马车赛泥质赛道表面特性十日动态监测：揭示赛道与内场区差异及其与含水量的关联

《Journal of Equine Veterinary Science》：Variation of Surface Properties over Ten Consecutive Days of Chuckwagon Racing on a Dirt Racetrack

为评估马车赛泥质赛道不同功能区域的表面特性差异及其稳定性，研究人员对赛道“纯竞速区”与“多用途内场区”开展了为期十日的追踪研究。结果表明，两区域在含水量、冲击加速度（gmax）、硬度（k）、贯入深度（D）及能量恢复系数（ER）等参数上存在显著差异，且这些差异主要由含水量不同所致。该研究强调了根据赛道区段精细化调控含水量，对于优化马匹运动表现与降低损伤风险的重要性。

　　

马车赛是加拿大阿尔伯塔省和萨斯喀彻温省一项备受瞩目的赛马运动，四匹纯血马拉着重达600公斤的马车（含车手），在特定泥质赛道上进行高速竞速。这项运动对赛道表面提出了独特且苛刻的要求：既要能支撑马车与马匹的高速驰骋，又要满足同一场地内同时进行的绕桶赛、骑牛等牛仔竞技活动对急加速和急转弯的需求。这种“一场两用”的模式，使得赛道被自然划分为主要用于直线竞速的“赛道区”和承担多种牛仔活动的“内场区”。然而，这两个区域因使用功能与维护方式的差异，其表面特性（如软硬度、回弹性等）可能存在显著不同。已有研究表明，赛道特性的微小变化足以影响马匹的步态参数，而步长与速度等参数又与赛马运动损伤风险密切相关。因此，精确量化并理解赛道不同区域的特性差异，特别是这种差异是否稳定存在以及背后的驱动因素，对于通过科学的赛道维护来预防马匹损伤、保障赛事安全具有至关重要的意义。

针对以上问题，由 T. Pfau、R. Weller、M.L. Peterson 等人组成的研究团队在《Journal of Equine Veterinary Science》上发表了一项研究，他们对卡尔加里牛仔节（Calgary Stampede）的马车赛泥质赛道进行了为期十天的连续监测，旨在量化“赛道区”与“内场区”的表面特性差异，并探究这些差异与含水量之间的关联。

研究人员主要运用了两种关键技术方法。首先，他们使用维也纳表面测试仪（Vienna Surface Tester, VST），这是一个装有全球定位系统（GPS）和内置加速度计的保龄球装置，通过从不同高度坠落来测量赛道的冲击加速度（以重力加速度G为单位）、贯入深度（D，单位mm）、硬度（k，单位kN/m）和能量恢复系数（ER，单位%）。其次，他们使用Fieldscout TDR 350土壤水分计，在VST测量的相同位置测量体积含水量（VWC，单位%）、电导率和温度。所有数据均在每日首场赛事开始前的短暂窗口期内，于赛道的“最后直道”区域采集，该区域同时包含了“赛道区”和“内场区”路段。数据收集时间为2024年7月5日至14日，共获得83组有效数据。

3.1. 表面特性与含水量

研究共收集了54个“赛道区”和29个“内场区”数据点。“内场区”的体积含水量中位数（14.6%）显著高于“赛道区”（5.83%）。

3.2. 材料特性

对赛道材料的分析显示，其中值粒径（D₅₀）为318μm，粉粒和黏粒约占总体积的21%，主要砂粒峰值在250μm和500μm范围，形状为次棱角状。材料矿物成分以石英（72.2%）为主。

3.3. “赛道区”与“内场区”的逐日变化

数据显示，“赛道区”的含水量从第1天到第8天持续下降，而赛道温度从第1天到第7天逐渐上升，第9、10天则有变化。“内场区”数据则表现出更高的日间波动性。

3.4. 日间差异与“赛道区”对“内场区”差异

混合模型分析显示，在十个测量的表面特性参数中，有八个在“赛道区”与“内场区”之间存在显著差异（所有P≤0.029），有七个在不同比赛日之间存在显著差异（所有P≤0.047）。具体而言，与“内场区”相比，“赛道区”的冲击加速度（g_max4, g_max2）、硬度（k₄, k₂）和能量恢复系数（ER₄）更高，而高冲击速度下的贯入深度（D₄）更低。对于大多数参数（除温度、D₂和ER₂外），“赛道区”与“内场区”之间的差异大于日平均差异。

3.5. 与含水量相关的“赛道区”对“内场区”差异

当在混合模型中将“含水量”作为固定协变量纳入后，“赛道区”与“内场区”在所有表面特性参数上的差异均不再显著（所有P≥0.139）。同时，含水量对除低冲击速度下的能量恢复系数（ER₂）外的所有表面特性均有显著影响：含水量更高的表面，其冲击加速度、硬度和能量恢复系数更低，而贯入深度更高。

研究的结论与讨论部分清晰地总结了核心发现。首先，研究验证了最初的假设：马车赛泥质赛道“赛道区”与“内场区”之间的表面特性差异，确实普遍大于连续比赛日之间的差异。例如，高冲击速度下的冲击加速度差异，区段间是日间差异的两倍；硬度差异也是区段间大于日间。这意味着，参加马车赛的马匹在每次比赛的最终直道上，都会经历一次相对 abrupt 的表面特性转变。

其次，研究证实了含水量是导致上述区段差异的关键驱动因素。“内场区”的平均含水量约为“赛道区”的三倍。当统计模型中考虑含水量后，两区域间的所有表面特性差异均消失，这说明观测到的机械性能差异很大程度上可由含水量不同来解释。含水量是调节赛道表面特性的一个关键“旋钮”。

这一发现具有重要的实践意义和生物力学启示。从实践角度看，它提出了一个挑战：能否通过调节“赛道区”的含水量来缩小两区差异？然而，这需要平衡不同的需求。“内场区”需要更深、更湿润的缓冲层以适应牛仔竞技的急转；而“赛道区”过高的含水量可能增加马车车轮摩擦，导致马匹过早疲劳，影响高速驰骋。从生物力学角度看，表面硬度（k）的差异尤为关键。与人类不同，马匹前肢通过肌肉主动调节肢体刚度的能力有限。当马匹从较软、较深的内场区迅速过渡到较硬、较浅的赛道区时，它们如何适应这种刚度变化？如果适应不足或不够迅速，是否会增加运动损伤的风险？这些都需要未来进一步研究。

该研究也存在一定局限，例如数据仅在每个比赛夜的首场比赛前采集，无法反映整个比赛过程中（约两小时，含多轮赛事和中期维护）表面特性的动态变化。此外，在特定的干燥泥质表面上，VST在高坠落高度下的测量失败率较高，限制了部分数据的获取。

总而言之，这项研究首次为马车赛泥质赛道不同功能区之间的表面特性差异提供了定量证据，明确了“赛道区”更硬、更浅、更刚且回弹更高，而“内场区”则因含水量高而相反。研究强调了含水量在塑造赛道机械性能中的核心作用。这些发现为未来基于证据的赛道维护策略提供了科学依据，对于在最大化赛事安全、最小化马匹损伤风险的“社会运营许可”框架下，优化马车赛运动环境具有重要意义。