第三章 自然地理环境的整体性规律

2、结构和功能的整体性
2） 系统功能——是指物质、能量、信息在系统内传递转化
的外部表现。 • 例如：土壤、草本植物和食草动物三个子系统通过结构网
络构成一个生态系统，其功能正是结构网络保证物质、能
量在系统中传递和转化。一旦这种传递和转化受阻，整个 生态系统就会陷于解体，系统的结构网络将不复存在。 • 以磷在此生态系统中的传递和转化说明。 3）系统结构与功能的关系 结构是保证物质、能量、信息流通的渠道。 功能是维持结构存在和发展的基础。
认识整体性。
1、内在联系的整体性
1、内在联系的整体性（17世纪萌芽，传统观点，自然综合体） 概念 ：是指自然地理环境的各组成要素（地貌、气候、水文、 土壤、植物、动物）相互联系、相互制约形成统一整体的特 性。其中任一要素发生变化，必然引起其余要素发生相应的 变化，某一部分发生变化，必然引起其相邻部分发生相应的 变化。
3、非平衡有序系统的整体性 耗散结构——比利时布鲁塞尔的普列高津教授（1977年获诺
贝尔化学奖）1969年在基于热力学第二定律的研究基础上创立。
一个远离平衡的开放系统，只要通过不断与外界交换物 质与能量，在外界条件的变化达到一定的阈值时，可能从原 有的混乱无序状态，转变为一种时间上、空间上、功能上的 有序状态。这种在远离平衡情况下形成的新的有序结构，依 靠不断地耗散外界的物质和能量来维持，故称耗散结构。 由于这是一种在远离平衡的非线性区形成的有序结构 ， 也称非平衡有序系统。
三、自然地理环境整体性认识的发展
17世纪
自然地理环境整体性的思想经历了三个阶段：自然
综合体学说阶段（内在联系的整体性），从自然地理要 素具有相互联系来认识整体性；地理系统学说阶段（结 构和功能的整体性），从地理环境的结构和功能来认识 整体性；耗散结构理论阶段（非平衡有序系统的整体
性），从地理环境是一个非平衡有序开放系统的角度来
第一节 自然地理环境的整体性 3、非平衡有序系统的整体性（耗散结构理论，70时代） 耗散结构理论
系统分类：开放系统、封闭系统、孤立系统
现实 世界 中系 统有 三种 可能 状态
平衡状态：物质流和能量流已经消除了系统内部的差别，系统 元素处于无序混合状态。
接近平衡状况：系统中只存在着微小差别，一旦迫使它们保 持平衡约束条件消失，便朝平衡状态移动。 远离平衡状态：系统做功，因而产生熵，同时系统是非线性 的和随机不确定的。
a） 它不断地与外界交换物质、能量和信息。
b） 太阳与地球长波辐射使得自然地理系统形成负熵流。 c） 负熵流传递、转化过程使各地理要素紧密联系形成统一 的整体，并不断地从简单到复杂，从低级到高级，从无机 到有机，从相对无序到有序的进化。
第一节 自然地理环境的整体性
整体性使得自然地理环境不断发展、演化，形成 原始自然地理系统——天然生态系统——人类生 态系统的发展方向。
第一节 自然地理环境的整体性
《地理系统学说导论》
2、结构和功能的整体性（索恰瓦的地理系统概念，1963） 整体性是地球表层的物质系统的整体性结构和由此产生的 整体性功能及其时间演化的规律性。 地理系统学说包含很多逻辑原理：
1）各要素间的联系的紧密程度或自由度原则；（不存在硬性限度） 2）各种过程和现象间总是存在不同程度的因果关系； 3）分异与整化相互补偿原则；（能量作用下） 4）尺度理论；（范围按尺度划分，等级决定于物质循环特征） 5）地理系统中存在关键要素； 6）地理系统的稳定动态；（自我反馈与调节）
没有无结构的功能，也没有无功能的结构。
2、结构和功能的整体性
系统的整体性 （结构和功能） 1）系统的整体性——按照系统论观点，整体性是由于物 质、能量、信息在系统内各要素之间流通，使要素之 间的联系、制约加强而形成。组成整体系统的各部分，
不能离开整体而孤立存在，部分由整体决定。
2） 部分与整体的关系可约化为以下表达式： • 2>1+1 （优化组合）
作为一个庞大的物质系统：
1）各种物质 2）各种能量
3）动态体系（地理要素）
自然地理环境的结构 空间结构:组成结构（分层结构）、地域结构（水平
结构）、渗透结构。
时间结构
第三章 自然地理环境的整体性
外部因素对自然地理环境的影响 自然地理环境的内部联系
地球表层的自然地理环境，包括如地貌、气
候、水文、植被、动物界和土壤等要素，这些要 素并不是简单汇集在一起，或在空间的偶然结合，
第一节 自然地理环境的整体性
二、整体性实质
1、自然地理环境整体性规律的实质就是自然地理环境 的内部联系性 • 整体性规律是通过对其组成（有、无机）和结构（时、 空）的分析总结出来的。即各组成要素和各部分，综 合交融，互为因果，通俗地说，就是“牵一发而动全 身”。
2、整体性规律是自然地理研究的出发点（为什么？） 人们对自然地理的研究包括： • (1) 自然地理环境的结构和功能以及各种结构形成的机制和
规律；
• (2) 物质循环能量交换的调节、控制和可能途径； • (3) 研究自然地理区划和土地类型，确定其综合特征，开发 利用的方向和途径； • (4) 研究人地关系，探求环境与发展协调的正确途径等等.
上述研究都必须从自然地理环境的整体性出发。不承认整体
性规律就不可能取得有实际意义的成果。
第一节 自然地理环境的整体性
1、内在联系的整体性
内在联系整体性认识的理论基础是因果论
• 17世纪世界崇尚因果论，地理学界也不例外。认 为自然地理事物和现象具有深刻的因果联系。一
旦在自然综合体中有某一环节发生变化，其他所
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。这就是自然地理环境内部联系的整体性。
第四章 自然地理环境的时间演化规律
自然地理环境的结构 自然地理环境的系统框架
自然地理环境整体性的内涵及发展（耗散结构）
第二节 自然地理环境的物质循环
能量转化是物质循环的动力基础，物质循环是
能量转化得以实现的载体。
物质循环（mater cycles）是指物质周而复始的 运动或变化，地球环境系统中的物质都时刻不停地迁移 转化着，这一物质循环过程是当今环境地学的重要研究
内都存在着各自的物质循环。 地球表层系统的物质循环，通常划分为大气循环、 水循环、地质循环、生物循环、营养物质循环和有毒 有害物质循环。或者地质循环、物理循环、生物化学
循环。
第二节 自然地理环境的物质循环 （1）大气循环
大气循环是以大气环流的形式 进行的，它包括了行星风系（环 流）、季风环流和局地环流三种 不同尺度的模式。 大气循环的原动力是太阳辐射 大气循环最显著的作用是重新 分配地表的热量和水分。 大气环流还积极地搬运地表松 散的固体物质，是塑造地表形态
熵：系统无序性的量度。熵产生——即熵增加，系统无序化。负熵 流——即熵减少，系统有序化。
பைடு நூலகம்
3、非平衡有序系统的整体性 耗散结构特点： 1、远离平衡态 2、非线性 3、开放系统 4、涨落 5、突变
3、非平衡有序系统的整体性
系统的进化模式
• 系统的进化可以描述成：“初级耗散结构 → 对称破缺 （分叉）→ 混沌（远离平衡态）→ 涨落放大 → 高级耗散 结构……”。 • 对称破缺——对称性受到破坏。 • 分叉——是事物发展变化的一种描述。即在某点，系统达 到“稳定性的阈，通过这点以后，系统就变得不稳定了。 • 涨落放大——是指系统处于远离平衡态时，任何一个微小 的涨落（如波动）都会通过自组织（或自催化）而放大， 进而主宰整个系统，成为具有新的结构功能的有序系统。
• 2=1+1
• 2<1+1
（合理组合）
（内耗占统治地位）
这是系统论最基本定律。实践工作中可以应用。
韦伯的工业区位理论
运输费用指向论
假定——运费的大 小主要取决于运输 距离和货物重量
2、结构和功能的整体性 自然地理系统的整体性（ 2 方面）
1）自然地理系统是开放系统 A、自然地理环境：由岩石、大气、水、生物等物质圈层 互相联 系、相渗透、相互作用组成一个巨大的物质系统。 B、各要素通过能量流、物质流、信息流的作用，结合而 成具有 一定结构和可完成一定功能的整体。 C、1963年原苏联学者索恰瓦定义自然地理环境为“自然 地理系 统”，它的进化发展，主要取决于内部联系，取决于 各自然地理要素的结构网络及物质、能量、信息在系统其中 的传递和转化 D、外部联系也不能忽视，特别是太阳辐射和地球内能， 是一切自然理理过程的能量基础。太阳辐射在自然地理系统 中传递转换，成为自然地理系统进化的重要根据。
2、结构和功能的整体性 2）自然地理系统的整体性表现 1）表现为其组成要素所构成的网络结构。
2）任何一个组成要素都不具备自然地理系统的结构和功能。
3）要素的单独作用和作为自然地理系统整体的一员在整体中 所起的协同作用完全不同。 例如：气候 A、它是自然地理系统的要素之一，其重要性不仅是其本身的 存在，还在于它参与地貌的塑造和陆地水文特征的形成，影 响植物、动物的类型和分布，参与土壤的形成过程等等。 B、但某地的气候状况，并不代表当地的自然地理环境。
人类活动对大自然的干预，引起自然地理环境的变化屡见不
鲜。如英国和泰晤士河曾由于伦敦及其附近城镇的废水污染， 水质变黑，发臭（水文变化），导致鱼类绝迹（生物变化）。
后经二三十年整治，河水再度变清（水文变化），继而鱼类
重新出现（生物变化）
1、内在联系的整体性
(1)大气的温度随之上升：由于二氧化碳对太阳短波辐射几 乎透明，但对地球的长波辐射则基本吸收。 (2) 全球海平面上升：大陆冰川退缩和两极冰盖消融，进 而导致全球海平面上升，海岸向陆后退，沿海低地受浸淹 。 (3) 流水地貌发生相应的变化：由于海平面上升而使侵蚀 基面上升所致。 (4) 生物变化：由于全球气温上升，导致植物、动物向极 迁移或从此绝灭，或出现新的物种。 (5) 土壤也跟着发生相应的变化。 (6) 自然地理环境也就出现新的面貌。事实上，当气候波 动，自然地理环境将随之作南北移动。