优秀男子400米栏运动员关键运动学特征研究综述

龚旭阳，苑廷刚，侯金宝，韩鹏鹏，刘嘉伟，朱和平

1 前言

跨栏跑项目起源于英国英格兰，起初由跨越“羊圈栅栏”的游戏演变而来，跨栏项目在19世纪末被正式列为竞技项目之一。而400米栏是由110米栏的基础上结合400米跑发展而来，与其他田径类项目相比男子400米栏比赛的历史相对较短。1860年，在牛津大学举行的跨栏赛跑首次创下纪录，当时每位参赛者都要跨过12个栏架。男子400米栏于1900年第二届奥运会被规定为正式比赛项目，美国选手Walter Tewskbury以57.6s的成绩夺冠，1970年在NCAA决赛Wayne Collett(USA)以49.2s的成绩打破了现有纪录，在1972年的奥运会上，John Akii—Bua(UGA)以47.8s的惊人成绩领先Mann赢得了比赛，从1977年到1987年，世界纪录刷新至47.02s。美国人Kevin Young曾在1992年奥运会上跑出46.78s的世界纪录[1]。随着科技的发展与时代的变迁，现如今男子400米栏无论是运动技术、科技助力、运动成绩都得到了较大的改善，直至2020东京奥运会来自挪威的名将Karsten Warholm以45.94s打破尘封29年之久的原世界纪录。这一壮举将400米栏这一项目引进新的阶段，推动了世界田径的发展。本文紧靠国家体育总局科技助力体育的政策方针，从运动生物力学和运动训练学的视角出发，分析我国及世界优秀男子400米栏运动员的关键运动学特征。找寻400米栏关键技术的普遍规律，为后续运动员训练提供理论支撑。

2 研究结果与分析

2.1 男子400米栏发展

2.1.1 世界男子400米栏发展

目前国际田联[2]规定400米栏全程400米，共10个栏架，栏高为0.914米，栏间平跑距离为35米，起跑至第一栏(第一次加速阶段)为45米，第十栏至终点(冲刺阶段)为40米。男子400米栏要求运动员的速度、力量、耐力、技能都需具备较高的水平，是一项节奏性较强，对运动员身体能力与素质要求较高的运动。

下图1是近5年来世界男子400米栏第一名的变化趋势图，其发展呈整体上升趋势，最好成绩的获得者是Karsten WARHOLM在2020东京奥运会创下45.94s的世界纪录，预示男子400米栏的发展前途光明。

图1 2016年至2021年世界男子400米栏世界第一名变化趋势图

综上所述，男子400米栏项目纪录创造的时间较早，目前处于攀升阶段。相较于国外，我国男子400米栏发展前景广阔，可创造性大。

2.1.2 我国男子400米栏发展

经查阅中国田径协会官网[5]，并对2016年至2021年我国男子400米栏运动员进行整合，可以发现蔡俊奇和尚硕近五年中有四年稳居前三名，成绩较为稳定。作为后起之秀的谢智宇在2021年全国田径锦标赛暨全运会资格赛中创造了个人最好成绩，近五年最短用时时间是2021年谢智宇以49.40s所创造。

姚新明[3]对中外男子400米栏运动员进行对比分析，结果显示世界男子400米栏平均接近率93%—97%，我国男子400米栏接近率为92%—95%，数据表明我国距世界优秀水平亟待提升。纵观运动员年龄，世界优秀男女跨栏项目平均年龄为27岁，我国男子400米栏平均年龄为23岁，说明我国男子运动员平均运动寿命时间更长，呈现出“年轻化”趋势。

张廷印[4]对2000—2004年度国内外男女跨栏运动员个人最佳成绩进行比较发现，2000年(国际奥运年)我国男女400米栏运动成绩表现不突出，但在2001年(全运会)成绩进步明显，我国跨栏项目更注重全运会的比赛，2004年后逐渐把注意力转移到奥运会比赛中。

从图2中不难发现我国男子400米栏整体发展趋势螺旋上升，曲折发展。仍需教练员、运动员、科研人员的不懈努力，为备战2024年巴黎奥运会做准备。

图2 2016年至2021年我国男子400米栏前三名运动员成绩变化趋势图

2.2 男子400米栏全程动作技术阶段划分及关键运动学参数选取

跨栏是无氧运动，在全程动作中需要关注加速度，踏板节奏等因素。Janusz Iskra[6]认为按照能量角度分为两个阶段：无乳酸阶段(1—5栏)，乳酸阶段(疲劳阶段)。并深入探讨跨栏节奏对空间特征的影响，提出依据节奏特点分为五个阶段：0—H1(第一加速阶段)，H1—H4(最大速度阶段)、H4—H7(过渡阶段)、H7—H10(速度保持阶段)，H10—400(第二加速阶段)，其中H1—4，H4—7和H7—10阶段均为105m栏段[7]。澳大利亚教练Roy Boyd[8]根据经验将400米栏全程划分，把H1—H10称为跨栏运动阶段(直道过栏，弯道过栏)和栏间跑阶段，其余与节奏特点划分相似。孙健[9]对栏间跑技术进行深入研究，把栏间跑分为跑跨技术、起跨攻栏技术、过栏技术、下栏技术、跨跑技术。以技术结构特征为主对全程技术进行分类，即起跑技术、攻栏技术、腾空技术、落地技术、栏间平跑技术、冲刺技术。

赵伟健[10]通过二维，三维视频图像解析采集身体质心、速度、加速度、角速度、位移、轨迹等运动学参数指标，进行定性、定量研究分析，用以评价运动员技战术能力。运动员完成全程跑过程，需要经过10次起跨，落地工作，不仅需要适当调节呼吸节奏，还需要选择符合自身的跨栏节奏。

2.2.1 男子400米栏节奏的研究

跨栏节奏是指在400米栏全程跑中运动能力(力量、速度、耐力)和跨栏技术的总称[11]。协调能力与节奏能力是维持跨栏能力相关因素，步幅模式取决于运动员的腿长与身高。0—H1有7步速与8步速之分，7步速针对高水平运动员，用于摆动腿之间的替换。

CASAL, N.[12]对2019年多哈世界田径锦标赛男子400米栏进行了视频录像解析，在弯道过栏(1、2、6、7、8栏)左腿作为主攻腿更具优势。预赛和半决赛中运动员节奏变化明显出现在第七栏，在决赛中运动员发生明显变化推迟到第九栏。研究结果显示：①节奏都是相对独立的正确的。②力量分配和更稳定的节奏结构是取得最佳成绩的决定因素。

Janusz Iskra[6]把400米栏运动员跨栏节奏分为同质节奏(偶数)、同质节奏(奇数)、双交替节奏、单交替节奏(主攻腿是左或右)。并对1968年至2015年重大田径比赛对男子400米栏运动员的相关数据统计，将运动员划分为三种类型——“速度型”即全程跑中H1—4出现最大速度。“技术型”即全程跑中H4—7出现最大速度、“耐力型”即全程跑中H7—10出现最大速度。研究结果显示，“速度型”运动员开始比赛时栏间跑会采取13步步幅模式，在后程跑中采用15步步幅模式，该组步幅变化较大，此模式也称为“双减速”；技术型运动员在弯道跑时改变跨栏节奏的能力；通过观察速度型和技术型运动员因其赛程前半段速度较快，后期在第七栏出现明显的后程降速现象，而耐力型运动员各个阶段速度降幅较小，栏间减速率低，且(H1—4，H4—7)步数相比其他类型运动员有增加[13]。

谈春华[14]通过对国内外优秀男子400米栏运动员栏间节奏进行对比分析发现，运动员在跑跨结合阶段做到远起跨近攻栏，攻栏时运用跑栏技术，积极主动进攻，下栏时应当身体重心前倾，对比发现国外运动员强调狠攻栏，下栏不积极，影响跨跑阶段的衔接。总结出目前国外优秀运动员全程跑节奏波动不大，国内优秀运动员节奏波动较为明显的特点。需要改善下栏技术，以高重心快频率的栏间平跑技术为理念，进而改进栏间节奏的稳定性。

2.2.2 男子400米栏步长的研究

步长(SL)是指左右脚着地点之间的运动方向上的距离，由着地距离、腾空距离、后蹬距离三个分量共同构成[15]。Janusz Iskra[6]通过研究发现“双减速”模式也不是最优的选择，在跑步者改变步长的情况下，比赛到达乳酸阶段(H7)，由于疲劳加剧，不仅速度降低，跨栏运动员的步长也减少了(3.73cm—3.39cm)。因此，跨栏运动员有必要改变摆动腿，通过改变主攻腿，推迟乳酸阈出现时间。

CASAL, N.[12]发现92.75%的跨栏运动员在比赛中至少改变一次步长。男子400米栏比赛中，第一次变化主要发生在第7栏。在决赛中，第一个改变推迟到最后两栏，或不发生改变。证实在弯道跨栏(H1、H2、H6、H7、H8)中以左腿为主攻腿，更具优势。

程志强[16]对2001年世界田径锦标赛前八名运动员进行对比研究，指出步长整体趋势即呈上升(0—H1/H2)—高峰(H1—H3)—下降(H10)。0—H1平均步长明显增加，H1—H2平均步长达到最大，随着机体能量的不断消耗，运动员的平均步长随之减小，优秀运动员平均最大步长可保持到第五栏。运动员栏间跑步长组合搭配共有三组：大长步(2.50m和2.69m)组合搭配技术跑法；中步长(2.33m、2.50m、2.69m)组合搭配技术跑法；小步长(2.50m和2.33m)组合搭配技术跑法。在比赛中不应该考虑单一的SL和SF，而应根据每个运动员个人特点不同选择合理搭配。

刘巍，袁吉[17]探讨我国4名省队400米栏运动员，采用视频图像解析方法，研究结论认为在跑程中段距离时，孟岩步长，步频同时减少，造成速度下降。崔志鹏等人[18]通过研究发现孟岩全程跑中步长较其他三名运动员减少(2.18±0.083)，但步频相应增加(3.58±0.164)。由此可知，SL和SF是影响速度的重要因素。

2.2.3 男子400米栏步频的研究

步频(SF)是由步数除以跑步时间所得出的，单位时间内所走的步数[19]。赵伟健[10]对比中外优秀400米栏运动员得出结论，全程跑技术属于步频主导型，国外运动员采用匀步频—慢步频—匀步频的模式，国内两名运动员均采取匀步频—快步频或慢步频—快步频的模式，表明我国运动员在全程跑过程中缺乏平稳过渡阶段，且快步频出现的时间越早，全程整体步频的表现越差，应当以匀步频或慢步频为主，低SF搭配高SL才可保持速度的稳态提升。LINDEMAN[20]发现在比赛的过渡阶段，运动员应有意识地尝试增加步频，同时减少步长。

2.2.4 男子400米栏步数的研究

步数是指单位时间内双脚着地的次数。MCFARLANE, B.[21]指出400米栏运动员在开始前30米的时候，应该把注意力集中于第一栏，做好跑跨准备，并在必要的时候对步数做一些轻微的调整。

运动员在第一阶段步数通常使用20—23步，根据JOLLY[22]的研究，建议男子运动员采取22步的步数，因为这与栏间15步的节奏非常相似。当0—H1的步数是偶数时，运动员的起跨腿放在助跑器前侧；当步数是奇数时，起跨腿位于后侧。

凌占一[23]学者指出在跨栏时需要考虑弯道跑、身高、质心的移动位置等因素，因为起跑时处于弯道，故使用右腿作为直跨腿更合适，也有学者提出不同意见，认为弯道跑由于向心力的作用应当使用左跨腿。但对于步数的建议是统一的，起跑至第一栏22步配合栏间跑15步，如果是21步配合14步的模式，以此类推，有些运动员右腿为主跨腿需要运动员对起跑技术和全程节奏做出相应调节，因此起跑至第一栏的步数是全程跑技术的基础。

MCFARLANE[21]指出在跨栏过程中，臀部应当保持合理发力，如果臀部不灵活会导致水平速度下降，跨距缩短，那么栏间平跑距离增加，相对的步数增多。Clement在1936年举办的柏林奥运会中夺得冠军，原因是在栏间平跑阶段成功地完成了13步步数，同场的除了Jackson和Green(GBR)栏间平跑都以14步开始之外，其余所有的参赛者以13步模式开始，随后在栏间平跑中中转换成14，15步步数。这表明Clement的步数是最稳定的，节奏感清晰[24]。

2.2.5 男子400米栏速度的研究

速度从运动生物力学的角度出发是单位时间内物体移动的距离，研究400米栏的变量要考虑速度、加速度、水平速度、垂直速度、质心移动速度，反应时等[15]。

张绍礼等[26]研究表明，男子400米栏技术评价指标标准有速度发挥程度，速度保持程度，速度波动程度三方面，分别划分K1(最快栏间周期时间)，K2(稳定系数即最慢栏间周期与最快栏间周期之差)，K3(节奏系数即全程跑中栏间时间之差的标准差)。其中K1表示最高速度，一般最高速度产生在H1—2或H2—3。K2揭示运动员专项耐力情况；K3表明从全程速度与空间两个因素考虑节奏的变化。

CASAL, N.[12]认为优秀运动员在第五栏速度损失率达到最小，最快与最慢间隔时间差最小，并与最后冲刺阶段相关度高。Flora Panteli[11]发现高水平运动员能够加速到H3/H4，并保持速度直到H7/H8。

McDonald和Dapena[27]分析了1988年美国奥运会男女跨栏运动员发现，在跨栏离地阶段垂直速度增加，水平速度降低。Mann，Herman(1985)[28]指出，在跨栏过程中，质心水平速度(CM)是跨栏成绩的指标，高水平跨栏运动员的优势在于其身体重心已经较高[19]。

冲刺速度可以通过增加步长或步速来提高。跨栏速度的提高只能通过提高步频(不一定要大幅度地增加步长)和跨栏之间的步速来实现。Mitsuo Otsuka和Tadao Isaka[29]学者表明，快速冲刺速度(短分裂时间)由高步频(SF)或高步长(SL)决定，SL和SF呈负相关，故高SF与高SL会缩短分栏时间，从而提升跨栏完成时间。

2.2.6 男子400米栏反应时的研究

反应时的意思是从给予运动员信号刺激到开始做动作为止的时间，由感觉时和决定时共同构成，使大脑皮质中中枢神经系统的反应能力，又名“潜伏期”[25]。

Vesna Babiç，Ana Delalija[30]对2004年奥运会短跑和跨栏项目男女运动员反应时进行对比分析，结果表明100米/110米栏的反应时与400米/400米栏反应时差异明显，男女运动员的平均反应时间有统计学上的显著差异，反应时值随着距离的增加而增加。同样的跨栏项目(110米栏和400米栏)和十项全能项目(110米跨栏)的反应时值不存在统计学显著差异。100米，400米的反应时间与相同距离的110米跨栏、400米栏没有统计学差异。唯一具有统计学意义的差异是在400米栏比赛的第一轮和半决赛之间，显著性水平为p=0.018。结论认为：在较长的项目(400米和400米栏)中，男女运动员在半决赛阶段的反应时间存在差异，专注于冲刺阶段并不一定意味着更好更快的反应时间，需对全程比赛的重要环节提前做出预判。

3 结论

3.1 依据运动员步幅，步速，步频进行分析综合而成的相关规律，男子400米栏节奏有不同的模式。针对每个运动员的身体形态特征，对项目的不同表现程度，确定运动员类型，进行节奏的分配。每位运动员跨栏节奏都具有不同特点，栏间跑步幅在13—15步，取决于运动员跨距长度，但整体节奏需要保持平稳，起伏不宜太大，才可以保障全程跑技术水平的发挥。其次是主力腿替换需要依据运动员个人习惯不同而改变，故跨栏节奏灵活多变，运动员需要找到适合自身的节奏有助于在赛场中充分发挥竞技能力。

3.2 步长分为大步长、中步长、小步长，步长的缩短意味着步频的加快，再搭配步长时需要个性化训练，区别对待不同运动员。由于在比赛中体能的迅速消耗，通常步长发生明显变化主要表现在第七栏，步长和步频是影响速度的主要因素。

3.3 步频是由步数除以跑步时间所得出的，快步频出现的时间越早，全程整体步频的表现越差，国外运动员采用匀步频—慢步频—匀步频的模式，国内运动员均采取匀步频—快步频或慢步频—快步频的模式。

3.4 当前世界主流男子400米栏的步数模式为起跑至第一栏20—23步优秀运动员通常采用22步的模式，栏间跑为15步。高水平运动员在起跑至第一栏与栏间跑都呈现出奇数+偶数或偶数+奇数的特点。

3.5 速度可以通过增加步长或步速来提高，男子400米栏最大速度一般出现在前三栏，优秀运动员最大速度的保持可以持续到第七栏，在第七栏落地后速度有所下降。

3.6 在男子400栏与女子400米栏比赛中反应时有显著性差异，男子反应时无显著差异，故不应过分追求反应时，只需把握训练。