現(xiàn)代綜合自然地理(完整版)

誰也不能隨隨便便成功，它來自徹底的自我管理和毅力PAGEPAGE212龍門一躍，馬到成功。第1章

地球表層的基本特征（1）了解地球表層各組成部分在地球表層中的作用和意義；（2）掌握地球表層整體性分析的層次；（3）學(xué)會利用因果分析說明穩(wěn)定性成因的方法；（4）初步了解耗散結(jié)構(gòu)理論，把握學(xué)科前沿方向。第2章

自然地理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能（1）了解自然二是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)含義與劃分意義；

（2）初步了解自然地理系統(tǒng)空間結(jié)構(gòu)、時(shí)間結(jié)構(gòu)的劃分及劃分依據(jù)；

（3）掌握結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，學(xué)會分析問題的方法。第3章

地球表層的物質(zhì)流（1）了解地球表層宏觀物質(zhì)遷移的表現(xiàn)與現(xiàn)實(shí)意義；

（2）初步了解地球表層微觀物質(zhì)遷移意義，把握學(xué)科前沿方向；

（3）掌握各種微觀物質(zhì)遷移的產(chǎn)生原因、表現(xiàn)形式、過程、后果及其相關(guān)地域分異規(guī)律。第4章

地球表層的能流（1）了解太陽總輻射和相關(guān)概念及其地理分布；

（2）掌握太陽能在有機(jī)界與無機(jī)界的轉(zhuǎn)換過程及其在自然環(huán)境中的作用；

（3）初步學(xué)會自然生產(chǎn)潛力估算與分析土地資源承載力的方法。第5章

自然地理過程（1）了解自然地理過程各表現(xiàn)形式及其動態(tài)變化因素；

（2）通過學(xué)生自主分析得出自然地理過程是統(tǒng)一演化過程；

（3）掌握自然地理過程研究意義，把握學(xué)科前沿方向。第6章

地球表層核心:土地系統(tǒng)（1）了解土地的現(xiàn)代概念、界線及其尺度范圍；

（2）掌握自然地理學(xué)基本的研究方法及其土地單位等級劃分與歸類；

（3）學(xué)會土地結(jié)構(gòu)分析與評價(jià)的一般方法，初步了解土地生態(tài)建設(shè)的目標(biāo)、方法及關(guān)鍵技術(shù)。第7章

地球表層的時(shí)空規(guī)律1）掌握自然地理環(huán)境各種尺度的地域分異基本規(guī)律、影響因素及其相互關(guān)系；

（2）學(xué)會自然地理環(huán)境各種尺度地域組合方法及劃分；

（3）初步了解自然地理系統(tǒng)時(shí)間演化規(guī)律，把據(jù)本學(xué)科研究動態(tài)。第8章

綜合自然地理區(qū)劃（1）掌握自然地理環(huán)境各種尺度的地域分異基本規(guī)律、影響因素及其相互關(guān)系；

（2）學(xué)會自然地理環(huán)境各種尺度地域組合方法及劃分；

（3）初步了解自然地理系統(tǒng)時(shí)間演化規(guī)律，把據(jù)本學(xué)科研究動態(tài)。第9章

地球表層中人地關(guān)系（1）了解地理環(huán)境對古人類、現(xiàn)代人類活動的影響及其反作用；

（2）掌握人類與自然地理環(huán)境之間相互作用，并且學(xué)會協(xié)調(diào)人類與環(huán)境的關(guān)系，以至能夠?qū)ξ磥硖岢龊侠淼沫h(huán)境建設(shè)目標(biāo)和途徑。第10章

綜合自然地理數(shù)量方法（1）了解地理環(huán)境對古人類、現(xiàn)代人類活動的影響及其反作用；

（2）掌握人類與自然地理環(huán)境之間相互作用，并且學(xué)會協(xié)調(diào)人類與環(huán)境的關(guān)系，以至能夠?qū)ξ磥硖岢龊侠淼沫h(huán)境建設(shè)目標(biāo)和途徑。第11章

應(yīng)用研究（1）了解本學(xué)科應(yīng)用研究的任務(wù)與現(xiàn)實(shí)意義；

（2）掌握本學(xué)科在三大產(chǎn)業(yè)方面的應(yīng)用研究；

（3）初步了解本學(xué)科在應(yīng)用研究上的動態(tài)，把握學(xué)科前沿方向。第12章

綜合自然地理野外方法（1）了解綜合自然地理野外調(diào)查的任務(wù)、典型路線選擇及準(zhǔn)備工作程序；

（2）掌握野外調(diào)查的基本方法與內(nèi)容；

（3）深化人與自然關(guān)系，通過調(diào)查實(shí)習(xí)，形成人與自然共生思想。第13章

煙臺市土地生態(tài)評價(jià)（1）了解土地的現(xiàn)代概念、界線及其尺度范圍；

（2）掌握自然地理學(xué)基本的研究方法及其土地單位等級劃分與歸類；

（3）學(xué)會土地結(jié)構(gòu)分析與評價(jià)的一般方法，初步了解土地生態(tài)建設(shè)的目標(biāo)、方法及關(guān)鍵技術(shù)。緒論第一節(jié)自然地理學(xué)的發(fā)展與綜合自然地理學(xué)的形成一，早期自然地理學(xué)的整體思想萌芽二,近代自然地理學(xué)從簡單的綜合到分化三,現(xiàn)代自然地理學(xué)從分化到新的綜合四,現(xiàn)代綜合自然地理學(xué)的發(fā)展第二節(jié)自然地理學(xué)的研究對象一，自然地理學(xué)的研究對象地球表層二,地球表層的邊界第三節(jié)綜合自然地理學(xué)在整個(gè)地理科學(xué)中的地位第四節(jié)綜合自然地理學(xué)的發(fā)展趨勢一，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段的應(yīng)用二,應(yīng)用數(shù)學(xué)方法使定性與定量結(jié)合三,人類和環(huán)境問題四,地理預(yù)測五,自然地理系統(tǒng)中的小系統(tǒng)的研究六,景觀生態(tài)設(shè)計(jì)和景觀生態(tài)規(guī)劃第一章地球表層的基本特征在自然地理系統(tǒng)的研究方法中，常常是把地球表層分解成許多獨(dú)立的部分，分別進(jìn)行研究。如地貌學(xué)、氣候?qū)W、水文學(xué)、土壤地理學(xué)、植物地理學(xué)、動物地理學(xué)等。這樣的研究方法，由于把問題分得很細(xì)，能夠進(jìn)行分門別類的專門研究，可以把問題研究得比較深入。這種方法的產(chǎn)生是有歷史根據(jù)的，今后這種分析方法還有重要意義；然而，其結(jié)論只能限制在一個(gè)局部的條件下，如果放在地球表層來考察，其結(jié)論有時(shí)會帶有一定的局限性。

系統(tǒng)科學(xué)認(rèn)為，除了對事物進(jìn)行分門別類的專門研究外，還必須把地球表層當(dāng)作一個(gè)整體來研究。從系統(tǒng)整體出發(fā)來研究系統(tǒng)內(nèi)部各組成部分之間的有機(jī)聯(lián)系和系統(tǒng)與外部世界的相互關(guān)系。這就是綜合自然地理學(xué)的研究方法。

一般認(rèn)為，系統(tǒng)是具有特定功能的相互間具有有機(jī)聯(lián)系的許多要素所構(gòu)成的整體。

自然地理系統(tǒng)是由各組成部分（大氣、巖石、地貌、地表水、地下水、土壤、植被、動物群落等）通過能量流、物質(zhì)流、信息流相互聯(lián)系、相互轉(zhuǎn)化組成的有一定結(jié)構(gòu)能完成一定功能的整體。如把地球表層當(dāng)作一級系統(tǒng)，那么它的各個(gè)組成部分，如大氣系統(tǒng)、地質(zhì)地貌系統(tǒng)、水文系統(tǒng)、土壤系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)便是它的子系統(tǒng)。當(dāng)然這些子系統(tǒng)，如大氣系統(tǒng)、水文系統(tǒng)、土壤系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)等也有自己的組成部分，所以自然界是客觀存在的多級的等級系統(tǒng)。地球表層的組成一、巖石地形復(fù)合體是自然地理系統(tǒng)的基本組成部分巖石地形復(fù)合體既是自然地理系統(tǒng)的組成成分，又是自然地理系統(tǒng)形成的基礎(chǔ)。很清楚，并不是整個(gè)巖石圈都屬于自然地理系統(tǒng)的組成成分，而只有巖石圈與自然地理系統(tǒng)其他組成成分相互作用所能達(dá)到的深度，即巖石圈的上層才能作為自然地理系統(tǒng)的組成成分。當(dāng)然作為自然地理系統(tǒng)組成成分的巖石圈上層，隨巖性不同而深淺各異。

巖石地形復(fù)合體的作用除了作為自然地理系統(tǒng)的固體基礎(chǔ)而外，更重要的是它通過風(fēng)化作用、成土作用、巖石破壞產(chǎn)物的搬運(yùn)及堆積作用，為自然地理系統(tǒng)提供疏松物質(zhì)及化學(xué)元素，這不僅使自然地理系統(tǒng)這一“消極”成分轉(zhuǎn)變?yōu)椤盎钴S”成分，而且使太陽能、大氣、水分、有機(jī)體和巖石地形復(fù)合體相互滲透相互作用更為積極。

不同的巖石地形復(fù)合體與各組成成分間,相互作用的性質(zhì)是不同的。如花崗巖常有較厚的風(fēng)化殼，而石灰?guī)r的風(fēng)化殼較薄。因而不同的巖石地形復(fù)合體上成土作用存在著差異，盡管在大氣候條件一致的情況下，生物群落也是很不相同的。

在自然地理系統(tǒng)五要素中，巖石地形復(fù)合體抗人類干擾能力最強(qiáng)，同時(shí)，又較易辯識，因此，常成為自然地理系統(tǒng)不同等級的劃分指標(biāo)。二、大氣是自然地理系統(tǒng)的活躍的組成部分大氣在自然地理系統(tǒng)中的作用：一是通過大氣的化學(xué)成分，尤其是碳、氫、氧、氮的物質(zhì)循環(huán)，把自然地理系統(tǒng)各組成部分聯(lián)結(jié)起來；二是大氣作為物質(zhì)和能量的“載體”，通過大氣環(huán)流把大陸、海洋各部分在水平方向上聯(lián)結(jié)起來。

當(dāng)然，也不是所有大氣圈都是屬于自然地理系統(tǒng)的組成成分，而只是大氣圈與自然地理系統(tǒng)其它組成成分相互作用所能過到的高度，即大氣圈的對流層部分才屬于自然地理系統(tǒng)的組成成分。

大氣的對流層是上受宇宙因素――太陽能的作用,下受行星因素－地球自轉(zhuǎn)的作用，這兩種共同作用才使得的對流層成為自然地理系統(tǒng)中的活躍成分。三、水分是自然地理系統(tǒng)起聯(lián)系作用的組成部分在自然地理系統(tǒng)中，水是起聯(lián)系作用的關(guān)鍵的組成成分，這是由于水是物質(zhì)和化學(xué)元素的搬運(yùn)者。在地理系統(tǒng)中，水總是把推移質(zhì)、懸移質(zhì)從高處帶到低處，并且溶解化學(xué)元素，凝結(jié)、徑流等過程使能量發(fā)生轉(zhuǎn)換，還通過水分循環(huán)把能量進(jìn)行傳輸。此外，水在參加綠色植物的光合作用過程中，被分解成氫和氧，這些氫和氧又是有機(jī)體的重要組成成分。

正因?yàn)槿绱?，水通過集水區(qū)，小流域，中流域而大流域，通過分水嶺、斜坡、河谷平地和水域，將自然地理系統(tǒng)中不同等級的自然單元，在水平方向上聯(lián)結(jié)起來。

水從外部環(huán)境進(jìn)入地理系統(tǒng)的局部單元中，往往是以降水和徑流的形式輸入的，這些降水和徑流成為輸入變量。這些水分輸入到自然地理系統(tǒng)的具體單元中，遭受一系列轉(zhuǎn)換。例如，大氣降水一部分被植物枝葉截獲；降到地面上的水一部分沿土壤表面流動，一部分向地下滲透；滲入土壤中的水分一部分被植物根直接吸收，一部分形成側(cè)流；土壤表面也有水分蒸發(fā)；植物的蒸騰作用也大量消耗水分。這與流出的徑流一起又形成為輸出變量。如果把這種單項(xiàng)的水分系統(tǒng)看作離散變量，將水分輸入表為{Ut},水分輸出表為{Yt}。那么系統(tǒng)的特征可由變換方程Yt=SUt表示。交換算子S是系統(tǒng)傳遞函數(shù)符號，它決定了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換方式。在經(jīng)t的任何一點(diǎn)，系統(tǒng)的輸入{Ut}經(jīng)過該方式轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)的輸出{Yt}，所以系統(tǒng)傳遞函數(shù)也可以描繪系統(tǒng)本身。由于調(diào)節(jié)輸入可以得到希望得到的輸出，因而在自然地理系統(tǒng)中，水是重要的環(huán)境控制器,通過水這個(gè)控制器，可以掌握管理和控制自然的杠桿。四、自然地理系統(tǒng)的核心－－有機(jī)界自從地球上有了生物有機(jī)體，地球表面才出現(xiàn)無機(jī)界與有機(jī)界的循環(huán)與能量交換，逐漸組成完整的自然地理系統(tǒng)。有機(jī)體尤其是綠色植物是太陽能和水的“轉(zhuǎn)換器”，綠色植物把太陽能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能并把它儲存在自然地理系統(tǒng)中，所以它又是太陽能和水的“儲存器”。綠色植物還可通過光合作用把水裂解成氧和氫。而這些過程只有通過有機(jī)物同環(huán)境的作用才能實(shí)現(xiàn)。正因如此，有機(jī)體反映自然環(huán)境的整體效應(yīng)才特別靈敏。

一地自然資源能充分利用的重要標(biāo)志之一，是綠色植物的生產(chǎn)是否達(dá)到了理想的最高的水平。如果選優(yōu)良品種、環(huán)境條件處于最適合狀態(tài)，人類管理、控制達(dá)到最好的條件下，再加上對水和太陽光熱的充分利用，綠色植物生產(chǎn)應(yīng)該過到理想的最高水平。

人類利用自然的最終目的，就是既要有一個(gè)適于生物生存的良好環(huán)境，又能從環(huán)境中取得更多物質(zhì)財(cái)富。這就要求人們從系統(tǒng)整體的觀點(diǎn)出發(fā)，協(xié)調(diào)自然地理系統(tǒng)各組成成分，取得最優(yōu)組合。生物有機(jī)體尤其是綠色植物是能量和物質(zhì)的積極轉(zhuǎn)換者。所以應(yīng)抓住自然地理系統(tǒng)的關(guān)鍵組成成分――生物有機(jī)體，通過它對自然地理系統(tǒng)各組成成分進(jìn)行協(xié)調(diào)，以達(dá)到充分利用自然的目的。正因?yàn)槿绱?，人們常把綠色植物當(dāng)做人類與自然協(xié)調(diào)的重要武器。

綠色植物抗人類干擾能力最弱，是自然地理系統(tǒng)喪失功能和結(jié)構(gòu)的突破口。五、土壤是無機(jī)界與有機(jī)界物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)在自然地理系統(tǒng)中，無機(jī)界與有機(jī)界的相互滲透、相互轉(zhuǎn)化，主要是通過土壤來實(shí)現(xiàn)的。土壤既和生物群落有密切聯(lián)系，又和巖石圈的上層風(fēng)化殼與底土有緊密聯(lián)系。正是在土壤層中發(fā)生著無機(jī)界與有機(jī)界的物質(zhì)與能量的交換和轉(zhuǎn)化。土壤一方面反映大氣、水、化學(xué)元素及巖石地形之間緊密的相互作用和綜合影響，同時(shí)又反映植物、動物與微生物之間的相互作用，并且還反映生物與非生物之間的復(fù)雜聯(lián)系。正因?yàn)槿绱?，B.B.波雷諾夫行認(rèn)為：“土壤是一面鏡子”。A.伊薩琴科也認(rèn)為：“土壤反映景觀的構(gòu)造并不亞于植物群落，甚至還可能超過它。因?yàn)橥寥朗蔷坝^的產(chǎn)物?！盉.B.道庫恰也夫遠(yuǎn)在1899年就強(qiáng)調(diào)：“土壤和土質(zhì)是一面鏡子，可以說這面鏡子一方面清晰而完全真實(shí)的反映出水、空氣、土地……之間的非常緊密的而又長期的綜合相互作用的直接結(jié)果，另一方面也同樣地反映植物群落，動物有機(jī)體和地方年齡之間相互作用的直接結(jié)果……”。（伊薩琴科：《自然地理學(xué)基本問題》99頁，陳傳康等譯，科學(xué)出版1958，）由于土壤有機(jī)質(zhì)的總儲量、年生長量、同一時(shí)期的分解和逸出，同地上植物質(zhì)的年產(chǎn)量具有一定的相關(guān)性，所以通過控制土壤，能夠利用和管理自然,可以充分發(fā)揮自然資源的潛力。地球表層的整體性結(jié)構(gòu)和功能的整體性按照傳統(tǒng)的觀點(diǎn),所謂整體性,就是自然地理綜合體各組成要素和各組成部分之間的內(nèi)在聯(lián)系.它們相互聯(lián)系相互制約并組成一個(gè)整體;這一要素影響另外一個(gè)要素,這一部分影響另外的部分.譬如,由于氣候轉(zhuǎn)暖,第四紀(jì)冰川退卻了,從而引起各大洋海面的升高和海岸的變化;以及植物和動物的向極移動等。C.B.卡列斯尼克也談到“整體性如此嚴(yán)密和具有如此的普遍性，以致一旦在景觀或景觀殼中有某一環(huán)節(jié)發(fā)生變化，其它所有環(huán)節(jié)必將隨之發(fā)生變化。當(dāng)然，整個(gè)體系的變化規(guī)模在本質(zhì)上決定于各組成部分或要素的變化規(guī)?！?。

上述整體性的概念，是以自然綜合體學(xué)說為基礎(chǔ)，按照地理現(xiàn)象和地理事物的因果聯(lián)系法則，揭示自然地理環(huán)境的動態(tài)特征。但是，傳統(tǒng)的整體性概念，不能用精確的、定量的關(guān)系表述原理。這不僅不利于它的深化和發(fā)展，而且無助于它的開拓和應(yīng)用。

一、系統(tǒng)思想－結(jié)構(gòu)和功能的整體性

系統(tǒng)理論認(rèn)為，整體性是系統(tǒng)的基本特征，整體性是指系統(tǒng)由各組成部分相互作用形成的，而單獨(dú)各部分又不具備的統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)、功能和效應(yīng)。系統(tǒng)的任何個(gè)別組成部分的孤立作用與作為整體一員在總體中所起的協(xié)同作用，有著本質(zhì)的不同。在這里，系統(tǒng)作為有機(jī)聯(lián)系的整體作用，永遠(yuǎn)大于那些組成整體的部分單獨(dú)作用的總和，亦即“整體大于部分之和”。

卡列斯尼克認(rèn)為，“自然地理結(jié)構(gòu)”是指各要素之間互相作用和互相聯(lián)系的性質(zhì)。伊薩欽科把自然地理結(jié)構(gòu)定義為：建立在景觀組成部分之間內(nèi)在聯(lián)系的動態(tài)系統(tǒng)基礎(chǔ)上的空間－時(shí)間組織（《現(xiàn)代地理學(xué)》，1997年）。索恰瓦（1976年）則認(rèn)為，每個(gè)地理綜合體的結(jié)構(gòu)應(yīng)從空間結(jié)構(gòu)和時(shí)間結(jié)構(gòu)這兩個(gè)方面來考慮?？臻g結(jié)構(gòu)是時(shí)間上穩(wěn)定的地理綜合體各組成要素的分布格局；時(shí)間結(jié)構(gòu)是維持著空間結(jié)構(gòu)的地理綜合體在狀態(tài)上一系列變化的結(jié)局。

顯然，結(jié)構(gòu)的概念同系統(tǒng)、組織、功能等概念是密切相聯(lián)的。通俗地講，結(jié)構(gòu)是物質(zhì)流和能量流進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的渠道，是建立各單元或子系統(tǒng)之間的骨架。結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，各種聯(lián)系總是通過系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)而得到體現(xiàn)。物質(zhì)、能量和信息的傳輸和轉(zhuǎn)換，則是維持結(jié)構(gòu)存在和發(fā)展的基礎(chǔ)。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能是相互聯(lián)系的不可分割的兩個(gè)方面，沒有結(jié)構(gòu)的功能和沒有功能的結(jié)構(gòu)，都是不存在的。研究整體性，既要強(qiáng)調(diào)著眼于整體功能，認(rèn)識它的綜合效應(yīng)，又要回答新功能新特點(diǎn)是怎樣由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)所決定的，以及系統(tǒng)怎樣隨結(jié)構(gòu)、功能的變化而發(fā)展變化的。目的在于利用各個(gè)組成部分的聯(lián)系與組合，從整體上實(shí)現(xiàn)更多的不同功能，減少各部分之間相互抑制的作用，增強(qiáng)相互增益的作用，以利于擴(kuò)大和提高整體性的功能。

根據(jù)上述認(rèn)識，地球表層系統(tǒng)的整體性，就是地球表層這個(gè)物質(zhì)系統(tǒng)的整體性結(jié)構(gòu)和由此產(chǎn)生的整體功能及其時(shí)間演化的規(guī)律性。整體性的強(qiáng)弱，取決于各組分間結(jié)構(gòu)的完備性和功能的協(xié)調(diào)性。整體性強(qiáng)的表現(xiàn)為組分復(fù)雜多樣，流量大，輸入、輸出與儲存間的比例恰當(dāng)，抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好，生產(chǎn)效力高且質(zhì)量好。相反，整體性弱的則表現(xiàn)為組分和結(jié)構(gòu)簡單，功能不協(xié)調(diào)，如荒漠地區(qū)，水土流失嚴(yán)重的地區(qū)等。

就地球表層的內(nèi)部聯(lián)系而言，各組成部分之間通過物質(zhì)流、能量流，導(dǎo)致彼此發(fā)生的聯(lián)系與作用可以分為：①組成成分間的垂直聯(lián)系（巖石→地下水→地表水、土壤→空氣以及貫穿于各個(gè)成分的生物）；②組成部分或子系統(tǒng)間的水平聯(lián)系，其聯(lián)系方式有物質(zhì)的機(jī)械遷移、物理過程、化學(xué)過程以及生物代謝過程。地球表層有了這種機(jī)制和功能，才有可能把三個(gè)無機(jī)圈層和生物圈融合成一個(gè)統(tǒng)一的動態(tài)系統(tǒng)，決定著地球表層的整體性。

從外部聯(lián)系來看地球表層與其外部環(huán)境—地幔、地核、高層大氣和宇宙的相互作用，同樣也是物質(zhì)與能量的相互交換與轉(zhuǎn)化，只不過是在高一級的層次結(jié)構(gòu)中進(jìn)行的，并由此組成高一級的物質(zhì)系統(tǒng)即地球系統(tǒng)。

對照傳統(tǒng)的整體性概念，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的整體性，既符合前述基本原理所闡述的內(nèi)容，又有可能定量地反映地球表層物質(zhì)能量變換的確切關(guān)系，從而彌補(bǔ)了前述原理在表達(dá)方法上的不足。故自70年代以來，已受到各國學(xué)者的高度重視。

由于我們討論的問題—能量流動，涉及到熱力學(xué)第一定律和第二定律，故有必要運(yùn)用熱力學(xué)的基本規(guī)律來探討地球表層的能量流動和轉(zhuǎn)換。

熱力學(xué)第一定律是能量守恒和轉(zhuǎn)換定律，它斷定能量既不能創(chuàng)造，也不能消滅，這是一條普遍規(guī)律。地球表層的能量流也必須服從這一規(guī)律。我們知道，在太陽能不斷輸入和作用下，大氣、水分、巖石、土壤以及生物群等成分，在地球表層系統(tǒng)這個(gè)龐大的“轉(zhuǎn)換器”、“儲藏器”、“調(diào)節(jié)器”里，無休止地進(jìn)行物質(zhì)的化合、分解，不停頓地運(yùn)行、轉(zhuǎn)化，物質(zhì)運(yùn)動形式發(fā)生轉(zhuǎn)換時(shí)，能量形式同時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)換。在地球表層系統(tǒng)內(nèi)，太陽能被地表吸收后轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，其轉(zhuǎn)化是在地面—土壤—大氣—水系統(tǒng)中進(jìn)行的，使系統(tǒng)內(nèi)能的增加，并用于增加地面和大氣的溫度以及水分的蒸發(fā)耗熱，還參與風(fēng)化和地貌、土壤的形成過程。至于大規(guī)模的大氣活動、洋流運(yùn)動則是全球性水平的熱能交換，這些過程無一不與熱能相聯(lián)系，既是物質(zhì)的傳輸，又是伴隨著能量的吸收、轉(zhuǎn)化和釋放的過程。與此同時(shí)，地面又以長波輻射的形式，將熱能輸出返回空間，完成收支數(shù)量上的平衡，遵循著能量的普遍原則。除熱能形式外，太陽能還以光能的形式，通過綠色植物—?jiǎng)游铩⑸?，即通過生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者三大類群來實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化，依舊服從熱力學(xué)第一定律。

熱力學(xué)第一定律只要求能量在轉(zhuǎn)換過程中是守恒的，而不限制過程所進(jìn)行的方向。熱力學(xué)第二定律則不同，它是關(guān)于過程進(jìn)行的方向問題。19世紀(jì)中期，德國物理學(xué)家克勞修斯指出，能量傾向于從密度較高的地方流向密度較低的地方，直到一切都達(dá)到均勻?yàn)橹?。他指出，在孤立系統(tǒng)中，熱量總是由高溫物體自動地傳向低溫物體，而不能作相反的傳遞，直到兩個(gè)物體達(dá)到相同的溫度為止，它是一個(gè)不可逆的自發(fā)的過程。在這里起決定作用的是能量密度的差異傾向于變成均等，換句話說，“熵將隨著時(shí)間而增大”。這又叫熵增加原理。常用熵表示一個(gè)系統(tǒng)的混亂程度或無序程度。熵越大，系統(tǒng)越混亂；反之，熵越小，系統(tǒng)的有序性越高。

現(xiàn)以兩例證明上述原理。我國有句成語“涇渭分明”，比喻界線清楚，是非分明。但是“涇渭分明”這種有序的狀況只是暫時(shí)的，它們一經(jīng)自動混合之后，就再也不能自動地分成清濁不同的兩種河水了。又如當(dāng)我們把兩個(gè)水面高度不同的水庫連接起來，那么萬有引力的結(jié)果，會使每一個(gè)水庫的水面降低，另一個(gè)庫水面升高，直到兩個(gè)水庫的水面均等。這兩個(gè)簡單的事例說明了能量密度的差異和朝著均勻化方向流動，它們是不可逆的，所以能量差總是傾向于消除。熱力學(xué)判定能量分布得越均勻，熵值就越大；能量完全均勻地分布，那么這個(gè)系統(tǒng)的熵就達(dá)到最大值，也就是混亂度或無序程度最高?！办貙㈦S著時(shí)間而增大”，正是指的能量分布差異隨時(shí)間而變成均等。

克勞修斯還把熱力學(xué)第二定律推廣到宇宙之中，他認(rèn)為根據(jù)熵增加的原理，宇宙中的能量分布是在不斷地均勻化，宇宙的熵在不可遏止地增大，最后必將達(dá)到極大值，即平衡態(tài)。也就是說，整個(gè)宇宙在走向混亂，走向無序，一切運(yùn)動都將停止，最后達(dá)到“熱寂”。但是地殼記錄的45億年左右地球滄海桑田的變遷，以及生物界和人類本身，卻是由簡單到復(fù)雜，從低級到高級進(jìn)化發(fā)展。這些進(jìn)化過程與“熱寂說”預(yù)言的退化過程形成了迥然不同的鮮明對比。

近年來新興的耗散結(jié)構(gòu)理論，成功地解釋了遠(yuǎn)離熱力學(xué)平衡態(tài)穩(wěn)定物質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成。這一理論有助于我們更深入地理解地球表層的整體性概念。非平衡有序系統(tǒng)的整體性耗散結(jié)構(gòu)理論是由比利時(shí)布魯塞爾學(xué)派的領(lǐng)導(dǎo)人普利高津創(chuàng)立的。普利高津著眼于系統(tǒng)與外界環(huán)境的相互聯(lián)系，相互作用，而不象早期熱力學(xué)竭力避開環(huán)境對系統(tǒng)的影響，把對象抽象地孤立起來，也就是把系統(tǒng)當(dāng)成與外界沒有物質(zhì)和能量交換的孤立系統(tǒng)，而孤立系統(tǒng)僅僅是一種理想狀態(tài)。由于理論著眼點(diǎn)的根本轉(zhuǎn)變，耗散結(jié)構(gòu)理論揭示了事物從混沌無序狀態(tài)向穩(wěn)定有序狀態(tài)發(fā)展過程和規(guī)律。

所謂耗散結(jié)構(gòu)，即一個(gè)遠(yuǎn)離平衡的開放系統(tǒng)，只要通過不斷與外界交換物質(zhì)與能量，在外界條件的變化達(dá)到一定的閾值時(shí)，可能從原有的混沌無序狀態(tài)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N在時(shí)間上空間上或功能上的有序狀態(tài)。這種在遠(yuǎn)離平衡情況下形成的新的有序結(jié)構(gòu)，依靠不斷地耗散外界的物質(zhì)和能量來維持，故稱耗散結(jié)構(gòu)。

耗散結(jié)構(gòu)理論的研究對象是開放系統(tǒng)，而宇宙中各種系統(tǒng)，不論是有生命的、無生命的，實(shí)際上無一不是與周圍環(huán)境有著物質(zhì)和能量交換的開放系統(tǒng)。因而這一理論涉及范圍之廣，在科學(xué)史上可說是空前的。無論物理、化學(xué)、生物、地學(xué)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)學(xué)、工程技術(shù)，甚至哲學(xué)、經(jīng)濟(jì)等等，都可以應(yīng)用它的研究成果。

一個(gè)開放系統(tǒng)熵的變化，可以分為兩部分；一部分是系統(tǒng)本身由于不可逆過程引起熵的增加，或叫作熵產(chǎn)生；另一部分是系統(tǒng)與外界交換物質(zhì)和能量引起的熵流，即從外界不斷得到“負(fù)熵流”。

dS=deS+diS

上式dS是系統(tǒng)總熵的變化。diS是系統(tǒng)內(nèi)部的熵產(chǎn)生，根據(jù)熱力學(xué)第二定律，diS永遠(yuǎn)大于零。deS是外界對系統(tǒng)輸入的負(fù)熵流，可以大于或小于零。如果外界對系統(tǒng)輸入的負(fù)熵流的絕對值大于熵產(chǎn)生diS時(shí)，系統(tǒng)的總熵dS可以小于零。

由于外界輸入的負(fù)熵流可以導(dǎo)致系統(tǒng)總熵的降低，系統(tǒng)可以由無序狀態(tài)逐步轉(zhuǎn)化為有序狀態(tài)。普利高津在不違反熱力學(xué)第二定律的條件下，闡明了通過引入負(fù)熵流來抵消熵產(chǎn)生，增加系統(tǒng)的有序性，以維持系統(tǒng)的穩(wěn)定態(tài)的事實(shí)。不過系統(tǒng)的這種穩(wěn)定是非平衡的穩(wěn)定態(tài)，因?yàn)殪剡€有繼續(xù)增加的余地，它只有在外界不斷輸入負(fù)熵流的情況下，才能保持相對的穩(wěn)定態(tài)；一量外界條件撤去，混亂度或無序程度就會增加，系統(tǒng)就會回到熵極大的無序狀態(tài)中去。因此，普得高當(dāng)指出“非平衡是有序之源”（熱力學(xué)上的“非平衡”態(tài)）。對地理學(xué)來說，耗散結(jié)構(gòu)理論是完全適用的。例如沙漠之中出現(xiàn)水草豐美的綠洲，而且歷經(jīng)千年不衰，究其原因就是綠洲系統(tǒng)不斷從外界獲得物質(zhì)和能量，即水源和光熱，負(fù)熵流的源源輸入，使其有序狀態(tài)得以維持。

有人形容耗散結(jié)構(gòu)是“活”的非平衡的有序結(jié)構(gòu)，這是很有道理的，“活”就活在它與外界不斷交換物質(zhì)與能量，不斷新陳代謝，吐故納新，以維持其穩(wěn)定和有序；另外把它看作“活”的有序結(jié)構(gòu)，還由于它是一種自組織現(xiàn)象。生物有機(jī)體活動是高度有序的自組織的明顯實(shí)例，它將光、熱、水、二氧化碳這些對它來說是無序無組織的物質(zhì)能量，合成為糖類，變無機(jī)為有機(jī)并儲于體內(nèi)，也是變無序?yàn)橛行?。一片遭受水?zāi)的森林，經(jīng)過幾十年的時(shí)間，如不受人類的干預(yù)，仍可重新演替到森林，這是自然地理環(huán)境自組織能力的一種體現(xiàn)。故耗散結(jié)構(gòu)理論又叫做非平衡系統(tǒng)的自組織理論。

現(xiàn)代科學(xué)研究集中于物質(zhì)、能量和信息三大主題。而以上僅扼要地分析了非平衡系統(tǒng)的耗散結(jié)構(gòu)及其物質(zhì)能量轉(zhuǎn)化的基本情況，對于運(yùn)用信息概念認(rèn)識地球表層的整體性，也屬于綜合自然地理學(xué)的新課題之一。

人們通常把信息理解為情報(bào)、知識，然而信息的概念并不限于人類社會，也不限于生命界。信息是物質(zhì)的一種屬性，是物質(zhì)之間建立聯(lián)系的一種特殊形式。任何物質(zhì)運(yùn)動形態(tài)都能產(chǎn)生、接收和交換信息，信息也能以任何物質(zhì)現(xiàn)象為載體而運(yùn)動、傳播。例如天體發(fā)生的電磁波，就包含著天體的構(gòu)成、年齡、運(yùn)動等各種信息；化石提供了地質(zhì)時(shí)期古動物植物和地殼演變的信息；溫度、降水量是大氣物理狀態(tài)的信息；蜜蜂以其特殊的舞蹈，能夠傳遞蜜源的方向和距離的信息；聲、光、電、磁等與一定對象發(fā)生聯(lián)系時(shí)，都可能攜帶該對象的某種信息。人對自然界的認(rèn)識，就是通過實(shí)踐與自然界交換信息。人們之所以把信息理解為情報(bào)、知識，正是由于物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、狀態(tài)和歷史與人的相互聯(lián)系相互作用，在人的大腦中的反映，并經(jīng)過人類的語言、文字、符碼等形式變換之后所獲得的產(chǎn)物。所以，一方面信息反映了物質(zhì)和能量在空間和時(shí)間中分布的不均勻程度，以及物質(zhì)和能量發(fā)生變化的程度；另一方面信息在自然界和社會的物質(zhì)運(yùn)動中又執(zhí)行著的聯(lián)系的職能。因此，我們可以說信息是指一個(gè)系統(tǒng)的有序性，是系統(tǒng)確定程度（組織程度或有序程度）的標(biāo)記。簡言之，信息就是負(fù)熵。一個(gè)系統(tǒng)走向有序是由于輸入了信息，或向外界環(huán)境輸出了熵，如有機(jī)物的合成，生物的進(jìn)化，社會的發(fā)展，都可看成是系統(tǒng)信息量的增殖或熵減少的變化；有機(jī)物的分解、熱的擴(kuò)散，生物的死亡，這些都是信息減少或熵增大的變化。信息量愈大，有序程度愈高，結(jié)構(gòu)愈嚴(yán)密，各組成部分愈協(xié)調(diào)，則系統(tǒng)愈穩(wěn)定。反之，如熵值增加，便呈現(xiàn)相反的演變。

以上介紹耗散結(jié)構(gòu)理論的基本知識，目的是借以闡明整體性概念是在發(fā)展的，逐步深化的，而不是固定水變的。這些新理論既是具體的知識，也是頗有新意的方法論。它論證并豐富了整體性的原理，引導(dǎo)著人們從物質(zhì)流、能量流、信息流三個(gè)相互聯(lián)系相互補(bǔ)充的客觀過程中去認(rèn)識整體性，從一個(gè)具有耗散結(jié)構(gòu)的開放有序系統(tǒng)所產(chǎn)生的整體功能中來把握整體性。整體性乃是物質(zhì)、能量、信息在耗散結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中的運(yùn)動、變化、發(fā)展的整體性。運(yùn)用這些新理論研究地球表層，盡管目前處于起步階段，但完全有可能使綜合自然地理學(xué)的研究產(chǎn)生一些新思想，建立新的科學(xué)體系。第三節(jié)地球表層是開放有序的系統(tǒng)地球表層包括非生物界和生物界，是個(gè)開放的有序結(jié)構(gòu)的巨系統(tǒng)。維持這樣一個(gè)復(fù)雜的有序結(jié)構(gòu)，必須輸入能量即負(fù)熵流，這部分能量主要依賴太陽能的源源輸入。也有來自地球內(nèi)能的輸入，表現(xiàn)為構(gòu)造運(yùn)動對地殼的升降作用。因此地球表層是一個(gè)遠(yuǎn)離平衡態(tài)的具有耗散結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的開放系統(tǒng)，耗散能量，新陳代謝，維持穩(wěn)定。

地球表層同外界持續(xù)地進(jìn)行物質(zhì)和能量的交換。輸入的有隕石，宇宙塵埃，宇宙線，侵入巖漿，原生水（巖漿水），放射性元素釋出的熱能，以及太陽輻射能等。如隕石每年落至地表約400噸；宇宙塵埃微粒每年大約有3萬噸降落到地表，這個(gè)數(shù)字積累起來，在40多億年的地質(zhì)史上也不過只把地球蓋上25厘米厚的一層；宇宙射線約為太陽能的1/1億；鈾、釷、鉀等放射性元素，蛻變釋出的熱能，是地?zé)岬闹饕獊碓?，也不過只占到達(dá)地表太陽能的1/2億。但象放射性元素蛻變所放出的熱能在地質(zhì)時(shí)代，通過間接的作用即地球內(nèi)部的構(gòu)造運(yùn)動，改變地表形態(tài)與海陸分布，是不可忽視的。具有頭等重要意義的莫過于太陽能，雖然地表所獲得的太陽能量僅僅占太陽向太空輻射總量的1/20億，并且又受到極其復(fù)雜的改造，但是太陽能的輸入引起了大氣、海洋、河源、冰川、地下水以及生命有機(jī)體的活動，推動著地球表層物質(zhì)循環(huán)、能量轉(zhuǎn)化的運(yùn)動。太陽的熱能轉(zhuǎn)化將大氣—水—土壤巖石組合為一個(gè)功能單位，太陽的溝通轉(zhuǎn)化把有機(jī)界聯(lián)合為一個(gè)整體，保持著地球表層系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)展過程。

地球表層輸出的物質(zhì)能量，最大的一項(xiàng)就是同太陽輻射能大致相等的紅外線輻射，散發(fā)到宇宙空間；少量的質(zhì)輕的氣體分子散逸到高層大氣以至星際空間；在地殼板塊的邊緣處，也會有巖層離開地球表層斜插入深處。所以，地球表層是個(gè)開放的大系統(tǒng)。

尚須指出，太陽能的穩(wěn)定輸入并轉(zhuǎn)換貯存于地表是通過物理的，化學(xué)的，生物的三種過程來進(jìn)行的，也可以看成是能量轉(zhuǎn)換的三個(gè)組成部分。在物理轉(zhuǎn)換過程中，水是能量的轉(zhuǎn)換器、儲藏器和調(diào)節(jié)器，化學(xué)轉(zhuǎn)換過程中的表生礦物和生物轉(zhuǎn)換過程中的有機(jī)質(zhì)，也是能量的轉(zhuǎn)換器、儲藏器和調(diào)節(jié)器。因此水汽、表生礦物和有機(jī)質(zhì)含量的多少，可以作為判斷地球表層的能量水平高低的指標(biāo)。這正是地球表層整體功能的具體反映。

我們還可以從能量轉(zhuǎn)換中的熵變過程、有序化過程作進(jìn)一步的分析。在自發(fā)進(jìn)行的情況下，物質(zhì)和能量流總是自密度較高之處向密度較低之處輸出，或者說，能量流總是自熱源流向地表，經(jīng)過轉(zhuǎn)換，然后再向冷源輸出。這里所指的轉(zhuǎn)換，就是太陽輻射中能量較高的短波輻射，進(jìn)入地球表層流通作做功后，以能量較低的長波輻射或稱地面輻射逸出地表。輸入的所謂“能量較高”就是熵低或信息增多；輸出的“能量較低”就是熵高或信息減少。這樣，太陽能是單向流在地球表層流通轉(zhuǎn)化形成了負(fù)熵流，而負(fù)熵正是有序的標(biāo)志，負(fù)熵流必將導(dǎo)致地球表層有序化，即有一定的有序結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定功能，從而使地球表層成為具有耗散結(jié)構(gòu)的開放系統(tǒng)。

由太陽能單向流向引起的物質(zhì)流和能量流，如大氣循環(huán)、水分循環(huán)、生物循環(huán)，以及由太陽能與地球內(nèi)能共同作用形成的地質(zhì)循環(huán)，是地球表層的物質(zhì)能量輸入、流通、輸出的四大類型，它們使有限的物質(zhì)走向無限循環(huán)的螺旋式上升的運(yùn)動過程，并且還使這種物質(zhì)和能量的輸出維持在一個(gè)相對穩(wěn)定的動態(tài)水平上。地球表層如此，其下的子系統(tǒng)、各區(qū)域單元也是如此。但不應(yīng)忽視的是它們所處的穩(wěn)定，不是平衡的穩(wěn)定，而多屬非平衡的穩(wěn)定，維持這種非平衡的穩(wěn)定必須有負(fù)熵流輸入，以對抗系統(tǒng)走向平衡，因此要耗散能量，要有新陳代謝，才能維持一定的有序性。

運(yùn)用耗散結(jié)構(gòu)理論，研究和掌握能量轉(zhuǎn)換過程中的熵變動向，對于預(yù)測和調(diào)控地球表層系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，以及合理利用自然資源和有效地保護(hù)自然地理環(huán)境，使喚之達(dá)到最佳狀態(tài)即整體優(yōu)化，已越來受到人們的重視，它不但具有理論意義，也有實(shí)踐意義。第四節(jié)地球表層的進(jìn)化發(fā)展地球表層從簡單到復(fù)雜，從比較無序到比較有序，成為越來越復(fù)雜的耗散結(jié)構(gòu)。

地球形成初期，放射性熱是當(dāng)時(shí)地表的主要能源，地球內(nèi)部的熔融物質(zhì)，噴溢出大量的巖漿、氣體和水蒸氣，遂成為原始的各個(gè)圈層，物質(zhì)變化主要靠物理和化學(xué)作用。物質(zhì)的分化使密度較小的含長石和石英礦物的巖漿巖構(gòu)成了大陸地殼；密度較大的富含鐵鎂的巖石形成了海洋盆地。大氣圈和水圈也因地球內(nèi)部散逸的氣體而不斷增厚。隨著地殼的增厚，地?zé)釋Φ厍虮韺拥淖饔脺p弱，太陽輻射能逐漸成為地表的主要能源，并以大氣循環(huán)、水循環(huán)、巖石的物理化學(xué)風(fēng)化等方式進(jìn)行流通轉(zhuǎn)化，但是此時(shí)的太陽能在進(jìn)入地表后很快散失,在內(nèi)部的積聚量不多。

地表的原始大氣和海水中存在著某些簡單的物質(zhì)，如甲烷、一氧化碳、二氧化碳、水、氮、氨、硫化氫等，在短波紫外線、電離輻射、火山爆發(fā)、高溫高壓的作用下，轉(zhuǎn)化成許多種分子較大的有機(jī)物，如氨基酸、核苷酸、單糖和腺苷三磷酸等。這些化合物在原始海洋中，在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)，經(jīng)過化學(xué)變化逐漸聚合成生物大分子一蛋白質(zhì)和核酸，然后成千上萬的生物大分子聚集成具有最原始的生命形態(tài)的分子體系，它們在海洋中受水分子保護(hù)，免遭致命的紫外線傷害，故最早的生命物質(zhì)只能存在于海洋，其深度估計(jì)在海面以下10米左右，完成了無生命向有生命的過渡。這大概發(fā)生在30億年以前，自此,有機(jī)體就成為地球表層中能量流轉(zhuǎn)化的一個(gè)新環(huán)節(jié)。

最原始的生命形態(tài)可能是類似于細(xì)菌的生物，最初是異養(yǎng)型的細(xì)菌，靠海洋中的有機(jī)化合物積聚能量為生。由于海洋中有機(jī)化合物畢竟有限，當(dāng)它們與異養(yǎng)生物的消耗最終達(dá)到平衡時(shí)，異養(yǎng)生物因食物的匱乏，產(chǎn)生了自養(yǎng)生物，這就是具有葉綠素的藍(lán)綠藻的出現(xiàn)。藍(lán)綠藻能進(jìn)行光合作用，依靠自身固定太陽能。于是在海洋里產(chǎn)生了最原始的生態(tài)系統(tǒng)。這是一個(gè)具有白養(yǎng)和異養(yǎng)、合成與分解兩個(gè)環(huán)節(jié)的藻菌生態(tài)系統(tǒng)，它的出現(xiàn)表明有序程度的提高，改變了地表的功能與結(jié)構(gòu)，打破了原來能量積聚與散失之間的平衡，從環(huán)境中獲得更多的負(fù)嫡流，增加了太陽能在地球表層的儲存。

地球上出現(xiàn)生物以后，生物改造環(huán)境，環(huán)境也改造生物。海洋生物由無氧壞境的嫌氣生物進(jìn)化到喜氧生物，由原核細(xì)胞到真核細(xì)胞。乃至植物與動物的分化。在經(jīng)歷了漫長的歷程以后，終于在距今4億年前，生物從海洋登上陸地，擴(kuò)大了其接受太陽能的范圍，并在種類和數(shù)量上大幅度地增長，促進(jìn)陸地和水域都更加充分地固定太陽能與引入負(fù)熵流，以至最后形成復(fù)雜完善的生物圈，這就是天然生態(tài)系統(tǒng)。對于生物圈的看法，普利高津曾指出：“生物圈就是一個(gè)非平衡系統(tǒng)，是從屬于太陽能流的系統(tǒng)?！迸c此同時(shí)，地球表層的最后一個(gè)自然圈層一土壤圈也產(chǎn)生了。

天然生態(tài)系統(tǒng)是在自然地理系統(tǒng)中孕育發(fā)展起來的，自然地理系統(tǒng)是生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境。由于有機(jī)體固定和轉(zhuǎn)化太陽能引入的負(fù)熵流，比自然地理系統(tǒng)更強(qiáng)，因此，生態(tài)系統(tǒng)較之自然地理系統(tǒng)更為有序，功能更強(qiáng)。系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)成分彼此相互作用，這種作用越復(fù)雜，彼此的調(diào)節(jié)能力就越強(qiáng)，其物質(zhì)能量轉(zhuǎn)化的功能也越強(qiáng)。反之，系統(tǒng)越簡單，相互作用越簡單，調(diào)節(jié)能力越弱，功能也弱。但是系統(tǒng)的有序、穩(wěn)定、調(diào)節(jié)、功能等特性，都是在輸入負(fù)熵流的條件下才賦有的，只有在非平衡系統(tǒng)狀況下引入負(fù)熵流才能維持系統(tǒng)的這些特性，而天然生態(tài)系統(tǒng)正是這樣一種復(fù)雜有序、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、調(diào)節(jié)能力強(qiáng)、功能性高的系統(tǒng)。認(rèn)識生態(tài)系統(tǒng)的這種“自然創(chuàng)造”的原理，運(yùn)用它的某些成果（非原封不動地照搬），去為生產(chǎn)服務(wù)，為合理采用自然資源不斷開辟新的途徑，在今天具有重要實(shí)踐意義。

人類生態(tài)系統(tǒng)是以人類為中心的生態(tài)系統(tǒng)，它同天然生態(tài)系統(tǒng)有本質(zhì)差別。早期的人類只是天然生態(tài)系統(tǒng)中的一個(gè)普通消費(fèi)的環(huán)節(jié)，以后由于人類以社會生產(chǎn)的方式改變著能量與物質(zhì)的輸入輸出和流通轉(zhuǎn)換，形成獨(dú)立的具有耗散結(jié)構(gòu)的人類生態(tài)系統(tǒng)。人類維持衣食住行，發(fā)展生產(chǎn)，需要從生態(tài)系統(tǒng)中獲取燃料、木材、食物、纖維等等，其實(shí)質(zhì)就是人類生態(tài)系統(tǒng)從天然生態(tài)系統(tǒng)中取得負(fù)熵流。人們還將天然生態(tài)系統(tǒng)不斷改造成人工生態(tài)系統(tǒng)，如農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)、草地生態(tài)系統(tǒng)、城市生態(tài)系統(tǒng)等等。人類生態(tài)系統(tǒng)是天然生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)化的產(chǎn)物，由于它獲取了日益增多的負(fù)熵流，發(fā)展越來越快，已從根本上改變了地球表層的面貌，所以它是一個(gè)遠(yuǎn)比天然生態(tài)系統(tǒng)更為復(fù)雜有序的耗散結(jié)構(gòu)。

上述三個(gè)在發(fā)生學(xué)上有聯(lián)系的耗散結(jié)構(gòu)，它們的能量流通途徑是：自然地理系統(tǒng)天然生態(tài)系統(tǒng)一人類生態(tài)系統(tǒng)。當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)從另一個(gè)系統(tǒng)獲取負(fù)熵流時(shí)，必然使提供負(fù)熵流的系統(tǒng)的總熵增長。天然生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)者自身固定太陽能，增加了地球表層的負(fù)熵，因此它與自然地理系統(tǒng)是協(xié)調(diào)一致的。人類生態(tài)系統(tǒng)不斷從另兩個(gè)系統(tǒng)獲取能量與物質(zhì)，所以這兩個(gè)系統(tǒng)面臨著總熵增長的問題?，F(xiàn)在廣泛注意的生態(tài)平衡問題實(shí)際上就是系統(tǒng)的總熵增長所引起的生態(tài)退化、生態(tài)失調(diào)問題，這往往與人類的活動有關(guān)。如何保持良好的生態(tài)平衡，使整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)育朝著結(jié)構(gòu)最優(yōu)化和穩(wěn)定性方向發(fā)展，已成為當(dāng)代最突出的問題之一。第五節(jié)自然地理環(huán)境的穩(wěn)定性自然地理環(huán)境的穩(wěn)定性，是指其影響條件發(fā)生變動，或人為干擾的場合下，自然地理環(huán)境的狀態(tài)并不會變動過大，或變動后經(jīng)自我調(diào)節(jié)機(jī)制的作用，使其逐漸恢復(fù)原狀態(tài)。

自然地理環(huán)境的自我調(diào)節(jié)，在很大程度上取決于組成它的各個(gè)組成成分，以及各自然綜合體之間的相互聯(lián)系的性質(zhì)。各組成成分之間以及各自然綜合體之間的聯(lián)系，可應(yīng)用因果反饋關(guān)系來研究。凡具有因果關(guān)系的變量，它們的關(guān)系不是正因果關(guān)系，就是負(fù)因果關(guān)系。如A事物增加，B事物也隨之增加，就是正因果關(guān)系，符號為“十”；若A事物增加，B事物隨之減少，則為負(fù)因果關(guān)系，符號為“－”。

如果把許多有聯(lián)系的因果關(guān)系首尾串聯(lián)，便可形成一個(gè)閉合的因果關(guān)系環(huán)。如（圖1-1）所示，貓的數(shù)量越多，老鼠數(shù)量就越少，貓?jiān)缴倮鲜缶驮蕉?，兩個(gè)變量變化方向相反，為負(fù)因果關(guān)系；而鼠的數(shù)量與滅鼠藥生產(chǎn)的數(shù)量，是正因果關(guān)系，即鼠多，生產(chǎn)滅鼠藥就多；而滅鼠藥用量多少與貓的數(shù)量有關(guān)，滅鼠藥殺死老鼠，貓吃老鼠后也隨之中毒，因而滅鼠藥用量多，貓便減少，它們的變化方向相反，是負(fù)因果關(guān)系。

圖1-1正反饋環(huán)

上述的因果關(guān)系環(huán)實(shí)際上就是因果反饋環(huán)。反饋是系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)后，根據(jù)實(shí)踐的結(jié)果，修正引起這種結(jié)果的原因。反饋環(huán)分為正反饋環(huán)和負(fù)反饋環(huán)。正反饋環(huán)是當(dāng)反饋環(huán)中一個(gè)要素發(fā)生變化，通過反饋環(huán)中各環(huán)節(jié)的連鎖反應(yīng)，加強(qiáng)了這種變化趨勢，使其脫離初始狀態(tài)。這種在變動中自我增強(qiáng)作用是正反饋環(huán)的作用。負(fù)反饋環(huán)與之相反，當(dāng)反饋環(huán)中一個(gè)要素發(fā)生變化，通過反饋環(huán)中各要素的連鎖反應(yīng)，減弱了這種變動，使變化趨于穩(wěn)定。這種在變動中起自我調(diào)節(jié)作用是負(fù)反饋環(huán)的作用。如圖1-1所示，貓的數(shù)量減少，老鼠數(shù)量增多;老鼠數(shù)量增多，滅鼠藥增多，滅鼠藥增多，進(jìn)一步使貓的數(shù)量減少。如開始貓的數(shù)量變動為－ΔA，則一個(gè)周期后貓的數(shù)量變動為－（ΔA＋ΔA′）。這樣循環(huán)下去，就會按指數(shù)規(guī)律減少，造成惡性循環(huán)。這就是耗散結(jié)構(gòu)理論所說的小漲落可以引起巨漲落。

圖1-2負(fù)反饋環(huán)

圖1-2為負(fù)反饋環(huán)，它表示當(dāng)空氣中CO2含量增加時(shí)，空氣的溫度因花房效應(yīng)而提高；空氣溫度升高，植物生長茂盛；植物生長茂盛，增強(qiáng)光合作用，因而使CO2減少。如開始時(shí)CO2的含量變動＋ΔA，一個(gè)周期后CO2含量變動為＋ΔA－ΔA′。這就使C02含量不會增加過快，而趨于穩(wěn)定。所以負(fù)反饋環(huán)可以通過連鎖反應(yīng)，起自我調(diào)節(jié)的作用?？梢?，正反饋環(huán)是使偏差增強(qiáng)的，而負(fù)反饋環(huán)是使偏差抵消的。

由于負(fù)反饋環(huán)是起偏差抵消作用的，是起穩(wěn)定作用的。因此過去過多地重視負(fù)反饋在生態(tài)平衡中的作用，甚至認(rèn)為生態(tài)平衡僅由負(fù)反饋來決定，而忽視了正反饋的作用，這是不全面的。實(shí)際上，系統(tǒng)的穩(wěn)定是由正反饋環(huán)與負(fù)反饋環(huán)兩者的力量對比關(guān)系所決定。由于正反饋環(huán)的自我增強(qiáng)作用和負(fù)反饋環(huán)的自我調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)必然是在變動與穩(wěn)定、增長與衰減間相互斗爭。當(dāng)負(fù)反饋環(huán)的自我調(diào)節(jié)作用強(qiáng)于正反饋環(huán)的自我增強(qiáng)作用時(shí)，系統(tǒng)趨于穩(wěn)定；但當(dāng)正反饋環(huán)自我增強(qiáng)作用超過負(fù)反饋環(huán)的自我調(diào)節(jié)作用時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)定遭受破壞，脫離初始狀態(tài)。

圖1-3表示植物總數(shù)同時(shí)受出生數(shù)和死亡數(shù)兩個(gè)變量的控制，當(dāng)出生數(shù)所在的正反饋環(huán)的自我強(qiáng)化作用超過死亡數(shù)所在的負(fù)反饋環(huán)的自我調(diào)節(jié)作用時(shí)，植物總數(shù)將呈現(xiàn)增長趨勢；但當(dāng)死亡數(shù)所在的負(fù)反饋環(huán)的自我調(diào)節(jié)作用超過出生數(shù)所在的正反饋環(huán)的自我增強(qiáng)作用時(shí)，系統(tǒng)將趨于穩(wěn)定?？梢娤到y(tǒng)的穩(wěn)定性不僅決定于負(fù)反饋環(huán)，而是負(fù)反饋環(huán)與正反饋環(huán)相互沖突中負(fù)反饋環(huán)占優(yōu)勢的結(jié)果。

圖1-3正負(fù)反饋環(huán)結(jié)合圖地球表層不同等級的自然單元都是在歷史發(fā)展過程中形成和不斷向前演化的。所謂穩(wěn)定只是代表整個(gè)演化過程的一個(gè)階段。整個(gè)地球表層是不斷向前發(fā)展，是由簡單到復(fù)雜的不可逆過程。自然界在某一階段是穩(wěn)定的，但自然歷史的長河又是發(fā)展的。索恰瓦把地理系統(tǒng)的發(fā)展演化比作電影膠片，而把這種膠片的每一個(gè)鏡頭比作一定的不變量。他說的不變量就是自然環(huán)境的穩(wěn)定階段。

負(fù)反饋環(huán)的自我調(diào)節(jié)作用，不會引起自然環(huán)境演化的終止。負(fù)反饋環(huán)的自我調(diào)節(jié)作用在演化過程中，雖然是起“保守”作用，但它的作用有一定限度，當(dāng)某些變動超過“閾值”時(shí)，自我調(diào)節(jié)便會失去作用，系統(tǒng)會偏離初始狀態(tài)。

按耗散結(jié)構(gòu)理論，地球表層是一個(gè)與外界有物質(zhì)和能量交換的開放系統(tǒng)，它的各組成成分之間的關(guān)系，由于它們的協(xié)同作用，多為非線性機(jī)制，在遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)下，只要有物質(zhì)和能量的不斷輸入，某些成分的小的振蕩，經(jīng)過正反饋環(huán)的連鎖反應(yīng)，可以引起系統(tǒng)的大漲落，通過自組織作用，形成新的結(jié)構(gòu)。于是穩(wěn)定狀態(tài)為變化狀態(tài)所代替，促使自然地理系統(tǒng)向前演化?？梢娬答伃h(huán)在發(fā)展演化中，可促使自然界向異質(zhì)性（Heterogenity）、多樣性（Diversity）的方向發(fā)展；而負(fù)反饋環(huán)則有保持均質(zhì)性（Homogenity）的特點(diǎn)。第二章自然地理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能自然地理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)(structure)是自然地理系統(tǒng)各組成部分的組織形態(tài)及各組成部分之間的相互聯(lián)系、相互作用方式，或不同等級的自然地理單元的分布格局及各等級單元之間的相互作用方式。人們往往以系統(tǒng)的各組成部分代表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如以一縣“七山一水二分田”來代表此縣的土地結(jié)構(gòu)。這只反映了結(jié)構(gòu)的一個(gè)側(cè)面，其更重要的一面是山、水、田相互作用和相互聯(lián)系的方式、性質(zhì)和強(qiáng)度。如基本電路的結(jié)構(gòu)是由電流、電壓和電阻組成的，這是對結(jié)構(gòu)的靜態(tài)描述，更重要的一面是，必須了解三者之間的內(nèi)在聯(lián)系：電流=電壓／電阻，這兩個(gè)方面的組合才真正代表了電路的結(jié)構(gòu)。只有掌握了電流、電壓和電阻的相互關(guān)系才揭示了結(jié)構(gòu)的規(guī)律性，才能完整地表達(dá)了結(jié)構(gòu)的內(nèi)涵。因此，必須從結(jié)構(gòu)上認(rèn)識系統(tǒng)才能掌握各組成部分之間的相互作用方式，才能既了解部分，又掌握整體，否則我們對系統(tǒng)的認(rèn)識只能是一堆支離破碎、彼此孤立的混合物；一些觀察結(jié)果，也只能是一堆矛盾事物的簡單堆砌。第一節(jié)自然地理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)地表景觀格局地表景觀格局是指在空中從垂直方向或傾斜方向上能夠觀察到的自然地理系統(tǒng)中的事物，它是自然地理系統(tǒng)異質(zhì)性在水平方向上的投影，也是自然地理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)直觀的反映。從古至今，地表景觀格局一直是地圖學(xué)家的制圖對象。他們通常認(rèn)為利用立體鏡解譯航空（天）像片是觀察、記錄地表景觀格局最理想的手段。

地表景觀格局雖然是從整體上反映了自然地理系統(tǒng)組成要素分布的差異性，但由于大氣（氣候）的差異無法用肉眼直接觀察，地形的差異因投影而消除，土壤、水、巖石的特征被植被所覆蓋，因此，地表景觀格局主要是反映植被及土地利用的差異性。天然狀態(tài)下地表景觀格局受兩個(gè)因素的制約：一是生境差異。由于地表大氣（氣候）、地形、土壤、水、巖石的特征存在著差異，因此地表景觀格局的形狀、形成過程和規(guī)模必然存在差異；二是生境差異又影響著不同尺度自然地理系統(tǒng)內(nèi)部和各空間單元之間的能流、物質(zhì)流、物種流和信息流，其流動的速率和強(qiáng)度不同，加強(qiáng)和削弱了地表景觀格局。

在自然地理系統(tǒng)中，植被對人類干擾最敏感，因此，地表景觀格局經(jīng)常變化。

地表若是同質(zhì)性區(qū)域，就不存在結(jié)構(gòu)，當(dāng)然也就沒有格局要加以區(qū)分。同質(zhì)性的原因一是地表本身就不存在差異，二是由于觀測手段與觀測工具的精度所限，地表要素的差異性難以觀測到。

地表景觀格局的組成要素含點(diǎn)狀要素、線狀要素和面狀要素。一個(gè)范圍相對較小的、輪廓為狹長形的組分稱為線狀要素（廊道）。如樹籬、道路和小河等；從各角度看都非常小的組分稱為點(diǎn)狀要素(斑塊)。例如大比例尺航空像片中的單一樹林；面積較大的非線性組分稱為面狀要素(基質(zhì)),它分布于周圍，并很少出現(xiàn)在孤立斑塊中。例如單一樹林周圍的茫茫草原，或樹籬之間的成片農(nóng)田。這里，草原和農(nóng)田是基質(zhì)，樹林為斑塊，樹蘺為廊道。

地表景觀格局表示方法不但可以采用地圖形式，還可以定量化地表述。指標(biāo)包括斑塊的直徑、斑塊數(shù)量與基質(zhì)面積之比、斑塊周長和面積之比等。信息論和分形理論也有助于參數(shù)的選擇。自然地理系統(tǒng)的空間結(jié)構(gòu)自然地理系統(tǒng)的空間結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)中各組成部分的組織形態(tài)及各組成部分之間在空間上相互聯(lián)系和相互作用方式。按其聯(lián)系與相互作用的方向與強(qiáng)度可分為垂直結(jié)構(gòu)和水平結(jié)構(gòu)。

1、自然地理系統(tǒng)的垂直結(jié)構(gòu)

自然地理系統(tǒng)在垂直方向上組成物質(zhì)形態(tài)不同、性質(zhì)不同組成“千層餅”式的構(gòu)型，稱其為自然地理系統(tǒng)的垂直結(jié)構(gòu)。這種垂直結(jié)構(gòu)在不同等級的自然地理系統(tǒng)中表現(xiàn)出來的格局不盡相同。如等級較低的生物群落中的喬木層、灌木層、草本層及地下層。它們之間通過能量交換和物質(zhì)循環(huán)（C、H、O2、N2的循環(huán)）和代謝等組成生物群落的垂直結(jié)構(gòu)；等級較高的生態(tài)系統(tǒng)中的生產(chǎn)者、草食消費(fèi)者、肉食消費(fèi)者和分解者通過吃與被吃的物質(zhì)循環(huán)與能量轉(zhuǎn)化的特殊“流”的形式—食物鏈組合成自然地理系統(tǒng)中的垂直結(jié)構(gòu)，這種垂直結(jié)構(gòu)使生態(tài)系統(tǒng)能夠分層、分級地利用自然界提供的能量和物質(zhì)，因而能養(yǎng)育如此眾多的生物物種；更高層次的自然地理系統(tǒng)通過更復(fù)雜的物質(zhì)和能量聯(lián)系組成垂直方向上大氣圈、水圈、土壤圈、生物圈和巖石圈的有序結(jié)構(gòu)。盡管不同等級的自然地理系統(tǒng)其垂直結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)方式不同，但其共同特點(diǎn)是系統(tǒng)中異質(zhì)要素在垂直方向上物質(zhì)與能量的內(nèi)在聯(lián)系決定了垂直結(jié)構(gòu)的簡單與復(fù)雜程度。

2、自然地理系統(tǒng)的水平結(jié)構(gòu)

自然地理系統(tǒng)各組成單元在水平方向上的分布格局以及相互之間的聯(lián)系關(guān)系組成自然地理系統(tǒng)的水平結(jié)構(gòu)。水平結(jié)構(gòu)的復(fù)雜與簡單與否是由物質(zhì)、能量在水平方向上的流決定的。自然地理系統(tǒng)的水平結(jié)構(gòu)具有等級性。如全球尺度自然地理系統(tǒng)的水平結(jié)構(gòu)和區(qū)域尺度自然地理系統(tǒng)的水平結(jié)構(gòu)。

水平結(jié)構(gòu)可以根據(jù)其形狀進(jìn)行分類：

（1）棋盤式結(jié)構(gòu)。它是由塊狀自然地理單元絕對規(guī)則分布構(gòu)成的最規(guī)則的結(jié)構(gòu)類型。這僅存在于近乎均質(zhì)自然地理系統(tǒng)中。如平地上開墾的耕地與林帶的組合就是典型的棋盤式結(jié)構(gòu)。

（2）平行式結(jié)構(gòu)。它是由平行分布的條帶狀自然地理單元構(gòu)成的。平行式結(jié)構(gòu)多有相對直的邊界，如熱量帶、垂直帶等。

（3）交錯(cuò)式結(jié)構(gòu)。它是由非平行的條帶狀自然地理單元構(gòu)成的，多具有不規(guī)則的邊界，其組分通常相互交叉。如坡度不同的地貌區(qū)、多流域的山區(qū)等。

（4）鑲嵌式結(jié)構(gòu)。它是由塊狀自然地理單元不規(guī)則分布的組成的結(jié)構(gòu)類型。如已退化的草地（草斑和堿斑鑲嵌分布）。自然地理系統(tǒng)的信息反饋結(jié)構(gòu)信息反饋結(jié)構(gòu)是自然地理系統(tǒng)各種反饋環(huán)的組成的網(wǎng)絡(luò)。如林草田復(fù)合自然地理系統(tǒng)中各要素之間的信息往復(fù)聯(lián)系組成其因果反饋的信息結(jié)構(gòu)。

1、開環(huán)系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)

自然地理系統(tǒng)的各組成部分之間相互聯(lián)系，構(gòu)成整體。按照它們之間相互聯(lián)系性質(zhì)的不同，可以分為開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)。

開環(huán)系統(tǒng)，是系統(tǒng)的輸入決定系統(tǒng)的輸出（圖2-1）。

2、因果反饋環(huán)分析

系統(tǒng)內(nèi)相互聯(lián)系的組成部分之間，總是具有因果關(guān)系的。為了解系統(tǒng)的部分與整體之間及部分與部分之間的關(guān)系，可將復(fù)雜的整體通過因果關(guān)系加以分解，借以簡化。

①因果關(guān)系鍵捕食者A與被捕食者B的關(guān)系，可用箭頭連起來，如圖2-3：

自A指向B的箭頭，即表示A對B的作用，A是原因，B是結(jié)果，它們共同組成因果關(guān)系鍵。

②因果關(guān)系環(huán)在不同等級的自然地理系統(tǒng)和整個(gè)自然界中，兩個(gè)變量間的關(guān)系，不是正因果關(guān)系，就是負(fù)因果關(guān)系；在復(fù)雜系統(tǒng)中，不只是兩個(gè)變量，還會有兩個(gè)以上的變量組成因果關(guān)系鏈，把這種因果關(guān)系首尾連接起來，形成閉合的環(huán)，稱謂因果關(guān)系環(huán)（CausalRelationshipLoop）。如圖2-4即為因果關(guān)系環(huán)圖。

③反饋的分析反饋（Feekback），在閉環(huán)系統(tǒng)中，把輸出反過來饋送給輸入，就稱反饋，或根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的結(jié)果去修正原因也是反饋的概念。俄羅斯的索恰瓦稱這種反饋是原因和結(jié)果的逆向聯(lián)系(圖2-5)。從圖2-5可以看出，原因與結(jié)果通過信息流組成一個(gè)閉合的反饋系統(tǒng)，這種閉合的反饋系統(tǒng)稱之為因果反饋環(huán)（CausalFeedbackLoop）。因果關(guān)系鍵有正鍵和負(fù)鍵之分，那么由這些帶極性的因果關(guān)系鍵聯(lián)結(jié)而成的因果反饋環(huán)，必然也有正反饋環(huán)與負(fù)反饋環(huán)之分。

A、正反饋環(huán)（PositiveFeedbackLoop）當(dāng)因果反饋環(huán)中的一個(gè)變量發(fā)生變化，通過環(huán)中各組分間依次發(fā)生的連鎖反應(yīng)，使變量的變化增強(qiáng)，最后使系統(tǒng)遠(yuǎn)離初始狀態(tài)。這種自我強(qiáng)化的因果反饋環(huán)稱為正反饋環(huán)。

B、負(fù)反饋環(huán)（NegativeFeedbackLoop）當(dāng)因果反饋環(huán)中一個(gè)變量發(fā)生變化，通過環(huán)中各組分間依次發(fā)生的連鎖反應(yīng)，使變量的變化減弱，最后引起變化趨于穩(wěn)定，讓系統(tǒng)回歸它的初始狀態(tài)，不使變動過大，所以它具有自我調(diào)節(jié)的作用。

C、正負(fù)反饋環(huán)的耦合（Couple）

生態(tài)系統(tǒng)，或一個(gè)自然地理系統(tǒng)，甚至一個(gè)社會系統(tǒng)，常常不是由一個(gè)反饋環(huán)組成的，總是幾個(gè)甚至十幾個(gè)正負(fù)反饋環(huán)相互連接構(gòu)成的復(fù)雜關(guān)系網(wǎng)。雖然每一個(gè)反饋環(huán)有正有負(fù)，但是整個(gè)系統(tǒng)的行為本身并無正負(fù)之分。正負(fù)反饋環(huán)組合而成的反饋結(jié)構(gòu)，由于正反饋環(huán)的自我增強(qiáng)作用和負(fù)反饋環(huán)的自我調(diào)節(jié)作用，并不總是相等，雖然它們之間有互相抵消的趨勢，但就整體系統(tǒng)來說，必然是在穩(wěn)定與變動，增長與衰減間相互變化。當(dāng)負(fù)反饋環(huán)自我調(diào)節(jié)作用強(qiáng)于正反饋環(huán)的自我強(qiáng)化作用時(shí)，系統(tǒng)就呈現(xiàn)出趨于穩(wěn)定的行為；但當(dāng)正反饋環(huán)的自我強(qiáng)化作用勝于負(fù)反饋環(huán)的自我調(diào)節(jié)作用時(shí)，系統(tǒng)就出現(xiàn)無限增長或急劇衰減的行為。正是正反饋環(huán)與負(fù)反饋環(huán)的相互作用，決定系統(tǒng)的行為。

3、反饋調(diào)節(jié)

在一個(gè)系統(tǒng)中，利用正負(fù)反饋結(jié)構(gòu)的耦合關(guān)系，根據(jù)系統(tǒng)的問題和解決問題要達(dá)到的目標(biāo)，通過正反饋環(huán)的自我增強(qiáng)作用和負(fù)反饋環(huán)的自我調(diào)節(jié)作用的加強(qiáng)和減弱，可以控制系統(tǒng)的變動方向和發(fā)展趨勢，這就是反饋結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)。

如果要保持系統(tǒng)的穩(wěn)定，就一定要加強(qiáng)負(fù)反饋環(huán)的作用，使負(fù)反饋環(huán)勝過正反饋環(huán)，防止其脫離初始狀態(tài)的過快增長。具體措施必須根據(jù)問題研究各變量間的真實(shí)關(guān)系，根據(jù)這種關(guān)系，繪制因果反饋結(jié)構(gòu)圖，研究調(diào)節(jié)策略，通過增加反饋鍵，以改變系統(tǒng)行為，使其向有利的方向發(fā)展。

總之，系統(tǒng)的反饋結(jié)構(gòu)是傳遞信息的重要通道，通過調(diào)節(jié)反饋鍵的極性，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與變化的控制。四、自然地理系統(tǒng)的時(shí)間結(jié)構(gòu)時(shí)間結(jié)構(gòu)是指自然地理系統(tǒng)的組成要素及自然地理系統(tǒng)整體隨時(shí)間的變化而體現(xiàn)出的變化規(guī)律性，如春、夏、秋、冬的更替，它既是氣候變化也是土壤、植被、水文、地貌過程的變化。更重要的是，自然地理系統(tǒng)的組成要素間的物質(zhì)、能量交換也同時(shí)變化。

1、時(shí)間結(jié)構(gòu)的動力因子

自然地理系統(tǒng)是一個(gè)多等級的復(fù)雜系統(tǒng),其時(shí)間結(jié)構(gòu)變化的動力因子是不同的。既有干擾因子的變化更有系統(tǒng)自身的演變，且二者是相輔相承的。太陽能自然地理系統(tǒng)的干擾因子，其干擾強(qiáng)度的周期變化是四季變化的動力因子。在地貌學(xué)的演化過程中，地殼運(yùn)動是干擾因子。巖石圈與其它圈層的物質(zhì)交換是系統(tǒng)演變的主要機(jī)制。若考察期內(nèi)氣候狀況并不發(fā)生改變，地殼運(yùn)動發(fā)生時(shí)，地勢產(chǎn)生起伏。那么地貌的最終階段將是所有地勢起伏全部消失后形成的低平原。這一時(shí)期往往需要幾千年之久。所以一般情況下，在較短的時(shí)期內(nèi)，人們很少能見到最終階段。并且這種地貌結(jié)構(gòu)的時(shí)間變化通常會被火山、地殼構(gòu)造運(yùn)動或者是可以引發(fā)新的地貌循環(huán)的氣候變化所干擾。

一般而言，任何一種植物群落其時(shí)間結(jié)構(gòu)的變化都可以分為先鋒期、青年期、過渡期、成熟期，后者是一種穩(wěn)定的狀態(tài)，即穩(wěn)態(tài)，或者是指在自我平衡狀態(tài)下非常緩慢的“長期”演替過程。干擾打破穩(wěn)態(tài)，演替實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)的交替，構(gòu)成了植物群落的時(shí)間結(jié)構(gòu)。

目前，人類干擾也導(dǎo)致時(shí)間結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生。但這種結(jié)構(gòu)具有周期短、自然地理系統(tǒng)等級低的特點(diǎn)。

2、時(shí)間結(jié)構(gòu)的尺度

不同等級的自然地理系統(tǒng)時(shí)間結(jié)構(gòu)的尺度是不同的，全球尺度自然地理系統(tǒng)時(shí)間結(jié)構(gòu)的跨度是幾百萬年乃至幾千萬年。而局地尺度自然地理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變化僅幾百年甚至幾年。俄羅斯地理學(xué)家索恰瓦（В?Б?Сочава）把自然地理系統(tǒng)的時(shí)間結(jié)構(gòu)稱之為：“地理系統(tǒng)的一部分不變性為另一部分不變性所代替。該過程在各地質(zhì)時(shí)期內(nèi)，由于地理系統(tǒng)的自身發(fā)展和變化著的外部條件對它們的影響，是按確定的方向進(jìn)行的。相互更替的各種不變性，乃是演化過程的各個(gè)階段。不變性本身，在整個(gè)演化時(shí)期內(nèi)表現(xiàn)為各種變化狀態(tài)的集合，這些狀態(tài)中的每一個(gè)都應(yīng)看作是對不變性的暫時(shí)變換?！?/p>

動態(tài)與演化是分不開的，而演化與動態(tài)也分不開。若把每一種不變性，從其在自然地理宏觀系統(tǒng)演化過程中產(chǎn)生的時(shí)刻開始所經(jīng)過的時(shí)間作為地理系統(tǒng)的年齡，而把一種不變性在地表一定地段的每一種變化狀態(tài)存在的時(shí)間作為地理系統(tǒng)的壽命，則地理系統(tǒng)的年齡是作為一定結(jié)構(gòu)-動態(tài)類型在演化系列中存在的時(shí)間長度。通常，自然地理系統(tǒng)的等級越高，其年齡越大。但同一等級的自然地理單元，其年齡的差距可能很大。

年齡適用于一切級序的自然地理系統(tǒng)。如作為自然地理地帶的歐亞大陸的泰加林其發(fā)育年齡應(yīng)始于新第三紀(jì)。由于氣候普遍變冷，濕度減少，水文氣候條件的季節(jié)差異增大，即氣候的大陸性增強(qiáng)，則由原來的圖爾蓋混交林轉(zhuǎn)變?yōu)樘┘恿?。某一地理系統(tǒng)存在時(shí)間的長短，經(jīng)常是根據(jù)其組成的組分（植被或地形）來加以判斷。地理系統(tǒng)的年齡，決定于它的各組成部分的相互關(guān)系始終保持大致相同的時(shí)限。但也不排除個(gè)別組成組要素的年齡可能相對老一些。在確定各組成要素的年齡時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意它們往往是在很長時(shí)間內(nèi)形成的，所以現(xiàn)在可能是不同時(shí)間長度的形成物。確定地理系統(tǒng)的年齡，要求從時(shí)間觀點(diǎn)來分析地理系統(tǒng)各組成成分之間的聯(lián)系，即必須形成關(guān)于地質(zhì)年代某一時(shí)段系統(tǒng)聯(lián)系的演化概念。

地理系統(tǒng)的壽命一般是用野外方法解決的。不同的自然地理地帶，相似的自然地理單元特別是相似的生物地理群落其壽命可能是完全不同的。壽命指的是某一特定空間結(jié)構(gòu)持續(xù)的時(shí)限。如生物地理群落在一定地域內(nèi)持續(xù)的時(shí)間期限，即是其壽命。一些連續(xù)演替的生物地理群落其壽命是不長的，如一生物地理群落從裸巖至草本和灌木最終為喬木這樣的演替過程是其時(shí)間結(jié)構(gòu)的具體表現(xiàn)，而每一種類型的群落持續(xù)的時(shí)間即其壽命。

不變性在一定程度上是一個(gè)抽象的概念，而“動態(tài)狀況”則是具有地理系統(tǒng)形態(tài)特征和功能特征的地理系統(tǒng)變體的具體表現(xiàn)。動態(tài)與演化不同，它表現(xiàn)于地理系統(tǒng)的一定結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)。在“動態(tài)”與“結(jié)構(gòu)”這兩個(gè)概念之間，存在著直接的聯(lián)系—它們是相互制約的。結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)不變的方面，而動態(tài)則存在于地理系統(tǒng)發(fā)展演化系列的一定“鏡頭”范圍內(nèi)?？梢园训乩硐到y(tǒng)的發(fā)展演化系列比作電影膠片。這咱膠片的每一個(gè)鏡頭都相當(dāng)于一定的不變性，包含著變化結(jié)構(gòu)的某種集合。由一種不變性轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N不變性（鏡頭的更換）這已經(jīng)是自然地理系統(tǒng)演化發(fā)展的表現(xiàn)，動態(tài)現(xiàn)象對于該演化發(fā)展是動力之一。

各種類型的連續(xù)演替地理系統(tǒng)，其動態(tài)系列和其他系列，相當(dāng)于生態(tài)學(xué)家所研究的演替序列。它們包括自生發(fā)展過程中相互與日俱增替狀態(tài)的系統(tǒng)，或由于人類影響而相互與日俱增替的狀態(tài)系列。地理系統(tǒng)的每一種狀態(tài)，均表現(xiàn)在不小于某一確定最小值的面積上和必要長度的時(shí)間內(nèi)。每一個(gè)地理系統(tǒng)都固有按年變化的節(jié)律，它們包括在地理系統(tǒng)狀態(tài)的概念中，并應(yīng)在確定狀態(tài)時(shí)加以考慮。地理系統(tǒng)的狀態(tài)并不是地理系統(tǒng)的快照拍攝，它可能在多年的時(shí)間間隔內(nèi)顯露出來。

任何時(shí)候，自然地理系統(tǒng)中大一點(diǎn)的地段，都是由許多不同質(zhì)的（不僅是結(jié)構(gòu)與功能不同質(zhì)，而且在動態(tài)特征方面也不同質(zhì)）的地理系統(tǒng)組成的。這樣，幾乎每一個(gè)自然地理區(qū)、自然地理地帶，都是由具有各種動態(tài)趨向的地理嵌塊體鑲嵌而成。地理嵌塊體在一定的地理范圍內(nèi)是怎樣結(jié)合的，決定著自然地理區(qū)、自然地理帶的復(fù)雜性、年齡與壽命。如在研究吉林省西部景觀變化時(shí)，可以研究其自然地理系統(tǒng)的發(fā)育年齡，也可以研究作為溫帶亞濕潤草甸草原景觀的壽命及這一景觀的近期變化。

晚更新期的末次冰期，在冰緣氣候條件下，吉林省中西部平原的風(fēng)力作用強(qiáng)盛，永久凍土的南界達(dá)到松遼分水嶺一線，在這種干冷氣候條件下，植被疏萎，風(fēng)力對砂質(zhì)地表的改造作用加強(qiáng)，但受冷凍水的制約，這種作用對地表的影響較淺但卻比較廣泛，形成一些規(guī)模不大的低緩沙丘，生態(tài)環(huán)境荒漠草原景觀。

全新世早期，由于氣候條件開始轉(zhuǎn)暖，吉林省西部大平原永久凍土開始解凍，界線北移，但由于溫度回升較快，蒸發(fā)量增大，氣候轉(zhuǎn)為干涼。據(jù)推算，當(dāng)時(shí)的降水量為380mm左右，干燥度為1.28，顯然比現(xiàn)在偏干。此時(shí)，溫帶半濕潤—半干旱大陸性季風(fēng)氣候特點(diǎn)愈加明顯。在大風(fēng)季節(jié)里，不同地形面上的沖積沙大面積地被風(fēng)吹起，使早期形成的冰緣沙地、沙丘規(guī)模增大。這一時(shí)期的植被以菊科的小型蒿占絕對優(yōu)勢，兼有藜科、麻黃、菊科等耐旱植被伴生，呈干草原景觀。

全新世中期為氣候適宜期，由于氣候條件溫和偏濕，降水量普遍增加并達(dá)到高峰值，在沙地上發(fā)育了一層古土壤。根據(jù)古土壤的孢粉分析，沙地中草本植物大量出現(xiàn)，主要為菊科蒿屬和藜科，木本植物花粉的種類和數(shù)量都很少，針葉樹種主要為松、云杉、冷杉，落葉樹種主要為樺、柳、榆、椴等，蕨類孢子很少，種類單調(diào)，此外，還有一些喜濕植物，植被為森林草原景觀。氣候適宜期結(jié)束以后，本區(qū)氣候條件轉(zhuǎn)為溫涼，降水量相對減少，但仍有溫度的升降和干濕的波動。這一時(shí)期在本區(qū)域已開始有人類活動出現(xiàn)。

全新世晚期，距今2500年前以來，吉林省西部的氣候條件屬于干涼，風(fēng)力作用再次活躍，并發(fā)生古沙翻新，翻新過程緩慢且不均勻。在全新世中期發(fā)育的古土壤上，較為普遍地覆蓋著這一時(shí)期形成的沙丘或沙灘。而在一些地勢低洼的湖沼附近，由于水分和植被較好，有一層很薄的不連續(xù)的古土壤發(fā)育。根據(jù)對古土壤中孢粉分析推斷，此時(shí)的植被是以蒿為主，藜科和草木樨較為繁盛，并有少量的茜草科植物，生物氣候條件已十分接近于現(xiàn)在。

進(jìn)入人類歷史時(shí)期，尤其是遼金時(shí)代以來，氣候出現(xiàn)小適宜期，地表再次有明顯的腐殖質(zhì)累積和土壤發(fā)育。在此之后，氣候仍有小規(guī)模的波動，14~19世紀(jì)為全球小冰期時(shí)代，氣候趨于干冷，風(fēng)力作用相對加強(qiáng)。

綜上所述，吉林省西部地區(qū)自全新世開始在氣候條件上先后經(jīng)歷了干冷→亞干旱→亞濕潤→亞干旱的變遷，而在生態(tài)類型上則經(jīng)歷了荒漠草原→草原→疏林草原→干草原的演替階段。這一演替階段就構(gòu)成了吉林省西部自然地理系統(tǒng)時(shí)間結(jié)構(gòu)的特征。而在這一結(jié)構(gòu)變化中，太陽輻射的變化是決定性因素。

第二節(jié)自然地理系統(tǒng)的功能一、功能因子自然地理系統(tǒng)的功能（function）是指有特定結(jié)構(gòu)的自然地理系統(tǒng)具有的能力。它是通過物質(zhì)流、能量流、物種流和信息流在與內(nèi)部及外部相互聯(lián)系中表現(xiàn)出來的，功能的產(chǎn)生依靠功能的因子。功能因子分為四種類型：

作用因子：是指自然地理系統(tǒng)中物理變化和化學(xué)變化機(jī)制，即地理過程中的作用機(jī)理。如，有機(jī)物合成機(jī)制。

人們雖然能觀察到系統(tǒng)中能流和物流的輸入過程，但無法觀察輸入系統(tǒng)的能流與物流在整個(gè)地理過程中的作用機(jī)理。通常可以借助于以下幾種因子間接推導(dǎo)出作用因子。

狀態(tài)因子：是指清晰可見的狀態(tài)，它們可以引導(dǎo)或產(chǎn)生流，但其自身并不是動因。以土壤質(zhì)地為例，它自身不是一個(gè)動因，但卻影響著土壤結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響到水和土壤養(yǎng)分的通透性和吸收作用，影響植物根系的生長條件。某些流具有狀態(tài)特征而不具有作用特征，例如：草原植被被破壞、土壤養(yǎng)分的低下是狀態(tài)因子，作用因子是遷徙動物行為。

位置因子：指自然地理系統(tǒng)中要素、屬性或組分的具體位置，它決定了將會產(chǎn)生的行為類型。也就是說，可以從位置上推斷出某一具體行為。例如以一山坡的上部為例，上部由于水分和養(yǎng)分的流失通常比較干燥和貧瘠。

遺傳因子：即繼承性。是指無法用現(xiàn)狀解釋說明的，但是卻可從過去資料中得出結(jié)論的自然地理因子。例如：保持了早期氣候狀況或不同人類活動痕跡的地貌，植物固定的沙丘，被辮流水系所掩蓋的多曲流河等；

作用因子是通過能流、物流和信息流起作用的，而狀態(tài)因子和位置因子決定了功能的發(fā)揮。對作用因子作用過程的研究涉及到與地貌、水文、土壤、氣候、植物和動物等內(nèi)容有關(guān)的領(lǐng)域。二、自然地理系統(tǒng)的功能類型自然地理系統(tǒng)的功能分為核心功能和基礎(chǔ)功能。自然地理系統(tǒng)的核心功能是自然地理系統(tǒng)具有提供人類生存和發(fā)展所需一切的能力，它包括生產(chǎn)功能與穩(wěn)定功能。通過生產(chǎn)功能既將太陽能的固定下來，也將簡單的無機(jī)物合成了高分子有機(jī)物，并通過系統(tǒng)的建造行為使自然地理系統(tǒng)的熵值下降。因此，生產(chǎn)功能不但能提供人類所需的能量和物質(zhì)，而且可以消除人類破壞環(huán)境造成的熵增。人類是地球表層進(jìn)化的產(chǎn)物，適應(yīng)于自然地理系統(tǒng)特定屬性，要求自然地理系統(tǒng)屬性保持穩(wěn)定。并且自然地理系統(tǒng)要生產(chǎn)，也必須要有一個(gè)相對穩(wěn)定的系統(tǒng)狀態(tài)。穩(wěn)定功能是系統(tǒng)具有把目前的諸要素控制在相對穩(wěn)定狀態(tài)的能力。

生產(chǎn)功能，常能帶來有形的物質(zhì)利益，它能以貨幣的形式表達(dá)，并能計(jì)算其經(jīng)濟(jì)效益；自然地理系統(tǒng)的穩(wěn)定功能常常是無形的，但正是這種無形的保護(hù)功能，保證了有形的生產(chǎn)功能的物質(zhì)利益的獲得?？梢韵胂螅咂降睾谕梁堤镏?，若黑土層遭受嚴(yán)重侵蝕，則生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)功能必然下降，經(jīng)濟(jì)收入也就隨之降低。

自然地理系統(tǒng)的生產(chǎn)功能和穩(wěn)定功能的發(fā)揮，都是以系統(tǒng)的供給功能、排出功能、抵制功能和保存功能為基礎(chǔ)的，故將如下四種功能作為自然地理系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能：

1、供給功能

自然地理系統(tǒng)的供給功能，是指其具有從周圍環(huán)境中輸入物質(zhì)、能量、信息和物種流以供給系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，使系統(tǒng)保持結(jié)構(gòu)的能力。自然地理系統(tǒng)生產(chǎn)行為和系統(tǒng)的建造行為都與供給功能緊密相關(guān)。如果一個(gè)自然地理系統(tǒng)不能從周圍環(huán)境中攝取足夠的物質(zhì)、能量、信息和物種流，系統(tǒng)的生產(chǎn)和系統(tǒng)的建造就會受到限制，引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定，甚至達(dá)到崩潰。

在一個(gè)接一個(gè)周期連續(xù)生產(chǎn)的情況下，如果供給功能不能及時(shí)、足量地向系統(tǒng)輸入物質(zhì)、能量、信息和物種流，就稱為進(jìn)料不足。這時(shí)系統(tǒng)的生產(chǎn)和系統(tǒng)的建造因還要運(yùn)轉(zhuǎn)而被迫降低消耗或消耗殆盡，需要供給功能加強(qiáng)供給，達(dá)到供需均衡，才能使系統(tǒng)恢復(fù)到一個(gè)最低需要的水平，所以它也是復(fù)原功能，對穩(wěn)定功能有重要意義。

2、自然地理系統(tǒng)的處置功能

自然地理系統(tǒng)的處置功能，是將供給功能輸入的物質(zhì)、能量、信息和能量流加以處理，或?qū)⑺鼈冝D(zhuǎn)移，或?qū)⑺鼈兣懦?。處置功能與供給功能一起，共同保持系統(tǒng)穩(wěn)定的最低需要；不過一種功能是靠供給保持系統(tǒng)穩(wěn)定的最低需要，一種功能是靠排出來保持系統(tǒng)穩(wěn)定的需要。系統(tǒng)的處置功能也與系統(tǒng)的生產(chǎn)行為與建造行為有關(guān)，如果系統(tǒng)不能順利地排出無用的物質(zhì)、能量、信息和物流，就稱之為阻塞。這時(shí)，系統(tǒng)的生產(chǎn)行為和建造行為也將受到損失。

同供給功能一樣，處置功能也是一種恢復(fù)功能，不過是另一類恢復(fù)功能。因?yàn)樵谝粋€(gè)周期又一個(gè)周期連續(xù)生產(chǎn)的情況下，必須帶來一系列廢棄物及無用能，這些廢棄物與無用能，如果不及時(shí)排出，系統(tǒng)將無法進(jìn)行再生產(chǎn)。如果輸入的本身就有污染物，那也要通過處置功能將它們排出。

3、自然地理系統(tǒng)的抵制功能

自然地理系統(tǒng)的抵制功能，是防止物質(zhì)、能量、信息和物種流，從周圍環(huán)境進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)部，以保持系統(tǒng)不超過它的最大忍耐界限。自然地理系統(tǒng)的抵制功能，是從選擇和調(diào)節(jié)兩個(gè)方面起作用的，當(dāng)污染及毒害等進(jìn)入系統(tǒng)太多時(shí)，為了保持給定水平的保護(hù)力，它通過抵制功能控制它的周圍環(huán)境。

自然地理系統(tǒng)的抵制功能和進(jìn)料過多是相反的過程．當(dāng)周圍的環(huán)境作為“源(Source)”向系統(tǒng)不斷輸入時(shí)，如果沒有抵制功能，系統(tǒng)就會進(jìn)料過多，而超過它的最大耐性界限，這也會使系統(tǒng)瓦解。因此，這種抵制功能是防御性的，它防止進(jìn)料過多，以避免系統(tǒng)惡化。

自然地理系統(tǒng)的抵制功能，與處置功能有一定聯(lián)系；不過一個(gè)是從“禁止入內(nèi)”起作用，另一個(gè)是通過“快速排出”來達(dá)到目的。

4、自然地理系統(tǒng)的保存功能

自然地理系統(tǒng)的保存功能，是把從周圍環(huán)境輸入到系統(tǒng)內(nèi)部的物質(zhì)、能量、信息和物種流存儲在系統(tǒng)內(nèi)部的功能。如果一個(gè)自然地理系統(tǒng)，不能存儲從外界進(jìn)入的物質(zhì)、能量、信息及物種流，只是稍一過境，便很快失去，這稱為流失。這種流失作為一個(gè)源向它的周圍環(huán)境輸出的太多，那么這個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)力不會太高，系統(tǒng)是不健全的。這種保存功能是和這種流失對立的。

保存功能與供給功能有一定的聯(lián)系，不過一個(gè)是“防止外流”，而供給功能是“加速進(jìn)料”。

保存功能與抵制功能都是防御性的，一個(gè)是保存有用的能流、物流，防止外流；一個(gè)是阻止有害的能流、物流的進(jìn)入。

5、幾種功能的相互關(guān)系

供給功能、保存功能、排出功能與抵制功能既相互區(qū)別又相互補(bǔ)充，以維持系統(tǒng)的運(yùn)行及發(fā)展。當(dāng)供給功能降低時(shí)，加強(qiáng)保存功能而得到補(bǔ)償；抵制功能降低時(shí)，加強(qiáng)排出功能也可將污染物處理掉。

供給功能、保存功能、處置功能與抵制功能相輔相承，共同對自然地理系統(tǒng)的生產(chǎn)功能和穩(wěn)定功能起重要作用。人們可利用這四種功能，以調(diào)節(jié)生產(chǎn)功能與保護(hù)功能的關(guān)系，既生產(chǎn)更多的社會財(cái)富，又有一個(gè)可持續(xù)發(fā)展的自然地理系統(tǒng)。三、功能受損害的分析與調(diào)整1、四種損傷功能類型

（1）進(jìn)料不足（Underfeeding）

系統(tǒng)作為匯（Sink）從環(huán)境中得到的輸入太少，它不能從周圍環(huán)境得到足夠的物質(zhì)和能量，不能保證穩(wěn)定狀態(tài)的最低需要，不能保證系統(tǒng)維持正常運(yùn)轉(zhuǎn)的最低需求,系統(tǒng)難以在在給定水平上保持其本身的保護(hù)力。

（2）阻塞（Clogging）

系統(tǒng)作為實(shí)際的源（Source）對它的周圍環(huán)境輸出的太少，它的無用能及廢物不能及時(shí)地排出而滯留于系統(tǒng)中，使系統(tǒng)超過它最大的忍受力和自凈能力而遭至損傷。

（3）進(jìn)料過多（Overfeeding）

系統(tǒng)作為潛在的“匯”，從周圍環(huán)境得到太多的能量和物質(zhì)，尤其是從“源”中得到的污染物或廢棄物太多，如暴雨至使系統(tǒng)中滯留的水分過多，當(dāng)超過系統(tǒng)最大的忍耐力時(shí)也會受到損傷。

（4）泄漏（Leakage）

系統(tǒng)作為潛在的源，對周圍環(huán)境輸出過多的能量和物質(zhì),使系統(tǒng)因滿足不了最低需求而使系統(tǒng)受損。

2、損傷功能類型的補(bǔ)救

功能是系統(tǒng)得以維持和發(fā)展的動力，對受損傷的功能的補(bǔ)救目前有四種相對應(yīng)的措施：

（1）阻止—進(jìn)料過多的補(bǔ)救對策

從源中輸入系統(tǒng)中的物質(zhì)、能量、信息過多時(shí)，系統(tǒng)對一涌而入的進(jìn)料不能及時(shí)地處置，不能去粗取精，而一古腦地納入，導(dǎo)致系統(tǒng)中毒，而使系統(tǒng)不能正常地運(yùn)轉(zhuǎn)，從輸入的渠道解決問題的措施就是阻止輸入。把好入關(guān)。這種阻止輸入是指有選擇、有節(jié)制地控制輸入。中國有名俗話“病從口入”就是從一個(gè)側(cè)面告誡要把好入口，不從系統(tǒng)外部輸入物質(zhì)和能量，系統(tǒng)就不能正常地生存與發(fā)展，同樣，若不把好輸入關(guān)，系統(tǒng)同樣也會受損，影響其正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（2）保存—防止泄漏的對策

向匯輸出過多的物質(zhì)，能量和信息時(shí)，系統(tǒng)因“失血”過多而大傷元?dú)?，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和生存。補(bǔ)救的措施就是增強(qiáng)保存功能。如山地植被破壞，水土流失加劇，使養(yǎng)分、水分等營養(yǎng)物質(zhì)不能有效地保存于土地系統(tǒng)中，甚至因流失的太多，而使土地淪為不毛之地，這就是泄漏對系統(tǒng)造成的惡果。提高森林覆蓋率，對25度以上的坡地實(shí)施退耕還林，就是增加其保護(hù)功能，防止泄漏的有效途徑。

（3）供給—防止進(jìn)料過少的對策

增加供給的途徑，包括直接增加供給和間接增加供給。直接增加供給就人為地向系統(tǒng)輸入能量與物質(zhì)，如引水灌溉、施肥等。間接增加供給是通過提高系統(tǒng)的供給能力來實(shí)現(xiàn)目的。如種植綠肥作物。結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系自然地理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能是緊密聯(lián)系、密不可分的。結(jié)構(gòu)是功能的基礎(chǔ)，沒有一定的結(jié)構(gòu)，功能就無法得到表現(xiàn)，因此結(jié)構(gòu)決定功能，沒有良好的結(jié)構(gòu)，難以完成健全的功能。自然地理系統(tǒng)的功能是自然結(jié)構(gòu)在物質(zhì)流、能量流和信息流的作用下，在與內(nèi)外相互聯(lián)系中所表現(xiàn)出來的作用，功能是結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)。研究與認(rèn)識結(jié)構(gòu)的目的，就是為了充分地利用其功能，為人類生產(chǎn)更多的物質(zhì)財(cái)富。根據(jù)自然界自組織原理調(diào)整結(jié)構(gòu)，為的是改善系統(tǒng)功能，使其對人類社會和自然界都有益處；人們按自然規(guī)律建造新的結(jié)構(gòu)，為的也是獲得新的功能，使系統(tǒng)向更加完善的方向發(fā)展。在調(diào)整結(jié)構(gòu)中，通常遵循的是“木桶效應(yīng)”，即從限制功能發(fā)揮的最薄弱環(huán)節(jié)入手，把“最短的木板補(bǔ)長”則系統(tǒng)的功能就得到提高。在功能調(diào)整過程中還應(yīng)注意調(diào)整生產(chǎn)功能與穩(wěn)定功能的相輔相成。一個(gè)自然地理系統(tǒng)既要生產(chǎn)，又要穩(wěn)定，以便持久地利用自然。

根據(jù)結(jié)構(gòu)決定功能原理，生態(tài)建設(shè)必須注重通過調(diào)整結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)功能與穩(wěn)定功能相結(jié)合的目標(biāo)。如在我國東北丘陵區(qū)生態(tài)建設(shè)實(shí)驗(yàn)基地上，將鑲嵌式結(jié)構(gòu)改變?yōu)槠叫惺?/p>