
现代综合自然地理.doc
107页绪论第一节 自然地理学的发展与综合自然地理学的形成一,早期自然地理学的整体思想萌芽二,近代自然地理学从简单的综合到分化三,现代自然地理学从分化到新的综合四,现代综合自然地理学的发展第二节 自然地理学的研究对象一,自然地理学的研究对象-----地球表层二,地球表层的边界第三节 综合自然地理学在整个地理科学中的地位第四节 综合自然地理学的发展趋势一,现代科学技术手段的应用二,应用数学方法使定性与定量结合三,人类和环境问题四,地理预测五,自然地理系统中的小系统的研究六,景观生态设计和景观生态规划第一章 地球表层的基本特征在自然地理系统的研究方法中,常常是把地球表层分解成许多独立的部分,分别进行研究如地貌学、气候学、水文学、土壤地理学、植物地理学、动物地理学等这样的研究方法,由于把问题分得很细,能够进行分门别类的专门研究,可以把问题研究得比较深入这种方法的产生是有历史根据的,今后这种分析方法还有重要意义;然而,其结论只能限制在一个局部的条件下,如果放在地球表层来考察,其结论有时会带有一定的局限性系统科学认为,除了对事物进行分门别类的专门研究外,还必须把地球表层当作一个整体来研究从系统整体出发来研究系统内部各组成部分之间的有机联系和系统与外部世界的相互关系。
这就是综合自然地理学的研究方法 一般认为,系统是具有特定功能的相互间具有有机联系的许多要素所构成的整体 自然地理系统是由各组成部分(大气、岩石、地貌、地表水、地下水、土壤、植被、动物群落等)通过能量流、物质流、信息流相互联系、相互转化组成的有一定结构能完成一定功能的整体如把地球表层当作一级系统,那么它的各个组成部分,如大气系统、地质地貌系统、水文系统、土壤系统、生态系统便是它的子系统当然这些子系统,如大气系统、水文系统、土壤系统、生态系统等也有自己的组成部分,所以自然界是客观存在的多级的等级系统第一节 地球表层的组成一、岩石地形复合体是自然地理系统的基本组成部分岩石地形复合体既是自然地理系统的组成成分,又是自然地理系统形成的基础很清楚,并不是整个岩石圈都属于自然地理系统的组成成分,而只有岩石圈与自然地理系统其他组成成分相互作用所能达到的深度,即岩石圈的上层才能作为自然地理系统的组成成分当然作为自然地理系统组成成分的岩石圈上层,随岩性不同而深浅各异 岩石地形复合体的作用除了作为自然地理系统的固体基础而外,更重要的是它通过风化作用、成土作用、岩石破坏产物的搬运及堆积作用,为自然地理系统提供疏松物质及化学元素,这不仅使自然地理系统这一“消极”成分转变为“活跃”成分,而且使太阳能、大气、水分、有机体和岩石地形复合体相互渗透相互作用更为积极。
不同的岩石地形复合体与各组成成分间,相互作用的性质是不同的如花岗岩常有较厚的风化壳,而石灰岩的风化壳较薄因而不同的岩石地形复合体上成土作用存在着差异,尽管在大气候条件一致的情况下,生物群落也是很不相同的 在自然地理系统五要素中,岩石地形复合体抗人类干扰能力最强,同时,又较易辩识,因此,常成为自然地理系统不同等级的划分指标二、大气是自然地理系统的活跃的组成部分大气在自然地理系统中的作用:一是通过大气的化学成分,尤其是碳、氢、氧、氮的物质循环,把自然地理系统各组成部分联结起来;二是大气作为物质和能量的“载体”,通过大气环流把大陆、海洋各部分在水平方向上联结起来 当然,也不是所有大气圈都是属于自然地理系统的组成成分,而只是大气圈与自然地理系统其它组成成分相互作用所能过到的高度,即大气圈的对流层部分才属于自然地理系统的组成成分 大气的对流层是上受宇宙因素――太阳能的作用,下受行星因素-地球自转的作用,这两种共同作用才使得的对流层成为自然地理系统中的活跃成分三、水分是自然地理系统起联系作用的组成部分在自然地理系统中,水是起联系作用的关键的组成成分,这是由于水是物质和化学元素的搬运者在地理系统中,水总是把推移质、悬移质从高处带到低处,并且溶解化学元素,凝结、径流等过程使能量发生转换,还通过水分循环把能量进行传输。
此外,水在参加绿色植物的光合作用过程中, 被分解成氢和氧,这些氢和氧又是有机体的重要组成成分 正因为如此,水通过集水区,小流域,中流域而大流域,通过分水岭、斜坡、河谷平地和水域,将自然地理系统中不同等级的自然单元,在水平方向上联结起来 水从外部环境进入地理系统的局部单元中,往往是以降水和径流的形式输入的,这些降水和径流成为输入变量这些水分输入到自然地理系统的具体单元中,遭受一系列转换例如,大气降水一部分被植物枝叶截获;降到地面上的水一部分沿土壤表面流动,一部分向地下渗透;渗入土壤中的水分一部分被植物根直接吸收,一部分形成侧流;土壤表面也有水分蒸发;植物的蒸腾作用也大量消耗水分这与流出的径流一起又形成为输出变量如果把这种单项的水分系统看作离散变量,将水分输入表为{Ut},水分输出表为{Yt}那么系统的特征可由变换方程Yt =SUt 表示交换算子S是系统传递函数符号,它决定了系统的转换方式在经t的任何一点,系统的输入{Ut} 经过该方式转换为系统的输出{Yt},所以系统传递函数也可以描绘系统本身由于调节输入可以得到希望得到的输出,因而在自然地理系统中,水是重要的环境控制器,通过水这个控制器,可以掌握管理和控制自然的杠杆。
四、自然地理系统的核心--有机界自从地球上有了生物有机体,地球表面才出现无机界与有机界的循环与能量交换,逐渐组成完整的自然地理系统有机体尤其是绿色植物是太阳能和水的“转换器”,绿色植物把太阳能转变成化学能并把它储存在自然地理系统中,所以它又是太阳能和水的“储存器”绿色植物还可通过光合作用把水裂解成氧和氢而这些过程只有通过有机物同环境的作用才能实现正因如此,有机体反映自然环境的整体效应才特别灵敏 一地自然资源能充分利用的重要标志之一,是绿色植物的生产是否达到了理想的最高的水平如果选优良品种、环境条件处于最适合状态,人类管理、控制达到最好的条件下,再加上对水和太阳光热的充分利用,绿色植物生产应该过到理想的最高水平 人类利用自然的最终目的,就是既要有一个适于生物生存的良好环境,又能从环境中取得更多物质财富这就要求人们从系统整体的观点出发,协调自然地理系统各组成成分,取得最优组合生物有机体尤其是绿色植物是能量和物质的积极转换者所以应抓住自然地理系统的关键组成成分――生物有机体,通过它对自然地理系统各组成成分进行协调,以达到充分利用自然的目的正因为如此,人们常把绿色植物当做人类与自然协调的重要武器。
绿色植物抗人类干扰能力最弱,是自然地理系统丧失功能和结构的突破口五、土壤是无机界与有机界物质和能量转化的关键环节在自然地理系统中,无机界与有机界的相互渗透、相互转化,主要是通过土壤来实现的土壤既和生物群落有密切联系,又和岩石圈的上层风化壳与底土有紧密联系正是在土壤层中发生着无机界与有机界的物质与能量的交换和转化土壤一方面反映大气、水、化学元素及岩石地形之间紧密的相互作用和综合影响,同时又反映植物、动物与微生物之间的相互作用,并且还反映生物与非生物之间的复杂联系正因为如此,B.B. 波雷诺夫行认为:“土壤是一面镜子”A.伊萨琴科也认为:“土壤反映景观的构造并不亚于植物群落,甚至还可能超过它因为土壤是景观的产物B.B.道库恰也夫远在1899年就强调:“土壤和土质是一面镜子,可以说这面镜子一方面清晰而完全真实的反映出水、空气、土地……之间的非常紧密的而又长期的综合相互作用的直接结果,另一方面也同样地反映植物群落,动物有机体和地方年龄之间相互作用的直接结果……”伊萨琴科:《自然地理学基本问题》99页,陈传康等译,科学出版1958,)由于土壤有机质的总储量、年生长量、同一时期的分解和逸出,同地上植物质的年产量具有一定的相关性,所以通过控制土壤,能够利用和管理自然,可以充分发挥自然资源的潜力。
第二节 地球表层的整体性一、 结构和功能的整体性按照传统的观点,所谓整体性,就是自然地理综合体各组成要素和各组成部分之间的内在联系.它们相互联系相互制约并组成一个整体;这一要素影响另外一个要素,这一部分影响另外的部分.譬如,由于气候转暖,第四纪冰川退却了,从而引起各大洋海面的升高和海岸的变化;以及植物和动物的向极移动等C.B.卡列斯尼克也谈到“整体性如此严密和具有如此的普遍性,以致一旦在景观或景观壳中有某一环节发生变化,其它所有环节必将随之发生变化当然,整个体系的变化规模在本质上决定于各组成部分或要素的变化规模” 上述整体性的概念,是以自然综合体学说为基础,按照地理现象和地理事物的因果联系法则,揭示自然地理环境的动态特征但是,传统的整体性概念,不能用精确的、定量的关系表述原理这不仅不利于它的深化和发展,而且无助于它的开拓和应用 一、系统思想-结构和功能的整体性 系统理论认为,整体性是系统的基本特征,整体性是指系统由各组成部分相互作用形成的,而单独各部分又不具备的统一的结构、功能和效应系统的任何个别组成部分的孤立作用与作为整体一员在总体中所起的协同作用,有着本质的不同在这里,系统作为有机联系的整体作用,永远大于那些组成整体的部分单独作用的总和,亦即“整体大于部分之和”。
卡列斯尼克认为,“自然地理结构”是指各要素之间互相作用和互相联系的性质伊萨钦科把自然地理结构定义为:建立在景观组成部分之间内在联系的动态系统基础上的空间-时间组织(《现代地理学》,1997年)索恰瓦(1976年)则认为,每个地理综合体的结构应从空间结构和时间结构这两个方面来考虑空间结构是时间上稳定的地理综合体各组成要素的分布格局;时间结构是维持着空间结构的地理综合体在状态上一系列变化的结局 显然,结构的概念同系统、组织、功能等概念是密切相联的通俗地讲,结构是物质流和能量流进行运转的渠道,是建立各单元或子系统之间的骨架结构是系统的结构,各种联系总是通过系统的结构而得到体现物质、能量和信息的传输和转换,则是维持结构存在和发展的基础系统的结构和功能是相互联系的不可分割的两个方面,没有结构的功能和没有功能的结构,都是不存在的研究整体性,既要强调着眼于整体功能,认识它的综合效应,又要回答新功能新特点是怎样由系统的结构所决定的,以及系统怎样随结构、功能的变化而发展变化的目的在于利用各个组成部分的联系与组合,从整体上实现更多的不同功能,减少各部分之间相互抑制的作用,增强相互增益的作用,以利于扩大和提高整体性的功能。
根据上述认识,地球表层系统的整体性,就是地球表层这个物质系统的整体性结构和由此产生的整体功能及其时间演化的规律性整体性的强弱,取决于各组分间结构的完备性和功能的协调性整体性强的表现为组分复杂多样,流量大,输入、输出与储存间的比例恰当,抗干扰能力强,稳定性好,生产效力高且质量好相反,整体性弱的则表现为组分和结构简单,功能不协调,如荒漠地区,水土流失严重的地区等就地球表层的内部联系而言,各组成部分之间通过物质流、能量流,导致彼此发生的联系与作用可以分为:①组成成分间的垂直联系(岩石→地下水→地表水、土壤→空气以及贯穿于各个成分的生物);②组成部分或子系统间的水平联系,其联系方式有物质的机械迁移、物理过程、化学过程以及生物代谢过程地球表层有了这种机制和功能,才有可能把三个无机圈层和生物圈融合成一个统一的动态系统,决定着地球表层的整体性 从外部联系来看地球表层与其外部环境—地幔、地核、高层大气和宇宙的相互作用,同样也是物质与能量的相互交换与转化,只不过是在高一级的层次结构中进行的,并由此组。
