研究中容易被人忽略的時空尺度問題

尺度這個詞，大家會認為只用于“微觀、中觀、宏觀”等這樣的場合，但實際上，只要研究的系統(tǒng)大小不同，其尺度就是不同的，當我們用不同大小的系統(tǒng)開展試驗，就會因為研究尺度的不同而會使結(jié)果不同。例如，在研究鰱鳙與藻類的關(guān)系時，很多人就選擇了利用圍隔、水族箱等實驗系統(tǒng)，這樣做的好處顯而易見：容易設置重復組、實驗容易開展、成本和研究的條件可控，而利用池塘做這樣的研究，首先設置重復組時，需要很多個池塘來做研究，不容易能找到條件相同或類似的池塘，或者各池塘較難保持在相同的實驗條件，成本也會增加很多，而利用湖泊研究，連設置重復都不可能了。那么在水族箱、圍隔、池塘和湖泊中鰱鳙與藻類的關(guān)系是否相同呢？答案顯然也是否定的，因為，尺度不同，很多的生態(tài)條件就會非常不同。但這個問題卻常常被忽略，忽略的結(jié)果，就是把圍隔試驗得到的結(jié)果輕易和直接外推到湖泊/水庫中。

那么圍隔、池塘和湖泊三種系統(tǒng)在研究鰱鳙控藻時會有哪些差異呢？為什么不能直接外推實驗結(jié)果呢？

首先，因為系統(tǒng)的大小直接決定了生物多樣性的大小。無論是浮游植物本身，還是整個系統(tǒng)的生物群落多樣性，在圍隔、池塘和湖泊都是不一樣的。所以，表面上看，我們放養(yǎng)的鰱鳙的密度相同，但密度僅僅是其中的一個影響因素。不難想到，實驗圍隔通常是個封閉系統(tǒng)，沒有與外界有物質(zhì)交換，水流靜止，生物多樣性低，生態(tài)系統(tǒng)多樣性更低，湖泊是開放系統(tǒng)，因此每時每刻都在接受外界的各種輸入影響（干擾），生境多樣，生物多樣性高，而池塘就介于兩者之間。也許你可能說我們可以通過水泵等給圍隔一個水動力，以模仿湖泊中的水流，但實際上這是很難模仿的，因為湖泊水流是沒有規(guī)律的，強度、流向本身是多變的，水庫雖然有一個單方向的水流，但其水流大小也是各處并不相同，而無論是充氣還是用水泵加一個水流給圍隔系統(tǒng)，都無法重現(xiàn)池塘和湖泊的生態(tài)條件。而最不能模仿的是自然湖泊的棲息地多樣性，其中包括庇護所，只有大的系統(tǒng)，才能為生物提供庇護所。庇護所并非一定有一個構(gòu)筑物，只要有遠離捕食者的一個空地，就可以成為一個庇護所。在自然湖泊中，鰱鳙的密度通常都不可能很高，從而為不同空間的浮游動物和藻類提供了庇護；然而在一個小的水族箱、圍隔中，鰱鳙都可以在瞬間觸及系統(tǒng)的每一個角落，浮游動物可謂是無處藏身的。正是由于這些差別，也造成了浮游植物、動物在這些系統(tǒng)中生產(chǎn)力的巨大差異。池塘的浮游植物生產(chǎn)力高，而湖泊的浮游動物生產(chǎn)力較高，從而使鰱鳙的餌料資源出現(xiàn)巨大差異。漁民在長期的生產(chǎn)實踐中早就觀察到了，在池塘養(yǎng)殖鰱效果好，而在湖泊養(yǎng)殖鳙的生長更好，這充分反映了兩種系統(tǒng)的這些生態(tài)特點上的差異。不僅生物組成及其生產(chǎn)力存在著空間大小不同之間的差異，水質(zhì)本身也如此，在湖泊中會存在溫躍層、沿岸帶與湖心帶等不同區(qū)域，而在實驗圍隔中，各種水質(zhì)指標都是非常均一的，這些都是尺度不同所造成的無法克服的系統(tǒng)差別。只有充分了解了這些差別，才能在將圍隔系統(tǒng)結(jié)果外推到湖泊中時做到心中更大的把握，同時也能掌握其中的分寸。

然而遺憾的是，有些研究者，由于忽略這些可觀察的差異，或者過分迷信自己的研究結(jié)果，或者過分迷信一些所謂的理論，硬是認為湖泊控藻只能用鰱、不能或只能少用鳙，無視湖泊中鰱的生長已經(jīng)很慢、個體很瘦了的事實，（眾所周知，這些都表明其種群與餌料生物生產(chǎn)力已不匹配），仍要片面強調(diào)要多放鰱、少放或不放鳙。這種現(xiàn)象，我們也可以稱為當代的“寧信度勿信足”，我們希望這些研究者能對系統(tǒng)有更全面的考察和了解，以免因為自己作出的錯誤決策，而影響到湖泊生態(tài)系統(tǒng)的真正保護。

談過了空間上的尺度，我們再來看看時間上的尺度。我們在學習生態(tài)演替的時候，大家都已經(jīng)非常了解了地質(zhì)演替和生態(tài)演替的區(qū)別，即有些變化需要以地質(zhì)年代（百萬年跨度）加以衡量，而有些變化需要在生態(tài)尺度（從數(shù)年至幾百年的時間尺度）上衡量。當然生態(tài)演替這樣的事件，在生態(tài)學中是比較宏觀、變化相對較緩慢的，然而大多數(shù)的生態(tài)過程，其變化卻要迅速得多。這就要求我們在開展生態(tài)學研究時要注意選擇一個合適的時間尺度來研究的問題。還是舉例來說吧。

生態(tài)學調(diào)查是水環(huán)境研究的基礎。在開展生態(tài)調(diào)查時，我們就面臨著是按季度、按月采樣，還是按更短的時間間隔（半月、10日或周）采樣的問題。通常水體中的水化學指標、浮游植物的含量和種類組成等變化是比較快速的，而魚類的組成又相對要慢很多，而生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性或狀態(tài)則會更慢，因此當我們研究不同的對象，就要選擇不同的時間尺度去研究，如果時間尺度不合適，那么即使所用方法很先進，得到的結(jié)果也仍有可能存在很大的偏差。

就時間尺度而言，目前我國水域生態(tài)學研究中可能存在著這樣一些問題。

首先，缺乏時間尺度上的考量。比如，我們在研究水質(zhì)變化時，都用的是某種化學指標（如氮或磷）的濃度，而不是其隨時間變化的數(shù)量（如負荷loading）來衡量。因為濃度只能反映采樣當時的現(xiàn)狀，并不能反映其隨時間的變化，這就使得我們的研究常常缺少時間尺度上的體現(xiàn)。由于我們的采樣間隔長，所以就不能正確地反映水環(huán)境的變化規(guī)律，同時使我們據(jù)此作出的評價也容易出現(xiàn)偏差。

同樣，我們的水環(huán)境評價標準也如此，均只設定了一個濃度限值，而沒有在時間上的變化。但現(xiàn)實中，我們的環(huán)境卻是處在千變?nèi)f化中，這就造成了環(huán)境管理者的較大困擾。大家知道，我國的水庫普遍水質(zhì)較好，其營養(yǎng)程度通常都在寡營養(yǎng)-中營養(yǎng)狀態(tài)，但這并非是說這些水庫的水質(zhì)每時每刻都能達到這樣的優(yōu)質(zhì)狀態(tài)，比如汛期。由于水庫普遍具有較大的流域，因此，汛期大量外來營養(yǎng)物輸入，就會使其在短時期內(nèi)出現(xiàn)了所謂的水質(zhì)超標現(xiàn)象。在五水共治和環(huán)保督察時，這些月份就出現(xiàn)了水質(zhì)的超標問題，有關(guān)的管理者就面臨著巨大的壓力。

我們在開展千島湖的水生態(tài)調(diào)查過程中，也清楚地看到了水質(zhì)變化的這一過程，當水體流速較大時，上游某個采樣點的水質(zhì)，能很快地影響到第二個采樣點的水質(zhì)，而當水流較慢時，上游樣點的水質(zhì)可能要在下個月的某個時間才影響到第二個采樣點，這時，如果能選擇合適的時間尺度，就能把這個過程完整地反映出來，如果選擇的時間尺度不合適，那就很難得到采樣點之間的這種過程的變化。也正是通過這些觀察，我們才發(fā)現(xiàn)，時間尺度和水動力過程，實際上在研究湖泊的生態(tài)學中有著非常重要的作用。忽略了這些時空尺度，盡管我們也能得出水質(zhì)的某種變化，但就不能較好地揭示其中的驅(qū)動力及其關(guān)聯(lián)關(guān)系。