究所的Rafa? Mazur团队在《CATENA》发表的研究，首次系统揭示了温度-质地-含水量三因素耦合作用下的溅蚀形变规律。

研究采用3D扫描技术精准量化冲击坑形态，设计多因子控制实验：选取三种典型质地土壤（Haplic Luvisol壤砂土、Nudiargic Luvisol砂壤土、Dystric Cambisol粉壤土），设置两种初始含水量（pF=1田间持水量与pF=2.5干旱状态）及三组温度梯度（土壤-空气-水滴同步调控），通过单滴水滴（4.2 mm直径）自由落体模拟溅蚀过程。

【Results】

1. 温度的直接效应：仅冲击坑直径受温度单独影响显著（p<0.05），但温度与质地/含水量的交互作用对所有形态参数（深度、直径、α值、体积）均具统计学意义。
2. 粉壤土的敏感响应：温度升高使粉壤土冲击坑直径从9.41±0.31 mm增至10.47±0.21 mm（pF=1），但深度从1.28±0.05 mm减至1.00±0.05 mm，α值降低22%，表明高温促使坑体横向扩展而非纵向加深。
3. 壤砂土的湿度依赖性：温度加剧了不同含水量条件下坑体积差异（pF=1时体积比pF=2.5大38%），揭示干旱土壤对热冲击的抵抗性增强。

【Discussion】
温度通过双重途径调控形变：①直接降低水黏度（viscosity）与表面张力（surface tension），使水滴更易铺展而非穿透土壤；②间接改变土壤水化学特性，影响颗粒间粘结力。粉壤土因黏粒含量高，其孔隙水特性对温度敏感，导致形变模式转变；而砂质土壤中温度效应需通过含水量差异显现。该发现为气候模型引入微尺度侵蚀参数提供了理论依据——未来极端高温可能通过改变溅蚀坑形态，加速干旱区土壤结皮形成，同时增加湿润区颗粒可蚀性。

这项研究开创性地建立了温度-溅蚀形变的定量关系，揭示了气候变暖背景下土壤侵蚀的潜在正反馈机制：高温→冲击坑浅化→地表密封→径流增强→侵蚀加剧。这一认识对优化土壤保护策略，特别是针对不同质地土壤的差异化温度适应管理具有重要指导价值。