那些看似均質的其實很複雜：地景中的斑塊

文／謝嘉（台灣大學地理環境資源所碩士生）

壯麗的景色中有著馬賽克般鑲嵌的異質性地景，圖為北英格蘭（圖片來源：pixabay）

圖1、地景生態學的研究課題

　　地表大千世界蘊含了多樣的地形地質景觀、植被組成，產生如馬賽克鑲嵌的異質性地景 [1]，異質性提供不同需求的生物物種棲息其中，形成一個個獨特的生態系，使生物圈多樣並生生不息。為了瞭解不同地景在受到自然或人為的作用力的形塑變化下，棲息其中的生物會受到何種影響，影響程度多大，我們必須進一步剖析這些作用力的類型、運作機制與強度，建立作用力──地景格局 （landscape pattern）──生態作用過程之間的因果關係（圖1），而這之間的關係性為地景生態學主要探討的課題。建立關係性後，我們可以推估某種作用力發生後，地景的變遷狀況會對生物組成產生什麼樣的結果，進一步將結果應用於經營管理的規劃或決策制定。

　　關係性的建立就像是在解數學方程式時，我們可以透過迴歸式得到XY之間的關係後，代入X（作用力）即可得到Y（地景格局）。聽起來似乎很簡單，但兩者之間的關係性是需要透過一連串控制變因的實驗，以及長期的野外調查研究以驗證才得以建立！所以回到最一開始，在欲瞭解地景格局與其背後的作用力時，需要先建立地景格局的組成結構與型態，此時我們應關注到地理學中對於空間現象的組成與分布型態具有兩個重要概念──空間相依性（spatial dependence）與空間自相關（spatial autocorrelation），前者為兩點之間距離相近而屬性值具有關聯性（如兩個鄰近點的土壤物化特性具有關聯性），後者則為利用統計方法檢測空間相依性的一種指標 [2, 3]。在這樣的情況下，因為空間相依性所產生內部結構相對均質的空間，成為分析地景格局的最基本的空間單元，即為斑塊（patch） [4]，其內部的組成為許多生物個體的集合體。

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圖2、馬賽克鑲嵌地景與斑塊之間的空間尺度關係（圖片改繪自encyclopedia britannica）

　　在提到均質這個概念時，地理學領域的人們應要在頭上跳出大大的四個字，「時空尺度」！因為均質性會隨時空尺度的不同而有所差異。先單純從空間維度來看空間的差異性，當我們使用Google Earth 從整個臺灣看臺北時，臺北幾乎是一整塊灰色建物組成的都市區域，但在放大之後卻可以發現灰色建物之間夾有許多綠地而不再均質（圖3）。

圖3、不同空間尺度下的臺北市地景格局組成結構比較

　　從臺北的例子來看，當我們在分析地景格局的組成時，不同空間尺度所具之空間資訊的精細度（空間解析度，spatial resolution）有所差異，致使在進行斑塊範圍劃分時具有選擇性，而可能錯誤捕捉生態作用過程的機制與現象，即為面積單元可塑性問題（modifiable areal unit problem, MAUP），具有兩種效應──區域劃分系統效應（zoning effect）與加總效應（areal aggregate effect）[5]。Jelinski 和 Wu 在1996年指出地景生態學中以斑塊為地景格局的基本單元時，MAUP的問題將為是首要需要克服的 [6]，他們比較不同空間單元的劃分方式跟面積下所得到的常態化差異植被指數（normalized difference vegetation index, NDVI），結果具有差異性（圖4），而需透過統計方法了解這些差異性造成的偏誤，以取得斑塊最佳的空間尺度劃分。

圖4、不同空間單元劃分對於NDVI值的MAUP效應（a-c：加總效應；d-f：區域劃分系統效應）（圖片來源：Jelinski and Wu,1996）

　　加入時間尺度時，將會納入所有形塑地景格局的作用力，以及跨時空尺度的交互作用。Peterson、Allen和Holling 1998年以北方針葉林（boreal forest）為例，提出其地景格局由具有階層性時空尺度的單元所組成，以及相對應形塑這些單元結構組成的作用力與生物組成分布之間關係性的概念模型（圖5）[7]。建立這樣的階層性時空尺度交互作用概念模型，對於了解與建立地景格局與生物組成／生態系功能之間的關係是非常重要的，有助於釐清在分析特定空間現象與地景格局的關係性時，所需考量空間現象發生的時空尺度，以及相對應形塑該空間單元格局的作用力時空尺度，再進行控制實驗與調查研究的設計，例如該例子中河狸的活動範圍與地景格局的關係性，其牽涉到的地景格局空間單元為森林，活動範圍以一天為時間尺度，會改變森林空間格局的作用力為幾小時的暴風雨或幾天的森林大火（但森林大火撲滅後，森林再演替至原本的組成結構時間可長達數十年），那麼調查研究設計的時空尺度與需控制的作用力型態即可被劃分出來，得以有效捕捉解釋河狸的活動範圍與地景格局的關係性。

圖5、針葉林地景組成結構與作用過程的時空尺度關係（圖片來源：改繪自Peterson, Allen, and Holling, 1998）

　　了解地景異質性對於生物組成／生態系功能之間關係中重要的概念──空間依存性、時空尺度、階層性跨尺度交互作用，這些重要的概念源自於地理學的傳統：空間傳統（地方的區位、位置、方向和距離）、地域研究傳統（地域由小至大或由大至小，具有階層性）、人地傳統（人與環境之間的關係）[8]。這些概念不單單應用於地景生態學，也應用於探討生物地域分布的生物地理學 （Biogeography）、人與動物互動關係的動物地理學（Animal geography）領域中，而透過地景生態學中的斑塊作為舉例，進一步對於地理學中重要概念有所理解。

參考文獻

1. Pickett, S. T. A. and M. L. Cadenasso 1995. Landscape ecology: Spatial heterogeneity in ecological systems. Science 269(5222): 331-334.
   
2. 賴進貴、葉高華、王韋力 2004。土地利用變遷與空間相依性之探討。台灣地理資訊學刊 1: 29-40。
   
3. Legendre, P. 1993. Spatial autocorrelation: Trouble or new paradigm? Ecology 74(6): 1659-1673.
   
4. Forman, R. T .T. and M. Godron 1986. Landscape Ecology. John Riley and Sons, New York. 
   
5. Dungan, J. L., J. N. Perry, M. R. T. Dale, P. Legendre, S. Citron-Pousty, M.-J. Fortin, A. Jakomulska, M. Miriti, and M. S. Rosenberg 2002. A balanced view of scale in spatial statistical analysis. Ecography 25(5): 626-640.
   
6. Jelinski, D. E. and Wu, J. The modifiable areal unit problem and implications for landscape ecology. Landscape Ecology 11(3): 129-140.
   
7. Peterson, G., C. R. Allen, and C. S. Holling 1998. Ecological Resilience, Biodiversity, and Scale. Ecosystems 1: 6-18.
   
8. 姜蘭虹、張伯宇、楊秉煌編 2000。地理思想讀本。臺北：唐山出版社。