全 文 ：黄土高原小流域生态2经济重建模式
的尺度概念和方法 3
程　序1 3 3 　刘国彬2 　陈佑启3 　常　欣1
(1 中国农业大学农学与生物技术学院 ,北京 100094 ;2 中国科学院水土保持研究所 ,杨凌 712100 ;
3 中国农业科学院农业区划研究所 ,北京 100081)
【摘要】　对黄土高原地区 11 个水土保持和生态重建科研攻关试验区近 20 年的研究结果表明 ,试区设置
的区划尺度过粗和小流域治理典型尺度过小 ,缺乏中尺度研究和不同尺度间模式及内容转换的方法 ,是典
型模式推广不理想的一个重要原因. 针对小流域治理在尺度上的局限性 ,提出相似度尺度推绎和多尺度互
补研究等设想 ,并进行了初步的研究.
关键词 　黄土高原 　小流域治理 　生态重建 　尺度推绎和互补
文章编号 　1001 - 9332 (2004) 06 - 1051 - 05 　中图分类号 　S181 　文献标识码 　A
Concept and methodology on up2scaling issue of small watershed prototypes for reconstructing ecological e2
conomies in Loess Plateau. CHEN G Xu1 ,L IU Guobin2 ,CHEN Youqi3 ,CHAN G Xin1 (1 College of A griculture ,
China A gricultural U niversity , Beijing 100094 , China ;2 Institute of Soil and W ater Conservation , Chinese A2
cademy of Sciences , Yangling 712100 , China ; 3 Institute of Regional Planning , Chinese Academy of A gricul2
t ural Sciences , Beijing 100081 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2004 ,15 (6) :1051～1055.
The general ecological situation of Loess Plateau is kept deteriorating ,despite great efforts have been made and
some achievements were gained after 50 years’endeavor to control soil erosion and renovate ecological landscape.
Investigations on the past 20 years results from 11 experimental sites showed that the extension of prototypes and
models derived from these sites ,which were all based on one scale of small watershed ,were unsatisfactory. The
possible reasons for such a situation could be attributed to the too coarse scale of map ,on which ,the regional plan2
ning were set up and the locations of these experiment sites were decided ,the too fine scale of the small watershed
which were usually 3～10 km2 in size ,the shortage of studies on various scales particularly on the meso2scale ,and
the lack of methods of scaling on up2scaling. Based on the analysis of restraints in management of small water2
shed ,the specific concept and relevant proposed methods of resemblance2scaling and multi2scale complementarity
were put forward and tested.
Key words 　Loess Plateau , Small watershed management , Ecological reconstruction , Scaling and complementarity.3 国家重点基础研究发展规划项目 ( G2000018606) 、国家“十五”科
技攻关项目 (2001BA508B17)和中国科学院知识创新工程资助项目.3 3 通讯联系人.
2003 - 03 - 26 收稿 ,2003 - 09 - 15 接受.
1 　引 　　言
水土保持一直是过去 50 余年中黄土高原治理开发的基
本目标 ,粮食自给则是农民和基层干部的主要关注点. 政府
通过树立以小流域治理为中心的若干成功典型 ,坚持不懈地
大力推广. 据报道 ,近年入黄泥沙有所减少 ,但对其原因尚有
不同看法. 总体上说 ,黄土高原生态环境的“整体仍在继续恶
化”格局似乎已成为科技界的共识. 黄土高原的水土保持所
取得的成绩仍大大滞后于生态环境建设和社会经济可持续
发展的需求[32 ] . 对小流域治理典型示范作用的客观评价 ,小
流域治理典型的局限定性对形成上述格局的影响缺乏深入
的研究 ;套用传统的行政性“典型引路 ,全面推广”思路在生
态治理和重建活动中存在的弊病是造成这种局面的重要原
因 ,以致许多试点和典型经验、模式的应有作用至今未得到
充分发挥.
对多年来黄土高原治理国家科技攻关项目所在的 11 个
试区的全面调研[8 ,9 ,16 ] 、查阅相关文献[2 ,15 ,24 ]后发现 ,尽管
几乎所有攻关试区自身的生态治理和恢复重建成效都很明
显 ,但在面上推广情况普遍都不理想. 初步的原因 :1) 衡量科
技攻关项目完成程度的指标存在较严重的缺陷 ,重点都放在
一些围绕生产指标如粮食单产、农业产值、农民人均纯收入
等单项技术的效果上 ,对整体的生态治理和建设很难产生直
接作用 ;2)各试区通过长期努力 ,总结出了各自的生态治理
和建设模式. 这些模式只是所谓“综合技术体系”;多数提法
较笼统 ,缺乏可操作性 ,很难为行政部门所采纳 ,因此难以得
到真正的重视 ;3)黄土高原地区有十余万个小流域 ,其生态、
社会、经济异质性很大 ;单个生态治理和建设模式在面上推
广时 ,制约和影响因子的数量及复杂程度也随着尺度的扩大
而急剧增加.
本文试图通过探讨生态重建模式推广中的尺度推绎放
应 用 生 态 学 报 　2004 年 6 月 　第 15 卷 　第 6 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,J un. 2004 ,15 (6)∶1051～1055
大问题 ,寻找指导此类活动的科学原则和途径.
2 　基本概念
211 　小流域
小流域是指山地、丘陵、低岗地区一个独立完整的集水
区. 在中国 ,通常指河流分级中最低一级有常流水的沟道 ,故
又称作沟道小流域. 黄土高原地貌的一大特色 ,就是在沟壑
切割下的无数残塬、峁、梁和小流域. 以陕西中北部的黄土高
原为例 ,每 1 000 km2 内可有 200 多条小流域 ,平均面积为 6
km21一个幅员为 5 000 km2 的县 ,可有 1 000 多条小流
域[36 ] . 借用生态学关于尺度的度量标准 ,它属于小尺度 ,是
一种大于基本均质生态单元、种群和群落 (社区)等微尺度的
景观单元.
212 　尺度和尺度推绎
随着景观生态学的发展 ,尺度问题对生态学家显得越来
越重要 ,希望藉以研究生态过程与空间格局之间的相互关
系[11 ,18 ] .对于诸如土壤过程、植被分析等问题预测的科学
性 ,取决于所使用的尺度是否适当. 试图用在某一尺度上发
生的某种机制来解释多个尺度或层次的格局几乎是不可能
的.必须进行同一层次或不同层次间的尺度间推绎 ( scal2
ing) [27 ,31 ] . 生态学中大多数的研究是在小范围和短时间内完
成的. 其研究结果很难说明在大的时空尺度上发生的生态格
局和过程. 然而大多数环境和资源管理问题是发生在大、中
尺度上 ,需要在相应的尺度上去解决[30 ] . 要解决大尺度问
题 ,必须将一个尺度上的信息转换到另一个尺度上 ,这就是
所谓的尺度推绎. 它是把在某一尺度所获得的信息和知识拓
展转换到其它尺度上. 从小尺度推至大尺度为放大 (upscal2
ing) ;或是从大尺度推至小尺度 (downscaling) . 通常遇到的多
为尺度放大问题 ,采用的方法是简单聚合法或直接/ 期望值
外推法[31 ] . 但它们均会产生空间“聚合误差”[19 ,20 ] ,从而影
响到尺度推绎的准确性. 国际学术界认为 ,尺度推绎无疑是
现代生态学的一个核心问题 [31 ] .
213 　多尺度和统一尺度问题
Wossink[30 ]认为 ,资源和环境管理同政策、机制和体制
关系极大. 只有上升到中尺度即区域以上的层次 ,才能涉及
到这类问题. 因此 ,尺度的转换和推绎对习惯于在微、小尺度
上从事较精确研究的自然科学家 ,特别是生态学家研究成果
的应用 ,显得十分重要. 另一方面 ,绝大多数的资源和环境管
理问题发生在大、中尺度上. 以土地可持续利用为例 ,自然科
学家和社会科学家都在各自进行深入地研究. 值得注意的是
研究尺度的很大差异. 近年来出现过许多从土地利用变化角
度来模拟和预测某个国家食物安全保障的研究案例 ,采用的
大多是跨区域的国家尺度 ,精确度很差. 例如在一项中、比、
荷对中国土地使用变化预测的国际合作研究中 ,即使已把尺
度缩放到 1 296 km2 (33 km ×33 km) ,Verburg[28 ]认为还不
够精确 ,主张必须用其模型 (CLU E)再做地 (市) 、县尺度并配
合农户层次的调查 ,来弥补由于使用过大尺度单元而损失的
大量有价值信息. 1997 年发表在《Nature》上关于全球生态系
统服务价值度量的著名论文 [5 ] ,是以 Costanza 为首的一大批
生态学家和社会学家“合成”生态学研究成果的结晶 ,开创了
生态经济学的新阶段. 但是近来他们意识到这种度量由于尺
度问题而带来的粗放性和不完善处 [6 ] ,改用图像分辨率精确
到 1 km 的全球地图. 而采用较粗尺度估算出的生态系统服
务价值 ,比采用较细尺度 (如 30 m 分辨率) 估算出的值要少
一半[6 ] . 其次 ,当今世界上的重大问题如全球变化 ,无一不要
求必须进行跨学科的资源和环境大尺度研究. 欧洲景观生态
学家认为大尺度是包括人类在内的生态2地理系统 ,因此必
须把经济、社会、人文等也作为景观的基本组分来研究. 典型
的范例是荷兰瓦赫宁根大学研究开发的“生态区域途径方
法”(eco2regional approach methodology) [22 ] ;其对象是研究解
决区域层次 (相当于行政上一省或数省的范围) 的土地可持
续利用决策. 核心是将经济、社会、人文等变量纳入反复式多
目标规划 ( Iterative Multi2Goal Linear Program , IM GL P) 的
LU PAS 模型之中 ,在东南亚和南亚国家试用收到很好的效
果[13 ] .
214 　黄土高原农业景观的独特性
农业景观是一种不同于自然或半自然景观的特殊的人
工景观 ,比自然景观具有更大的变异性 [10 ] . 如果研究的目的
是为了搞清这类特定景观的结构、功能和动态 ,必须明确地
将社会、经济和政治因素作为景观的组成部分加以研究 [31 ] .
农业景观同土地和景观的规划、管理、保护和恢复关系密切 ;
Steinhard[23 ]等用 ABIMO 和 SWA T 模型 ,在德国东北部进行
了流域 (400 km2)及政区 (4 000 km2) 的中尺度研究 ,解决农
田及其它土地利用方式配置在农业引起的非点源污染和区
域地表/ 地下水平衡上的矛盾 ,为决策者采用. 中国迫切需要
开展类似的跨尺度和多尺度的理论及实际的研究. 黄土高原
农业景观除有一般农业景观的特征外 ,还有其独特性. 例如
即便在同一小流域内 ,也存在生态条件方面随处可见的土壤
水分等“微地域”分异[33 ] ;社会条件方面小流域的封闭性 ,经
济条件方面人口密度、矿产资源和距离城镇的远近等 ,都在
很大程度上影响着某一地理或行政单元内人们对资源开发、
生态环境和农业经营方式的态度.
3 　生态治理和重建中存在的问题
311 　自然、社会与经济条件复杂性与“典型引路”式推广的
矛盾
黄土高原具有十分独特而极其复杂的自然生态景观 ,以
及在此基础上不同发展阶段的区域社会与经济特征. 黄土高
原地区的治理、开发与发展问题长期以来得到了中央与各级
地方政府的高度重视 ,取得了很多成功的经验. 但是 ,面对
610 ×105 km2 广袤的黄土高原 ,在不可能投入巨资全面铺
开 ,主要是工程治理的前提下 ,如何更有效地推进治理与重
建 ,是摆在黄土高原开发与治理过程中无法回避的一个重要
课题.
套用“典型引路”这种行政色彩甚浓的路子来解决全局
性生态治理和环境建设问题 ,往往差强人意. 实践证明 ,在要
2501 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　15 卷
求生态环境重建的同时农村经济也须得到发展的“双赢”态
势下 ,以及面对千差万别的以农户为“细胞”的社会2经济2生
态复合环境 ,大面积照搬、照套某一种或某几种模式 ,是不可
能行得通的.
一个带共性的问题是如何解决要面向 610 ×105 km2 的
黄土高原 ,又只可能在极有限的几个试验点 (或试区 ,每个均
为小流域 ,面积在 10 km 以下)进行具体研究 ,并希望能从这
些极有限的试点总结出带有规律性和普遍意义的结论 (或模
式、经验等) . 科技人员也在以往自然资源普查的基础上 ,结
合社会经济条件进行了综合治理开发的区划 ,但结果往往事
与愿违. 希望这些模式或经验会因为十分有说服力而“不推
自广”,已被证明是不切实际的 (至于个别或单项技术能较好
地普及 ,则属另一种性质的范畴) . 其要害一是过去对“典型”
所能代表的区域尺度的过高期望值同实际存在的高度异质
性不可调和 ;二是不懂得随着尺度的增大 ,所涉及的因素会
越来越多 ,关系会越来越复杂.
312 　小流域尺度治理典型的局限性
小流域是山地丘陵景观重要的“细胞”单位. 每个干支流
流域乃至干流流域都是由千万个小流域构成. 小流域治理确
是一种有创造性的极其重要的工作方法. 1979 年 ,国家计委
和农业部在全国性黄土高原学术讨论会上提出了以小流域
为治理单元的必要性. 1980 年 ,水利部门全面推广了山西吉
县以小流域为单元治理的经验 ;国家先后进行了 17 片水土
流失小流域综合治理示范 ,涉及 10 000 余条小流域 ,其中已
成功治理了 3 000 多条 ,黄河流域入黄河泥沙量比多年平均
减少了 310 ×108 t . 但这些并非意味着某个或几个小流域的
做法及经验可以任意“外推”到更大的尺度.
各种生态治理、建设的措施可以不考虑涉及非技术、非
农 (林牧)业的因素 ,甚至于可以做到理想化的程度. 但小流
域的经验一旦面对几百数千平方公里以上的流域 ,则必然会
遇到一系列新的、综合性的问题 ,从而导致“推广”的失败. 即
便对同一小流域治理典型 ,认识和看法也可能不同 ,甚至截
然不同. 以米脂县高西沟村为例 ,该典型的一条根本经验是
早在 1958 年起就实施坡地退耕还林牧. 大体每修 1/ 15 hm2
水平梯田就同时造 1/ 15 hm2 林、种 1/ 15 hm2 草和养 1 只羊
(猪) [34 ] . 当 1978 年底 ,《光明日报》开辟“关于西北黄土高原
建设方针的讨论”专栏 ,着重探讨高西沟大队经验的启示时 ,
专家们却出现了几种分歧意见. 一种认为据此应立即开始推
行“以牧为主”的方针 ;另一种则主张“以林牧为主”;有的认
为农、林、牧应平分土地 ,土地耕作“三三制”有普遍意义 ;还
有的认为主要应强调农田基本建设 ,等等. 如不加以分析地
贸然用这些基于对某小流域模式的理解而提出的某一主张 ,
就对整个黄土高原的治理进行决策 ,很可能出现指导方针上
的巨大偏差.
对于一个占地几十万平方公里的巨大流域 ,采取选建若
干只是小流域尺度的“试点”,“解剖麻雀”,接着树立“典型”,
然后企图将它们“外推”到整个流域 ,解决全流域的问题. 这
种研究思维方式几乎等同于标准的西方“解析/ 分解2分别研
究2组合/ 还原”(即 Reductionism)路线 ,而现在西方国家科学
家和国际学术界正在反思和批判这种模式. 从景观生态学对
尺度问题的分类上看 ,它也只采用了所谓“自下而上”(bot2
tom2up)的途径 ,而缺乏“自上而下”(top2down) 的途径[29 ] ,是
不完善的.
小流域治理局限性的形成还有以下几点 : 1) 一些加上
“领导试点”头衔的很少考虑措施的经济可行性 ;2) 忽视所利
用的某些生产要素在大范围的可利用度问题. 例如 ,对水资
源的利用没有考虑全流域的“生态用水”;3) 由于产品少 ,无
法形成规模 ,几乎不考虑产业和市场 (出路) 问题 ;4) 不考虑
农产品特别是粮食的区域性总体平衡 ;5)完全不考虑所谓阈
值而追求“完美”;6)完全涉及不到政策等对大尺度区域生态
重建至关重要的因素. 此外 ,试点往往有某些特殊“待遇”. 对
此 ,包忠谟[1 ]曾一针见血地指出 ,以小流域为单元进行水保
治理 ,考虑的主要是自然资源条件 ,极少考虑重大的区域性
社会经济环境背景 ;只可能作小幅度的生产结构和土地利用
结构的调整 ,在经济发展上有显著的局限性. 强调以小流域
为单元进行水土保持治理 ,不符合当前实际 ,甚至会阻碍水
土保持事业的发展. 蒋定生 [14 ]曾提到 ,有些重大问题如生态
建设的投资的合理构成 ,在小流域尺度内无法解决.
鉴于此 ,我国一些学者开始思考如何跳出单一搞小流域
治理尺度过小的束缚和避免其局限性 ,提出了开展中尺度研
究和类似“中试”式的生态重建的设想. 一些省、市级的地方
政府也对科技部门提出了相似的迫切要求. 近年来 ,应陕西
省和延安市政府的要求 ,中国科学院水土保持研究所先后设
立了延河流域 7107 km2 和陕北 810 ×104 km2 的中尺度综合
治理试验示范区 ,就是对经济建设和科技两方面客观需求的
一种及时反应. 另一方面 ,尺度过大带来的问题也已引起科
技人员的注意. 前面提到的 10 余个攻关试区 (点) ,都是按照
中国科学院黄土高原综考队 1990 年做的区划 [7 ]分别布局 ,
意在尽可能有代表性. 但由于该区划图使用的比例尺很小 (1
∶4 000 000) ,尺度过粗 ;而且所采用的区划指标也有一定的
局限性 ,因而影响到治理典型 (试区) 的推广适宜度. 常茂德
等[3 ]指出 ,以往的水土保持区划只分到像“高原沟壑区”一
级 ,没有再细分. 缺乏一个较为明晰、系统的区域划分 ,来指
导综合治理的方向 ,不利于水土保持的分类指导. 因此 ,在这
样的背景下提出尺度转换 (推绎)的课题 ,应当说是符合客观
需要的.
4 　对策和方法探讨
411 　高精度的大比例尺区划
1990 年 ,中国科学院黄土高原综合科学考察队所做的
“综合治理开发分区”,已不是一个单纯的自然区划 ,开始注
意到经济、人口等因素. 但因采用的是 1∶400 万的比例尺 ,将
黄土高原地区分成 12 个综合治理开发区 ,每个区平均面积
达 510 ×104 km2 ,可以包容数个干支流流域的面积 ,尺度显
得过粗 ;例如在“晋西陕北区”中 ,将属于风沙区2土石山区的
靖边等县同黄土层深厚的延川等县划为同一区 ,两者的条件
35016 期 　　　　　　　　　 　程 　序等 :黄土高原小流域生态2经济重建模式的尺度概念和方法 　　　　　　　　　　　
差异很大. 类似的问题也出现在黄土高原其他种类的区划
中[35 ] . 以植被重建为例 ,现已认识到不但要遵循“适地适树”
的原则 ,而且还必须遵循“适地适林”的原则 ,才能获得理想
的效果[4 ] . 黄土高原的土壤水分、土质、地貌等相关条件千差
万别 ,在一般所采用的几百万分之一的植被区划图上 ,是不可
能反映出这些重要信息的.用它指导小流域模式的外推 ,必然
出现大的偏差.因此 ,应进一步做二级、三级以及自然2社会2经
济区划 ,落实到五万分之一甚至一万分之一图上 ;并且在精确
区划的基础上再来考虑试验示范基地的布局.
412 　相似性研究和区划
相似度 (resemblance)是国际景观生态学术界提出的关
于尺度推绎的概念之一 [27 ] ,同我们关于进行精细尺度区划 ,
并在此基础上分别确定不同类型治理开发典型的适宜推广
域的思路不谋而合 ,可用以指导有针对性而非盲目性地推广
生态治理开发典型的模式. 相似度分析的关键是指标体系的
确立. 指标过多、复杂 ,或关键指标遗漏都会影响分析的精
度.为此 ,通过征集长期工作在黄土高原治理开发第一线的
老专家的意见 ,初步整理提出两大类关键指标. 生态类 :包括
沟壑密度、侵蚀模数、土地资源量、初级生产力 (潜力) 、降水
和土壤水、植被分布所处的带. 社会经济类 :包括社会经济发
展阶段、距中小城市 (镇) 距离及交通条件、市场条件 (购买
力、容量) 、人口密度、农产品自给率及商品率. 基于相似度的
精细尺度区划将在万分之一以下土地利用图上 ,受 GIS支持
而实现. 其次 ,不但要做小流域相似度分析 ,还要做支流和干
支流流域的相似度分析 ,指标包括流域的形状、土地类型、降
水及土壤水分生态等.
413 　多尺度互补研究
鉴于上述小流域尺度的局限性以及大区域 (整个黄土高
原地区尺度区划的不足 ,应把能够链接小尺度研究成果同大
尺度 (大面积) 推广的中尺度研究作为关键的一环 ,进行补
充. 这里 ,把“中尺度”定义为黄河干支流流域或其相当的部
分 ,面积在几百平方公里至数千平方公里. 黄河有若干干支
流 ,仅在中游的晋、陕两省 ,就有窟野河、秃尾河、无定河、延
河、洛河及汾河等. 前面提到的中尺度研究资源环境问题的
成功案例 (德国) ,是围绕一个或几个关键性问题 ,如土地可
持续利用 ———有利于流域地上/ 地下水平衡 ,或尽可能减少
包括泥沙在内的农业非点源污染物数量等的配置而进行的 ;
多尺度途径也是当前国际一种趋势 [23 ,26 ,28 ] ,值得借鉴. 不同
的尺度所涉及的问题各异 ,表 1 显示了这种带规律性的现
象 ,从中可以看出 ,只有到了中尺度以上的层次 ,才有可能逐
步涉及到政策、机 (体) 制、产业、结构调整、市场等与大面积
生态治理和重建的实践密切相关的因素 ,并在中尺度规模上
首先对小流域治理开发典型的内容与这些因素的相互作用
进行验证 ,同时做可行性分析 ,从而组成一种多尺度互补的
系统. 从 2000 年起 ,我们在陕北延河流域进行了中尺度研
究 ,通过顶层设计途径 ,对延河流域上、中游交界段 707 km2
的范围 ,总结和有计划地建立多个治理开发模式 ,并探索每
一种模式所依托的生态、社会和经济条件 ,及其同全流域的
对应关系. 同时 ,利用 LU PAS模型[12 ] ,分析中尺度层次上土
地利用与生态、社会和经济条件的多目标、多利益相关者关
系 ,期望最终为决策提供科学依据. 在此过程中 ,也有一个被
国际同领域专家提出 ,自然科学家 (多明晰地、小尺度地考察
现象)同社会学家 (多模糊而大尺度) 的尺度如何统一的问
题[17 ,21 ] .
表 1 　黄土高原地区不同尺度单元及其主要生态2社会2经济限制因子分类
Table 1 Classif ication of different geographic scale2unit and their ecological2socioeconomic restraints in Loess Plateau
平均面积 (km2)
Average size
主要生态限制因子
Major ecological limiting facotrs
主要社会2经济限制因子
Major social limiting factors
农户 (地块) Farmer household 01001 水、土地资源拥有量 ;坡度和坡向 决策能力 ;农民个体行为目标
沟道小流域 Gully watershed 1～3
小流域 Small watershed 5～10 微地形 ;在流域中所处位置 ;小气
候 ;土壤肥力
农民收入与生态效益的矛盾 ;农民目标 (粮食自给等) ;
技术服务 ;农业内部各业的比例
一般支流流域 Tributary area 100～500
干支流流域 Major tributary area 5000～10000 地形 ;气候变化 ;灾害 ;植物种群分
布 ;土质 ;自然资源禀赋
信息畅通度 ;农业各业结构与支柱产业的关系 ;所在行
政建制 (乡、县)单位利益 ;多余劳动力出路 ;生产资料及
市场的可得性 ;交通设施生态重建指挥机构能力
流域 Valley 50～10 ×104 气候、地质、地貌、生物区系和水文
等的类型和禀赋
主导产业及一、二、三产业的比例 ;市场竞争力 ;治理开
发投资机制及能力 ;治理开发决策能力 ;省、市行政部门
利益 ;政策与政府行为 ;粮食安全保障 ;劳动力充分就业
区域 Region > 100 ×104 生态系统服务价值的体现 农村经营机制及农民经济组织 ;资源优化配置及投资能
力 ;生态安全、粮食安全保障、农民小康等国家目标
414 　多尺度模型推绎
模型分析是景观生态学不可缺少的手段 ,但多数模型所
适应的空间尺度往往较小. 以被各国广泛引用的土壤侵蚀
EPIC( Erosion2Productivity Impact Calculator) 模型为例. 它是
在 20 世纪 70 年代初 ,美国农业部研究局组织全国多学科交
叉的科学家 ,研发成功的一种基于动态变化过程的非点源污
染物 (主要是冲刷和飘浮的土壤微粒)模拟模型. 最初主要用
以模拟尺度为一个地块或最大为数平方公里小流域的土壤
侵蚀及其与作物生产力间的相互关系. 遇到较大的对象区
域 ,就不得不采取手工分割分小区 ,逐个模拟再聚合的办法 ,
程序十分繁杂. 针对这个问题 ,APEX(Agricultural Policy/ En2
vironmental extender)模型在 EPIC 模型设计功能基础上 ,进
行升级和扩展. 其尺度已扩大到可针对某一个农场或者一个
干支流流域 (几百平方公里) 的自然资源和生产资源进行规
划和管理. 为了解决更大尺度空间 (一般为几千或者上万平
方公里的区域) 的模拟计算问题 ,在 EPIC 和 APEX 模型的
基础上 ,SWA T(Soil and Water Assessment Tool)模型在 20 世
纪 90 年代应运而生. 该模型能自动将一个流域划分为成百
4501 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　15 卷
上千个网格单元 (或子流域)之后运行 ;且可以模拟足够长时
间尺度段内 ,例如水库 50～100 年的淤积过程等的管理效
果. SWA T 按子流域和数据类型分为独立的文件 ,使它与
GIS(地理信息系统) 的链接更加方便 ,成为 AV2SWA T (Ar2
cview2SWA T) .
致谢 　中国科学院水土保持研究所杨文治、山仑、李玉山、卢
宗凡、邹厚远和梁一民研究员和西北农林科技大学包忠谟、
鲁向平教授曾给予帮助和建议 ,谨致谢意.
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作者简介 　程 　序 ,男 ,1944 年 6 月生 ,教授 ,博士生导师 ,
长期从事农作制度和农业生态学的研究和教学 ,发表论文
80 余篇 ,其中 SCI 收录论文 4 篇. Tel :010262891002 ; E2mail :
chengxu @95777. com
55016 期 　　　　　　　　　 　程 　序等 :黄土高原小流域生态2经济重建模式的尺度概念和方法