楊才敏

(山西省水土保持科學(xué)研究所)

自20世紀(jì)80年代以來(lái)，全球生態(tài)環(huán)境變化劇烈，研究生態(tài)學(xué)的人們?cè)絹?lái)越多。研究技術(shù)不斷進(jìn)步，試驗(yàn)設(shè)計(jì)更趨嚴(yán)謹(jǐn)，數(shù)學(xué)模擬日漸增多，基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的數(shù)據(jù)獲取、挖掘、補(bǔ)救和分析能力迅速增強(qiáng)，這些進(jìn)展都伴隨著人們對(duì)尺度問(wèn)題的認(rèn)識(shí)日益重視和提高。近十多年來(lái)，“尺度”一詞在水土保持生態(tài)環(huán)境建設(shè)文獻(xiàn)中頻繁出現(xiàn)，但有不少的專(zhuān)業(yè)科技工作者并不清楚其具體涵義，覺(jué)得很生疏，有的還用錯(cuò)了地方。究竟何為尺度?尺度在生態(tài)學(xué)領(lǐng)域?yàn)楹沃匾?怎樣才能正確認(rèn)識(shí)尺度?如何進(jìn)行尺度轉(zhuǎn)換?以及尺度與等級(jí)組織理論和格局等概念之間有何關(guān)系?筆者查閱了大量資料，現(xiàn)就尺度問(wèn)題綜述如下。

1 尺度的概念與特征

1.1 尺度的概念

“尺度(scale)”一詞屬外來(lái)詞，有多種意思，在《牛津英語(yǔ)詞典》(Simpson and Weinen，1989)中闡述了15種不同的含意。尺度一詞的含意有兩個(gè)來(lái)源:一是來(lái)源于老的挪威語(yǔ)詞根skal，意思是碗狀物，形成英語(yǔ)的魚(yú)鱗和公正評(píng)判的意思，引申后的詞意為待測(cè)物體與標(biāo)準(zhǔn)物配對(duì)法進(jìn)行測(cè)量，即天平或秤的意思。例如，您可以用一個(gè)老式的秤通過(guò)平衡1 kg重的標(biāo)準(zhǔn)物來(lái)稱(chēng)量出1 kg土樣的重量;二是來(lái)源于拉丁語(yǔ)詞根scala，意思是梯子，形成英語(yǔ)的音階或爬高的意思，引申后的詞義為通過(guò)步子或梯子長(zhǎng)度來(lái)測(cè)量物體的長(zhǎng)或高，即測(cè)量的意思。例如，您可以用已知2 m高的梯子，測(cè)出半個(gè)梯子高度的灌木株高為1 m?？偟膩?lái)說(shuō)，尺度一詞包含了對(duì)物體重量、大小的度量與測(cè)量方法。

由于尺度一詞的多意性，以致生態(tài)學(xué)文獻(xiàn)中對(duì)尺度的解釋也不完全一致。常見(jiàn)的解釋有:尺度是被研究物體或?qū)ο笤跁r(shí)間或空間上的度量，是關(guān)于時(shí)間和空間的維，在這個(gè)時(shí)間和空間維上對(duì)象被觀測(cè)或模擬(呂一河，傅伯杰，2001);尺度是觀察或研究的物體或過(guò)程的空間分辨率和時(shí)間單位，或研究客體或過(guò)程的時(shí)間維和空間維，可用分辨率和范圍來(lái)描述(傅伯杰等，2001)。這些定義分別從不同的角度或?qū)用嫔厦枋隽顺叨鹊奶卣?。歸納起來(lái)，水土保持生態(tài)建設(shè)中的尺度包括三方面的內(nèi)容:一是具有空間范圍或時(shí)間跨度，即規(guī)模(extent);二是空間和時(shí)間可以被進(jìn)一步劃分為最小的面積或最短的時(shí)間范圍，即粒度(grain)或分辨率(resolution);三是在這個(gè)時(shí)空尺度上進(jìn)行觀察和模擬結(jié)果的計(jì)算，即量度。例如，通過(guò)一棵樹(shù)的橫截面，可以分辨出生長(zhǎng)周期(規(guī)模)上的年變化(分辨率)。

1.2 尺度的特征

尺度本身是自然界所固有的特征，也就是說(shuō)自然界中每一種現(xiàn)象或過(guò)程都具有自己的尺度，這是由于地球表層自然界的等級(jí)組織和復(fù)雜性所致。尺度可分為測(cè)量尺度和內(nèi)在尺度。測(cè)量尺度是人類(lèi)的一種感知尺度，用來(lái)測(cè)定過(guò)程和格局，隨感知能力的發(fā)展而不斷變化。如隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星對(duì)同一地物的感知能力(分辨率)也在不斷提高;而內(nèi)在尺度則是自然現(xiàn)象所固有的特征，獨(dú)立于人的控制之外。尺度研究是通過(guò)使用適宜的測(cè)量尺度來(lái)感知物體內(nèi)在尺度存在的規(guī)律性。水土保持生態(tài)環(huán)境建設(shè)研究中的尺度具有以下特征。

1.2.1 多維性

尺度有時(shí)間尺度、組織尺度和功能尺度等多種維度，但在水土保持生態(tài)環(huán)境建設(shè)中，人們更重視尺度的時(shí)間和空間維度，即時(shí)空尺度。

1.2.2 層次性

由于地表自然界中的現(xiàn)象和過(guò)程表現(xiàn)出一定的等級(jí)性，因此，我們?cè)谘芯恐行枰獦?gòu)建一個(gè)多層次的尺度體系，以便更直觀地觀測(cè)不同等級(jí)上發(fā)生的現(xiàn)象和過(guò)程。為此，Delcourt等在1983年提出了宏觀生態(tài)學(xué)研究的四個(gè)尺度域，即:①微觀尺度域(micro－scale dominion):空間范圍1－105m2、時(shí)間范圍為1－500 a，研究對(duì)象包括干擾過(guò)程(如火、風(fēng)和砍伐等)、地貌過(guò)程(如土壤剝蝕、沙丘運(yùn)動(dòng)、滑坡崩塌、河流輸沙等)、生物過(guò)程(如種群動(dòng)態(tài)、植被演替等)和生態(tài)環(huán)境損傷破碎化過(guò)程等;②中觀尺度域(meso－scale dominion):空間范圍105－1010m2、時(shí)間范圍為500－104a，研究對(duì)象包括最近間冰期以來(lái)氣候的波動(dòng)和物種的遷移等;③宏觀尺度域(macroscale dominion):空間范圍1010－1012m2、時(shí)間范圍為104－106a，研究對(duì)象包括冰期—間冰期過(guò)程及物種的特化與絕滅;④超大尺度域(mega－scale dominion):空間范圍大于1012m2、時(shí)間范圍在105－4.6×106a，研究對(duì)象與類(lèi)似于地表運(yùn)動(dòng)的地質(zhì)事件相對(duì)應(yīng)。

1.2.3 變異性

生態(tài)學(xué)的格局和過(guò)程在不同的尺度上會(huì)表現(xiàn)出不同的特征，正是這種變異性增加了跨尺度預(yù)測(cè)的難度，表現(xiàn)出復(fù)雜性的特點(diǎn)。大尺度上發(fā)現(xiàn)的許多全球和區(qū)域性的生物多樣性變化、污染行為和溫室效應(yīng)等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，都可能根源于小尺度上的生態(tài)問(wèn)題;同樣，大尺度上的改變(如全球氣候變化和大洋環(huán)流異常等)，也會(huì)反過(guò)來(lái)影響到小尺度上的現(xiàn)象和過(guò)程。

1.3 幾種常見(jiàn)技術(shù)性尺度的區(qū)別

1.3.1 組織尺度(level of organization)或功能尺度

是指生態(tài)學(xué)組織層次(如個(gè)體、種群、生態(tài)系統(tǒng)、景觀)在自然等級(jí)系統(tǒng)中所處的位置和所完成的功能，類(lèi)似于常用的種群尺度(種群水平)、群落尺度(群落水平)等。一般生態(tài)尺度是抽象的、精確的，而組織尺度和功能尺度是具體的，在自然等級(jí)結(jié)構(gòu)中的位置是相對(duì)明確的，但其時(shí)空維度是模糊的。

1.3.2 繪圖比例(cortogaphic scale)

指的是圖上長(zhǎng)度與實(shí)際長(zhǎng)度的比。生態(tài)學(xué)中的大尺度通常指較大的空間范圍，對(duì)應(yīng)于小比例尺;而小尺度則對(duì)應(yīng)于大比例尺和高分辨率。

1.3.3 生態(tài)轉(zhuǎn)換(ecological scaling)

指的是用冪函數(shù)來(lái)測(cè)定一個(gè)變量隨自身大小的變化，通常有一個(gè)非整數(shù)指數(shù)。如呼吸耗氧量等于標(biāo)準(zhǔn)自身質(zhì)量的3/4，如果身體大小為標(biāo)準(zhǔn)兩倍，氧的消耗量為23/4=1.7，而不是2。

1.3.4 絕對(duì)尺度(absolute scale)和相對(duì)尺度(relative scale)

絕對(duì)尺度是指實(shí)際的面積、時(shí)間等，但若需要考慮一個(gè)動(dòng)物在景觀中不同點(diǎn)之間移動(dòng)單位距離所需要的能量時(shí)，就涉及到相對(duì)尺度。如當(dāng)一只鳥(niǎo)被山峰或峽谷阻隔時(shí)，為了穿越山峰，其飛行的彼此最近的兩個(gè)點(diǎn)可能距離很遠(yuǎn)，這會(huì)消耗大量的能量;但如從平面上將飛行的兩點(diǎn)連接起來(lái)，就存在一個(gè)較短的相對(duì)距離。相對(duì)尺度可由某種函數(shù)關(guān)系將絕對(duì)尺度轉(zhuǎn)換而來(lái)。

2 尺度在水土保持生態(tài)建設(shè)研究中的重要性

生態(tài)學(xué)研究與尺度問(wèn)題有著密切的關(guān)系。首先，許多生態(tài)問(wèn)題通常存在于幾十年的時(shí)間長(zhǎng)度和大的生態(tài)系統(tǒng)空間范圍內(nèi)，但對(duì)應(yīng)的大多數(shù)變量只能在短時(shí)間、小范圍內(nèi)直接測(cè)定，而且大多數(shù)速率變量只能現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，這樣就只剩下很少的變量能通過(guò)遙感在大面積內(nèi)加以測(cè)定;其次，小尺度上測(cè)定的格局在大尺度上不一定存在，在小尺度上占主導(dǎo)的過(guò)程在大尺度上不一定占主導(dǎo)地位。因此，這些生態(tài)問(wèn)題的解釋不能在不同尺度內(nèi)自動(dòng)類(lèi)推，小尺度上測(cè)定的變量不能上推到大的尺度上。

在強(qiáng)調(diào)大尺度問(wèn)題的同時(shí)，生態(tài)學(xué)家也更加清楚其研究中選擇不同的尺度意味著什么。越來(lái)越多的研究表明，一個(gè)生態(tài)問(wèn)題的結(jié)論在很大程度上取決于研究所界定的尺度。也就是說(shuō)，改變樣方或整個(gè)研究范圍的大小會(huì)導(dǎo)致不同的結(jié)果或格局，而看起來(lái)非常不一樣的結(jié)果也許僅僅是由于研究中采納了不同的尺度所致。

尺度在20世紀(jì)80年代以來(lái)之所以受到人們的廣泛關(guān)注，是由于地球上的環(huán)境問(wèn)題變得越來(lái)越嚴(yán)重，酸雨、全球氣候變化、生態(tài)環(huán)境破碎化和生物多樣性保護(hù)等成為人類(lèi)面臨的最緊迫的問(wèn)題，盡管這些問(wèn)題可能最初發(fā)生在較小的尺度上，但很快就可能在更大的尺度上轉(zhuǎn)移擴(kuò)散，以致引起全球性的問(wèn)題。因此，這些問(wèn)題的認(rèn)識(shí)和解決都要求在大尺度上理解格局和過(guò)程。

關(guān)于尺度問(wèn)題的一個(gè)最為經(jīng)典的例子是有關(guān)生物多樣性損失方面的研究。通常物種消失現(xiàn)象在生態(tài)系統(tǒng)尺度水平上表現(xiàn)最為明顯，然而我們不可能調(diào)查整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，只能選取較小的面積取樣，但這種取樣方法由于人為差異和樣地代表性很難獲得全面的物種變化的數(shù)據(jù)。種類(lèi)數(shù)目通常不能直接用面積來(lái)衡量，因?yàn)榉N群數(shù)量與取樣面積的大小并非一定呈線性相關(guān)。

對(duì)于生態(tài)研究者來(lái)講，生態(tài)尺度問(wèn)題既使他們感到困惑，同時(shí)又為眾多生態(tài)問(wèn)題的解決提供了一個(gè)新的突破口，這也反映了尺度問(wèn)題在生態(tài)學(xué)研究中的重要性。

在水土保持生態(tài)環(huán)境建設(shè)研究中，通常以小流域?yàn)檠芯砍叨?，如果以某一區(qū)域小流域的研究資料去推測(cè)區(qū)域，由于尺度的差異，則往往失之偏頗。

3 尺度概念在生態(tài)學(xué)中的發(fā)展歷程

3.1 文字表達(dá)階段

尺度一詞本是一個(gè)較老的概念，但人們對(duì)尺度概念重要性的認(rèn)識(shí)則始于20世紀(jì)70年代。到了80年代，這一概念在生態(tài)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用迅速增多。根據(jù)Schneider(2001)對(duì) Ecology和 Ecological Monographs兩種英文生態(tài)學(xué)雜志的電子版本發(fā)表的文獻(xiàn)所做的統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)空間尺度(spatial scale)一詞最早出現(xiàn)于70年代初期Marten(1972)和Wiens(1973)的文章中，到了80年代出現(xiàn)頻率呈指數(shù)增加，是每年期刊發(fā)表文章增加數(shù)目的10倍，在10 a中尺度一詞成為這兩種期刊文章中最常見(jiàn)的術(shù)語(yǔ)?，F(xiàn)在這兩種出版物中每年大約有15%的文章使用尺度的概念。尺度一詞除了在現(xiàn)代生態(tài)學(xué)領(lǐng)域有很高的使用頻率外，在相對(duì)古老或人們不太熟悉的生態(tài)學(xué)領(lǐng)域里也表現(xiàn)出類(lèi)似的趨勢(shì)。如遠(yuǎn)海鳥(niǎo)類(lèi)的生態(tài)學(xué)研究?？臻g或時(shí)間尺度(space or time scale)一詞在這些領(lǐng)域中的使用最早出現(xiàn)在1980年，之后在1980～1990年間每年以18.9%的速度增長(zhǎng)。

3.2 圖形描述階段

用圖形來(lái)反映時(shí)空尺度最早出現(xiàn)于1978年的生態(tài)學(xué)文獻(xiàn)中。當(dāng)時(shí)Steele把Seommel(1963年)在《自然海洋學(xué)》一書(shū)中表示海平面時(shí)空變化的三維時(shí)空?qǐng)D進(jìn)行了適當(dāng)修改，用圖中的時(shí)空坐標(biāo)重新繪制了兩個(gè)新的不同的時(shí)空?qǐng)D。其中，一個(gè)圖用來(lái)表示浮游植物、浮游動(dòng)物和魚(yú)類(lèi)斑塊的時(shí)空變化，此圖屬概念圖，僅表達(dá)所述現(xiàn)象的尺度。5 a后，這種概念性的時(shí)空?qǐng)D出現(xiàn)在陸地生態(tài)學(xué)研究的文獻(xiàn)中;另一個(gè)圖是用來(lái)比較單艘船只海洋學(xué)研究調(diào)查的覆蓋范圍與使用幾艘船只的海洋學(xué)項(xiàng)目調(diào)查覆蓋范圍的時(shí)空尺度的差異。13 a后類(lèi)似圖形出現(xiàn)在陸地生態(tài)學(xué)的研究中。此后，Horne和Schneider(1994年)又對(duì)Steele(1978年)的圖形做了進(jìn)一步的修改，并采用臨界尺度(critical scale)來(lái)反映在某種優(yōu)勢(shì)的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)中尺度的變化情況圖中的等高線以表達(dá)時(shí)空尺度，兩種速率具有同樣的大小次序，在大尺度上一種速率占優(yōu)勢(shì)，而在小尺度上則另一種速率占優(yōu)勢(shì)。時(shí)空?qǐng)D對(duì)研究生態(tài)問(wèn)題的時(shí)空尺度和研究計(jì)劃完成能力的比較時(shí)很有用處。

3.3 數(shù)學(xué)定量階段

在生物學(xué)與生態(tài)學(xué)領(lǐng)域，尺度的定量化目前已成為一種趨勢(shì)。在定量化過(guò)程中，常用到跨度與冪函數(shù)兩個(gè)概念。在有效時(shí)空?qǐng)D(instrumental ST diagram)中，跨度被認(rèn)為是兩點(diǎn)間的距離，等于規(guī)模與分辨率之比。冪函數(shù)通常被用來(lái)表示兩個(gè)不同量在跨度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，在跨度之間，兩個(gè)量呈指數(shù)變化。在生物學(xué)中，常見(jiàn)的冪函數(shù)通常以一種隱含潛在跨度的形式出現(xiàn)。冪函數(shù)等于一個(gè)量的跨度按指數(shù)為β的形式變化，即:Q(M)/Q(M0)=(M/M0)β。

4 尺度的選擇與轉(zhuǎn)換

4.1 尺度選擇

對(duì)生態(tài)學(xué)格局和過(guò)程變化的認(rèn)識(shí)、評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)，需要有正確的尺度。尺度選擇關(guān)系到尺度研究中的試驗(yàn)設(shè)計(jì)和信息收集，是研究的起點(diǎn)和基礎(chǔ)。從理論上講，尺度選擇應(yīng)該是把生物、非生物和人類(lèi)過(guò)程關(guān)聯(lián)起來(lái)的最佳尺度。但是，在實(shí)際工作中尺度選擇卻經(jīng)常按照人的感知能力或技術(shù)和邏輯關(guān)系的限制來(lái)完成。項(xiàng)目的規(guī)模、目標(biāo)、任務(wù)、資金、完成時(shí)限以及研究對(duì)象的性質(zhì)和復(fù)雜程度等，都會(huì)影響和制約對(duì)其尺度選擇。尺度選擇通常具有層次性，包括核心尺度、小尺度組分和大尺度背景三個(gè)層次，不存在用單一正確的尺度來(lái)描繪一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的情況。為了更加科學(xué)地進(jìn)行尺度選擇，通常需要應(yīng)用空間統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和多元回歸分析。

4.2 尺度轉(zhuǎn)換

尺度轉(zhuǎn)換(scaling)就是在不同尺度之間的辨識(shí)、推斷和預(yù)測(cè)。不同尺度上的生態(tài)實(shí)體和過(guò)程其性質(zhì)受制于相應(yīng)的尺度，每一尺度上都有其約束體系和臨界值。尺度轉(zhuǎn)換包括尺度上推(scaling－up)和尺度下推(scaling－down)，可以通過(guò)控制模型的粒度和規(guī)模來(lái)實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際研究工作中，尺度上推應(yīng)用較多。尺度上推最簡(jiǎn)單的方式就是通過(guò)增加在一個(gè)尺度上的測(cè)定次數(shù)來(lái)預(yù)測(cè)更大尺度上的變化。這種方法是假定系統(tǒng)的性質(zhì)不隨尺度而變化，并且大尺度系統(tǒng)的情況像平均的較小尺度的情況。但這種方法具有片面性，因?yàn)樗荒芙忉屧谵D(zhuǎn)換過(guò)程中時(shí)間或空間的變異性，并且忽視了研究的變量隨著尺度的變化呈非線性的變化。由于生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性，尺度轉(zhuǎn)換通常借助計(jì)算機(jī)建立數(shù)學(xué)模型來(lái)完成。在同一尺度域內(nèi)，由于過(guò)程相似，尺度轉(zhuǎn)換比較容易，模型簡(jiǎn)單適宜，預(yù)測(cè)精度較高;但當(dāng)跨不同尺度區(qū)域時(shí)，由于不同過(guò)程在不同尺度上起作用，尺度轉(zhuǎn)換就復(fù)雜化了，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)混沌、災(zāi)變或其他難以預(yù)測(cè)的非線性變化。目前，常用的尺度轉(zhuǎn)換方法有圖示法、回歸分析、半變異函數(shù)、自相關(guān)分析、譜分析、分形和小波分析等。

5 等級(jí)組織理論和格局與尺度

5.1 等級(jí)理論與尺度

等級(jí)理論(hierarchy theory)和空間尺度都是在20世紀(jì)70年代末和80年代初引起人們重視的，但在生態(tài)學(xué)中尺度概念的出現(xiàn)相對(duì)較早。尺度概念與等級(jí)理論是密不可分的。等級(jí)理論認(rèn)為，任何系統(tǒng)都屬于一定的等級(jí)，并具有一定的時(shí)間和空間尺度。等級(jí)通常等同于生態(tài)學(xué)理論中的組織水平。最簡(jiǎn)單的組織水平系列是細(xì)胞、個(gè)體、種群和群落等。其中，每一水平都由比它低一級(jí)的水平組成，又受比它高一級(jí)水平的制約。不過(guò)這種簡(jiǎn)單的等級(jí)觀還不足以代表生態(tài)學(xué)中所有的過(guò)程和尺度。尺度不等同于組織水平，但等級(jí)理論對(duì)更深入地理解尺度有幫助。等級(jí)被看作是一個(gè)內(nèi)在互相聯(lián)系的系統(tǒng)，在系統(tǒng)內(nèi)上一個(gè)等級(jí)不同程度地制約著下一個(gè)等級(jí)。在一個(gè)等級(jí)系統(tǒng)中，不同的等級(jí)水平其過(guò)程的頻率是不同的。比如說(shuō)，一個(gè)有機(jī)體與其他的有機(jī)個(gè)體進(jìn)行相互作用，因?yàn)樗麄兌忌嬖谕粋€(gè)時(shí)空尺度上;而有機(jī)體就不能與一個(gè)生物區(qū)系相互作用，因?yàn)樗鼈冊(cè)诔叨壬咸幱诓煌燃?jí)。對(duì)于有機(jī)個(gè)體來(lái)說(shuō)，生物區(qū)系是其生存、發(fā)展的相對(duì)穩(wěn)定不變的背景。因此，時(shí)間尺度可以作為識(shí)別尺度內(nèi)不同水平的重要標(biāo)準(zhǔn)，并且存在著不同的時(shí)間和空間尺度來(lái)影響控制作用的運(yùn)轉(zhuǎn)。等級(jí)理論的一個(gè)主要觀點(diǎn)是任何研究都要考慮三個(gè)等級(jí)水平，首先關(guān)注的應(yīng)當(dāng)是焦點(diǎn)水平(focal level)或興趣水平(interest level)。焦點(diǎn)水平被定義為問(wèn)題的函數(shù)或研究的目標(biāo)。然后還必須考慮另外兩個(gè)水平，即焦點(diǎn)水平之上的那個(gè)水平，因?yàn)樗萍s和控制著它的下級(jí)水平，是焦點(diǎn)水平的背景;焦點(diǎn)水平之下的那個(gè)水平，它為焦點(diǎn)水平提供了細(xì)節(jié)，這些細(xì)節(jié)被用來(lái)解釋在焦點(diǎn)水平上觀測(cè)到的行為。等級(jí)理論告訴我們，應(yīng)把注意力直接放在事件發(fā)生或興趣尺度(scale of interest)上。對(duì)于研究生態(tài)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，如果我們改變了尺度，相關(guān)的過(guò)程甚至研究方向都會(huì)發(fā)生改變?？偟膩?lái)說(shuō)，生態(tài)學(xué)研究不同組織水平上生物與環(huán)境之間的關(guān)系，每一層次都有各自的時(shí)間和空間尺度。

5.2 格局與尺度

格局(pattern)是生物或生態(tài)組織水平在時(shí)空尺度內(nèi)的變化式樣。不同的組織水平可以表現(xiàn)出不同的式樣，如種群的分布可以表現(xiàn)出隨機(jī)、均勻和集群三種類(lèi)型，而群落、生態(tài)系統(tǒng)或景觀的格局可以用斑塊(patches)、異質(zhì)性(heterogeneity)等來(lái)表示。格局隨著尺度變化而變化，如在小尺度內(nèi)可能表現(xiàn)為隨機(jī)、均勻和集群分布的種群，在大尺度內(nèi)則為集群分布。對(duì)格局的描述就是對(duì)變化的描述，而變化的定量需要確定尺度。我們必須尋找時(shí)空中變量格局的定量方法，尋找理解格局隨尺度變化的方法。這是一項(xiàng)艱巨的工作，需要涉及到遙感方法、空間統(tǒng)計(jì)技術(shù)和其他一些定量大尺度格局的方法，不僅需要揭示機(jī)制和探索關(guān)系，而且需要在小尺度上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和橫跨系統(tǒng)的操作來(lái)檢驗(yàn)假設(shè)。尺度和格局是兩個(gè)無(wú)法回避的相互交織在一起的概念，識(shí)別格局是識(shí)別尺度的前提。在生態(tài)系統(tǒng)研究中，每個(gè)個(gè)體或種群都在其獨(dú)特的尺度范圍內(nèi)經(jīng)歷著環(huán)境，并以各自獨(dú)特的方式響應(yīng)環(huán)境的變化。沒(méi)有對(duì)有機(jī)體或過(guò)程相關(guān)的特殊尺度的分析，任何對(duì)格局的分析和預(yù)測(cè)都是沒(méi)有意義的。

［1］丁圣彥主編.生態(tài)學(xué)—面向人類(lèi)生存環(huán)境的科學(xué)價(jià)值觀［M］.北京:科學(xué)出版社，2004:11－24.