曾亞琦，姚芳芳，李晨晨，王建文，王 東，王 歡，李林玲，張 弦，馬立山，姚新奎

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊 830052）

各賽段速步馬步態(tài)特征與速度之間相關(guān)性研究

曾亞琦，姚芳芳，李晨晨，王建文，王 東，王 歡，李林玲，張 弦，馬立山，姚新奎

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊 830052）

【目的】以21匹速步馬為研究對象，分析不同速度區(qū)間馬匹步態(tài)特征（步幅、步高、步頻）在不同賽段的差異性及其與速度的相關(guān)性，為速步馬選擇及訓(xùn)練提供參考依據(jù)?！痉椒ā克俨劫悤r采集其步態(tài)特征及視頻數(shù)據(jù)，將視頻進行數(shù)字化處理，得到步幅、步高、步頻和步速數(shù)據(jù)，并分賽段進行差異性和相關(guān)性分析?！窘Y(jié)果】在高速組中，直道處、彎道處和終點處的步態(tài)特征與步速無顯著性差異（P＞0.05），但終點處的步幅、步頻和步速都比直道和彎道處略大。在低速組中，馬匹除步高外，步幅、步頻和步速在直道、彎道和終點處均有差異，終點處步幅和步頻均顯著大于直道處和彎道處（P＜0.05），終點處的速度則極顯著大于直道處和彎道處（P＜0.01），而彎道處的步幅、步頻和步速則處于最低值。高速和低速兩組之間，在直道、彎道和終點三處，高速組的步幅、步高極顯著高于低速組（P＜0.01）。直道和終點處，速度與步幅和步高存在極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），而在彎道處時，速度與步幅、步高和步頻均存在極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01）。【結(jié)論】速步馬的調(diào)訓(xùn)工作中應(yīng)以提高其步幅和步高作為主要方向。

速步馬；步幅；步頻

0 引 言

【研究意義】下肢的運動步態(tài)分析是衡量馬匹運動性能的客觀標(biāo)準(zhǔn)［1］?，F(xiàn)階段，有許多設(shè)備和儀器可用于研究馬匹運動生物力學(xué)，如加速度測量術(shù)、高速攝像設(shè)備、測力板等。馬匹性能評估需要結(jié)合精密的儀器與準(zhǔn)確的分析結(jié)果，最常用的設(shè)備包括皮膚標(biāo)記和馬用跑步機，而野外的運動生物力學(xué)試驗，其設(shè)計更具復(fù)雜性，考慮的因素也更多［2］?！厩叭搜芯窟M展】早在 20世紀(jì)80年代后期和90年代初期，Leach D和 Muir G等已經(jīng)開展了成年馬和小馬駒速度與步態(tài)特性參數(shù)相關(guān)性的初步研究。對于競賽用速步馬，已經(jīng)有研究提出應(yīng)用一種特殊的、基于功能和形態(tài)學(xué)的運動模式來做早期的優(yōu)良馬匹選擇。到目前為止，還沒有一種普遍和客觀的方法來評估這種肢體運動是否適用于馬匹的選擇［3－4］?！颈狙芯壳腥朦c】步幅是評價馬匹運動性能的一個傳統(tǒng)又特別重要的參數(shù)之一［5］，某些步態(tài)特征的微妙變化可能會對其競賽性能有很大影響，而且馬匹肢體運動模式的再現(xiàn)性也能影響馬匹的加速［6］。研究利用運動軌跡學(xué)方法獲取馬匹步態(tài)特征并進行差異性分析，探索其共性規(guī)律與差異部分，為速步馬早期選擇提供理論基礎(chǔ)，同時指導(dǎo)速步馬專項運動性能訓(xùn)練。【擬解決的關(guān)鍵問題】試驗以成年速步馬和訓(xùn)練期青年速步馬為研究對象，應(yīng)用Kwon3D XP三維運動采集分析軟件對視頻數(shù)據(jù)進行數(shù)字化處理，研究速步馬步幅、步頻、步速之間的相關(guān)性及不同速度間步態(tài)特征的差異性以期探尋速步馬在競賽狀態(tài)下的步態(tài)規(guī)律及不同速度間的差異，為速步馬的早期選擇和訓(xùn)練提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

研究對象為成年速步馬和訓(xùn)練期青年速步馬，根據(jù)其速度將成年馬和青年馬分為高速組和低速組。

使用 JVC－PX100（幀速率為 50 f／s，快門速度為1／1 000 s）進行視頻資料的采集，使用Kwon3D XP三維運動采集分析軟件對視頻進行數(shù)字化處理，得到步頻、步幅、步速等步態(tài)特征變化數(shù)據(jù)。

1.2 方 法

速步馬比賽時，在馬匹行進路線左側(cè)、賽道外側(cè)的直道處、彎道處和終點處分別架設(shè) 1臺高速攝像機，用于Kwon3D XP標(biāo)尺建立，在比賽中利用標(biāo)尺位點的高速攝像機獲取馬匹步態(tài)特征中步頻和步幅等相關(guān)數(shù)據(jù)。采集視頻數(shù)據(jù)時攝像機的焦距、幀速率、快門速度等參數(shù)與采集 Kwon3D XP三維運動采集軟件所需標(biāo)尺的各種參數(shù)一致。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

用Kwon3D XP三維運動采集軟件對視頻進行數(shù)字化處理，得到各步態(tài)特征數(shù)據(jù)；用Excel整理和統(tǒng)計數(shù)據(jù)；用 SPSS18.0軟件進行相關(guān)性和差異性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 各賽段步幅、步高、步頻、步速間差異性

研究表明，在高速組中，其步幅較大且步頻較快，在直道處、彎道處和終點處的步態(tài)特征及步速無顯著性差異（P＞0.05），但是終點處的步幅、步頻和步速都比直道和彎道處略大。從標(biāo)準(zhǔn)差來看，終點處的速度的波動要比另外兩處大。表1

研究表明，在低速組中，馬匹除步高外，步幅、步頻和步速在直道、彎道和終點處均有差異，終點處步幅和步頻均顯著大于直道處和彎道處（P＜ 0.05），終點處的速度則極顯著大于直道處和彎道處（P＜0.01），且步幅、步頻和步速在終點處時達(dá)到最大值，而彎道處的步幅、步頻和步速則處于最低值。表2

表1 高速組步態(tài)及速度Table 1 Statistical of Gait Characteristics and speed in high speed

表2 低速組步態(tài)及速度Table 2 Statistical of Gait Characteristics and speed in low speed

研究表明，在直道、彎道和終點三處對比高速和低速兩組之間步態(tài)特征顯示，高速組的步幅、步高、步速極顯著高于低速組（P＜0.01），但步頻之間差異不顯著（P＞0.05）。表3～5

表3 直道處不同速度間步態(tài)特征差異性Table 3 The difference of gait characteristic between different speeds in straightway

表4 彎道處不同速度間步態(tài)特征差異性Table 4 The difference of gait characteristic between different speeds in bend

表5 終點處不同速度間步態(tài)特征差異性Table 5 Thedifference of gait characteristic between different speeds in sprint

2.2 各賽段步幅、步高、步頻、步速間相關(guān)性

2.2.1 直道處步態(tài)特征與速度之間的相關(guān)性分析

研究表明，通過對直道處各步態(tài)特征之間及其與速度之間進行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，步速與步幅和步高之間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），但是與步頻之間關(guān)系不顯著（P＞0.05）；步頻與步幅和步高之間也無顯著性相關(guān)（P＞0.05），但從相關(guān)關(guān)系的數(shù)值上看，其關(guān)系為負(fù)相關(guān)；步幅與步高之間關(guān)系極顯著正相關(guān)（P＜0.01）。表6

2.2.2 彎道處步態(tài)特征與速度之間的相關(guān)性

研究表明，通過對彎道處各步態(tài)特征之間及其與速度之間進行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)：步速與步幅、步高和步頻之間存在極顯著相關(guān)性（P＜0.01）；但是步頻與步高和步幅之間相關(guān)性不顯著（P＞0.05），但是關(guān)系為正相關(guān)；步幅與步高之間呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）。表7

2.2.3 終點處步態(tài)特征與速度之間的相關(guān)性

研究表明，通過對終點處各步態(tài)特征之間及其與速度之間進行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，步速與步幅和步高之間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），但是與步頻之間關(guān)系不顯著（P＞0.05）；步頻與步幅和步高之間也無顯著性相關(guān)（P＞0.05），但從相關(guān)關(guān)系的數(shù)值上看，其關(guān)系為負(fù)相關(guān)；步幅與步高之間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01）。表8

表6 直道處步幅、步高、步頻與步速之間相關(guān)性Table 6 The correlations between stride length，high of forehoof，stride frequency and speed on straightaway

表7 彎道處步幅、步高、步頻與步速之間相關(guān)性Table 7 The correlations between stride length，high of forehoof，stride frequency and speed on bend

表8 終點處步幅、步高、步頻與速度之間相關(guān)性Table 8 The correlations between stride length，high of forehoof，stride frequency and speed on sprint

3 討 論

對于賽道全程而言，直道距離占比最大，因此研究馬匹在直道處的步態(tài)特征極其重要。對直道處步幅、步高、步頻和步速做相關(guān)分析，步速與步幅和步高之間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），但是與步頻之間無顯著相關(guān)（P＞0.05），步幅與步高之間也存在極顯著正相關(guān)性（P＜0.01）。Leach D等［7－8］對瑞典速步馬的速度和其步態(tài)特征的相關(guān)性研究顯示，速度與其步幅有顯著的線性關(guān)系（P＜0.05），而與步頻的線性關(guān)系不明顯，研究結(jié)果與其基本相似。Muir G等［9］也認(rèn)為，速度的改變是由于步幅和步頻同時改變或步幅與步頻單一改變。速度 ＝步幅×步頻，步頻和步幅是決定速度的兩個最重要的因素，二者是相輔相成的動態(tài)參數(shù)，某一個參數(shù)的改變，必然會導(dǎo)致另一參數(shù)的相應(yīng)改變［10］。步幅受到肌肉收縮力及生物體解剖結(jié)構(gòu)的限制，步幅過大會降低步頻，而步頻過高則會造成肌肉緊張及加重能耗，會影響步長［11］，研究結(jié)果表明，步頻與步幅和步高無顯著相關(guān)性（P＞0.05），但從其相關(guān)關(guān)系數(shù)值上看，步頻與步幅為負(fù)相關(guān)，正印證了此觀點。因此，在直道處影響速度的最主要因素是步幅和步高，所以在直道處時，為提馬匹競賽速度，應(yīng)盡可能的增大其步幅與步高。

彎道技術(shù)是影響比賽的諸多關(guān)鍵因素之一，在一定程度上，彎道水平發(fā)揮將會影響整個比賽成績［12］。因此，研究馬匹在彎道處運動步態(tài)特征也極其重要。步速與步幅、步高和步頻之間存在極顯著相關(guān)性（P＜0.01），步幅與步高存在極顯著相關(guān)性（P＜0.01），但是步頻與步幅和步高之間無顯著相關(guān)性（P＞0.05）。孟軍等［13］的研究認(rèn)為，直道處步幅較彎道大，且步頻也略快。研究結(jié)果中高速組的研究結(jié)果與其略有不同，但是低速組的研究結(jié)果與其基本一致，造成這種差異的原因可能是由于馬匹運動性能、訓(xùn)練程度等不同有關(guān)。研究中，高速組馬匹均為成年參賽馬匹，馬匹的競賽水準(zhǔn)較高、競賽性能較為穩(wěn)定，而低速組的馬匹與孟軍等［13］研究的馬匹性能接近，均為調(diào)教訓(xùn)練期，馬匹的體型尚處于發(fā)育期，運動性能波動較大。彎道的運動形式類似于圓周運動，需要在向心力的作用下才能完成［14］，在彎道處軀干的姿勢和前后肢擺動的姿勢對彎道處的速度影響極大，需要通過較大步頻不斷調(diào)整身體的重心以保持身體向內(nèi)傾斜，以利于彎道加速［15］。所以在此階段，馬匹應(yīng)以最優(yōu)的步幅步頻比以達(dá)到馬匹在彎道時的最大速度。

有研究表明，短跑終點沖刺能力是短跑運動的一項重要技術(shù)［16］，這項技術(shù)在速度賽馬中也有著同樣重要的地位。高速組在賽道直道處、彎道處和終點處的步幅、步頻及步速無顯著性差異（P＞0.05）。終點處步速顯著大于直道處步速（P＜0.05），極顯著大于彎道處步速（P＜0.01）。總的來說，隨著不斷接近終點，步幅、步頻和步速都有增大，到終點處時達(dá)到最大值。Jose M.Vilar等［17］的研究結(jié)果表明，在沖刺時馬的各項步態(tài)特征（步幅、步頻）和步速能達(dá)到其最大值，結(jié)果與其研究結(jié)果相似。可能是由于一般在終點前 200 m處時，有經(jīng)驗的騎師會使馬匹全速前進，使馬的各項運動性能達(dá)到最大值。由表8可以發(fā)現(xiàn)，在終點處，速度與步幅和步高呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），但與步頻無顯著關(guān)系（P＞0.05），但是從數(shù)值上看其關(guān)系為正相關(guān)，即步頻越大速度越快，步幅與步高呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），說明在接近終點時，馬匹會通過，同時增加其步幅與步頻來使其速度達(dá)到最大值，以完成它最后的沖刺，并且有研究認(rèn)為，優(yōu)秀速步馬在比賽時會使用最佳的步頻和步幅組合來提高其比賽速度［18］。Jose M.Vilar［17］在其研究中還提到，在沖刺時提速主要原因是由于步幅的增長。

研究發(fā)現(xiàn)高速組和低速組之間高速組步幅、步高和步速均極顯著高于低速組（P＜0.01），但兩組之間步頻并沒有顯著性差異（P＞0.05），這說明速度間差異的主要決定因素為步幅和步高。Leleu C［5］和Rogers C W［19］的研究表明步頻具有高度遺傳性，李子煊等［20］在其研究中也提到，2～6歲幼兒的步頻與世界優(yōu)秀短跑運動員的步頻無明顯差異，隨著年齡的增長，步頻變化也并不明顯，但是步幅則會隨著身高的增長而顯著加長。宋光春［21］在對比中外優(yōu)秀100米短跑運動員成績、步頻和步幅時顯示，中外運動員成績呈極顯著差異，步幅呈顯著差異，但步頻無明顯差異，與研究結(jié)果相似。張寶榮［22］在研究短跑中影響步長與步頻的因素中也提到，步頻的快慢與神經(jīng)對肌肉的支配能力有關(guān)，這主要由遺傳因素決定。因此，根據(jù)步幅、步頻與步速的線性關(guān)系，在挑選速步馬時應(yīng)著重選擇步頻較快馬匹的后代，而在訓(xùn)練運動馬時應(yīng)更注重其步幅和步高的訓(xùn)練，以期盡可能的提高其競技水準(zhǔn)。

4 結(jié) 論

通過對速步馬不同比賽賽段的速度、步幅、步高和步頻的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，直道和終點處，速度與步幅和步高存在極顯著相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），但與步頻無顯著相關(guān)性（P＞0.05），而在彎道處時，速度與步幅、步高和步速均存在極顯著相關(guān)關(guān)系（P＜0.01）。對不同速度間馬匹的步幅、步高和步頻進行差異性分析發(fā)現(xiàn)，在直道、彎道和終點三個賽段，不同速度間步幅和步高之間差異性極顯著（P＜0.01），但是步頻間并無顯著差異（P＞0.05）。因此，在日后的速步馬早期選擇過程中，應(yīng)以高步頻馬匹為重點培養(yǎng)對象，同時在調(diào)教訓(xùn)練過程中應(yīng)選擇提高馬匹步幅和步高作為步態(tài)訓(xùn)練的主要方向。

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The Correlation Research between Speed and Gait Characteristics of Trotter Horse in Different Sections

ZENG Ya－qi，YAO Fang－fang，LI Chen－chen，WANG Jian－wen，WANG Dong，WANG Huan，LI Lin－ling，ZHANG Xian，MA Li－shan，YAO Xin－kui
（College of Animal Science，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052，China）

【Objective】The present study aims to select 21 trotter horses as research objects to analyze the difference of gait characteristic（stride length，high of fore－h(huán)oof and stride frequency）in different speeds and different sections and the correlation between speed and gait characteristic in different sections in order to provide a reference for trotter selection and training system.【Method】The gait features and video data are collected during speed step race，the video went through digital processing for getting the step height，stride length，stride frequency and stride data and analyze the difference and correlation of stages were analyzed.【Result】In high speed，there was no significant difference at gait and speed at straight，bend and terminal（P＞0.05）.But the stride length，stride frequency and speed were higher at terminal than at straight and bend. In low speed，there were differences in stride length，stride frequency and speed at three different sections. The stride length and stride frequency at terminal were significantly higher than those at straight and bend（P＜0.05）and the speed at terminal were significantly higher than that at straight and bend（P＜0.01），while stride length，stride frequency and speed at bend had the least value.There were great significant differences between high speed group and low speed group，the stride length，high of fore－h(huán)oof and stride frequency at high speed group were significantly higher than those at low speed group（P＜0.01）.At straight and terminal，there was a very significant positive correlation relationship between speed and stride length or high of forehoof（P＜0.01）.At bend，there was a very significantly positive correlation between speed and stride length or high of fore－h(huán)oof or stride frequency.【Conclusion】In the future，in the trotter horse schooling and training work，we should improve its stride and step height as the main direction.

trotter horse；stride length；stride frequency

S821.9

A

1001－4330（2016）09－1751－07

10.6048／j.issn.1001－4330.2016.09.024

2016－04－26

新疆維吾爾自治區(qū)科技廳重大專項“馬（運動、肉用、乳用）生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”（201130101）；國家科技支撐計劃項目“優(yōu)質(zhì)運動馬培育生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)研究與集成示范”（2011BAD28B06）；國家科技支撐計劃項目“速步、乳用、耐力馬新品種（系）培育及良種擴繁技術(shù)研究與集成示范”（2012BAD44B00）；2015年新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)研究生科研創(chuàng)新項目“青年速步馬步態(tài)特征與運動性能相關(guān)性研究”（XJAUGRI2015005）

曾亞琦（1990－），男，新疆新源人，博士研究生，研究方向為馬的繁育，（E－mail）xjauzengyaqi＠163.com

（Cotresponding author）：姚新奎（1961－），男，新疆奎屯人，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向為馬類科學(xué)，（E－mail）yxk61＠126.com

Fund project：Supported by Major Projects of Science and Technology，Department of Xinjiang Uygur Autonomous Region（Horse Key Technology Research and Demonstration（for Sport，Meat and Milk）（No.201130101）；National Support Program for Science and Technology：Research and Integration of Key Technologies of High Quality Sport Horse Breeding（No.2011BAD28B06）；National Support Program for Science and Technology：Study on Cultivation and Breed Propagation Technology and Integrated Demonstration of Speedy，Milk and Endurance New Horse Breed（2012BAD44B00）and Graduate student research innovation project＂Relationship between gait characteristics and motor performance of the young trot Horse＂（No.XJAUGRI2015005）