土壤侵蚀学和生态学是联系最紧密、交叉渗透最深的两门学科，从广义上讲，它们都应该是属于自然地理科学理论体系范畴，纵观自然科学的发展历史，“范式”较早地出现在生态学中，并且形成了一系列对生态学的发展有重要影响的“范式”，主要经历了：平衡范式 (Equilibrium paradigm)、非平衡范式(Nonequilibrium paradigm)及多平衡范式 (Multiple equilibriumparadigm)、等级缀块动态范式 (Hierarchical patch dynamics paradigm)四个过程，这是一个逐渐完善成熟的发展过程 (邬建国，1996；张镱锂等，2002)(图3-1)。生态学理论观点对土壤侵蚀科学的发展有重要的影响意义。

首先生态学“范式”起源于自然均衡论，并由此最先产生了生态学平衡范式，也称为生态学经典范式，它强调生态系统在不受人类干扰的情况下总是处于稳定平衡状态，各种不稳定因素和作用相互抵消，从而使整个体系表现出自我调节、自我控制的特征。但是自然界并非处于均衡状态，经典的平衡范式很难对某些实际的生态学现象做出解释，为了进一步解释用经典平衡范式不能解释的生态学现象非平衡范式及多平衡范式应运而生，非平衡范式强调的是生态系统的瞬时变化状态、系统的开放程度以及外部环境与系统之间的相互作用的方式和内容，其强调物理环境的随机作用，以及环境因素对生态系统的局部干扰程度，即生态系统的异质性，并由此导致了群落水平缀块动态观点的产生；随着现代科学的飞速发展和学科间的彼此融合与协作，有关系统非平衡态的一些理论和概念，如耗散结构理论 (dissipative structure theory)、非线性数学(nonlinear mathematics)、混沌理论(chaos theory)等被逐渐引入了生态学研究领域，从而也导致了多平衡生态学理论和多平衡生态学范式的建立和发展，其强调生态系统的空间结构，并且为许多生态学现象(尤其是多物种共存和多样性问题)提供了满意的解释。从发展过程来看，生态系统是个具有时空缀块性、结构层次性以及空间异质性的复杂系统，其中各个部分相互作用镶嵌在一起。生态学发展到今天，平衡范式、非平衡范式及多平衡范式均不足以提供一个能将异质性、尺度和多层次关联作用整合为一体的概念框架。在这种背景下，邬健国和Loucks(1992)将缀块动态观点(Patch dynamics)和等级理论(Hierarchy theory)相结合，提出了等级缀块动态范式的概念，为生态学的研究和发展提供了一个新的理论框架，并促进了新方法、新观点的产生和发展，对现代生态学的发展起到了巨大地推动作用。

图3-1　生态学范式发展历程示意图 (邬建国，1996)

生态学中的自然均衡思想、系统非平衡态理论、等级缀块动态理论对土壤侵蚀科学的发展同样是适用的，像其中的自然均衡思想是无时不体现在土壤侵蚀防治中，目前系统非平衡态理论中的耗散结构理论已经被广泛地应用到土壤侵蚀科学研究中，但是对土壤侵蚀科学研究影响最深的应该是最能体现等级缀块动态观点的景观生态学。景观生态学 (Landscape Ecology)是研究在一个相当大的区域内，由许多不同生态系统所组成的整体 (即景观)的空间结构、相互作用、协调功能及动态变化的一门生态学分支。景观生态学以综合、整体的思想审视生态环境的现状和变化，为人类成功地解决所面临的生态环境问题提供了新的理论和方法，流域规划中应用景观格局特征，如何根据气候、地貌、水资源和土壤因素以及经济社会因素，合理地配置景观要素，以达到景观结构与功能的最优化，是保护生态环境与发挥流域土地生产潜力的重要途径(伍业钢，1992)。

景观生态学中对土壤侵蚀与水土流失防治与调控措施的研究最具有影响和参考价值，其强调整个系统的时间和空间尺度 (temporal and spatial scale)，强调整个系统层次上的协调发展。水土流失的成因、类型、强度等方面因地域不同而存在明显差异，小尺度上的研究仅可以摸清其机制。在小尺度上以小流域为单元进行治理符合水力侵蚀的基本规律，但水土流失研究不能仅从单因子方面入手，而应从景观水平上综合考虑，从中找出主要的生态因子 (杨风亭，2004)。

在目前水土流失综合治理范式研究过程中“尺度”研究是个热点，因为在水土保持研究过程中离不开地区实际资料的观察，但是这些资料在时间延续性上和空间的分布上都是很有限的，这就要求我们把分析这些资料所得到的研究成果、信息及知识合理地推测到其他尺度上，在这种尺度推演过程中，我们必须考虑整个系统的结构格局、异质性以及受到外界的干扰程度。异质性就是系统中不相关或不相似的组成部分，反映的是系统或系统属性 (如土壤含水量、土壤的侵蚀类型以及侵蚀机制)的变异程度。空间异质性有三个组成部分：空间组成(即系统的类型种类、数量、强度及面积比例)、空间结构 (即系统的空间分布、斑块形状、大小和数量)、空间相关 (即各系统的空间关联程度、整体或参数的关联程度、空间梯度和趋势度以及空间尺度) (刘世梁等，2007)。一个小的尺度上表现的异质性放在更大的尺度上分析时就可能变成同质性 (Homogeneity)，同质性是相对异质性而说的，从哲学角度来说，异质性是绝对的，同质性是相对的；同样在一个小的尺度上由于干扰表现出的不稳定性放到更大的区域上考虑可能就是稳定的，所以在水土流失防治研究中考虑尺度是十分有意义的，不同等级水平上的系统的空间和时间尺度的大小都是不一样的，并且相互关联构成一个更大的系统。(www.daowen.com)

以森林生态系统为例 (图3-2)，叶片的生理过程一般发生在平方毫米或平方厘米的空间尺度，以及秒至分钟的时间尺度上，树木生长更替过程则发生在平方米的空间尺度，年至几十年的时间尺度上，而对于景观动态过程则多发生在平方公里的空间尺度和百年及百年以上的时间尺度上；对于一个土壤侵蚀系统来说(图3-3)，径流小区上的侵蚀过程多发生在平方米的空间尺度和月至年的时间尺度上，而坡面沟道上的侵蚀过程一般发生在平方公里的空间尺度和年到几十年的时间尺度上，而对于一个流域上的土壤侵蚀过程则多发生在百平方公里至千平方公里甚至到万平方公里空间尺度和几十年至几百年的时间尺度上。从图3-2和图3-3中可以形象地反映出小尺度反映的是高频率或小周期的变化过程，即有较高的分辨率，大尺度反映的是低频率或大周期的变化过程，即分辨率较低。在进行土壤侵蚀过程研究中，供我们研究的区域和资料往往是很有限的，把这些区域上的研究成果，应用到其他的尺度上(不同区域或更大层次上的区域)时，就必须要求我们做出合理的推演和概化，考虑演绎的适用性、有效性和精度。

图3-2　等级森林生态系统动态的空间和时间尺度示意图 (伍业钢，1992)

图3-3　不同等级水平土壤侵蚀系统动态空间和时间尺度示意图