自然地理过程（许嘉巍）(七--十）

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第七章常见的自然地理过程

第一节海洋的形成过程

一、有关海洋形成的主要学说

二、海洋盆地的形成与演化过程

三、海水的形成过程

第二节陆地的形成与固化过程

一、陆地形成学说一一槽台说

二、陆地的演变过程及其海陆地貌格局

第三节地球表层空间结构的形成过程

一、地球表层的差异性的形成机理

二、组合与分异

三、地球表层的地域分异因素

四、自然地理地带的形成过程

五、自然地区的形成过程

六、自然区的形成过程

第四节湿地生态系统的形成过程

一、湿地的形成条件

二、湿地的形成过程

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第八章人类干扰下的自然地理过程

第一节沙漠化过程与盐碱化过程

一、沙漠化的概念

二、沙漠化过程

三、人类活动与沙漠化

四、盐碱化概念

五、盐碱化阶段性过程

六、人类活动与盐碱化过程

第二节水土流失过程

一、水土流失概念

二、人类活动与水土流失过程

三、水土流失阶段性过程

第三节地球表层的污染过程

一、土壤污染

二、水体污染

三、大气污染

四、污染过程

第四节人类干扰下的景观过程

一、景观破碎化过程

二、景观的逆向演替过程

第五节全球变暖过程

一、全球变暖

二、全球变暖的原因

三、全球变暖的影响

第六节臭氧层破坏过程

一、臭氧层破坏

二、臭氧层破坏的原因

三、臭氧层破坏的影响

第七节森林萎缩和物种灭绝过程

一、森林萎缩和物种灭绝的阶段性特征

二、森林萎缩和物种灭绝的原因

三、森林萎缩和物种灭绝的危害

第九章人地关系演变过程

第一节人类的产生过程

第二节人类与地理环境相互作用的演化过程

一、种植业产生以前的人地关系演化过程

二、原始农业至小农经济发展阶段的人地关系演化过程

三、工业化阶段人地关系的演化过程

四、建设人地系统协调发展的阶段

第三节人类与地理环境关系的协调过程

一、环境建设的目标

二、协调人地关系的过程

第十章自然地理过程研究方法

第一节GIS方法

一、GIS的概述

二、GIS的功能

三、GIS在自然地理过程中的应用

第二节野外研究方法

一、野外资料的采集管理

二、野外考察研究应用

第三节实验室方法

一、实验室功能

二、实验室研究应用

第四节数学方法

一、数学方法的概述

二、主要的数学方法的应用

参考文献

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第七章常见的自然地理过程
P196地球表层是由各种各样的地理事物组成的。这些地理事物规模不同，存在的时段也有差异，但他们都经历了发生、发展和消亡的过程。地理事物发生、发展和消亡的过程既具有共性，即均是圈层间、区域间物质能量交换的产物，又存在差异性，不同的地理事物的物质能量交换具有不同的特征。
第一节海洋的形成过程
地球刚诞生时，在它的表面既没有河流，更没有海洋，和宇宙万物一样，海洋也有一个形成、发展和消亡的过程。
一、有关海洋形成的主要学说
（一）大陆漂移
1912年，他提出了大陆漂移的见解,1915年著成《海陆的起源》一书，全面系统地论述了大陆漂移问题。他认为，地球上所有大陆在中生代以前是统一的联合古陆，或称泛大陆，其周围是围绕泛大陆的全球统一海洋一泛大洋。中生代以后,联合古陆解体、分裂，其碎块——即现代的各大陆块逐渐漂移到今日所处的位置。由于各大陆分离、漂移，逐渐形成了大西洋和印度洋，泛大洋收缩而成为现今的太平洋
大陆漂移的主要依据有海岸线形态、地质构造、古气候和古生物地理分布等。尽管大陆漂移说合理地解释了许多古生物、古气候、地层构造等方面的事实，但限于当时的知识水平，又缺乏占地表71%的洋底的地质资料,魏格纳未能合理解释大陆漂移的机制问题，大陆漂移说盛行一时后便衰落下去了。
（二）海底扩张
上世纪中叶，各种地球物理技术广泛应用于海洋地质研究，在海底发现或确认了许多未曾遇见到的全球规模的地质现象，成为海底扩张说产生、发展的基础和主要依据。赫斯(Hess,1960,1962)和迪特兹(Dietz,1961)几乎同时提出了“海底扩张”这一概念，以阐明主要与海底生成和消亡过程有关的理论。
大洋中脊轴部裂谷带是地幔物质涌升的出口，涌出的地幔物质冷凝形成新洋底，新洋底同时推动先期形成的较老洋底逐渐向两侧扩展推移，这就是海底扩张。海底扩张的速度大约为每年几厘米。
海底扩张在不同大洋表现形式不同。一种是扩张着的洋底同时把与其相邻接的大陆向两侧推开，大陆与相邻洋底镶嵌在一起随海底扩张向同一方向移动，随着新洋底的不断生成和向两侧展宽，两侧大陆间的距离随之变大，这就是海底扩张对大陆漂移的解释。大西洋及其两侧大陆就属于这种形式。另一种方式是洋底扩展移动到一定程度便向下俯冲潜没，重新回到地幔中去，相邻大陆逆掩于俯冲带上。洋底的俯冲作用导致海沟——岛弧体系的形成，太平洋就是这种情况。洋底处在不断新生、扩展和潜没的过程中,好似一条永不止息的传送带，大约经过2亿年洋底便可更新一遍。
洋底生成一运动一潜没的周期不超过2亿年，驱使洋底周期性扩张运动的原动力是地幔物质对流。其中，大洋中脊体系的中央裂谷带对应于地幔对流的涌升和发散区，宽广的大洋盆地对应于海底扩张运动区，海沟则相当于对流的下降汇集区。由于洋底周期性地更新，尽管海水古老,但洋底总是年轻的。因接受沉积作用时间短，总体上沉积物厚度较薄，且从中脊轴向大洋边缘呈逐渐增厚趋势。
（三）板块构造
“板块”一词是威尔逊（Wilson,1965）在论述转换断层时首先提出的，后经摩根（Morgan）等人的不断综合和完善，于1968年正式提出了“板块构造”学说。
地球最上部被划分为岩石圈和软流圈（图7-3）。软流圈在缓慢而长期的作用力下，会呈现岀塑性或缓慢流动的性质，因此岩石圈可以漂浮在软流圈之上作侧向运动。
地球表层刚性的岩石圈并非“铁板一块”，它被一系列构造活动带（主要是地震活动带）分割成许多大小不等的球面板状块体，每一个构造块体就叫岩石圈板块，简称板块。板块构造学说初创时，勒皮顺（LePichon,1968）曾将全球划分为六大板块：欧亚板块、太平洋板块、美洲板块、非洲板块、印度-澳大利亚板块（也称印度板块、印度洋板块或澳大利亚板块）和南极洲板块，后来又把美洲板块划分为北美板块和南美板块，这样全球可划分为七个板块。它们属于一级大板块，一般既包括陆地也包括海洋，控制着全球板块运动的基本特征。摩根曾认为全球应划分为20个左右的板块。不过现在比较流行的是十二板块的划分方案（图7-4）,即除七大板块外，还有纳兹卡板块、科科斯板块、加勒比板块、菲律宾板块和阿拉伯板块。至于大陆与大陆或大陆与岛弧的碰撞带中，是可进一步分出若干小板块或微板块。
板块内部是相对稳定的，很少发生形变,而板块边界则是全球最活动的构造带，全球地震能量的95%是通过板块边界释放的。根据板块边界上的应力特征，参考其地质、地貌、地球物理及构造活动特点，可将板块边界划分为拉张、挤压和剪切三种基本类型。拉张型边界的主应力是受拉张力作用，相当于大洋中脊轴部裂谷带及其延伸上陆的大陆裂谷带，在拉张力作用下两板块作相背分离运动。挤压型边界的应力场以挤压作用为主，边界两侧板块相对运动向一起汇合聚集，与太平洋周缘海沟俯冲带和大陆年轻造山带（阿尔卑斯一喜马拉雅山带）相当。剪切型边界的应力场以剪切作用为主,剪切方向与板块相对运动方向一致，与转换断层相当。板块运动及其相互作用导致了目前海陆的分布格局，地球表面形态的变化，全球（含洋底）山脉的形成，地震、火山和构造活动等。
根据板块构造观点，海底扩张实际上是一对岩石圈板块自中脊轴向两侧的扩张运动。位于岩石圈板块上面的大陆块，伴随着板块的运动而被动地发生长距离水平位移，这就是我们今天所说的大陆漂移，与魏格纳的大陆漂移有原则区别。
板块边产生、边运动、边消亡，周而复始，在地球表层留下板块活动的痕迹。板块在扩张型边界（洋中脊轴裂谷带）因炽热地幔物质不断涌出而得到补充，当这种热物质冷却到足以产生机械强度时便成为板块的一部分。因此，板块在中脊轴附近的增生区较薄，随着板块背离中脊轴运动，因其逐渐冷却而增厚。海洋岩石圈板块是短暂的，从生成至挤压型边界（海沟俯冲带）消亡一般不超过2亿年。
驱动板块运动的原动力来自地球内部，一般认为地幔物质对流是板块运动的原动力，它借助岩石圈底部的黏滞力带动上覆板块运移，板块被动地驮伏在对流体上发生大规模运动。
集大陆漂移和海底扩张说为一体的板块构造理论能比较成功地解释几乎所有地质现象,特别是全球性的构造特征和形成机理。海底构造实质上就是海洋底板块生成一运动一消亡过程中所发生的各种构造活动和构造现象。

二、海洋盆地的形成与演化过程
（一）大洋盆地的形成与演化过程
p201随着海底扩张、板块构造学说的兴起和完善，曾经流行过的“大洋永存说”已被大量事实所否定。板块构造学说认为，大洋盆地的形成和演化与岩石圈板块的分离和汇聚运动密切相关。威尔逊（Wilson,1974）研究了大陆分合与大洋开闭的关系，将大洋盆地的形成和构造演化归纳为六个阶段（表7-1）,这就是迄今具有重大意义的“威尔逊旋回”。
根据板块构造学说,大陆裂谷是大洋形成中的胚胎或孕育中的海洋。
地幔物质上升导致岩石圈拱升并呈穹形隆起、岩石圈拉长减薄，进而穹隆顶部断裂陷落，形成典型的半地堑十地堑系。各穹隆的地堑系彼此连接,就形成大致连续的裂谷体系，如东非大裂谷。
大陆岩石圈在拉张应力作用下完全裂开，地幔物质上涌冷凝成新洋壳，形成陆间裂谷并成为典型的分离型边界，两侧陆块分离作相背运动。一旦注入海水，就意味着一个新大洋的诞生，并进入大洋发展的幼年期，如红海、亚丁湾。
幼年期海洋进一步发展，陆间裂谷两侧大陆随着板块的运动，相背漂移越来越远,洋底不断展宽，逐渐形成宏伟的大洋中脊体系和开阔的深海盆地,这就标志着一个完整的大洋形成了，如大西洋。
随着大洋不断张开展宽，大陆边缘被推离中脊轴的距离越来越远。岩石圈随时间的推移不断冷却、增厚、变重，加之被大陆边缘积聚的巨厚沉积物载荷,在地壳均衡作用下导致大洋边缘岩石圈发生显著沉陷。在板块水平挤压力作用下，大洋岩石圈向下潜没，形成以海沟为标志的俯冲带。当板块俯冲消减量大于增生量时，洋底变窄，表观上是两侧大陆相向漂移，大洋收缩,便进入衰退期，如太平洋。
相向运动的大陆彼此接近,大洋趋于关闭，如现在的地中海。特别是东地中海,成为收缩后的特提斯洋残余部分。目前地中海的海盆相当狭小,也不见活动的洋中脊，说明洋壳不再增生，只有俯冲消亡，两缘陆地逐渐靠拢，海盆日益缩小,意味着大洋演化已进入了终了期或称结束阶段。
处于终了期的残余海洋进一步收缩，洋壳俯冲殆尽，两岸陆块拼合、碰撞，海盆完全闭合,海水全部退出，大洋就此消亡。当大洋闭合、两侧大陆碰撞时，受到强大挤压力，在地表留下了这一作用过程的痕迹（地缝合线），故称这一阶段为大洋演化的遗痕期。新生代以来，印度一阿拉伯以北的古地中海洋壳相继俯冲殆尽，印度一阿拉伯与亚洲前缘大陆相遇，发生碰撞。大陆碰撞的巨大挤压力导致岩层褶皱、断裂、逆掩、混杂，地面隆升，山根沉陷，形成地壳增厚的巨大褶皱山系一喜马拉雅山脉。
大洋的张开和关闭与大陆的分离和拼合是相辅相成的，其中前三个阶段代表大洋的形成和扩展，后三个阶段标志着大洋的收缩和关闭。现今的大西洋和印度洋正在扩展，太平洋则处于收缩的过程中。
（二）边缘海盆地的形成与构造演化过程
边缘海盆地是指沟一弧体系陆侧具有洋壳结构的深水盆地，因其位于岛弧后方,又称弧后盆地，主要分布在西太平洋边缘，印度洋、大西洋仅出现于局部边缘。
边缘海盆地形成的弧后扩张模式按构造活动性将其分为活动的、高热流非活动的和正常热流非活动的三种类型。弧后扩张模式虽适用于大部分边缘海盆，但其成因很难用弧后扩张的单一模式来解释。
根据各边缘海盆的大地构造背景、形成时代及区域应力场特征可推测其成因，按其成因可将边缘海盆地划分为残留型、大西洋型、陆缘张裂型、岛弧张裂型四类。残留型边缘海盆地是在古海洋板块构造演化过程中，由于新的沟弧体系形成而与大洋主体分隔的古大洋的残留部分，如菲律宾海的西菲律宾海盆和白令海的阿留申海盆。大西洋型边缘海盆地是在被动大陆边缘背景上由陆地裂离而成，如南海中央海盆。以上两种类型均与板块俯冲作用无关，即不属于弧后扩张盆地。陆缘张裂型和岛弧张裂型边缘海盆地，是由大洋板块分别向大陆边缘和岛弧俯冲引起的陆缘张裂或岛弧分裂所致,前者如日本海盆和鄂霍次克海的千岛海盆，后者如菲律宾海的四国——帕里西维拉海盆和马里亚纳海槽等，它们都属于弧后扩张盆地。
三、海水的形成过程
海水的形成与地球物质整体演化作用有关。一般认为海水是地球内部物质排气作用的产物,即水汽和其他气体是通过岩浆活动和火山作用不断从地球内部排出的。现代火山排出的气体中，水汽往往占75%以上，据此推测，地球原始物质中水的含量应当较高。地球早期火山作用排出的水汽凝结为液态水，积聚成原始海洋，还有些火山气体溶解于水，从而转移到原始海洋中，而另一些不溶或微溶于水的气体则组成了原始大气圈。

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第二节陆地的形成与固化过程
P204大约在50亿年前，从太阳星云中分离出一些大大小小的星云团块，它们一边绕太阳旋转，一边自转，在运动过程中，互相碰撞，有些团块彼此结合，由小变大，逐渐形成原始的地球，原始地球在其固体物质组分积聚的过程中，在引力作用下急剧收缩使地球内能不断增温，同时由于放射性元素的蜕变而释放的大量热能，也使原始地球不断受到加热增温，当热能积累到一定程度时，地球内部的物质包括铁、镍等被熔融，由刚性变为可塑性。，在此条件下，地球的重力分异导致物质上下对流和分异，结果地球的结构便发生了巨大变化——较重的铁、镍类物质缓慢下沉，向地球核心部位集中；而较轻的硅酸盐类物质缓慢上移，向地球表层集中；最后形成地核、地幔和地壳三个同心圆状的圈层，以及地壳部分的硅镁层和硅铝层。因此，原始的岩石圈的组分最初只是玄武岩类和花岗岩类的岩浆岩及其风化物。
一、陆地形成学说——槽台说
二、陆地的演变过程及其海陆地貌格局
根据槽台论的基本观点，将地壳的发展和地表形态的演化归纳为四个阶段：陆地形成前期、早期、中期和晚期
（一）陆地形成前期
地壳普遍处于不稳定的地槽状态，造山运动比较频繁。那时地表还没有广阔的大陆，陆表海占绝对优势，到元古代中后期，经过吕梁运动和晋宁等运动后，大陆壳已经形成许多大规模的稳定地区，逐渐转化为古地台。如非洲地台、巴西地台、澳大利亚地台、印度地台等组成的冈瓦那古陆，以及北方的俄罗斯地台、西伯利亚地台、中国地台、加拿大地台。它们被蒙古栎槽、乌拉尔地槽、加里东地槽、阿巴拉契亚地槽和古地中海地槽所隔开。此外，还有科迪勒拉地槽、安第斯地槽、西太平洋地槽等（图7-5）。
（二）陆地形近早期
加里东运动发生时，加里东地槽、蒙古栎槽北缘、阿巴拉契亚地槽北段等表现尤为强烈，使原来的沧茫海底，褶皱成山，陆地范围扩大，北美板块和欧洲板块对接，初步形成劳亚古陆
海西运动发生时，又有许多地槽区先后褶皱隆起，中国的大部、欧洲中部、北美东部、非洲西北部、澳大利亚东部，以及亚欧之间的山脉
都是海西运动的产物。结果加里东时期联结在一起的北美古陆和欧洲古陆，因乌拉尔地槽褶皱又和西伯利亚板块对接在一起，形成更加广大的统一的劳亚古陆。劳亚古陆和南方的冈瓦纳古陆互相连接但又南北对峙，形成了一个统一大陆——联合古陆，同时冈瓦那古陆出现分裂趋势，局部地区发生拗陷和下沉，海水侵入
（三）陆地形成中期
燕山运动（又称旧阿尔卑斯运动）使环太平洋地槽靠大陆部分的内带发生强烈的褶皱，造成东亚大陆边缘和美洲西部高大山系，陆地又向外扩展一步。与此同时，在许多大陆内部也产生断裂和裂谷，导致大规模的火山喷溢活动。如印度德干高原玄武岩喷发厚达3800m（J-K-E）；非洲中、南部和南美东部玄武岩厚度超过1000m（J。；非洲东部还形成著名的东非大裂谷等。到中生代末，冈瓦那古陆彻底解体，南方各大陆及印度洋、南大西洋已基本形成
（四）陆地形成晚期
这是最终形成现代地表形态的一个发展阶段，通过第三纪中期开始的新阿尔卑斯运动（也称喜马拉雅运动），古地中海地槽发生强烈褶皱,形成了横贯东西的、年轻高大的阿尔卑斯一喜马拉雅山系。环太平洋地槽的外带也相继褶皱上升，形成东亚岛弧山脉和美洲西岸山脉。新阿尔卑斯运动的影响还扩及大陆的其他地区，如中亚、西欧等古生代褶皱带
又被抬升和断裂，东非大裂谷继续扩大，并有大规模玄武岩喷发活动等（图7-9）。
到第三纪末，全球海陆分布轮廓和起伏形态已接近现代。

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第三节地球表层空间结构的形成过程
P210地球表层的水平结构具有规律性，即存在地带周期律。表现为内部一致的地域单元在地表有规律的分布。
一、地球表层的差异性的形成机理
自然地理过程的差异，是导致地球表层差异性的根本原因。而太阳能和地球内能的分布不均，是地球表层差异性存在的条件。自然地理过程需要的能量依赖外界对其输入。但是作为主要能源的太阳能，在地球表层中并不直接做功，而必须转化成风能、水能、生物能和其他能量，才能改变地球表层。能量的转化过程即属于自然地理过程。在进入地球表层的太阳能中，只有一小部分转化为风能、水能、生物能等地球表层自身能量，地球表层自身能量又仅有一部分做功。例如，在干旱地区用于侵蚀、搬运地面物质的能量一般只占其获得能量的5%以下，用于光合作用的能量更是微乎其微；在湿润地区，做功的能量则要略多。进入地球表层的太阳能数量与转化为地球表层的自身能量数量正相关但并非线性相关，由此可见，进入地球表层的太阳能总量和通过自然地理过程做功的能量数量对地球表层特征的形成和发展均具有重要意义。
二、组合与分异
在同一自然地理过程控制下，形成自然地理特征相对一致的区域称为地域单元。地域单元的形成，与一定范围内的不同地点之间物质能量交换有关。例如，同一气团控制的范围内，能量交换畅通，温度趋于一致。同样，物种在一定范围内传播，导致该范围内生物组成具有相似性。在同一地域单元内，物质能量交换量大，单元内的相似性逐步增加，内部趋于一致，这种现象称之为组合。地域单元之间物质能量交换很小，缺乏必要的组合，单元与单元之间的显著差异性无法消除，地域分异界线明显。
不同地点获得的能量不同，在地球表层中做功的能量更不同，做功效果也就不同，长期积累，地球表层特征差异将逐步加大。但不同地点之间物质能量交换却起到与之相反的效果，消除了地球表层的差异。分异与组合两者既相互对立，又相互依存。因此，对自然环境的差异性分析，既要看到分异，强调分异，又要不忽视组合和一致性。
三、地球表层的地域分异因素
引起了地球表层的地域分异有两个因素。
一是由于太阳能在地球表层分布数量的不同，导致自然地理过程的不同而形成的，这一因素称为地带性因素。到达地球表层的太阳能数量在高低纬不同，那么不同纬度在地球表层中做功的太阳能数量也有明显的差异，低纬地区在地球表层中做功的能量多，而高纬地区用于做功的太阳能少。通过自然地理过程，使得各自然圈层性质及地球表层整体性质，按纬度发生有规律的变化，而产生南北向的分异。即由于太阳能数量的不同，使得不同纬度的大气环流过程、地表径流过程、成土过程、绿色植物生产过程以及外力地貌过程均表现出很大的差异。例如，在赤道带，大气复合上升，降水量超过蒸发量，呈现出过度湿润状态；稠密而水量丰沛的河网发育；植被生长迅速，树种繁多，层次复杂，乔木高大，常绿浓密，四季常花，林内藤本植物纵横交错，附生植物随处可见；风化过程进行迅速，风化层厚，淋溶过程非常强烈，铁、铝氧化物相对累积，发育着砖红壤；而在两极地区，终年被冰原覆盖，自然地理过程基本停顿，无法形成河网和土壤，植被罕见。
二是地球内能在地球表层分布不均，形成了海陆格局及构造地貌
，并使太阳能在地球表层转化形式不同，最终共同导致自然地理过程不同，从而形成地域分异，这一因素称为非地带性因素。近海地区，太阳能主要转化为水能，内陆地区太阳能主要转化为风能，这些能量在自然地理过程中做功的效率、效果也不同，于是同纬度地区不同经度上就出现了差异，表现为自然圈层性质及地球表层整体性质按东西方向依次更替的分布规律；例如，由沿海到内陆，出现由森林一森林草原一草原一半荒漠一荒漠等不同景观的规律性更替。
地带性分异因素和非地带性分异因素同时对地球表层发生作用，产生了地域分异。地域分异是多尺度的，有的地域分异涵盖全球，有的仅涉及大陆，有的影响到一个广大的陆地区域。地域分异在组合作用协同下，形成了多尺度的地域差异。
四、自然地理地带的形成过程
（一）形成条件
水是地表化学过程最主要的介质，热量是化学反应的动力因素，元素的地质循环和生物循环是一种化学行为，所以水热条件影响着自然地理过程的方向和强度。以下就分别介绍热力条件和水分条件对自然地理地带形成的影响。
气候影响岩石矿物风化强度，矿物的风化有物理作用和化学作用，其风化速度与温度有关，当温度增加10°C时，化学反应速度平均增长2?3倍；温度由0P增到5°C时，土壤水中化合物的离解度增加7倍；热带风化强度比寒带高10倍，比温带高3倍，因此热带地区岩石风化和土壤形成的速度以及风化壳和土壤厚度均比温带和寒带地区大。
天然水是化学元素的重要迁移途径之一，钠、钾、铝、镒、铁、镁等都通过土壤水、地表水和潜水进行迁移，因此，一般来说水分丰富的地方，自然地理过程也就越快，反之则慢，如在我国东部的湿润地区降水丰富，侵蚀力强，地表元素的迁移淋溶作用占优势，而在西北干旱地区，降水稀少，再加上蒸发浓缩作用的结果，化学元素迁移能力很弱。
在真正的自然地理环境中，自然地理过程是由水热组合发挥作用的，而不是单纯由一个条件发挥作用，一般来说，水热资源丰富的热带雨林地带，元素迁移强烈，风化壳和土壤中主要残留的是极弱迁移的铁铝氧化物；相反在干旱荒漠和苔原地带，地表元素除空气迁移外，很少发生水迁移和生物迁移，风化壳和土壤中主要残留的是风化程度较低的碎屑。
综上所述，水热组合是自然地理地带形成的重要条件，不同的水热组合就会产生不同的自然地理过程，不同的自然地理过程就对应着不同的自然地理地带。
（二）低纬自然地理过程
在赤道附近，太阳辐射强，全年高温，年平均气温为23?26°C,210笆积温在7500-9500°C之间，气温高形成赤道低压带，信风在赤道附近聚集，辐合上升，对流作用强烈，因而降水丰富，年降雨量为1600-2000mm,在这种高温高湿条件下，岩石化学风化强烈，风化壳可达100m,而且土体富铝化作用高度发展。土壤硅的迁移量达70%左右，钙、镁、钾、钠的迁移量最高可达100%,铁、铝氧化物从风化体到土壤层都有明显的聚积。另外，生物小循环作用强烈，周期短，热带森林植被每年可形成大量的凋落物，如云南西双版纳的森林植被，每年形成的凋落物（干物质）可达11550kg/hm2,比温带高1，5?2倍。但是在湿热条件下微生物很活跃，凋落物很快就会被分解，释放出的营养元素又能迅速被饥饿的树根和真菌所吸收，因此，这里的土壤其实并不肥沃。快速的地质循环和旺盛的生物循环产生了砖红壤，热带雨林植被。
（三）中纬自然地理过程
在中纬度太平洋西岸，受季风影响，夏季暖热多雨，冬季寒冷干旱，年平均气温为5?16°C,>10°C的积温为3200?4500笆，年降水量为500?1200mm,在这种中等温度和中等湿度条件下，岩石风化作用较强，可进行到脱盐基后期阶段，由于该地区温暖季节较长而且雨热同季，所以，残积黏化作用发展较为强烈，在一年进行的时间亦较长。同时，土体的淋溶作用也较显著，除了易溶性盐和碳酸盐已不存在外，上部土层的黏粒与活性铁铝亦有向下层聚积的趋势，在上述生物气候条件下，生物小循环较旺盛，落叶阔叶树每天可产生较多的凋落物，大约每年有5~6t/hm2,灰分含量较多，并以钙、镁为主。此外，由于微生物作用在全年大部分时间内都可以进行，有机质矿化作用也比较强。较快的地质大循环和较旺盛的生物小循环产生了棕壤，落叶阔叶林植被。
（四）高纬自然地理过程
北极圈以北的陆地部分，接受的太阳辐射很少，年平均温度在零度以下，一般都在一10-—17°C,冬季气温可低至一40P,甚至一55笆；夏季温度也很低，7月份平均温度不超过10°Co全年结冰期长达8个月以上，由于受极地高压控制，降水很少，虽然降水少，但气温低，蒸发量小，所以长期冰冻，土壤湿度很大，经常处于水分饱和状态。低温使物理风化是以冰冻风化为主，化学风化过程极其缓慢，母质风化程度很低，仅形成原生矿物，土层浅薄，一般不超过20?30cm。由于气候严寒而湿润，土壤冻结，沼泽化现象普遍，这样的环境条件极不利于树木生长，因而形成以苔蘇和地衣占优势的无林地带，有机质形成数量不多，但在低温嫌气条件下分解缓慢，表层常有泥炭化或半泥炭化的有机质累积过程。缓慢的地质循环和微弱的生物小循环产生了苔原土壤和苔原植被。
五、自然地区的形成过程
（一）自然地区的形成条件
自然地区是非地带性单位，地表非地带性分异的跟本条件有两个：
一是由于地表的海陆分布与海陆对比关系的不同，导致各地气候的干湿程度发生巨大差异，从而引起一系列自然地理现象与过程发生非地带性变化，如世界上的某些地区常年盛行自海洋吹向大陆的风系或盛行季风风系，沿海地带受海洋影响较为深刻，降水比较丰沛，元素迁移强，生物小循环旺盛，形成森林带，大陆内部来自海洋的水汽少，气候干旱，元素迁移弱和生物小循环都比较弱，形成草原带或荒漠带。
二是由于大地构造——地貌单元不同，致使气候、土壤、水文和植被等自然要素及其综合特征也随之发生变化，如在高原上，高海拔导致了气候上的低温和干旱，使得湖泊消退，内部夷平，矿物风化程度浅，生长的植被为耐寒旱的高寒灌丛草甸、高寒草原及高寒荒漠等，生物小循环微弱。
（二）自然地区的分异过程
以我国的三大自然区为例说明自然地区的分异过程：
在新生代喜马拉雅运动的影响下，青藏高原大幅度大面积地隆起，改变了全国的地势起伏，一跃而成为三大地形阶梯的最高一级，海拔在4000m以上，由于海拔高，导致气温低，降水少，形成一种寒旱的气候，冰缘融冻作用及寒冻风化作用普遍，但是化学风化微弱，因此岩石矿物的分化程度低，土壤层薄且成土母质的机械组成很粗，元素的迁移弱。同时高原上长有荒漠、草原与草甸等耐寒旱的植被，植物生产力低，生物小循环弱，显示出高原上自然地理过程的年轻性。
位于高原以北的西北内陆地区本身距海遥远，又处在雨影区，冬季干燥寒冷，夏季高温少雨，形成一种干旱半干旱的气候，岩石风化作用、元素迁移作用都很弱，土壤的机械组成较粗，盐分较高，有的地方甚至出现盐湖、盐碱地。此外植物种属少，主要生长有荒漠、荒漠草原和干草原等旱生植被，生物小循环微弱，自然地理过程缓慢。
位于青藏高原以东的我国东部广大地区，上升规模小，地势较低，濒临西太平洋，夏季盛行东南季风，气温高，雨量丰沛，湿润程度比较高，岩石的风化作用较强，母质的机械组成较细，元素迁移也比较强，一价盐、二价盐淋失，土壤中可溶盐分较少，发育植被为森林，部分为草原，植物生产力高，生物小循环旺盛，自然地理过程快。
（三）自然地区的组合过程
自然地区的组合过程是由于大规模的热量交换和水分循环的影响，使地区内不同的地段发生相互作用和空间联系，主要是水、热之间的交换，同时也有动、植物种属间的传播，形成不同地段的特有组合，其績果是组成比地段更为复杂的异质性单位，大地构造一地势单元往往会加强这种组合过程，如我国的东北地区、华北地区、华中地区和华南地区根据热量交换和水分循环的特点组合成东部季风区；内蒙古栎区和西北地区根据热量交换和水分循环的特点组合成西北千旱区。
六、自然区的形成过程
（一）自然区概述
自然区是在发生上相同又能表现自然地带特征的区域。在它的范围内可观察到地质构造、地形形态、地表水和地下水、地方气候、土壤类型、生物群落及它们之间相互联系组成的综合体有规律地典型地重复出现。自然区是相、限区和地方的有规律的结合体。每一个自然区都有自己独特的自然结构，它是地带和非地带的对立统一体，是由太阳能与地球内能共同作用而形成的。在自然区中地带的完整特征与非地带的完整特征都可以得到反映，它提供了一个地域自然环境和自然结构的完整概念。自然区也是自然地理各成分自然划分的基础，是与气候区、土壤区、地貌区、植被区相一致的。
在单独研究草甸土河漫滩、草甸褐土阶地、褐土台地、棕壤丘陵等限区时，还不能提供一地区自然条件的完整概念，只有自然区才能提供自然条件的全部特性，也只有自然区才能提供一地自然条件质和量的对比关系及其结合性质。因为丘陵、台地、阶地、河漫滩等并不是孤立的地段，而是有紧密联系的统一整体的一部分，这些独具特点的统一整体的属性只有在自然区才能体现出来。
（二）自然区的特征
1，自然区既体现了地带性特征，又体现了非地带性特征
自然区的地带性特征表现在气候，植被和土壤上，每一个自然区在它的特定地点都会发育有与大气候相适应的土壤和植被，而这个特定的地点往往是高亢的平地，即平亢地，自然区的平亢地在不同的自然'地带内所发育的土壤和植被不同，如在温带湿润地区发育的土壤和植被分别为针阔混交林、暗棕壤，而在暖温带半湿润地区发育的植被和土壤分别是森林草原、褐土。自然区的地带性特征是太阳能沿纬度分布不均导致的结果。
自然区的非带性特征表现在地形上，一个自然区是由相邻的残积处境、平亢地处境、水上处境及水下处境发生相互作用和空间联系组合而成的，它们在地形上往往表现为河谷，阶地，台地，低山丘陵等。自然区的非地带性特征是地球内部能量在地表分布不一致导致的后果。
2，自然区拥有平亢地
一个自然区至少有一个平亢地，平亢地是指那些地表平坦，高亢,排水良好，没有强烈侵蚀，也没有强烈堆积，地下水距地表较深，不影响土壤发育，母质不砂不黏，颗粒粗细适中的平地地域，其上发育有地带性土壤和植被。我们经常可以通过岩石判断母质是否砂黏进而判断是否为平亢地。从砾岩-砂岩-砂页岩-*泥页岩-石灰岩，它们的风化颗粒由粗到细变化，如果知道母质是石灰岩，则该地肯定不是平亢地，如果母质是砾岩，同样也不会是平亢地。
3，自然区拥有固定的结构，表现为系列性和组合性
系列性是指由于地方地形的影响，自然环境各组成成分及单元自然地理综合体，按确定方向从高到低或从低到高有规律的依次更替的现象。这种地方性的分异规律不论在平原或是在山地都有明显的表现。
在一个分化系列中，包括发育在平亢地同当地大气候相适应的正常的地带性土壤和植被，也包括同大气候条件不相适应的非正常的土壊和植被，还包括过渡性的土壤和植被。
系列性在不同的自然地带内有不同的表现。例如，在温带半湿润地区黑土地带内，从高到低依次为黑土、草甸黑土、暗色草甸土；而在暖温带半湿润地区褐土地带，依次为褐土、草甸褐土、浅色草甸土。不同的自然地带虽然具有不同的分化系列，但任何自然地带，无论在平原,还是在山地，都存在这种分化系列来表现地带内的地方性分异规律。
系列性是受地球多次内力的影响而形成的，地壳多次抬升形成不同的地形面，同时也形成不同的植被与土壤。
系列性在空间重复出现形成组合性，组合性的形成是由于太阳能的释放在不同点不一样，河流多次侵蚀摆动形成的。
系列性和组合性是自然区的最典型特征。
（三）自然区的形成过程的案例分析
由上所述，自然区是太阳能与地球内能共同作用形成的，以吉林省蛟河盆地的形成为例具体阐明处境的分化过程。
蛟河盆地是中生代形成的断陷盆地，夹在老爷岭和威虎岭之间。该区在构造上属于华北地台，基岩是海西期花岗岩，中生代燕山运动时，地台活化，蛟河盆地下降，燕山期花岗岩出露于原有的海西期花岗岩之上，因此盆地四周是燕山期花岗岩山地，在漫长的地质历史时期，地壳的多次抬升使山地遭受侵蚀变成低山丘陵，由于降水充足，地势高处不易积水，因此这样的地形部位近于平亢地处境，发育地带性土壤——暗棕壤，生长的原生植被是针阔混交林，由于气候温和湿润，其成土过程主要表现为腐殖质的累积，淋溶和黏化过程。
在山地遭受侵蚀的同时，盆地低处一边抬升一边接受白垩纪湖相沉积物，形成高而平坦的台地，由于母质黏重且台地地势平坦，降水充足，生长浅根系植物，发育有非地带性土壤白浆土，其成土过程以白浆化过程、腐殖质化过程为主，白浆化过程产生的原因是上层滞水引起潴育漂洗，使上层土壤脱色，还原物质随水侧流流出土体,部分被氧化的Fe、Mn在局部淀积，形成铁锭结核或锈斑。
在盆地形成初期，台地上发育的幼年河流以侧向侵蚀为主，塑造出河漫滩，待地壳大幅抬升时，河流转而积极下切，原来的河漫滩就成了河谷两侧阶地，地壳再一次抬升时，原来的一级阶地就成为二级阶地，河漫滩又成为新的一级阶地，待地壳相对稳定时又侧向侵蚀形成河漫滩。

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第四节湿地生态系统的形成过程
一、湿地的形成条件
P219湿地类型繁多，分布广泛。不同湿地特征各异，物理过程、化学过程、生物过程也不尽相同。但总体上看来，湿地生态系统还是具有一般性的特点，只要具备了一定的水分条件就能形成湿地。当地表积水或土壤水饱和后，就形成了厌氧的基质环境，也就必然会有湿地生物（动物与植物）生长。因此，湿地生态系统形成的决定性因素是水分条件，而湿地土壤和湿地生物只是湿地形成的产物，它们是后成的，不是湿地生态系统的形成条件而是结果。这样，使区域地表积水或土壤水饱和的条件就是湿地生态系统的形成条件。湿地生态系统的形成条件主要包括三个方面：相对负地形的存在，水源补给条件和一定的隔水层的存在。
（一）相对负地形
相对的负地形是针对一定的区域内微地貌分异而言的，是在较小的空间尺度上讨论地势的分异状况。不能认为因为平原比高原相对地势低，是相对的负地形区，所以湿地分布在平原区，而高原区因为相对地势较高而没有湿地分布，也不能因此认为平原湿地比高原湿地多。这里所说的相对的负地形是指在同一地貌类型分布区内相对地势较低的区域，如高原和平原上的浅洼地等。因为各种地貌区都有相对负地形的存在，且这些相对负地形区往往都是区域地表水和地下水的汇流中心，所以，在各种地貌类型中都可能形成湿地。而且有人根据湿地所处的地貌类型进行湿地分类，如有人将湿地分为高原湿地、平原湿地、山区湿地等。虽然这些湿地形成于不同的海拔高度区，但它们无一例外都是分布于区域内相对的负地形区，如湖泊和高原上的湖泊凹地、河漫滩上的碟形洼地、滨海潮滩等。洪水泛滥总是淹没地势相对低洼的地区，潮水也总是淹没滨海相对地势较低的区域。相对的负地形总是区域集水中心，这使得这些地方更容易积水或土壤水饱和而形成厌氧的环境，从而生长湿生、沼生或中生植物，发育湿地土壤；即使是发育在山区坡地和分水岭上的湿地也是分布于相对的负地形区。但并不是所有的负地形区都会形成湿地，相对的负地形还必须有其他条件的配合才能形成湿地。
（二）水源补给条件
湿地最主要的特征是要有水，并使得地表积水或者土壤水饱和足够长的时间。在一定的区域内，虽然相对的负地形区一般都是区域的汇水中心，但并不是所有的相对负地形区都可形成湿地，相对的负地形区还得有水汇集而且使得区域积水或者土壤水饱和足够长的时间才有可能形成湿地。因此，湿地的形成还必须有一定的汇流条件即水源补给条件配合。
湿地水源补给类型有多种，可以是以地表水流、地下渗流、冰雪融水和直接的大气降水等形式，只要这些形式的水源补给使得相对的负地形中积水或者土壤水饱和就会形成湿地。没有一定的汇流条件的配合,无论相对的负地形与周围相对高度相差多大也不会形成湿地。汇流条件不仅是指大气降水，也不仅仅是指区域气候的干湿程度，无论是从什么地方、以什么形式汇集到相对负地形区的水都能在这里形成湿地。因此，对于湿地形成来讲，最主要的是有没有足够的水使地表积水或土壤水饱和，而不是考虑这些水是来自于区域内的还是区域外的。从这一点来看，把气候因素中的降水量的多少作为湿地形成条件之一是不合适的。实际情况也是如此，比如流经干旱区的河流所形成的湿地，以及沙漠中的绿洲湿地，这些区域的降水量少得不可能在这些地方形成湿地，但由于高山积雪融水形成的河流从这些区域内的相对负地形区流过，或者这些区域内因为在某些相对负地形区地下水埋藏浅从而形成湿地。内陆地区的一些湖泊盐沼湿地及滨海湿地的形成都是与降水量的多少没有直接联系的。虽然降水量大的湿润地区形成湿地概率要大一些，但降水量的多少不是形成湿地的必要条件。
（三）隔水层
区域隔水层的存在不仅可以使汇集到相对负地形中的水不至于垂直渗漏或者向区域外渗漏，而且可以使区域地下水位达到一定的高度，从而使相对负地形区积水或土壤水饱和。在有季节性降水的干旱半干旱地区，如非洲的一些荒漠，短暂的季节降水由于隔水层的阻挡而不能下渗，使得地表维持相当长的一段时期的积水或土壤水饱和而形成湿地。在这段时期内，各种湿地动、植物在迅速完成其生长繁殖周期。
在湿地恢复与重建中，如果底质是透水的，往往都会在这些透水的底上铺上一定厚度的黏质不透水层，以确保恢复湿地的水位的维持。
如果没有隔水层的存在，地表积水或土壤水饱和是难以维持的，因此，隔水层的存在是湿地形成的一个必要条件。
一般来说，只要具备了以上3个条件，区域水位面就会达到足够的高度而形成厌氧的环境而形成湿地生态系统；湿地形成的3个条件在不同区域的具体特征及其组合是千差万别，这也就使得湿地类型多种多样。不同区域的湿地形成条件的差异主要是因为湿地形成的条件要受到多种因素的影响，各种因素主要是通过对相对负地形、补给条件和隔水层特征及其组合的影响而对湿地的形成过程产生影响的。我们还必须注意一点，由于目前湿地边界定义困难，湿地生态系统与水生生态系统之间的边界的划定还各持几见，因而积水多深、淹水多长时期才算湿地等问题在湿地形成的3个条件中没有得到明确的反映。但是，我们已经注意到了淹水过深区域，比如深水湖泊、海洋的深水部位，不是湿地生态系统而是水生生态系统。
二、湿地的形成过程
湿地生态系统的形成过程包括陆化过程与沼泽化过程，即陆地水体化过程和水体陆地化过程。
(一)陆化过程
陆化过程发生在各种水陆域界面的水域的一侧。地表水域主要为河流、湖泊和海洋。在不同的水体类型中或不同区域的水体中，由于水位面相对下降或地表面相对抬升而形成湿地。陆化过程主要有以下三种类型：
1，湖泊陆化
(1)水生、沼生植物带状侵入型
湖泊陆化过程中，发生在湖泊缓岸带。主要是由地表水和地下水、大气降水和风携带的矿物质、有机质等在湖泊中的沉积。首先，它们与湖中浮游生物体或其残体一起在湖底形成含有机质的沉积层，这给湖底藻类深水植物与微体动物的繁殖提供条件；其次，这些物质在湖泊中的沉积本身就使湖底不断淤浅，从而加快了湖泊湿地的形成过程；再次，矿质营养的输入为各种植物的生物提供了了养料，增加了植物生物量，使有机残体的堆积更加迅速，湖泊变浅，植物带也相应地向湖心侵移，使以前水深较深处，原为水生生态系统的区域为湿地植物所占据而湿地化。
(2)沼生植物“浮毯"蔓延型
这种湖泊湿地形成过程是在湖岸较陡、湖水较深、湖水微波动的条件下发生的。它通常是在风平浪静的湖岸水面上生长着漂浮植物。这些植物的根及其根状茎在湖面上漫延、漂浮、纵横交错，密织成网状，形成较厚的“毯状物”，所以称陡岸湖泊的湿地形成过程为“浮毯”蔓延型。
2，河流陆化
这种陆化过程多发生在河床平浅，河曲发达，流速缓慢的中、小型河流中，也发生在河源附近平缓沟谷以及许多大江河源区。从丛生植物开始，有两种形成过程。一种是河流携带的沉积物在河心和河边某些地段的沉积物在河心和河边某些地段的沉积而形成的心滩和边滩形成河流湿地。一种是另一种是植物呈浮毯状从湖岸间湖水面蔓延。在湖岸长着浮水植物，其根状茎浮于水面，交织成网状形成“浮毯”。“浮毯”底部植物残体脱落形成泥炭，最后泥炭填充整个湖盆，这种过程比较少。
3，滨海陆化
它发生在滨海向海一侧，主要有以下原因造成：
(1)是由于区域性地形缓慢抬升而使水深变浅，海域形成湿地。
(2)是由于全球海平面下降而使部分海域出露水面或水深变浅而湿地化。
(3)是由于地表流水携带的悬移质和溶解质以及海水水体中的生物残体在滨海水体的局部地段堆积形成海岸沉积地貌类型而形成湿地。
(4)是生物活动引起的滨海陆化过程。例如，珊瑚礁的生长而引起的滨海陆化过程和红树林的生长而引起的滨海陆化过程。
(二)沼泽化过程
沼泽化过程发生在各种水域、陆域界面的陆域区。由于区域水位面上升或者是区域地形下沉而引起的沼泽化过程在任何区域或植被条件下都可以出现。沼泽化过程主要有草地沼泽化过程、森林沼泽过程、冻土沼泽化等过程。当沼泽发展到最后阶段或成沼的自然条件逆转和人为的排水改造，沼泽又逐渐衰退以至消亡。
1，草地沼泽化
草地沼泽化是指由草地演变而成的湿地，多发生在可漫滩、阶地、湖滨、沟谷的林间草地。草地沼泽化是由于地势低洼，地表经常过湿，地下水位较高，在地表水和地下水共同作用下，土壤孔隙度被水填充,通气状况恶化，造成厌氧环境，并引起土层严重潜育化，死亡的植物残体，在厌氧条件下，分解非常缓慢。这样在水分增加、养分减少的情况下，为植物的自然演替创造了有利条件，使一些草甸植物变化减少，要求养分减少、喜湿植物逐渐增多。这些植物死亡后，在厌氧条件下得不到彻底分解，逐渐形成泥炭，最后演替成沼泽。
2，森林沼泽化
森林沼泽化主要发生在林区平坦、低洼、地下水位高、排水不良、水分汇聚的地方，如平坦的河谷、河滩、堤外洼地、阶地、湖边和泉水溢出地等。这些地区常有潜水渗入，造成地表过湿。
森林湿地化过程是伴随林下残落物的不断累积和土壤灰化作用进行的。林下残落物不仅能保持大量的水分，而且能拦蓄地表径流，尽管森林等植被可蒸腾很多水分，但地表仍处于过湿状态，残落物分解形成的大部分灰分元素变成矿物盐类，其随水分下渗，引起土层的灰化作用，土层下部形成沉积层、铁质层等。经残落物下渗的水分，蓄积下沉积层上，使潜水位提高，土层湿度增加，渐渐变为厌氧环境，残体分解缓慢。使钾、氮、钙、镁等元素被淋溶，而铅、铁、锭在土层下积累形成不透水层，保持土壤过湿，形成泥炭，使树木生长发育不良，森林逐渐演替为森林沼泽。
3，冻土沼泽化
在高纬和高山地区，冬季漫长且严寒，夏季短促且冷凉，广泛发育冻土。夏季气温回升，冻土区表层的季节性冻土融化，而下部多年冻土层却依然存在，形成良好的隔水层；同时受夏季大气降水及地表径流补给。地表水因受冻土层阻隔，不能垂向渗入地下，使地表长期积水或过湿导致滔泽湿地的形成和发育。同时，冻土区地温较低，有机残体分解缓慢，促进了沼泽化过程。另外，由于冻土的冻融作用在局部地区形成热融沉陷，为湿地形成了提供了负地貌条件，也促进了湿地沼泽化过程。

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第八章人类干扰下的自然地理过程

人类对地球表层的影响越来越强烈，以至于目前进行的自然地理过程均受到人类不同程度的影响。一般来说，自然地理过程尺度越大、持续时间越长，人类影响的意义较小，而小尺度自然地理过程和短周期的自然地理过程则在人类干扰下可以产生明显的变化。

在人类的干扰下，自然地理过程节律加快，造成人类及其他生物适应环境变化的压力增加；同时，人类干扰下的自然地理过程常常破坏了自然地理系统的结构和功能，提高地球表层熵值。

第一节沙漠化过程与盐碱化过程
一、沙漠化的概念

沙漠化是指在干旱、半干旱及半湿润的非沙漠地区，生态条件脆弱，由于人为过度的经济活动及自然界的变化，破坏了生态平衡，使生态系统的经济生产力和复杂性下降或丧失，土地出现了以风沙活动为主要特征的向沙漠环境的退化。

通常，“沙化”常常作为沙漠化的同义词，是指天然沙漠的扩张和沙质土壤上植被及覆盖物被破坏，形成流沙及沙土裸露的过程，也是形成风沙地貌的过程。但实际上两者还有细微差别，“沙化"的含义要比沙漠化广。因为土地沙化不只是发生在潜在沙漠化地区，也不仅是风沙作用下的产物。它可以是流水侵蚀作用的产物，而且也不受地域性限制，它不仅出现在干旱、半干旱地区，也可出现在半湿润、湿润地区河流下游沙质干河床、决口扇地段和海滨沙地上。如黄河泛淤沙地、沿海沙地。它们虽属沙化问题，但不属于“沙漠化”。

对于沙漠化过程，我们既把它看成是环境退化过程，又强调它不是退化的终结。环境退化的终点是沙漠（荒漠），而沙漠是不存在沙漠化的。

二、沙漠化过程

（一）沙漠化发生因子分析

沙漠化存在着产生的基本条件与诱发因子。这些基本条件与诱发因子既包括自然因素也包括人为因素。在自然因素当中，水分是首选因子，水分缺乏及水分状况的不稳定性，限制了植被的发育，降低了抗风蚀的能力；其次疏松的沙质地表形成了地表原生性脆弱，为沙漠化提供了沙源。频繁强劲的大风天气，是形成沙漠化的吹蚀动力。因此，降水的减少，沙源的增加及风力的加强，都是沙漠化的自然诱因。人为诱因是指在自然因素不变的条件下，由于人为地破坏植被及减少土壤水分,增加了风力的侵蚀和搬运能力。沙漠化过程中单独的自然因素作用强度处于较低的水平，但人为因素、自然和人为因素共同的作用强度却都处于较高的水平。正是在人类活动的干扰下，促进了土地沙漠化。有研究表明，在处于温带干草原地带的商都县，人为因素的作用平均占59，8%,自然因素占40，2%。在青海共和盆地，人为因素对土地沙漠化的贡献率为46，5%,自然因素为24，6%,自然与人为共同作用为14，9%。而在藏北高原，人为因素对土地沙漠化的贡献率为37，37%,自然因素为42，18%,自然与人为共同作用为20，45%。

（二）沙漠化过程的阶段性特点

1，沙漠化初期阶段

当过多的人口为维持生存而过度开垦或放牧时，地表连续的植被被破坏。植被缺失区形成风蚀破口，下风方向相应出现灌丛沙堆。在人类干扰因素持续作用下，风蚀破口扩张，同时不断产生新的破口。

2，沙漠化扩展阶段

随着风蚀破口的增加和扩大，气流中携带的物质增多，出现风沙流。而一旦产生风沙流，对沙质地表的吹磨作用远较单纯气流吹蚀力大（高出几十至几百倍），故其破坏过程、破坏速度将日益累进，土地沙漠化程度急剧自行扩展。

3，自我恢复阶段

在沙漠化过程中，如消除人类活动干扰，其过程具有逐渐终止的特征。在草原地带的自然条件下，历史上曾有一些区域出现过沙化现象。但是在当时的历史条件下，由于人口压力小，当土地因发生沙漠化而变得生产水平低下时，人们即将其舍弃，而转向开发新的处女地。被舍弃的土地由于减去人为干扰，植被自行恢复，沙漠化过程逐渐减弱，产生了沙漠化的恢复过程。

自我恢复能力的大小，取决于沙漠化过程的演化阶段和程度，也取决于沙漠化发生区的地带性特点，故具有明显的地带性特征。例如，科尔沁草原南、东部和榆林风沙区东部，年降水量在400mm以上，属易恢复地区。恢复时间3-5年；乌兰察布盟南部奴察哈草原等地，年降水量在300-400mm之间，地表有斑点分布的流沙及灌丛沙堆，沙漠化自我恢复时间为5-7年；鄂尔多斯西部，沙丘密集，降水量为200-300mm之间，恢复的时间在10年以上。

沙漠化过程的自我恢复属性，是由于生态系统具有弹性所决定的，所以在土地沙化初期，或自然条件相对较好的局部地区，利用沙化自我恢复属性，采取封育的办法，控制人为的干扰，是有效果的。

三、人类活动与沙漠化

（一）过度开垦

农牧交错地带，是沙漠化的多发区。这里的沙地多为固定沙丘和沙质草原。通常人们主要开垦沙质草原，但随着人口的增长，处于风力强烈侵蚀部位的沙丘也被开垦，当沙丘风蚀演变为流动沙丘后弃耕，新的沙丘又被开垦了，正是由于这种盲目且无休止的开垦，导致了沙化的急剧扩张。同时土地翻耕，破坏了土壤胶结，也是加重风蚀的重要因素。由于风蚀发生，使土壤库内供给植物生长的营养元素漂移出系统之外，造成生态系统内物质代谢循环的失调。随着沙化程度的加大，风蚀量的增加，物质损失逐年增多。彻底破坏了土壤腐殖质层，土壤肥力逐渐下降，加之冬、春季大风作用，致使耕作层土壤逐渐粗骨化，造成了当地及周边地区生态环境的恶化。使土地利用逐步陷入了“人口增加——过度开垦——土地沙漠化——生产力降低——经济更加贫困——进一步开垦——沙漠化加剧"的恶性循环之中。

（二）过度放牧

由于牲畜数量剧增，草牧场面积缩小，致使草牧场严重超载，季节性牧场基本变为全年利用。草场不划分季节利用，对其植被破坏作用是相当严重的，使植物不能按照自然生长规律生长，不能有效地进行光合作用，丧失繁殖能力，甚至失去生命力，使整个草原向退化方向演替。草原生态系统失去自我调节能力，植被退化了，沙化进程明显加快。草场退化的过程通常是从植株数量减少、高度降低、覆盖度变小开始。发展到优良牧草数量减少，覆盖度再下降，适应性差的毒草占明显优势，以至建群种改变。如果上述草场退化发生在沙质草原上，由于植物覆盖减少，便会出现裸露沙斑。在风的作用下形成风蚀源，从而演变成沙化过程。

（三）过度樵采

过度樵采破坏了天然植被，是造成固定沙丘的活化和沙质草原上风蚀洼地发生的原因。特别是在干旱贫瘠地带，绿洲边缘灌丛沙堆植被的破坏往往成为绿洲沙漠化的重要原因。在分布形式上，樵采活动所引起的沙漠化土地一般以居民点为中心向外延伸。

“三北”防护林的建立已近30年，一般树的胸径达20-30cm,在经济利益的驱动下，部分地区釆伐面积大，更新补充跟不上；另外农户房前屋后林木和路旁林带采伐严重；为满足逐年增长的木材加工需求，无计划地过伐林木。致使风沙长驱直入，沙丘复活，沙化面积在局部地段扩大。

（四）其他经济活动

一是密集人口的作用。城镇附近由于建设和人类活动的迅速增加，也加速了对天然植被的破坏，形成以市镇或工矿企业、居民点为中心沙漠化圈。也即沙漠是从外部入侵，土地是从内部退化的。

二是交通作用。在沙质草原上机动车和畜力车的任意行驶也可能造成植被的破坏，导致道路沙漠化，往往沿线路出现条带状风蚀沙地。

三是修建水库。修建水库是干旱地区、半干旱地区内陆河沿岸特别是下游地段沙漠化的主要原因。在河的上游修建较多的水库，由于这些水库截留了上游来水，致使下游段河床、边滩及河漫滩的沙质物质经常裸露地表，在长年定向风的作用下，成为本区土地沙漠化的“源”。

四、盐碱化概念

盐碱化是在气候、地形、水文地等自然因素及人为因素的综合影响下形成的。来源于岩石矿物风化的盐分，在随水运动的过程中，在土壤中富集，使土水势增加、土壤板结、肥力下降。当水盐汇集于土体中即发生积盐，水盐从土体中排岀则发生脱盐。盐碱土的形成是土壤积盐与脱盐相互作用的结果。盐碱化过程包括盐化过程和碱化过程。

（一）盐化概念

盐化又称盐渍化。它是指易溶性盐类在土体上部的聚积过程。这种过程在干旱少雨气候带是常见，特别是在暖温带、温带的干旱区，土壤盐类积聚最为严重。成土母质中的易溶性盐类，富集在排水不畅的低平地区或凹地，在蒸发作用下，使盐分向土体表层聚集，形成盐化层，土壤发生盐化。

（二）碱化概念

土壤碱化表现为钠离子置换其他盐基离，使土壤吸附的钠离子饱和度很高，形成苏打并水解，释出碱基。碱土的矿化度并不一定很高，但pH值高，可高达9以上，呈强碱性反应，并引起土壤物理性质恶化。

五、盐碱化阶段性过程

（一）草甸化阶段

由于地下水位上升，影响成土过程，在土体下部形成还原状态的潜育层，在土体中部形成氧化还原交替的潴育化层，土壤向草甸化发展。

（二）碱化阶段

碱化阶段为草甸土向盐土转化的最初阶段，此时地下水水位非常高，地下水通过土壤毛管大量蒸发，钠离子在土体上部聚集。植被发育不良，特别是低洼地，碱化严重，植被消失。

（三）盐化阶段

水分蒸发量继续增加，土壤水中的各种活性离子均在土体上部聚集，土壤盐化。

（四）脱盐化过程

地下水位下降，蒸发量减少。降水不断淋溶土壤中的盐基离子，降低了土壤的盐基离子浓度。植被恢复，向顶级方向演替。

六、人类活动与盐碱化过程

（一）人类活动与盐化过程

盐化过程的形成与土壤含盐量的增加有关，这其中有自然原因，但是人类活动以许多不同的方法增加了含盐地区的范围和含盐的程度，对盐分的迁移和土壤积盐有很大影响，主要表现在：

1，灌溉

在水分缺乏的区域，人们利用河水和承压水为农田灌溉。如果管理不善，如只灌不排、灌溉定额偏高、农田灌水渠道常年积水等，造成大量水分渗漏，增加了地下潜水补给，抬高了地下水位。许多自流式配水渠布置在平原的高地上，以便利用重力灌溉。所选择的高地多为天然冲积堤、沙地和台地，这些由沙质土组成的高地，特别容易有渗漏，抬高地下水位。为了保存水资源和提供水头，建造水库，也直接升高地下水位。地下水位升高到与地表足够接近，由毛细作用补给地表，产生了蒸发和盐分浓缩。在质地黏重、毛管发达的土壤里，更易产生盐化过程。

2，破坏植被

由于破坏了土壤的覆盖，不但减少了蒸腾，引起了地下水位的升高，而且增加了风蚀，形成风蚀洼地，相对提高了地下水位，造成盐化。

3，不合理耕种

耕种制度单一、只用不养、不施有机肥、长期施用化肥等，造成了土壤板结，增加了土壤中毛管作用，加重了盐化。

（二）人类活动与碱化过程

干旱、半干旱地区土壤碱化过程与自然条件紧密相关，但人为因素可以加速这个过程。在干旱、半干旱的条件下，灌溉增加了土壤水在土体内上下左右频繁移动的机会，促进土壤溶液里的离子与土壤胶体复合体所吸附的离子之间产生交换反应，引起土壤物理化学性质的变化。在蒸发作用使灌溉水浓缩时，钙和镁离子容易成为碳酸盐而沉淀。在土壤溶液中留下的主要是钠离子，钠离子被胶质黏土颗粒吸收，破坏土壤的絮凝结构，使土壤成为几乎不透水的、对根部生长不利的没有结构的土壤。

许多地方为了抗旱增产，开釆和利用矿化度很高的深层地下水灌溉，加重了碱化过程。土地经过几年灌溉，出现土壤板结和死苗现象，形成碱化土壤。

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第二节水土流失过程一、水土流失概念

P231水土流失过程是侵蚀动力与下垫面的相互作用过程，即在水力、重力等外营力作用下，山地、丘陵区的水土资源和土地生产力的破坏和损失过程。它包括土地表层侵蚀及水的损失，也称水土损失。土地表层侵蚀指在水力、风力、冻融、重力以及其他营力作用下，土壤、土壤母质及其他地面组成物质如岩屑损坏、剥蚀、转运和沉积的全部过程。水土流失的形式除雨滴溅蚀、片蚀、细沟侵蚀、浅沟侵蚀、切沟侵蚀等典型的土壤侵蚀形式外，还包括山洪侵蚀、泥石流侵蚀以及滑坡等侵蚀形式。水的损失一般是指植物截留损失、地面及水面蒸发损失、植物蒸腾损失、深层渗漏损失、坡地径流损失。在中国，水土流失概念中水的损失主要指坡地径流损失。

水的损失过程与土壤侵蚀过程之间，既有紧密的联系，又有一定的区别。水的损失形式中如坡地径流损失，是引起土壤水蚀的主导因素，水冲土跑，水土损失是同时发生的。但是，水的损失与土壤侵蚀并不完全是正相关关系。例如，在土壤黏重层上增加土壤水分贮存量，形成上层滞水，减少了水的损失，但却增加了土壤的侵蚀。

二、人类活动与水土流失过程

水土流失是自然地理环境变化过程，也是自然和人文因素综合作用的结果。水土流失不仅是土壤的过量侵蚀过程，更是人类干扰下的一种统一的自然地理环境快速演化过程。造成水土流失严重的主要原因之一就是不合理的土地利用方式和植被的破坏。

（一）植被破坏与水土流失

植被破坏，会使得土壤侵蚀经历了自然侵蚀一加速侵蚀的演变过程。如果因为垦荒、，伐木、放牧、修路和各种建设活动而使土壤失去了植被和枯枝落叶层的保护，那它就极易遭到侵蚀，对各种侵蚀都会变得非常敏感。风和水会把土壤颗粒吹走或冲走，其速度要比新土的形成速度快得多。一般说来。土壤的表层富含腐殖质，有团粒结构，吸收能力强，如果这些表土流失掉，下面的土壤腐殖质贫乏、吸收能力差、稳定性差。这些深层土一旦暴露到表面就易受到侵蚀。如果下层土壤是黏性±,那它的吸水能力就更差，一旦遇到洪流就会形成急速的地表径流，对土壤有极强的侵蚀性。

（二）不合理的耕作方式与水土流失

在耕作中，土壤常因各种原因被压实。例如，大型农业机械的使用往往会把大面积的土壤压实，多年耕作也能形成紧实的犁底层。土壤压实，使土壤中的孔隙减少，土壤就失去了对水的吸收和通透能力，加大径流模数，增加了水土流失。

土壤翻动也增加了水土流失。这首先因为土壤翻动破坏了土壤的胶结，使土壤易于侵蚀。其次，土壤翻动加快了腐殖质的分解，破坏了土壤团粒结构，减低了土壤的渗透能力和持水能力。

三、水土流失阶段性过程

（一）面蚀过程

由于植被破坏，滞缓作用和保护作用减弱，加之土壤板结，土壤表面的降水，大量形成径流并侵蚀土壤，导致土壤表层土壤团粒被坡面流水大量带走，土壤的表层逐渐变薄。

（二）沟蚀阶段

表层团粒状土壤丧失后，由于其下的土质较为黏重，流水只在较疏松处侵蚀，形成汶沟。汶沟的形成，出现了紊流，水蚀能力极为增强,汶沟迅速转变为切沟、冲沟和坳沟，水土流失以溯源侵蚀为主。

（三）水毁阶段

随着沟谷下蚀，地下水出露形成河谷，河谷以侧蚀为主，经常冲毁土地，水土流失进入水毁阶段。

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第三节地球表层的污染过程一、土壤污染

（一）土壤污染的概念

P233土壤污染既有环境问题，也有经济问题。所谓环境问题，是指由于人口急剧增长，工业迅猛发展，产生了大量的工业及生活废弃物。这些废弃物包括固体废物、废水和废气。固体废物堆放在土壤表面或掩埋在土壤中，废水向土壤中渗透，大气中的有害气体及飘尘也随雨水降落在土壤中。

土壤是农、林、牧业的生产载体，它的污染也来源于农、林、牧业自身的生产过程。化肥、除草剂及农药的施用是最直接的污染源，污灌与污泥施用对土壤污染也产生一定的影响，这就是环境的经济问题。

土壤中污染物的输入、积累和土壤的自净作用是两个相反而又同时进行的对立、统一的过程，在自然条件下，两者处于动态平衡之中。在这种平衡状态下，土壤是不会发生污染的。但是，如果人类的各种活动产生的污染物质，通过各种途径输入土壤，其数量和速度超过了土壤的自净作用的速度，打破了污染物在土壤中的自然动态平衡，使污染物的积累过程占据优势，可导致土壤污染物的富积，土壤功能的失调和土壤质量的下降，土壤生态发生明显变异，土壤微生物区系（种类、数量和活性）的变化，土壤酶活性的减少；同时，由于土壤污染物的迁移转化，从而引起大气、水体和生物的污染，并通过食物链，最终影响到人类的健康。

（二）人类活动与土壤污染

1，污灌与污泥施肥

污灌与污泥的施用虽然对节省水资源，提高土壤肥力大有益处，但污水和污泥成分复杂，对土壤造成污染的成分包括悬浮物、有机物、可溶性盐类、合成洗涤剂、有机毒物、无机毒物、病菌、病毒以及寄生虫、重金属和有机毒物等。其中有些物质可在土壤微生物作用下得到分解消除，但对于难以降解、存留时间长的物质而言，会造成土壤污染和在作物中残留。

2，土壤的农药污染

污染物进入土壤的途径主要是农药直接进入土壤（如使用除草剂、拌种剂和防治地下害虫的杀虫剂）和间接进入土壤的（如防治病、虫、草害喷洒于农田的各类农药，有相当部分落入土壤表面；农药随大气沉降、灌溉水和动植物残体而进入土壤）。

过量使用化学肥料造成土壤中养分比例失衡，某些过剩的化肥元素大量积累在土壤表层，同时存在随雨水冲刷流失而污朵周边环境的危害。农药施用不当，会造成农田环境污染。农药对植物发生直接的药害，还会影响生态系统平衡和植物的生长，也导致病虫抗药性增强。天敌数量巨减，进而盲目增加用药量。进入环境中的化学农药会随着气流和水流流动，污染水体、大气。一些难降解的化学农药、除草剂、杀虫剂等几乎得不到任何分解而在环境中蓄积循环，破坏生态平衡。同时，盲目过量、不合理施用的另一结果是降低土壤肥力，土壤有机质减少、板结、生物活性降低。特别是土壤中过多的硝酸盐和有害化学物通过土壤——作物一人类的食物链和土壤一一水——人类的饮水而进入体内。在体内形成强致癌物——亚硝胺而严重威胁人类健康。

（三）人类活动与土壤酸化

大气中的污染物也会通过重力沉降和随降水进入土壤，酸雨就是最明显的例子。由于工业的发展，燃煤用量剧增，使大气CO,浓度有较明显的增长。与此同时，燃煤释出的so2也带给了雨水的H2SO4成分，使雨水酸度比仅含CO2时有更显著的增加。

二、水体污染

（一）水体污染概念与主要污染物

在环境学中，水体不仅包括水，还包括水中的悬浮物、溶解物质、底泥和水生生物等。区分“水”与“水体”的概念十分重要，例如，重金属污染物易于从水中转移到底泥中，水中重金属的含量一般都不高，若着眼于水，似乎未受到污染。但从水体看，可能受到较严重的污染。使该水体成为长期的次生污染源。研究水体污染主要研究水污染，同时也研究底质（底泥）和水生生物体污染。

由于人类活动而排放的污染物进入水体，使水和水体底泥的物理、化学性质或生物化学性质发生变化，从而降低了水体的使用价值，这种现象称为水体污染。水体污染的最主要原因是工业废水的排放。废水中的污染物种类极多，按其种类和性质，一般可分为四大类，即无机无毒物、无机有毒物、有机无毒物和有机有毒物。此外，对水体造成污染的还有放射性物质、生物污染物、热污染等。

1，无机无毒物

主要是指氮、磷、无机酸碱和一般无机盐，当水体中氮、磷等植物营养物质增多时，可导致藻类等水生植物过量繁殖，造成水体富营养化。酸性和碱性废水，会使水体的pH值发生变化，破坏其自然缓冲作用，妨碍水体自净。

2，无机有毒物

主要有非重金属的氤化物、神化物及重金属中的汞、铭等。这些元素在水体中只要有微量的浓度即可产生毒性效应，某些重金属还可以在微生物的作用下转变为毒性更强的金属化合物；重金属不但不能被生物降解，相反却能在食物链的生物放大作用下，大量地富集。

3，有机无毒物

有机无毒污染物多属于碳水化合物、蛋白质、脂肪等自然生成的有机物。它们易于分解，向稳定的无机物转化。在有氧的条件下，由好氧微生物作用进行转化，其进程较快，产物多为CO一、HzO等稳定物质；在无氧条件下，则在厌氧微生物作用下进行转化，这一进程较慢，产物主要为CH,、CO2等稳定物质，同时也有H」S等气体产生。有机无毒污染物的组成非常复杂，但其分解过程多吸收O2,因此在实际应用中多以BOD、COD、TOC、TOD等指标来表示其污染程度。

4，有机有毒物

多属于人工合成的有机物。如有机氯农药、合成洗涤剂等，这一类污染物不易被微生物所分解，而且有些是致癌、致突变物质。

（二）水体的自净

各类天然水都有一定的自净能力。污染物质进入天然水体后，通过一系列物理、化学和生物因素的共同作用使水中污染物质的浓度降低,这种现象称为水体的自净。但是在一定的时间和空间范围内，如果污染物质大量排入天然水体并超过了水体的自净能力，就会造成水体污染。

水体的自净作用按其净化机制可分为三类：

1，物理净化

天然水体的稀释、扩散、沉淀和挥发等作用，使污染物质的浓度降低。

2，化学净化

天然水体的氧化还原、酸化反应、分解、凝聚等作用，使污染物质的存在形态发生变化和浓度降低。

3，生物净化

天然水体中的生物活动过程如微生物对有机物的氧化分解作用。

水体的自净作用按其发生场所可分为四类：

1，水中的自净作用

污染物质在天然水中的稀释、扩散、氧化、还原或生物化学分解等。

2，水与大气间的自净作用

天然水中某些有害气体的挥发释放和02溶入等。

3，水与底质间的自净作用

天然水中悬浮物质的沉淀和污染物被底质吸附等。

4，底质中的自净作用

底质中微生物的作用使底质中有机污染物发生分解等。

（三）污染源

人为污染源是指由于人类活动产生的污染物对水体造成的污染。人为污染源包括工业污染源、生活污染源和农业污染源。工业污染源出于不同企业、不同产品、不同工艺、不同材料、不同管理方式，排放的废水水质。水量差异很大。工业废水是水体重要的污染源。它具有量大、面广、成分复杂、毒性大，不易净化、难处理等特点。生活污染源多为无毒的无机盐类、需氧有机物类、病原微生物类及洗涤剂。生活污水的最大特点是含氮、磷、硫多。农业污染源包括牲畜粪便、农药、化肥等。农业污水具有两个显著特点：一是有机质、植物营养素及病戚微生物含量高；二是农药、化肥含量高。

三、大气污染

（一）大气污染的概念

各种不定组分进人大气，当污染物量不大时，由于大气的扩散、稀释、沉降、雨水洗涤、日光作用以及污染物的相互中和、化合或绿色植物的光合作用等一系列物理、化学和生物等因素的作用，而使空气恢复到原来状态，对人体的健康一般不会造成严重的危害，这一过程称为大气的自净作用。大气的自净作用是自然环境自我调节的一种重要机能。当污染物的量超过大气的自净能力时，就能引起空气质量恶化，能对人体、动物、植物产生不良影响。简单地说，大气污染是指大气中一些物质的含量远远超过正常本底含量的大气状况。

（二）大气污染物的分类

大气污染物的种类很多，并且因污染源不同而有差异。大气污染物的物理、化学性质非常复杂。根据污染物的性质，可将其分为一次污染物（原发性污染物）与二次污染物（继发性污染物）。一次污染物是从污染源直接排出的污染物，它可分为反应性物质和非反应性物质。前者不稳定，还可与大气中的其他物质发生化学反应；后者比较稳定，在大气中不与其他物质发生反应或反应速度缓慢。二次污染物是指不稳定的一次污染物与大气中原有物质发生反应，或者污染物之间相互反应而生成的新的污染物质，这种新的污染物质与原来的物质在物理、化学性质上完全不同。但无论是一次污染物还是二次污染物都能引起大气污染，对环境及人类产生不同程度的影响。

根据化学性质不同，一般把大气污染物分为以下八类：

(1)碳氧化物：主要指co和CO2o

(2)氮氧化物：主要指NO相NO2,用NOx表示。

(3)硫氧化物：主要指SO-等，用SOx表示。

(4)碳氢化合物：通常包括醛、酮和H-C-0化合物。

(5)卤素化合物：主要指氟利昂。

'(6)氧化剂：主要指PAN和过氧化物等。

(7)颗粒物及气溶胶。

(8)放射性物质。

(三)人为污染源与污染物的迁移与转化

1，—氧化碳

co是低层大气中最丰富的气态污染物，也是人类向自然界排放量最大的污染物。人为污染源的co主要来自汽车尾气和化石燃料的燃烧。根据对全球化石燃料消耗量、燃烧条件以及对汽车排放状况的实际测量估算，全球人为排放的一氧化碳总量中50%以上是来自汽车的汽油燃烧。

自然界也产生co,包括海洋排放、森林火灾燃烧排放、甲烷等碳氢化合物的氧化排放。

大气中C。的最终归宿有两个方面：第一，在大气中氧化转化成co2；第二，被土壤吸收。大气中co很容易被氧化，这一过程对大气CO的清除率约为90%。

土壤吸收co能力的大小取决于土壤的类型，不同类型的土壤吸收率差别很大。根据实验资料推测，全球地表土壤的C。吸收量为450X106t/a,约占全球CO总量的10%。

由于CO的人为源主要集中于北半球中纬度大陆上，加上该地带高浓度甲烷转化产生较多的CO,因此，北半球中纬度地区C。浓度最高。而南半球CO主要来自自然源，所以浓度较低。

就全球大气CO而言，尽管人为活动排放的CO量逐年增加，但全球平均浓度却没有什么变化，这可能由于C。寿命较短最终转化为co2,不可能在大气中累积之故。

不过城市大气中CO含量相当高，一般为0，0005%-0，005%,主要是由于城市汽车的尾气中含有大量CO所造成的。

2，二氧化硫

SO2是大气中分布广、影响大的物质，常用它作为大气污染的主要指标。so2人为源是化石燃料（主要是煤）的燃烧，其次是有色金属冶炼、石油加工和硫酸制备等。

煤和石油中的硫以硫化金属物和有机硫两种形式存在，燃烧过程中均产生SO&

进入大气的SO-会发生一系列氧化反应，形成HzSO,、硫酸盐和有机硫化合物。

在清洁干燥的大气中，SO2被缓慢地氧化成S03。但如果含有SO2的大气中同时存在氮氧化物、碳氢化合物和Mn、Fe的硫酸盐，则SO?转化为SO3的速度将大大提高。生成的SO3,迅速地与大气中的水蒸气反应转变为H2SO（或硫酸盐，然后以湿沉降或干沉降的方式降落到地球表面。

3，氮氧化物

大气中的氮氧化物（NOx）主要包括NO和NO2,人为源排出量占总量的50%左右。NOx主要来源于燃料燃烧、汽车尾气、硝酸、氮肥和有机合成工业等生产等过程排放的NOx。

大气中的NOx参与SO2氧化过程，最终硝酸和硝酸盆沉降到地表。

4，碳氢化合物

由碳元素和氢元素形成的化合物总称为碳氢化合物，一般用HC来表示。碳氢化合物主要包括烷煙、烯炷、決炷、脂环煙和芳香炷。人为排放量占世界总排放量的5%,主要来自汽车尾气、燃料燃烧、有机溶剂的挥发、石油炼制等。

城市大气中碳氢化合物的人为污染主要来自汽车尾气，即没有完全燃该的汽油本身和由于燃烧时汽油裂解或氧化而形成的产物。

从环境污染的角度来看，HC的含量并不直接反映其污染环境的水平，更为重要的是它们在空气中的反应产物的含量。因为大多数HC的毒性较小，但由于它们是形成光化学烟雾的主要成分，由此而产生的二次污染物如PAN等却对人类健康有很大危害。

5，光化学烟雾

由HC、NOx及其光化学反应的中间产物和最终产物所组成的特殊混合物，叫做光化学烟雾。光化学烟雾是一种大气强污染现象，是HC和NOx在强太阳光作用下发生光化学反应的产物，包括醛、。3和PAN。

四、污染过程

地球表层污染过程一般经历三个阶段：

（一）自动净化阶段

人类自产生起，就向地球表层排放废弃物，由于各圈层均有自我净化能力，所以在原始社会和农业社会，人类的排放量较少时，一般不造成明显的污染。

（二）净化能力饱和、净化机制退化阶段

人类进入工业社会之后，污染物排放量显著增加，超过了各圈层的净化能力，污染物在各圈层间不断累积，破坏各圈层的净化能力，如杀死微生物和降低微生物的降解能力。

（三）圈层性质变化阶段

随着污染物累积，净化机制的下降，污染物在各圈层组成中的比例显著增加，由此改变了各圈层的结构和功能，圈层性质发生了彻底的变化。如水污染至五类水后，水中缺乏溶解氧，盐类溶解浓度增加，使水丧失了光合作用原料和生物生境的功能。

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第四节人类干扰下的景观过程

—、景观破碎化过程

（一）景观破碎化

P240景观破碎化是指景观由单一、均质和连续的整体向复杂、异质和不连续的斑块镶嵌体系转化的过程。其主要特征为嵌块数量增加而面积缩小，嵌块形状趋于不规则，内部生境面积缩小，廊道被截断以及嵌块彼此隔离。

景观破碎化的生态学后果是多方面的：

(1)景观破碎化改变了群落内环境。例如，木材砍伐导致迹地斑快出现，从而改变森林的光照、风速和湿度。群落内环境的改变，影响了适应原环境的优势种的生长发育。

(2)景观破碎后产生的生境和边缘效应，为外来种入侵提供机会。

(3)破碎化造成动植物栖息地被分割，限制了对栖息地面积要求较高的生物的生存和发展，随着斑块小型化，生物多样性下降。

(4)景观破碎化改变了局部的水分循环、营养循环、碳截留能力和物种组成，损害生态系统的健康和完整性，导致生态系统服务功能退化。

(5)景观破碎化限制了动植物种群迁移，造成生殖隔离。

(二)人类活动与景观破碎化过程

造成景观破碎的原因是多方面的，并且是复杂的，但不外乎人为因素、自然因素以及两者的共同作用。人为因素即人类进行的各种各样的干扰活动，如农业耕作、森林砍伐、矿山开釆、居民点及道路建设、废物贮存和人畜践踏等；自然因素包括自然火、冰河作用、外来种入侵和气候变化等;其中人为因素是近年来破碎化数量和频率上升的主要原因。

1，人为景观破碎化过程

人们在林区或草原开垦农田，必然会造成景观破碎化。最初，形成离散的耕地斑块。随着人为干扰强度的增加，斑块密度指数上升，景观破碎化程度增强。由于受人类活动范围的限制，中心区所受的干扰最重，相应的中心区农田不论从数目还是面积上都最大，造成中心区景观斑块密度值和景观破碎化指数均最高。随着空间范围的扩展，人的劳动效率和劳动效益均会有所下降，人为干扰强度自然降低，景观破碎化程度下降。

随着人为干扰强度的增加，由于人类定向选择造成一些景观类型退化或消失，一些景观类型范围扩大,分布趋于连片，使得破碎化程度降低。但这种破碎化程度降低是超强干扰通过建立基质不同的新景观实现的。

在新景观与原景观之间形成了生态交错带，干扰程度虽是中等水平，但能维持较高的景观破碎化。在中度干扰区，很大一部分农田只有在风调雨顺的年份耕种，其余时间成为弃荒地，再加上短期的伐木开垦，造成农田、林地、草地和疏林草地镶嵌交错分布的格局，引起景观破碎化指数升高。

2，干扰方式与斑块离散程度

不同区域不同时段人为干扰产生的斑块的离散度不同。郭明等人利用分离度指数研究干旱区绿洲景观破碎化情况表明了这一点。1990年分离度指数最大的是园地,依次是林地〉城镇居民点用地〉旱地〉灌木林，不同类型斑块的分离度差距很大，这说明与人类活动密切相关的类型，如园地、林地、旱地和城镇用地的分离度较高，所占面积也少，在空间上往往呈孤立的散点状或线状分布，反映出这些景观类型在本区占据次要地位，被主要景观类型显著隔离O2000年分离度指数，园地〉旱地〉灌木林〉城镇居民点〉林地，不同类型间分离度的差距进一步拉大。同一类型在不同时间上的变化也较大，林地的变化最大，随着林地面积增加，主要是人工林，廊道间的连接性较园地、居民地为好，因此林地的分离度较其他类型小。城镇居民点用地,其破碎度增大，分离度减小，说明该类型斑块数量增加，距离趋近，受可开发利用土地资源量的限制，主要在原有城镇居民点附近扩张。两个时期，分离度最小的类型均为裸土、裸岩和石砾地，但后期的分离度更大了，这也正说明了干旱区裸土、裸岩和石砾地是景观基质,但在人类活动影响下，被分割得越来越破碎。

二、景观的逆向演替过程

（一）景观逆向演替

景观的有序更迭过程被称为演替，它以基质的更替作为表征，以斑块的演变为基础。在无外力干扰下，结构由简单到复杂，最终建立处于自维持状态的功能相对稳定的景观。而景观逆向演替实际上是一个系统在超载干扰下生态系统的退化过程，在这一过程中，系统通过结构和功能的不良变化表达出丰富的内在的退化信息。景观逆向演替中植物群落是变化表征比较明显的，植物群落的演替，可由气候变迁、土壤侵蚀、河流泛滥、或自然灾害等外部原因所引起，或由群落内部土壤性质、水湿状况、荫蔽程度的逐渐改变，新种侵入等内部原因所引起，还可由于采伐、抚育、垦荒、灌溉、引种、栽培等人类活动所引起。

一般而言，人类对景观的作用主要是通过土地利用来实现的，因此，不同的土地利用方式和土地利用程度对应的景观格局也是不一样的。人类活动越强烈，景观的人为痕迹就越明显。无论人类干扰景观发育的哪个阶段，只要超过系统所承载的能力，景观就会出现逆向演替。

(二)人类活动与景观的逆向演替辻程

1，沙化景观的逆向演替

人类活动对沙质草原有强烈的破坏作用，导致植被退化和风沙活动，草原景观演变为生态脆弱的沙地景观，形成一个明显的逆向演替系列。这里，以温带半湿润区的景观退化为例，说明这一系列。

(1)疏林羊草草原退化阶段

半湿润森林草原景观中沙质草原发生沙化或固定沙丘活化所岀现的逆向演替的最初阶段。群落建群种羊草因过度放牧，逐步矮化，榆树疏林本应广泛分布，但因人类的樵伐，逐步稀少。这一阶段虽没出现沙地斑块,但景观破碎化，物种多样性开始降低。

(2)灌丛杂化草原阶段

疏林羊草草原景观，受人类活动强烈影响，沙地斑块出现并迅速增加。群落内乔木种减少、盖度下降，形成以灌木、半灌木为主的层片，主要的灌木有差不嘎篙、小叶锦鸡儿等，羊草失去建群种地位，与糙隐子草、沙生冰草、白草伴生。景观的主要功能如生产功能和处?置功能都开始出现衰退，系统结构开始由复杂趋于简单，稳定性下降。

(3)沙地草原阶段

沙地草原是由灌丛杂化草原进一步退化而来。这一阶段乔木层、灌木层消失、杂类草多样性降低，植被盖度进一步下降，土壤腐殖质减少，胶结转弱，流动沙地斑块增加。

(4)流动沙地阶段

为沙地草原进一步退化的产物。景观基质已由草原转为流动沙地。草地斑块中已经很难见到草原的代表物种，除少量有多年生旱生禾草外，大部分为一二年沙生植物居多。景观的结构极为简化，功能基本消退，稳定性极差。

由此可见，在沙化景观的逆向演替中，景观发生功能上和结构上的劣化过程，直到发生结构上成分的消失和功能上基本代谢的失调，致使生态系统完全崩溃，出现沙漠化景观。

2，湿地景观的逆向演替

人为作用方式不同，湿地逆向演替的模式也不同。

在排水疏干作用下，湿地沿着“沼泽——沼泽化草甸一一草甸”的方向呈逆向演替。沼泽植物群落中沼生、水生植物逐渐退出，湿生和中生植物随之侵入，并逐渐占据优势，形成草甸。开采泥炭后，若排水彻底，且釆尽泥炭，演替模式为沼泽——草甸，若开采泥炭后，又进一步破坏地表植被，如过度放牧等，演替模式为沼泽一草甸——沙漠化土地——荒漠。

3，干旱区河谷景观的逆向演替

在干旱、半干旱地区，河谷景观在人类经济、社会活动的作用下逆向演替迅速。以天然植被为主体的塔里木河下游的河谷为例，由于上游无节制利用水资源，造成下游河道断流、湖泊干涸、地下水位下降，导致植被退化死亡，幸存的槎柳灌丛衰败，胡杨林稀疏、沙化强烈。

按照逆向演替各阶段植物群落类型的不同，可将塔里木河下游河谷景观的逆向演替过程分为如下三阶段：

第一阶段是草被层退化阶段。由乔一灌一草组成的群落中，随着地下水位的下降及土壤矿化度的加重，草本植物开始退化，植株矮化，逐步稀疏，多年生植物为一年生植物取代。这一阶段景观的生产功能开始降低，生物生产量明显降低。

第二阶段为灌木层退化阶段。草被层基本消亡后，抗旱、耐盐的灌木群落也因供水不足，开始退化、死亡，特别是灌木层中的幼树，大量死亡，造成乔木层的更新困难。此时,景观的处置功能和抵制功能下降。

第三阶段是乔木层退化阶段。地下水位继续下降，深根系胡杨也失去了供水保证，纷纷死亡。这一阶段景观内的物质、能量和信息流失，系统衰退，景观破碎化明显。

4，森林景观逆向演替

在人为的强烈干扰下，森林景观逆向演替表现为高乔木向高灌木、矮杂灌、草甸、草地及最后走向裸岩的方向发展，植物种的丰富度呈现了一个由较单一到丰富再到单一的变化过程。群落结构变得简单，资源容量大大减少。

以暖温带为例，在无干扰情况下，繁殖能力强、喜光的植物油松，有很强的成林优势，故常成为原生植被的主要群种。当其被砍伐后，随着林窗的增加，光照加强，原先被抑制的植物获得萌发的机会，使得植物种的多样性增加。以白桦一山杨、辽东栋一刺叶栋群落最高。这可能是由于在长期抑制状态下所积累起来的植物种子，当其抑制状态被解除后，常会有一个短期释放性萌发的缘故。

高乔木已基本被砍完，灌木成为建群种。由于薪炭需求，灌木也逐步被采伐殆尽，草本植物成为建群种。森林被毁，必然会加重水土流失，使土壤肥力严重降低，有些地方会直接变成裸岩。

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第五节全球变暖过程

一、全球变暖

P245全球变暖是指19世纪中期以来特别是20世纪地球表面年平均温度和近地表平均气温呈上升趋势的现象。观测记录表明，自1861年以来全球陆地和海洋表面的平均温度呈上升趋势，就全球而言，20世纪90年代是自1861年以来最暖的十年，1998年则是自1861年以来最暖的一年O20世纪最主要的增暖发生在1910-1945年和1976-2000年期间。结合大量的资料，对近1000年北半球气候变化的研究表明，20世纪的增温有可能是近1000年中最大幅度的增温。

全球变暖是对百年时间尺度全球或半球年平均地表温度变暖而言的，并不是指每一种时间尺度或每一个地区都会增暖。例如，近130年来北半球平均地表气温含有1年、10年和100年三个量级的时间尺度的冷暖变化。从百年尺度上看，气候是变暖了;但是若从10年尺度上看,1954-1975年的气候却是相对变冷的。从空间尺度上讲,全球变暖是指全球或半球尺度，而不是区域尺度。在全球变暖过程中，各地区有不同的反应，一些地区增暖幅度大,一些地区增暖幅度小，还有一些地区可能降温。

二、全球变暖的原因

(一)人为原因

全球变暖的人为原因主要是指近百年来人类活动向大气排放了大量的温室气体。大气是由许多气体成分组成的，其中H2O,CO2，CH4,N2O等对辐射具有选择性吸收的特征。它们能近似透明地让太阳短波辐射通过大气，而对地球长波辐射具有一定的吸收作用。这些气体包括人类社会出现以前就存在于大气中的h2o,co2，ch,，n2。等气体和近几十年来人类活动制造出的氟氯炷等新气体，它们能将所吸收的长波辐射热量用于加热地表面和大气，使其温度升高。这种作用称为大气温室效应。

表8-1所列的主要温室气体含量的增加是依据1990年国际政府间气候工作委员会(IPCC)公布的数值作出的。表中的气体浓度单位ppmv、ppbv、pptv分别表示1/10。、1/10'、1/1012o来自各种手段的研究表明，温室气体浓度在工业革命前的很长时间内变化很小，工业革命以后温室气体的平均浓度急剧增加。例如，1990年CO?浓度比工业革命前指数式增加了26%,CH,翻了一番，CFCS从无到有、从少到多的快速增长。

表8-1人类活动影响下的温室气体

温室气体名称	Co2 (ppmv)	ch4 （ppmv)	n2o (ppmv)	CFC-11 (pptv)	CFC-12 (pptv)
工业革命前浓度(1750-1800年)	280	0.79	288	0	0
1990年浓度	354	1.72	310	280	484
目前年平均增长量	1.6	0.015	0.8	10	17
目前年平均增长率(%)	0.5	0.9	0.26	3.6	3.5

温室气体浓度增加的原因虽然复杂，但主要是人类活动所致。人类通过工业排放和土地利用及土地覆盖变化改变全球生物地球化学循环过程，进而通过两种途径增加温室气体的含量：一是通过工农业生产、生活活动改变大气成分，如化石燃料的燃烧会释放出CO2、SO2、co、NO、CH,等化合物，制冷剂的使用导致氯氟煙类化合物的排放，森林燃烧增加CO,的排放，种植水稻使CH,的排放量增加，全球化肥使用量的增多可能导致NO?的增加。二是由于土地覆盖变化而改变大气成分，例如，森林改变为农田，会减少消耗于光合作用的C0-,从而减弱对空气中CO2的吸收和向大气释放O2,更重要的是使生物活体中所储存的碳的量减少，并降低土壤中CO?的含量使大气中CO,的含量增加。

（二）自然原因

1，气候系统内部因子的影响

气候系统内部因子包括海洋一气、陆一气、冰一气等的相互作用以及各种反馈过程，这里只谈海一气作用。就20世纪全球变暖来说，虽然温室气体的影响很大，但海洋对温室效应的调节亦很重要。释放到大气中的碳约有40%滞留在大气中，其余的碳主要被海洋吸收。从化学平衡来看，海洋足以吸收现代矿物燃料燃烧释放的CO2,只是大气与海洋CO2完全交换需要很长时间。大气与表层海水CO2交换的时间大约为十年，而表层海水的CO」向更涼层海水传输约需200-1000年，这就使海洋吸收的CO2还不到每年因燃料燃烧排放到大气中的CO2的一半。可见，海洋对CO2的调节是一种慢变过程，这使CO2增加引起的变暖效应幅度减小，时间推迟。如果只考虑大气过程，那么全球平均气温应该上升1，5P,而实际仅上升0，5笆，这很可能是海洋对温室效应的调节作用所致。

2，太阳辐射的影响

太阳活动是指太阳大气中经常发生的黑子、光斑、日珥、耀斑和日冕凝聚区等现象的总称，其中太阳黑子和太阳光斑与气候变化最为密切。当太阳活动激烈时，各种波段的电磁辐射和粒子辐射大大增强，有时比静态太阳时增强几十倍甚至几百倍。太阳黑子、光斑与太阳辐射强度的关系是光斑增多，太阳辐射增强；黑子增多，太阳辐射减弱。观测表明，太阳活动增强时黑子与光斑均增多，光斑增多所造成的太阳辐射增加可抵消黑子增多所造成的太阳辐射减少而有余。因此，太阳活动增强时气候偏暖，反之则偏冷，即太阳活动强度与地面气温呈正相关。

3,火山活动的影响

火山爆发将大量悬浮物质和含硫气体带入大气层，甚至冲入平流层，减弱太阳辐射，使地面吸收的太阳辐射减少，导致降温。这种现象称为阳伞效应。一般火山爆发期气候偏冷，而地壳相对宁静期气候偏暖。不是所有的火山爆发都能对气候产生显著影响，只有那些能把数百万吨级的火山灰和含硫气体喷至对流层顶的大火山爆发才会影响广大地区的天气和气候。通常一次强火山爆发后1?2年间，全球或半球年平均温度下降0，3P左右，大约经过4~5年以后逐渐恢复到正常水平。一次强火山喷发降温0，3°C是不小的，它有可能影响10年时间尺度的全球变暖趋势，但如果不是群发性、连续性的强火山喷发，则难以扭转几十年到百年尺度的增温效果。过去100年间全球只有5次强火山爆发（1883、1902、1912、1980、1982）,多数火山爆发间隔时间较长，仅能对短期气候产生影响。自1913年到1980年的67年间，火山活动异常偏弱，阳伞效应非常不明显，这也是20世纪全球变暖的重要条件之一。

三、全球变暖的影响

（一）海平面上升

在统计分析世界各地近五百年验潮站记录时发现，海平面均呈明显的上升趋势。绝大多数海域的海平面年平均上升值在1，0-2，Omma-1之间。多数学者认为，这主要是由于气候变暖造成的。气候变暖可引起海水热膨胀。当海水温度为5P时，每升温1°C可使海水体积增加0，01%;当温度为25笆时，每升温1P能使海水体积增加0，03%。如果100m厚的海洋表层温度为25°C,当其温度升高到26P时，海平面将上升3cm。另外，全球变暖可引起冰川、冰原和小冰帽融化使海平面上升。

（二）对自然生态系统的影响

生态系统是指生物群体与其生境相结合而形成的整体。生境包括直接影响生物群体的各种环境因素，其中最重要的是热量与水分条件。气候变暖意味着温度升高、夏季风加强、蒸发量加大，从而使生态系统发生变化。当CO2浓度倍增、年均温上升1?2P时，我国热带雨林、亚热带常绿阔叶林将北移1?2个纬度，针阔叶混交林将明显减少，寒带针叶林几乎从中国消失。CO2浓度倍增，气温升高，蒸发量加大，土壤水分减少，降水量较小的地区干旱加剧，引起土地荒漠化。环境敏感区的某些物种和植物群落对气候变化特别敏感。这些地区是生态系统的边缘交汇地带，从生态系统分布区中心到边缘带，生境愈来愈不适于该系统生物群落的生存和发展，只要外界环境条件发生微小变化，边缘区的生物生长发育就会受到显著影响。例如，随着气候变暖变干，我国农牧过渡带将向东南推移；随着海平面上升，沿海湿地将变为海域，其生态系统将发生质的变化。

气候变暖对生态系统中植物生理的影响是十分显著的。这主要表现在使植物物候期提前或推迟。春季物候现象如芽膨胀、芽开放、展叶和开花的早晚，主要受春季温度波动的制约；秋季的黄叶、落叶等现象主要是由于温度下降到一定界限引起的。如果年均温升高1P,我国春季的物候期大约提前3~5天，秋季则推迟3?5天，绿叶期将延长6~10天。

全球气候变化导致动植物种类地理分布范围以及生态系统物种组成的变化，在极端的情况下甚至会导致某些物种的绝灭。

（三）对农业生产的影响

一般说来，大气中CO2浓度的增加提高了植物或作物的光合作用率，有利于作物产量的增加，但不同作物对CO2浓度增加的反应不同。实验表明，c3植物对CO2增加比较敏感，CO2加倍其产量可能增长10%-50%；C,植物对CO2增加的敏感性差，CO2加倍其产量只增长0%-10%。世界上20种主要粮食作物中，C3植物16种，占世界谷物产量一半以上的小麦和水稻都是C3植物，所以CO2浓度增加对谷物生产是有利的。玉米、高粱、谷子均为C,植物，当CO,浓度倍增时，这些植物的产量只有微增或不增。另外，C,植物竞争不过C3杂草的生长，因而CO2浓度的增加不利于这些谷物的生产。C3植物在CO2浓度倍增时，虽然产量可能上升，但质量可能下降，这是因为C3植物叶子的碳含量升高，而氮含量相对减少，不利于蛋白质的合成。

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第六节臭氧层破坏过程一、臭氧层破坏

P250臭氧层是大气中臭氧相对集中的层次，一般是指距地面10-50km高度之间的大气层。这里受太阳紫外线的光化作用其臭氧含量比较高，尤其在距地表20?25km的高度处含量更髙。03的形成主要是由紫外线、氧分子、氧原子等决定的。在低层大气中由于缺乏氧原子，生长臭氧的机会少。随着高度的增加，太阳紫外线辐射增强，氧分子在紫外线辐射的作用下发生分解形成氧原子的数目增加，在距地表20-25km的高度范围内氧原子和氧分子的含量都较高，所以在这一高度的大气中出现了。3含量的最大值，到达了臭氧的光化学平衡状态。高度再增加，紫外线辐射更加强烈，大部分氧分子被分解为氧原子，出现氧分子过少的状况，而不利于。3的形成，所以。3的含量又逐渐减少。可见，臭氧的光化学平衡只有在20?25km这个特定的高度才出现，大气高度过低或过高，臭氧的光化学平衡实际上不可能进行。正由于太阳辐射的紫外线和大气中氧分子、氧原子的含量有这种随大气高度增减而变化的规律，所以在平流层内便形成了臭氧层。

从多年和全球来看，20世纪70年代以前大气臭氧浓度大约是300Dobson。许多观测资料表明，自20世纪70年代以后大气臭氧浓度急剧减少，平均每年减少0，2%左右。臭氧减少常与地理位置和季节有关，最低值通常出现在高纬地区的春季。表8-2列出了1978?1985年间不同纬度地带臭氧总量平均减少状况。由表8-2可以看岀，南半球臭氧减少大于北半球，高纬地区臭氧减少量大于低纬地区。观测表明，南极附近高空（21?23km）每年春夏季节O3急剧减小，尤其是春季（10月份）减少最为严重，大约低于全球。3平均值的30?50%,出现了南极臭氧洞。自1985年发现臭氧洞到1987年，臭氧洞不断扩大加深；1988年虽然有所缓解，但在1989年以后的90年代里，每年南半球春季都出现很强的臭氧洞。1993年10月8日，Meteor/TOMS空间探测器甚至还观测到南极上空有臭氧总量为85Dobson的低值区。：1994

年到1996年南极臭氧洞还在扩大O20世纪90年代末，从安装在俄罗斯和美国卫星上的探测器发回的数据获悉，南极臭氧洞面积已达24X

108hm2,相当于北美大陆的面积，。3浓度最低处只有100Dobsono

表8-2 1978-1985年不同纬度地带臭氧总量平均减少状况

北半球（N）	平均减少（%）	南半球（S）	平均减少（%）
0°-19°	1.6	0°~19°	2.1
19°-30°	3.1	19°-30°	2.6
30°-40°	—	30°-40°	2.7
40°-53°	3.0	40°-53°	4.9
53°-64°	2.3	53°-64°	10.6
64°-90°	—	64°-90°	>5.0

人们在观测中还发现，北极上空也存在03减少的现象，但弱于南极臭氧洞。最近几年还发现，欧洲上空的。3含量也在不断减少。我国科学家（周秀骥等，1995）也发现，青藏高原上空每年6~9月份。3含量显著下降，其中心值最低，比四周低约11%,每年以0，375%的速度减少。

二、臭氧层破坏的原因

一般认为，太阳活动引起的太阳辐射强度的变化、大气运动引起的大气温度场和压力场的变化以及与O3生成有关的化学成分的输送等都对。3的光化学平衡产生影响，从而影响的浓度和分布。有关化学反应物的输入将直接地参与反应而对。3浓度产生影响。人类活动的影响主要表现在生产、消费和排放消耗臭氧层物质方面。

在自然状态下，大气层中的。3处于动态平衡状态中。当大气层中没有其他化学物质存在时，。3的形成和破坏速度几乎相等，即：

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式中UV是紫外线，（8-2）和（8-3）式是03形成方程式,（8-4）式是O3破坏方程式。

在自然情况下，大气层中的。3平均水平与分布状况变化很小，只是随太阳辐射周期性变化和不同地域接受的太阳辐射差异，使不同季节与不同地域的。3水平出现一定的变化。平流层。3的形成速度几乎完全取决于平流层太阳辐射能的多少，人类几乎不能干预。

但是，随着人类工业活动的不断加剧，向大气排放的、能与。3发生反应的。3破坏物质逐渐增多。它们主要是含C、H、Cl、N的化合物（如NzO、CH,、CC1Q、含Cl、F的CFCS以及同时含Cl、F、Br的哈龙（HBFCS）物质等。这些物质大部分能长期滞留在大气层中（表8-2）,并最终从对流层进入平流层，在紫外线作用下，形成含F、Cl、N、H和Br的活性物质，剧烈的破坏虽然进入平流层的这类物质很少，但因其起催化剂作用，自身消耗甚少，而对。3的破坏作用十分强大，导致。3平衡被打破，。3浓度下降，这就是目前臭氧层破坏的症结所在。

大气环流对南极臭氧洞形成有重要影响。人们曾认为，南极臭氧洞的形成和发展主要是由于CFCs单个因素对。3的破坏造成的，但是用CFCS的光化学反应不能解释臭氧洞有准两年周期波动和11年左右的周期变化。对南极地区大气物理和大气化学综合观测以及相应的化学动力学理论和实验研究，较好地回答了为什么主要在北半球中纬度地区排放的CFCS对南极地区03的破坏最显著这一问题。在南极地区，每年4?10月盛行很强的南极环极涡旋，它经常把冷气团阻塞在南极上空，使南极平流层极冷（一84笆以下），因而形成了平流层冰晶云。实验证明，在这种特定的条件下，冰晶表层可吸附CFCs等臭氧消耗物质，从而使原子氯的活性大大增加，从而变得更为有效，这就使南极春季平流层臭氧浓度大幅度下降。但是强劲的环极涡旋阻止了极地气团与较低纬度气团的交换，因而平流层冰晶云只限制在南极地区很小的范围，气柱臭氧总量大幅度下降的地区也就局限在这一范围内。在北极地区，虽然也存在环极涡旋,但其强度较弱，且持续时间较短，不能有效地阻止极地气团与中纬度气团的交换，因此北极地区平流层气温很少会低于一80P,通常不会形成平流层冰晶云，原子氯对平流层臭氧的破坏也就比南极地区弱，再加上气体交换造成的臭氧向极区输送便使北极臭氧洞不像南极明显。

三、臭氧层破坏的影响

臭氧层的最大作用就是能吸收波长小于320nm的太阳紫外线。UV-C的波长为200?280nm,可以杀死人和生物。但几乎可全部被。3吸收。波长为280?320nm的UV-B可大部分被。3吸收，这部分紫外线也可杀死生物。波长在320nm以上的UV—A,只能部分被O3吸收，且对生物危害极小。据有关资料分析，臭氧层破坏将会对人类和自然地理系统产生以下三个方面的影响。

（一）对人类健康的影响

人类的皮肤和眼睛都直接暴露在太阳紫外线之下。在到达地表的紫外线中，具有生物学作用的部分主要是UV—BO20世纪初，人们开始认识到紫外线的杀菌作用并利用它来进行结核病的治疗等，因而认为它对人类和生物是有益的。后来人们逐渐认识到紫外线对人体的有益作用仅仅局限于合成活性维生素D,而紫外线反复照射将使皮肤和眼睛发生称之为光老化（photoaging）的病变。

由于臭氧层的破坏，以往极少能到达地面的紫外线将增加，因此光老化特别是皮肤病和白内障将增加。根据美国国家科学院估计，臭氧层中03减少1%可使有害的UV-B增加2%,结果皮肤病的发病率将提高2%-4%。1992年联合国环境规划署（UNEP）也预测;。3减少10%,皮肤病将会增加26%。UV-B增强还可使人体免疫机能下降，易感染各种传染性疾病。

现在，距南极洲较近的居民已饱尝臭氧洞带来的痛苦。例如，居住在智利南端的海伦娜岬角的居民，只要走出家门，就一定要在衣服遮不住的肤面上涂防晒油，再戴上太阳镜，否则半小时后皮肤就被晒成鲜艳的粉红色，并伴有痒痛；这里的羊群则多患白内障，几乎全盲；捕到的鱼类也有很多是盲鱼。

（二）对生物的影响

虽然植物已发展了抵抗高水平UV-B的保护性机制，但实验研究表明，他们对UV—B增加的应变能力差异甚大。迄今为止，科学家已对200多种不同的植物进行了UV—B敏感性试验，发现其中2/3产生了反应。敏感的物种如棉花、豌豆、大豆、甜瓜和卷心菜等，在UV一B增加时生长缓慢，有些不能正常萌发，导致农作物产量下降。这是因为UV—B能损伤植物激素和叶绿素，从而使光合作用降低。对大豆进行的长期实验表明，。3耗损25%会使大豆产量降低20%-25%。可以认为，UV—B水平增加也会严重影响树和草的正常生长。

UV-B在清洁的水中能穿透到相当深的深度，并对单细胞藻类有特别严重地威胁。由于海藻对紫外线特别敏感，因此人们担心。3耗损会导致海藻死亡，从而严重改变海洋生态系统的食物链结构，影响整个海洋生态系统。研究还表明，紫外线对幼鱼有直接杀伤作用。幼鱼若在10m深水下接触比现在高20%的UV—B15天，将被全部杀死。

UV-B辐射增强还可使原核微生物的氮吸收下降，可能导致水稻缺氮。此外，UV-B辐射增强对浮游植物的损伤可能会影响它们对co2的吸收，从而间接增加大气中温室气体的含量。

（三）对全球气候的影响

平流层中的。3对气温的影响具有两种相反的效应：一方面，平流层中。3浓度降低，平流层自身会变冷，释放出的红外辐射就会减少，因之会使地球变冷。另一方面，因辐射到地面的紫外线辐射量增加，会使地球变暖。如果整个平流层中。3浓度的减少是均匀的，上述两种效应则可以互相抵消。现在的状况是，平流层臭氧减少呈不均减少趋势，这种变化的净效应如何，还有待科学研究进一步证实。

如前所述，平流层中的。3对紫外线的吸收是平流层的主要热源，。3浓度下降则可改变平流层的温度结构，使平流层层结不稳，最终可影响对流层正常的大气环流系统，而岀现异常的天气和气候。关于这一点，目前尚有很多科学问题没有解决，所以今后要加强平流层大气化学和大气动力学研究，为。3耗损对地理系统的影响提供科学依据。

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第七节森林萎缩和物种灭绝过程一、森林萎缩和物种灭绝的阶段性特征

P255根据宜林地面积，推测出全球森林面积应为60X108hn?,目前,全球实有森林面积40，8X108hm2,减少了1/3。

森林区是物种多样性最高的区域，随着森林萎缩和人类对森林干扰的加强，许多物种发生绝灭，物种多样性不断减少。自1600年以来，世界范围内至少有504种动物和596种维管植物已经灭绝或正在灭绝。大量资料表明，物种灭绝一直呈上升趋势，而且越到近代灭绝的速度越快。根据岛屿生物地理学的物种一面积关系推算出的生物灭绝速率与自然灭绝速率的本底值相比较，得出目前生物灭绝的速率至少是自然灭绝速率的1000倍。

森林萎缩和物种灭绝具有阶段性特征：

（一）森林面积稳定、生物多样性轻微下降阶段

在农业文明产生前期，人类以渔猎和釆集为生，人类对森林具有依赖性，同时人类活动对森林影响较小，森林面积稳定。但由于人类的渔猎捕杀的动物种类固定，造成人类直接影响了一些物种，更为重要的是，人类与其他物种的竞争中，导致了其他物种灭绝。人类对生物多样性的影响主要针对大型动物，如獴狙象、剑齿虎等物种的灭绝可能与人类有关，因此，生物多样性下降不明显。

（二）森林面积锐减，生物多样性下降阶段

农业文明产生之后，人类定居，形成村落与城市，大量开垦森林。农业文明的早期，人类主要开垦草原与草甸，对森林的干扰主要集中于木材和薪木的采伐上，此时森林面积减少速率并不高，随着人口的增长和铁器的广泛使用，人类开始毁林开荒，林地面积锐减。农业文明时期的农业活动主要集中在暖温带和部分亚热带，对暖温带森林影响强烈而对生物多样性最高的热带森林影响很少，因此，生物多样性下降速度不高。

（三）森林面积锐减，生物多样性迅速降低阶段

在工业文明和世界经济一体化的共同影响下，人类为了获取工业和建筑原材料，开始大规模釆伐森林，森林面积以更快的速度减少，特别是热带雨林，由于木材蓄积量大，木质优量，而被大面积采伐。温带森林已遭受人类长期采伐，木质优良的树种早已消失，加之林相破坏程度大，采伐面积反而不大，呈现相对稳定的趋势。

由于热带雨林锐减，破坏了生物的生存环境，造成生物多样性快速降低。

二、森林萎缩和物种灭绝的原因

世界森林面积减少和物种灭绝尽管有自然方面的原因，但从根本上来说是由人为作用造成的。其原因主要在于：一方面由于人口和人均消费资源量不断增加，给资源和环境带来巨大压力；另一方面由于人类对各种生物、生态系统及其与人类的关系缺乏透彻地了解和正确地认识,以至于在开发利用生物资源过程中往往采取盲目的、过度的和掠夺式的开发利用方式，从而加剧了对生物资源的耗竭和对环境的破坏，使得森林和生物多样性急剧减少。

（一）森林减少的直接原因

森林减少的直接原因主要是以烧荒垦殖和滥伐薪材为特征的各种人工毁林活动。随着人类过渡到农业耕作时期，人们为了开辟土地、栽培作物，必然要清除大面积的自然植被。森林地区尤其是温带、亚热带地势比较平坦的森林地区，最适宜人类居住和发展农业生产，因此这里的大片森林最先被砍伐，代之而起的是农田和居民点及其他用地。到了近代，人口膨胀、工业发展和城市化加速了对森林的消耗和破坏，并逐渐从温带、亚热带扩展到了热带地区。人们认为，目前热带毁林最直接的原因有三个。一是当地贫困农民靠清除森林而辟为农田和牧场维持生计。最近研究认为，毁林开荒和游耕农业（又称边缘农业扩张）是森林损失的主要原因。据估计，非洲70%、亚洲50%、美洲35%的森林损失都是由游耕农业造成的。二是商用木材增加。富裕国对热带木材及木材制品的需求鼓励和刺激了穷国对森林的砍伐。三是对薪柴需求的增加。据联合国环境规划署资料，非洲、南美洲和亚洲所生产的木材主要用作燃料，在世界范围内薪柴占木材消耗量的50%以上。

另外，气候变暖、工业污染造成的酸雨、战争和自然灾害的爆发等对森林也产生较强的破坏作用。

(二)物种灭绝的直接原因

1，人类过度开发利用生物资源

过度猎捕某些野生动物和过度采集或采伐某些野生植物是导致生物灭绝或趋于灭绝的重要原因之一。例如，19世纪50年代著名鸟类学家威尔逊(AlexanderWilson)曾看到北美一起迁徙旅鸽遮天蔽日，飞行时间长达4个小时的壮观景象。他估计，这一长370km、宽2，2km的鸽群约有20X10-只旅鸽。然而从1858年开始，人们大量捕杀旅鸽用于食用和肥料。到1914年地球上最后一只旅鸽死于美国的辛辛那提动物园。再如，在南极海域的蓝鲸数量一度达200X104头，工业化以后人们开始捕鲸活动，1930年捕获量高达3X1(/头，现在残存的蓝鲸数量可能不到1000头，面临着灭绝的危险。据粗略统计，在所有濒危和受威胁的脊椎动物中，约37%是由于过度利用造成的。许多毛皮兽如灰鼠、骆马、藏羚羊、大水獭的种群已经下降到临界水平，这主要是由于人们为了利用其毛皮造成的。非洲象在1981-1987年从120X10,头下降到76，4X104头，在很大程度上就是为了利用象牙引起的。

2，生物生境遭到破坏

生境是生物的具体居住环境，也是生物获取食物、水和其他生存所需资源的地方或区域。每一生物都需要有适宜的生境，如果其生境发生重大改变，这种生物的生存就受到威胁而趋于灭绝。生境的改变主要表现为直接破坏、分割和退化等几种形式。

经过人类对土地的利用，现在世界上的宜农土地和适宜人类居住的土地绝大部分都已被开垦或利用，其中森林转化为农田的过程已经持续了很长时间，至今仍在部分地区继续进行，局部地区甚至更为严重。例如，中美洲太平洋沿岸98%的热带干性森林已经消失，地中海沿岸目前仅剩下10%的森林，欧洲温带地区基本上没有留下天然森林。与此同时，草地、湿地和各种水域生态系统也遭到破坏和干扰。例如，北美中部的高草草原面积一度在100X10’km2,而今其99%已不复存在;俄罗斯成千上万平方千米的大草原已经被用作耕地；南部非洲和亚洲温带地区、澳大利亚和北美牧场面积的53%已经沙化；许多包括沼泽、红树林和各种浅水水域在内的各种湿地生态系统已被破坏转变为其他用地；在淡水生态系统中，一些拦水大坝破坏了江河和溪流生境。所有这些，都使原始生境遭到破坏，使许多生物失去了适宜的生存环境而灭绝。

在原生生境直接遭到破坏的同时，也被分割得支离破碎，变成被道路、农田和居民点包围的生境岛。生境岛屿化或片断化后更易使物种灭绝。首先，生境岛屿化后其面积变小，当低于某个种群所需最小面积后，该种群就不能长期生存，对一些大型动物来说尤其如此。第二，岛屿化后的生境内部异质性消失，即趋于单一化，满足不了某些物种在其生活周期内对不同生境的需求而影响其存活。第三，岛屿化后的种群变小，对动物来说剩下的个体将是近亲繁殖，缺少遗传变异，不利于种群的繁荣与发展。据遗传学原理，动物种群的个体数量在500个以上时才有可能长期存活下去。第四，岛屿化后的生境易受边缘环境的影响和边远物种的侵入，易失去其原有性质并改变生物种类组成。洛弗乔伊(A，O，Lovejoy)等人的观测研究结果表明，森林面积小于1kn?时，就没有真正森林内部环境的特点，也易失去林内的物种。近代已灭绝的哺乳动物和鸟类，约75%是生活在岛屿上的物种。事实上，由于人类开发利用土地的规模不断扩大，已将野生生物生境切割成一块块处于人类活动包围之中的小岛，他们因无法支持许多野生生物的长期生存而灭绝。

除了生境被直接破坏和分割外，生境退化也是威胁物种生存的一个重要方面，如生境被污染和外来物种的侵入等。

3，工业化和城市化的发展

工业化和城市化对物种的破坏也是毁灭性的。大片的森林和草原一瞬间被工厂、矿山或城镇、道路所代替，而工厂和城市的发展又带来了大气、水域和土壤污染，从而对物种造成严重的影响。欧洲和北美的许多森林正在受到大气污染和酸雨的严重危害。通常，在经受大气污染和酸雨的侵袭之后，森林可能产生严重的病虫害，许多敏感的物种种群因此大大减少，生产力降低并陷入濒临灭绝的境地。淡水水域和海域生态系统受到污染后对生物物种的影响更为严重，许多物种因此而绝迹。

4，外来物种的大量引进或侵入

所有濒危、渐危和稀有脊椎动物的19%都受到外来种的大量引进或侵入的威胁，这也影响植物和无脊椎动物的生存，特别是在岛屿上更为明显。外来种可能通过捕食或竞争直接威胁动植物区系，或通过改变自然生境发生间接影响。例如，在厄瓜多尔格拉帕戈斯群岛上，随船入侵的黑鼠通过觅食蛋而降低巨龟和暗尾海燕的种群，并且消灭了群岛上的一些啮齿动物。这个群岛上的许多外来种，如牛、山羊、野猪已经大大改变了岛上的植被，包括高原上的森林和类似南美草原的草地，也破坏了仙人掌灌丛。岛上的许多树木由于山羊的啃食难以繁殖，而且由于山羊所引起的生境变化，大大减少了海龟的种群。

5，全球气候变化

全球气候变化会对某些生物造成巨大的破坏。例如，全球变暖会使冰川融化、海平面上升、气候带移动，许多物种的再分布可能跟不上气候变化的步伐而被淘汰，同时岛屿被海水淹没后使分布其上的动植物全部消失。

三、森林萎缩和物种灭绝的危害

（一）引起气候变化

森林作为一种特殊的下垫面起着缓解气候极端变化的作用，另外森林储存着大量的碳，在全球碳循环中起着重要作用。所以，当森林被大规模破坏后，局部地区的温差和风速将增加而湿度减小；森林固定CO?能力的减弱或本身储存的碳被氧化成CO2进入大气，可引起气候变暖，带来一系列危害。

（二）水土流失加剧

森林遭到破坏后，易引起水土流失，使土地日益瘠薄，并使下游河流和湖泊淤积加快。据计算，当前全球每年约有270X108t±壤被水侵蚀搬运至河口区，而在此前全世界土壤侵蚀量仅为9，3X10、，也就是说自人类广泛从事耕作活动以来，土壤侵蚀量增加了2?3倍。目前我国黄土高原地区每年流失土壤约5000-10000t?km-2,最高可达30000t-km"2。强烈的水土流失不仅使黄土高原地表支离破碎、土地贫瘠，而且泥沙在下游堆积使河床抬高速度加快。据考证，在西周时期，黄土高原特别是陕、甘、晋黄土分布区腹地的森林覆盖率约达53%,而到20世纪80年代已下降到11%以下，水土流失逐渐增强。

（三）旱涝灾害频繁

森林具有涵养水源、调节径流的良好水文效应，能减缓河流暴涨暴落，所以有“绿色水库”之称。当森林大面积消失后，暴雨时地表径流向河道集流加快，河流水位上涨迅速，易出现洪水，产生洪涝灾害；在干季，因地下蓄水量少、河流缺乏补给而易出现枯水产生旱情。所以，保护森林尤其是加强河流上游和水库周围地区的水源涵养林的建设与保护对防止旱涝灾害具有重要意义。

（四）土地沙化

森林能降低风速，具有防风固沙、保护农田和其他生态系统的作用。所以，在干旱半干旱地区，一旦森林被破坏，其他生态系统就会失去屏障，风蚀加强，易出现土地沙化，危害当地人们的生产和生活。

（五）生物多样性降低，生态平衡遭破坏

生物多样性包括遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性三个层次。遗传多样性是指地球上所有生物所携带的遗传信息的多样性或种内个体之间的遗传变异性。物种多样性是指物种水平上的多样性。生态系统多样性是指物种生存复合体系的多样化和健康状态，即指生物圈内的生境、生物群落和生态过程的多样性以及生态系统内的生境差异和生态过程变化的多样性。物种灭绝和森林萎缩必然导致生物多样性降低，而生物多样性尤其是物种多样性是维持生态系统稳定和平衡的基础，所以物种灭绝和森林萎缩将使生态系统的稳定性减弱，甚至崩溃。

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第九章人地关系演变过程
人地关系经历了和谐、矛盾、再和谐的演变过程。人类作为自然界的产物，依赖于自然界。随着技术的进步，人类具有了改变自然界的能力，建立起人造环境。尽管人造环境追求特定功能，就单功能而言，是高效的。但一方面自然环境是地球表层经过几十亿年进化、优选的结果，比人类创造出的新环境稳定，综合效率更高；另一方面，人类对自然界改变越大，人地关系矛盾就越突出，逐渐成为了限制人类文明进步的瓶颈。因此，只有人类与环境共同创造，才能实现人地和谐，建设出稳定、’安全、高效的人类生存环境。
第一节人类的产生过程
p261到目前为止，科学家只发现地球上存在着人类，人类在地球表层中产生，人类的进化与地球表层密切相关，人类是地球表层发展、演化、分异的产物。
地质历史表明，在太古代早中期，地球表面并没有生物的存在。从目前南非发现的最早的化石分析，原始生命出现于地球形成后的10亿年之间。此后，生物从非细胞形态的原始生命到细胞形态的生命，从原核细胞到真核细胞，从单细胞到多细胞生物，又经历了数十亿年的时间。到距今约三四亿年的古生代泥盆纪，生物才实现了由水生到陆生的转变。水生生物登陆后，生物的种类和数量急剧增加。如种子植物和昆虫种类大量出现，其中种子植物的空前繁荣，为高等动物的发展提供了充足的食物，也为人类的出现创造了必要的条件。随着动植物种类的逐步繁荣，动植物不断进化，其中在距今约7000万年的第三纪，哺乳动物处于鼎盛时期。
第三纪晚期是古猿的繁盛时期，同时草原植物开始向森林进逼，夺得了广大空间。自然条件的变化迫使古猿开始适应新的、较为不利的生活环境。由于自然选择的作用，森林古猿中衍生出一支地栖的草原古猿，对它们来说，求生存的斗争是大大复杂化了。
草原环境的生活促使它们直立行走和利用前肢抓取物体，并不得不以草原动物作为食物（草原灵长类的杂食性）。这样一来，便引起身体器官功能的改变和发达，尤其是脑的发达。
正是由于各自在不同的地球表层中生活，草原古猿才按照与森林古猿所不同的道路发展。到第四纪，当地面生活的古猿不仅学会使用工具，而且学会制造工具时，人类就诞生了。最初的人类是原始的，兼有古猿和现代人的特征。爪哇猿人是最古的、生理结构最原始的人类之一，已能用石头制造工具。北京猿人比爪哇猿人进化，他们已经会使用火了，以后的人类发展又经历了古人和新人的阶段，大约在5万年前开始逐渐进化成为现代世界的各式人种。
在第四纪人类的进化过程中，地球表层发生了剧烈的节奏性的演变，冰期和间冰期、海侵和海退、地壳上升和下降等自然地理过程和现象交替发生。自然界这种节奏变化曾深刻地影响了人类的进化。原始的人类一方面改造着自己的形体和大脑，以适应变化的环境，另一方面又不断地扩展到世界各地，以寻求各种适于生存的环境。
可以说，人类的产生过程就是草原古猿及原始人类适应环境的进化过程。

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第二节人类与地理环境相互作用的演化过程

P262人类是自然界的产物，是自然界的一部分。人类一经出现，就通过生产劳动同地球表层发生联系。人类从地球表层中获取物质与能量，经过加工制成供人类消费的人工产品，然后将利用过的物质与能量以“三废”形式排放到地球表层中。所以说，人类与地球表层之间构成的人地系统，实质上是一种新陈代谢系统，或者说是一种通过人类创造的社会经济机构，进行物质与能量交换和转化的系统，这个系统就是人们通常所说的人类社会生态系统。

人类社会生态系统的性质虽然不同于生物生态系统，但是同样也有一个从低级到高级的发展过程。在这个过程中，人类与地球表层之间相互作用的规模和强度，相互作用的方式和效果，都是随科学技术的进步以及人类自身的发展而变化的。据此，可将人类社会生态系统的发展过程，或者说人类与地球表层相互作用的历史过程，粗略地划分为以下四个阶段：

一、种植业产生以前的人地关系演化过程

这个阶段正是旧石器时代。人类出现后，为了生存必须找到足够的食物。早期人类只是被动地适应地球表层，由于抵抗自然灾害的能力十分低下，仅靠集体捕杀猎物、采集食物为生，生活的范围很狭窄，使用的工具是石器和竹木制作的极粗糙的原始工具。一旦受到野兽侵袭、火灾、洪涝等因素的威胁而发生食物短缺时，只有迁徙、游移到其他适合生存的土地上。此时，自然界是主宰人类生存的决定性因素，自然界中动植物数量的多少，决定了人口数量，所以人类的生存一刻也不能离开自然界。没有主动利用自然界的能力，自然资源基本上仍处于自然状态。

早期人类以获得足够的食物为基本需要，在衣着方面尚处于极其低级的水平，人类采集植物的叶子串在一起，以此遮身避体，这些叶子完全靠自然界提供。

早期人类的起居环境十分简陋。为了安全和休憩，必须选择居住在山地和平原过渡地带。平原地区地势平坦便于行走，气候适宜，土壤肥沃，动植物生长繁茂，有利于人们采集食物，但是很难逃避野兽的攻击，加之人们还不具备建造房屋的能力。为了躲避恶劣的天气和野兽的侵害，大多选取自然形成的山洞、洞穴作为居住场所，这一情况表明地形影响到人类的居住环境。

在这一时期中，许多人类特征，特别是社会文化特征在随后的人类发展进程中已经消亡，但以人类自然特征为主的一些重要特征还是通过遗传和学习被保留至今。如东西方人生理特征的差异主要是在这一时期形成的。

由于东亚受冰川影响较少，植物种类多样。而欧洲受冰川影响强烈，植物种类贫乏；加之东亚受季风影响，雨热同季，有利于植物淀粉的积累，西欧受温带海洋气候控制，生长期凉爽，有利于植物粗纤维生长。而人类不具备消化粗纤维的能力，能被人类作为食物的植物在欧洲特别是西欧极为缺乏，相反在东亚却广为分布。因此，在农业文明诞生前，东亚人就以植食性为主，而欧洲人就不得不依靠保证率极低的狩猎获取食物。由此，造成了东西方人的巨大差异。

(1)西方人在狩猎过程中，力量与速度得到提高，身体也趋于高大，而且以肉食为主也有利于力量与速度的进化。东方人则在灵活性上逐步得到进化。甚至两眼之间的距离的进化方向也相反，东方人观察对象主要是植物，其进化的方向为开阔视野，而西方人观察对象以动物为主，因此两眼距离逐步缩小，以便准确定位。

(2)东方人食物依赖于植物，分布偏于低纬度，肤色较深，呈黄色，鼻腔较短，而西方人分布不具有偏南的性质，肤色较浅，为防止冷空气刺激肺部，鼻腔也较长。

(3)与其他动物相比，人类在奔跑速度、牙齿锋利度上均处于劣势，狩猎必须依靠集体力量，必须保持较多的人际间交流，这就使得西方人面部表情较丰富，形体语言多样，语音音节较多，性格比较外向；相反采集野生植物可以由一人单独完成或者少量人联合完成，致使东方人面部表情和形体语言的丰富程度较低，语音音节也较少，性格比较内向，比较忠于小集团如家庭、公司等。

(4)在狩猎过程中，男女体力差异影响较大。女性直接获得食物的机会较低，加之又需要哺育、抚养后代，这就使获得男性的持续的食物供给是其生存和传播后代的必要条件。西方人头发颜色、眼睛颜色多样，女性特征突出可能与此有关。而在釆集野生植物过程中，男女体质差异影响较小，女性对男性依赖程度低，因此东方人头发颜色、眼睛颜色单调，女性特征不突出。

(5)由于东方人食物保证率高，使得繁殖能力获得进化。西方人则与之相反。

在这一阶段，人类没有主动利用自然界的能力，自然资源基本上仍处于自然状态。人类原始生产活动并不对地球表层造成什么破坏，最大的破坏（暂时性的）是在人类利用火以后，他们经常纵火围猎，把一片片原始森林烧掉，以获取猎物。但是，这些遭受焚毁的山林，只需要几十年时间就能恢复原状，在性质上是属于可逆的。它既不会对人类周围的环境造成破坏性的后果，也不会对人类生存构成任何威胁。在这个阶段，虽然人类通过生产活动为人类社会生态系统的产生创造了某些条件，但由于当时尚未建立社会经济机构，物质、能量交换的方式也大体上同动物相近，他们仍然与动物界一样依附于自然。因此，仍然属于原始生态系统的范畴，或者说尚处于人类社会生态系统的萌芽阶段。

二、原始农业至小农经济发展阶段的人地关系演化过程

这个阶段属于种植业和畜牧业发展时期。从新石器时代开始人们就开始驯化动物，栽培植物，利用原始工具从事食物生产。在伊拉克所发现的家犬遗骨，便是这个历史阶段早期驯化动物的例证。后来中东地区的人们驯化了欧洲野牛、绵羊、山羊、骆驼和猫，中亚人驯化了马和牦牛；在东南亚、印度和中国，人们驯化了羚羊、瘤牛、水牛、象、猪、狗和鸡；在欧洲，人们驯化了鹅和兔；在南美洲人们驯化了无峰驼；在非洲，埃塞俄比亚人驯化了驴。人们在驯化动物过程中发展了游牧业。

新石器时代以后，人们在采集野生植物的过程中，逐渐熟悉了某些可食植物的生产规律，便由采集发展为种植，逐步培育出一些适合人类食用的优良农作物，有计划地播种和收获。以后又将铁犁、铁哗与牛耕马耕结合起来，并发展了灌溉事业及施有机肥以补充土壤养分的不足。

当人们从游移生活方式进化到定居生活方式后，自然界对人类的支撑作用非但没有减少，相反变得更加重要了。其中最主要表现是人类总是向生产条件优越的土地迁移。人类具备了生产农作物的一些简单的技术，不过这些技术水平很低，为了获得尽可能多的食物，便选择灌溉条件良好、肥力高的土地从事耕作。在河流的两岸，每年洪水期，能够淹没周围的土地，带来足够的灌溉用水。河水携带的泥沙含有丰富的有机质，使土地能够保持较高的肥力，是人们理想的耕作土地。所以，大河的沿岸往往成为人们生活聚集的地方，也孕育了各具特色的人类文明。但是，单靠雨水种植作物即靠天吃饭，难以抵御干旱的威胁，粮食产量不可能获得比较稳定的收成。干旱程度加剧时，人们的生存受到威胁。如何取得足够食物是首要考虑的问题，那些文明的萌芽，必然随食物短缺而夭折。

在灌溉农田上进行农业生产，不但稳妥可靠，并且具有稳定持续的土地生产能力。物质产品较为充足，为文明的产生和发展创造了必要的条件。在生产过程中，人类不断积累知识，经过世代相传，形成当地独特的人类文明。

世界四大文明古国一中国、印度、埃及和巴比伦是世界文明的发祥地，文明分别在黄河流域、印度河流域、尼罗河流域、底格里斯和幼发拉底河流域得以产生和发展。这些流域具有三大共同特征；第一，原有植被易清除，土壤易耕作；第二，拥有灌溉和生活用水；第三，土地平坦且雨量不大。这些特征使土地能够持久地提供充足的粮食，许多人可以从农业劳动中解放出来，从事一些农业生产以外的活动，如手工业、商业、艺术等，城市开始出现。由于土地的持久功能，这些流域创造的文明成为世界上历时最长的文明。

在古埃及，尼罗河延伸在干热的撒哈拉大沙漠之中，使这里的文明延续数千年之久。来自干湿季气候区的青尼罗河夹带的淤泥和腐殖质每年定期为河漫滩带来一层薄薄的新土层，这种土层满足了农作物的养分需求。而来自热带湿润气候区的白尼罗河保证了水的供给。埃及文明就是在尼罗河流域中产生的，此后一直到15世纪，埃及仍不失为当时世界上先进的文明，首都开罗也是当时地球上最发达最富有的城市之一。中华文明的发展轨迹和自然地理条件密切相关。我国古老的文明早在4000年前就在黄河流域的黄土高原上兴起，这是由于黄土高原较易开垦的缘故。随着生产力水平的提高，人们有能力开发邻近肥力水平较髙的土地，文明向周围地区传播，在黄河流域兴旺发达了；处于南部的亚热带地区森林茂密，开发难度大，使之开发略晚，但这一地区土地产出率高，促使了中华文明中心的逐渐南移。

这时人和自然的关系，从单纯依附自然，进入到顺应自然的新阶段。其主要特点是人类开始发挥其主观能动性，利用自然力量来生产人们需要的生活资料。但人们对自然控制的能力仍有限，还不能制造化肥和农药，还没使用现代的农业机械，因而在自然灾害面前，还是处于听天由命状态。这个阶段人类所建立的依靠人力保护和控制的农牧业环境，依然保持着自然界的生物学生产过程的基本特性，因而它是属于人类社会生态系统发展的低级阶段。这一时期，人类活动在地理环境中打上了愈来愈深的烙印，但它对自然界的破坏并不严重，多数仍是可逆旳，只是在局部地区才造成不可逆的变化。

三、工业化阶段人地关系的演化过程

18世纪中叶以后，资产阶级产业革命带来了生产力的大解放，人类社会开始进入工业化的新时期，各种新型生产工具（如工业方面的蒸汽机、电动机、各种工作母机，农业方面的拖拉机、播种机、收割机及各种排灌机械等）不断涌现，促进了人类两大物质生产部门--工业和农业的迅猛发展。在这个阶段里，人类建立了一系列社会经济机构，大大增强了对地球表层改造和利用的能力。首先，由于工业生产的发展，加强了对各种自然资源（矿产资源、能源、水资源及生物资源等）的开发和利用。人们利用自然资源制造出愈来愈多的产品，大大改变了人类过去单纯依靠自然物维持生存的原始状况，进一步减少了人类对周围地球表层的直接依赖。其次，人类通过从事农业生产的各种经济机构，也进一步加强了对土地资源的垦殖利用。在短短的一百多年里，人们几乎开发了陆地上所有能开垦的土地。为了提高农业生产效率，人们大规模施用化肥、农药，兴修水利工程，发展农业机械改良作物品种，加强田间管理，把依靠人力、畜力维持的农业改造成为依靠机械化、水利化及化肥、农药和化石能源来维持的现代化农业。与此同时，也把天然牧场逐步改变成为现代化的人工牧场。其结果不仅使农牧产品和生产效率大幅度提高，而且使农业生产进一步置于人工的保护和管理之下，在更大程度上摆脱了地球表层对它的束缚。

在这个过程中，人类逐渐认识到自己的力量。但在后来，由于人类对自身的作用夸大到不适当地步，同时片面强调按人类自身发展需要来改造环境，因而发展到以“改造者"和“征服者”自居，以“改造论"和“征服论"来处理人类与周围环境的关系。在这种错误思想的指导下，人类办了一系列违背自然规律的蠢事，走上了一条以牺牲良好的人类生存环境为代价来换取经济发展的错误道路，并且不得不消耗巨额资金去治理已被破坏的环境。

因此，尽管在这个阶段，人类同地球表层之间物质与能量交换、转化的规模迅速扩大，交换的方式由单一的生物学方式转变为生物、物理、化学等多种方式，并在越来越多的地区成功地建立起人类社会生态系统，但是人类对自然资源的盲目开发和滥用以及废气、废水、废渣的大量排放，也引起多种自然资源枯竭，土壤侵蚀和沙化及草场退化，环境污染等各种严重问题。这说明，人类在工业化带来的第二次浪潮中所建立的人类社会生态系统远不是理想的，而是一个人地之间存在着严重对立的系统。

三、工业化阶段人地关系的演化过程

18世纪中叶以后，资产阶级产业革命带来了生产力的大解放，人类社会开始进入工业化的新时期，各种新型生产工具（如工业方面的蒸汽机、电动机、各种工作母机，农业方面的拖拉机、播种机、收割机及各种排灌机械等）不断涌现，促进了人类两大物质生产部门--工业和农业的迅猛发展。在这个阶段里，人类建立了一系列社会经济机构，大大增强了对地球表层改造和利用的能力。首先，由于工业生产的发展，加强了对各种自然资源（矿产资源、能源、水资源及生物资源等）的开发和利用。人们利用自然资源制造出愈来愈多的产品，大大改变了人类过去单纯依靠自然物维持生存的原始状况，进一步减少了人类对周围地球表层的直接依赖。其次，人类通过从事农业生产的各种经济机构，也进一步加强了对土地资源的垦殖利用。在短短的一百多年里，人们几乎开发了陆地上所有能开垦的土地。为了提高农业生产效率，人们大规模施用化肥、农药，兴修水利工程，发展农业机械改良作物品种，加强田间管理，把依靠人力、畜力维持的农业改造成为依靠机械化、水利化及化肥、农药和化石能源来维持的现代化农业。与此同时，也把天然牧场逐步改变成为现代化的人工牧场。其结果不仅使农牧产品和生产效率大幅度提高，而且使农业生产进一步置于人工的保护和管理之下，在更大程度上摆脱了地球表层对它的束缚。

在这个过程中，人类逐渐认识到自己的力量。但在后来，由于人类对自身的作用夸大到不适当地步，同时片面强调按人类自身发展需要来改造环境，因而发展到以“改造者"和“征服者”自居，以“改造论"和“征服论"来处理人类与周围环境的关系。在这种错误思想的指导下，人类办了一系列违背自然规律的蠢事，走上了一条以牺牲良好的人类生存环境为代价来换取经济发展的错误道路，并且不得不消耗巨额资金去治理已被破坏的环境。

因此，尽管在这个阶段，人类同地球表层之间物质与能量交换、转化的规模迅速扩大，交换的方式由单一的生物学方式转变为生物、物理、化学等多种方式，并在越来越多的地区成功地建立起人类社会生态系统，但是人类对自然资源的盲目开发和滥用以及废气、废水、废渣的大量排放，也引起多种自然资源枯竭，土壤侵蚀和沙化及草场退化，环境污染等各种严重问题。这说明，人类在工业化带来的第二次浪潮中所建立的人类社会生态系统远不是理想的，而是一个人地之间存在着严重对立的系统。

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第三节人类与地理环境关系的协调过程

协调人地关系是当代人类面临的一个最大的综合性课题。人地之间从一开始就存在着物质交换。工业化以来，人类为了满足自身发展的需要，对各种资源进行大规模的掠夺性的开发，人地之间的物质与能量的交换规模急剧扩大。它们通过各种物质和能量的交换环节和渠道深刻地改变着地理系统的功能，并且带来一系列意想不到的不良后果。人地之间的矛盾日益增多，日益重要。

协调人地关系无非有两种途径：一是改变人类自身行为，适应自然地理环境；二是通过环境建设，建立起人类需要的环境。

一、环境建设的目标

人类究竟需要建设什么样的环境，是一个存在很大争议的问题。国外有一些学者对人地关系的前景丧失信心，认为工业化以来人类活动对环境的破坏已经发展到不可收拾的地步，人们为挽救环境所作的努力已经来不及了，全世界将不可避免地要发生一场毁灭性的生态大灾难。甚至还有人发表“人类末日”的悲观论调。而另一些学者则把未来世界同无限的技术威力联系起来，认为人类在未来可以利用先进的科学技术，不费气力地融化冰川，持续不断地引水灌溉沙漠，把沙漠改造成为绿洲，甚至提出可以拦截洋流，削平山脊，改变大气环流，从而按照人的意志在全球范围内建立一个崭新的人工环境。但大多数学者既不同意悲观主义的论调，也不同意技术万能论者的不切实际地空想。他们认为，当今的环境并没有发展到不可收拾的地步，而人类生产活动的盲目性则必将在实践中逐渐减少。因此，人类可以在同自然界合作的条件下，利用现代化的科学技术，建立一个更加符合人类生存的环境。这种环境具有以下两个基本特征：

第一，具有很高的经济潜力，也就是说它能借助于有效地利用太阳能和其他自然资源，以最小的经济代价获得越来越高的生产效率。

第二，具有供人类生活的高质量的环境。这种环境在生态上是稳定的，卫生保健条件是良好的，并且在外观上是千姿百态、优美如画的。

前一特征是未来环境的经济目标。实现这一目标既要求在保护自然资源的前提下，通过资源的多层次开发与循环利用，充分有效地挖掘其生产潜力，又要求不断地改善人类的生产条件，在投入最小的前提下，持续地获得越来越多的优质产品，并取得很高的经济效益。后一特征是未来环境的生态目标。它要求人类与地理环境之间的物质和能量交换，能保持良好的运转状况——既不发生阻塞，也不会引起过大的波动，并且促使它朝着有利于人类的方向转化。同时要求环境能满足人类卫生保健、旅游休憩、科学考察等多方面的需要，既有利于人类的身心健康，又能给人以美的享受。

上述建设未来环境的目标，是针对工业化以来人类片面追求眼前的经济利益，忽视生态效益的背景下，致使环境遭到严重破坏提出来的。近年来，为了防止这种片面性的产生，特别强调对人类活动和区域开发规划作生态效益、经济效益和社会效益的分析，强调必须在保持良好生态效益的前提下，追求满意的经济效益与社会效益。这种综合性的效益分析，为实现上述环境的建设目标提供了可靠的保证。

二、协调人地关系的过程

未来环境建设的过程应当是人类不断地解决同环境之间的对立和矛盾，促使两者统一的过程。人类与自然地理环境是一个对立统一体。它们之间的对立，主要表现为自然环境发展的客观性与人类发展需要的主观性之间的矛盾。人类发展需要的主观性主要表现在人类发展生产的某些盲目性，并由此产生滥釆滥用自然资源、破坏自然界的平衡、引起环境条件恶化等问题。因此，人类发展需要的主观性是人类与自然地理环境对立的根源。但是，人类与自然地理环境之间还存在着统一性，这种统一性不仅表现在彼此相互依存，相互作用和相互转化的关系方面，而且还表现在人类能够通过生产实践认识自然规律，运用自然规律去主动协调人地关系，促使自然地理环境不断改变其供应物质与能量的能力，以满足人类生存和发展的需要。这就是说，人类能够通过自觉的调节来促使人类与自然地理环境之间的统一。

因此，要解决人类与自然地理环境之间的对立关系，促使两者统一，关键在于克服人类发展需要的主观性，如果这一问题解决得好，则人类社会生态系统就会向良性方向发展，即朝着有利于人类的方向发展，否则，就会向恶性方向转化，即朝着不利于人类的方向发展。

人类与地理环境关系的协调过程主要包括四个过程。

（一）限制过程

人类发展必须同地球表层的容量相适应。人类发展是指人口的繁衍和人类的生产与消费活动增强。地球表层的容量（又称地球表层承载力），是指人类活动的地球表层空间所能容纳的人口，所能提供的自然资源数量，以及容纳与净化人类排放废弃物的限度。人类发展活动适应地球表层的容量，是人类与地球表层之间建立良好关系的基本前提，也是人类社会生态系统内部，保持生态平衡的基本条件。

地球表面所能容纳的人口是有一定限度的。对于这一问题，D，N，卡格、B，FF,玛洛勒在他们合著的《人口资源和环境》一书中，为我们提供了很有价值的资料。该书以1970年全世界人口35亿为基数，按每35年翻一番的固定增长率的假设条件推算,预测至公元2635年，整个陆地表面人口密度将达到10763910人每平方千米。到那时，每人立足之地只有0.0929m2；而到公元2705年，整个地球表面（包括海洋部分）的人口密度将达10763910人每平方千米，到那时，连海洋表面在内，每人只能占据0.0929m2的面积。这说明如果人口按现有增长率发展下去，那么只需650年，地球只能提供给人类以立足之地。照此类推，到公元2800年，整个地球表面每平方米将达120人，在这种情况下，不但人无养身之土，也将没有立足之地。同时，即使能找到维持生命的食物和适当的居住位置，人类也会因自身和维持其生命活动所产生的热量无法耗散而遭毁灭。因此，人们把全球每平方米达到120人的限度，称为“热极限可见，人口数量若按原有速度无节制地发展下去，后果是不堪设想的。

同样，在一定的生产力发展条件下，地球表层所能提供人类开发利用的自然资源及其所能养活的人口也是有限的。非洲湿热地带采用传统的“灌丛休耕”制度从事农业生产，15公顷地才能供养1人；而一旦少于这一临界值，农民就会在休闲地尚未完全恢复地力（即在尚未完全生长出茂密的灌丛之前）的情况下，提前翻耕使用土地，从而导致土地退化。又如非洲撒哈拉沙漠南缘，即撒哈拉地区，在1971-1973年气候干旱期间，曾发生严重的草原退化和沙漠入侵事件。追根溯源，主要是由于这里的牲畜量超过了草原承载量的两倍所致。由此可见，人类在一定生产力发展条件下开发利用自然资源，必须严格控制在自然资源允许的限度内，如果超出这一限度，必然造成对自然资源的破坏和环境质量的下降。

人类的生产和生活活动，还会排放大量废弃物。如果废弃物的数量超过了环境的容量和自净能力，必然会使地球表层遭受污染，而地球表层一旦遭到污染，又必然会使某些有害元素含量超出人体的吸收与自净能力，而损害人类的健康。所以人类必须运用先进的科学技术，最大限度地减少废弃物的排放，以保证排放的“三废”物质严格控制在地球表层的容量内；同时，又必须积极改造环境，扩大地球表层吸收和清除污染物的能力。

限制人类的无序发展和行为，是人类认识到人地矛盾的第一反应，也是解决人地矛盾的最有效手段。

（二）开发地球表层的整体效应过程

地球表层是由各个相互联系、相互制约的自然地理成分组成的综合体。人类对这种自然综合体进行开发利用，必须从整体出发考虑和评价它们的自然条件和资源优势，决不能再从某一组成成分或者某一自然资源的优势岀发，孤立地、片面地作出评价。从整体出发评价地球表层对生产活动的影响，可为合理利用自然提供科学依据，提高地球表层的利用效率，为人类发展提供更大的空间。但合理利用自然，决不能理解为只是为了充分发挥各个地方的自然优势，更重要的是要保证整个环境能建立起一种良好的生态结构，维持一种良性循环的物质、能量转换系统。只有这样才能保证各个地区的自然优势持久地得到发挥。同样，人类在开展改造自然的活动中，也必须从地球表层的整体出发，对地球表层实行综合治理，使它在整体上实现最优化。决不能采取“头痛医头，脚痛医脚”的办法，孤立地从改善某一个成分或从某一局部入手。

我国在治理黄淮海平原的过程中，曾有过深刻的教训。50年代末，为了解决农作物干旱缺水问题，曾一度大力兴建平原水库，发展农田灌溉，结果引起地下水位上升，大面积土地盐碱化和沼泽化。60年代，为降低地下水位解决土地盐碱化和沼泽化问题，大规模抽取地下水，发展井排井灌，结果又因过度抽取地下水而导致地面沉降和形成地下漏斗。究其原因，主要是人们在改造地球表层的过程中孤立地从改善某一因素入手，没有从整体上作深入分析。

三门峡水库的建设也曾出现过类似问题。水库建成后，由于库区蓄水抬高了上游的侵蚀基准面，使关中平原的地下水位普遍抬高，造成了相当数量的农家井倒塌，并加重了某些地区的盐碱化。人们所以对上述情况的发生毫无思想准备，也是由于对黄河流域缺乏深入的整体性分析，未能对人类改变一个要素之后，地球表层可能发生的连锁反应作出正确判断。

对地球表层作整体分析，必须以单一因素的深入研究为基础，但要避免直接采用某一项或几项因素成果来指导实践活动。因为单一因素研究成果往往是以一个侧面孤立地考虑问题，不能从整体上或者说从地理系统的整体功能上，揭示地球表层对人类生产活动的影响。其次，这种单一因素的研究，容易把个别环境因素的作用，夸大到不适当的地步。如研究水的强调水的主导作用，研究土的强调土的关键作用，而研究植被的则强调植被的极端重要性。有时甚至还引用一些不够确切的数据和资料来为自己的观点服务。如果我们孤立地直接引用这种片面的论据来指导生产，就必然使生产蒙受重大损失。即使这种单因素的研究结论完全正确，如果我们不作综合分析，不去揭示它在自然地理系统整体功能中的作用和各因素之间的相互联系，相互制约的关系，就去解决实际问题，一般也是不会有好结果的。在多数情况下，在成功地解决了一个方面的问题以后，紧接着又会产生另一个严重的问题，而这个问题正是解决第一个方面问题之直接后果。我们调节了地理系统的某一部分机能，如果调节的强度过大，或者由于对其他部分没有作相应的调节，就会使整个自然地理系统的结构遭受破坏。

从整体出发研究开发利用和保护自然问题，不仅要分析自然地理内部各个组成成分之间的关系，而且还必须把自然地理系统放在高一级的系统——人地系统中加以考察。这种整体性分析，对制定一个地区的综合治理方案同样是必不可少的，不过这种分析不应停止在宏观的定性的水平上，而应作精确的定量的分析。只有这样才能为制定区域综合治理方案提供可靠的科学依据。

（三）顺应过程

地球表层是独立于人类意识之外的客观物质体系，它具有自身固有的发展变化规律，这种发展变化规律，不以人的意志为转移。人类只有通过深入研究，掌握地球表层发展的规律，并且善于运用它来指导自己的实践活动，才能取得预期的效果，否则就会陷入盲目性，受到自然界的惩罚。

在人类发展历史中，曾经发生过不少违背地球表层发展规律，遭到自然界惩罚的严重事件。公元前4000年，古希腊的苏默人，曾经在底格里斯河与幼发拉底河下游地区建立了举世闻名的美索不达米亚文明。但是到公元前1700年前后，这一文明彻底毁于灌溉所引起的土地盐渍化。这是由于苏默人未能掌握美索不达米亚平原地球表层演化规律。他们不懂得在降水少，蒸发强烈的荒漠地区发展灌溉，需要考虑良好的排水洗盐设施，否则土地肯定要朝着盐渍化方向发展。本世纪60年代以来，我国南方一些地区，大搞双季稻北移，结果使生产蒙受巨大损失，就是由于不懂得我国亚热带地区季风气候的演变规律。在湖沼地区大搞盲目围湖垦殖，加剧了滨湖地区丰水年份和丰水季节的渍涝灾害，是由于忽视了湖沼地区年际和年内水文变化和水平衡的规律。美国和前苏联先后在半干旱草原地区大规模垦荒，产生巨大的“黑风暴”，是由于当时人们不懂得半干旱地区在草被破坏之后，地球表层必然向荒漠方向演变的规律。以上事例告诉我们开展生产活动，必须深入研究每个地区自然界的发展变化规律，决不能凭主观意志办事。

按照自然界的客观发展变化规律，开展利用、改造自然的活动，最理想的途径是保持地球表层固有的发展趋势，或者说，对地球表层固有的发展趋势因势利导地加以利用。这样不仅可以使地球表层的潜力和优势得到充分发挥，取得最稳定的生态效果，而且可以花费最少的资金，获得最大的经济效益。因此，它已成为人类合理利用地球表层的主要原则，即前苏联地理学家索恰瓦所概括的“人类同自然界共同创造的原则”。但是，利用地球表层的固有趋势并不一定都符合人类社会的利益。盐碱化的地区，往往妨碍人类建立最佳的农业生态环境。在这种情况下，需要建立强有力的人工设施，改变地球表层固有的发展趋势；并且需要耗费较大的人力、物力和财力，不断地进行人工干预，才能维持一种对人类有利的环境条件。

在这里，须要强调指出的是，人们在进行干预活动时，同样必须顺应地球表层的发展规律。人们只有在掌握了特定地域地球表层发展变化规律的前提下，才能有针对性地采取适当的措施，创造必要的转化条件，把不利地球表层引向有利于人类的方向发展。否则，一切人工干预是注定要失败的。

人类在引导地球表层定向转化的过程中，既可以釆取某些人工措施，适当加速或延缓某些自然地理过程，也可以采取某些措施，改变自然地理过程的发展方向。如把沼泽化的水下景观的演化过程，改变为水上景观的演化过程；把生态系统的阳性演化过程，转化为阴性演化过程，把植被的逆向演替改变为顺向演替过程；把土地盐碱化过程，改变为脱盐的过程等。这种转变决不是违背自然规律，而恰恰是掌握和运用地球表层发展变化的客观规律。

人类确定各个地区的经济结构，必须同地球表层与资源结构大体相吻合。一个地区的经济结构，反映着人类在该地球表层中经济活动的内容和规模，也反映着人类同自然界进行物质与能量交换的类别和数量。

因此，建立在地球表层基础之上的经济结构，应当同地球表层及其资源结构大体上保持一致。

众所周知，农业生产对地球表层的依赖性是很大的，因此，客观上要求农业经济结构必须同地球表层与资源（主要是土地资源）结构在很大程度上吻合起来。工业生产对地球表层与资源的依赖性较小，它不可能要求两者在结构上完全吻合，特别是技术开发型为主的工业经济结构更是如此，但是对于尚属于资源开发型为主的工业经济区域来说，要求两者在结构上大体吻合是完全必要的。

保持一个地区的经济结构与地球表层及其资源结构大体上相吻合,是维持该地区人类经济系统与自然资源系统之间平衡的关键，也是人类同地球表层之间保持稳定和协调发展的重要保证。如果一个地区经济结构同环境与资源结构不相吻合，则人类经济活动与自然资源之间就会失去平衡，或者造成自然资源的巨大浪费，或者发生对资源的掠夺性开发，或是两者兼而有之。其结果必然导致人类与地球表层之间产生严重的对立，使人类的经济活动与环境资源均遭受巨大损害。

以我国黄土高原为例，这里的原始自然景观属于暖温带落叶阔叶林与森林草原，土地资源结构大体上是七分高原型的切割山地，二分沟壑与水域，一分平川地。这种地球表层与土地资源结构，决定着它的农业经济结构必须以林牧为主，实行林牧农三结合。在唐代以前，由于我们的祖先在农业经济与土地利用结构上大体同该区域的地球表层与土地资源结构相吻合，因而使黄土高原一度成为我国经济繁荣的地区，地球表层也朝着有利于人类的方向发展。唐代以后，随着人口的增加，人们为了满足日益增长的粮食需求，逐渐地把该地区改造成为单一耕作的生产区域。于是农业经济结构与土地资源结构之间发生了严重的对立。在大量宜林或宜牧的土地开垦为耕地之后，水土流失日益加剧，土壤日趋贫瘠，水源逐渐枯竭，暴雨、山洪、泥石流等灾害也逐年加重。

目前，我国不论在山区或是平原区，农业经济结构同地球表层与资源结构不相吻合的现象是严重存在的。这是长期以来贯彻“以粮为纲”的方针带来的不良后果。目前我国半数以上的县，仍然属于以落后农业为主体的经济结构，加工业、工业极不发达，许多宝贵的矿藏仍沉睡于地下，已开发的少部分也限于出卖原材料，加工增值的极少。因此有必要在揭示地球表层与资源结构的基础上，正确地确定和调整经济结构，,它们之间很好地吻合起来。这是当前我国改善人类与地理环境关系的重要一环。

（四）共同创造过程

人类与地球表层共同创造世界物质文明，既要遵循生态平衡规律，又必须遵循社会经济规律。人类作用于地球表层只有遵循生态平衡规律，才能使自己的行为控制在地竦表层容许的限度内，并且在同地球表层协调发展的前提下，在地理空间建立符合地球表层结构的最佳开发利用模式和经济结构。但是如果不遵循社会经济规律，则人类与地球表层的这种“协同创造”仍然只是一句空话。它既可以因为满足不了人类社会的需要，而迫使人类的行为超过地球表层容许的限度，又可以因为价值规律的支配，或经济技术条件的限制，而迫使人类以盲目的发展活动取代最佳的开发利用模式，最终使人类与自然的协同创造变成为空话。例如，在本世纪60年代，我国有关部门就曾提出开发我国南方某些山地草场以发展畜牧业，从自然条件和资源状况看，我国南方某些山地草场釆取以牧为主、农林牧相结合的开发利用模式是完全可行的。但当时由于国家投资少，无力将天然草场改建为人工草场，因而载畜量受到很大限制，加之山区农民温饱问题尚未解决，无力拿出饲料喂牛。到了冬季，牛愈养愈瘦，农民不得不放弃养牛而回到开垦陡坡地以求温饱的老路。但到了80年代，同样是在南方山区，由于国家投资增加了，农民口粮也自给有余，于是人工牧场和饲料基地迅速兴建起来，以养牛为主的畜牧业获得了较大的发展，人与自然终于协调起来，在南方某些山地初步创建了畜牧业发展的良好循环，这充分说明遵循两个规律是人类与自然协同创造的根本保证，也是人类与自然共同创造物质文明所必须遵循的准则，即生态经济学原则。

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第十章自然地理过程研究方法

P278由于自然地理过程的复杂性，决定了研究方法的多样性。比如，利用遥感、遥测手段与计算机及网络技术对自然地理过程的跟踪、运用数学方法建立地理模型对自然地理过程的模拟、借助现代测试技术对地表物质的结构变化与物质迁移的实证研究等。所有这些方法、手段的引入，拓宽了地理科学的视野，深化对自然地理过程的认识，促使地理科学研究思想中逻辑思维的转变，有利于进行对自然地理过程演绎推理的探索和促进地理学科的发展。

第一节GIS方法一、GIS的概述地理信息系统(Geographic Information System,即GIS)是一种特定的空间信息技术系统，是自然地理学的一个重要工具。它可以对整个或部分地球表层(包括气层)空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述，是一门新兴的功能强大的交叉技术系统。目前的GIS主要应用于资源管理、城市规划、环境监测、灾害预报等领域；在自然地理过程中的应用主要是空间定位、数学建模和预测等方面。地理信息系统依照其应用领域，可分为土地信息系统、资源管理信息系统、地学信息系统等；根据其使用的数据模型，可分为矢量、栅格和混合型信息系统；根据其服务对象，可分为专题信息系统和区域信息系统等。，
二、GIS的功能

（一）数据采集与输入（二）数据处理（三）数据存储和管理（四）空间査询与分析

（五）可视化

地理信息系统为用户提供了许多用于地理数据表现的工具，使中间处理过程和最终结果，包括图形数据数字化与编辑以及操作分析过程的可视化。使这些数据所表达的空间关系可视化。其形式既可以是计算机屏幕显示，也可以是诸如报告、三维观察、照片图像、表格、地图等硬拷贝图件，主要分析它们所表达的各种类型的空间关系，主要用于分析地理空间对象的空间分布规律，自然地理过程的演变等，分析结果以易于理解的方式直观地表达出来，最大限度地利用信息，实现信息共享。

在可视化方面，尤其要强调的是地理信息系统的地图输岀功能。对于许多类型的地理操作，最终结果最好是以地图或图形来显示，图件对于存储和传递地理信息是非常有效的。一个好的地理信息系统应能提供一种良好的、交互式的制图环境，以供地理信息系统的使用者能够设计和制作出高质量的地图，以此来研究自然地理事物在不同时期的状态。

三、GIS在自然地理过程中的应用第二节野外研究方法

p283关于地球表层的属性和特征，大部分数据和第一手资料主要来自野外考察，野外考察是自然地理过程最基本的研究方法，也是最富有特色的研究方法。其主要目的是对所研究的论题获得最直接的感性认识，进一步验证所获资料的真实性和可靠性，补充所缺的资料信息。随着航空遥感技术的飞速发展，全球定位技术、中子技术等成果广泛应用于地理学，提高了野外考察的速度和精度。

地理工作者，正在逐步从过去静态定位描述，开始转入动态的地理变化过程的定量研究，通过野外定位观测可以深入了解各种自然地理现象的形成、发展和变化过程，研究这些变化过程的产生条件与内外影响因素，研究这些变化过程中物质迁移与能量的积累、消耗、转化与传输机理，以及物质迁移和能量转换的速率与强度，为实现地理过程预测提供可靠的依据。

　一、野外资料的釆集管理

（一）野外定位观测

在野外考察中，应先进行总体的定位。定位是野外工作内容的需要，也是工作人员在野外的安全保障。野外工作人员在野外需要对考察对象精确定位，来获得自然地理事物的定量信息，如地貌形体测量、植物样方调查、河流流速和流量的测量、土壤性质简单速测等。定位研究的工具不需要太复杂。

首先，罗盘主要是用来测定方位、距离、水平、坡度、高度及绘制简单地图的传统工具，以往的野外定位主要靠罗盘。由于使用罗盘时涉及到繁琐的操作程序，操作者在行进中一般不能利用罗盘获得准位置信息，使用罗盘定位还需要不停地结合地图进行分析和计算，加之人为误差，很难进行高精度定位。随着技术的成熟和民用化步伐的加快，GPS渐渐代替了罗盘的地位。

其次，地图是野外工作者的重要工具。在野外有了地图，就有了一部考察区域地理的百科全书。对于野外工作者来说，地图有三个作用：第一，地图帮助人们预先了解和掌握考察地区的地理环境，如道路、水系、地形地貌等；第二，地图帮助人们在野外辨别方向、寻找目的地、确定路线等；第三，地图帮助人们综合了解考察目标生物物种的空间分布及其生存环境等。地图有多种类型，对于野外工作来说，最常用的地图莫过于地形图。对于实地使用地图来说，地形图比例多为大于1!50000地图。现在的野外考察工作，利用地图时多同时配合以GPS定位，方便了地图的应用，所以，在野外工作时要尽可能地将两者结合起来使用。

第三，通讯设备在定位研究中必不可少，其主要是为了保证考察人员能够随时随地与基地或其他成员联系，野外应用的主要通讯设备有对讲机、移动电话、计算机等。

在定位研究中，由于站点可能是临时的、半固定的、永久性的，因此选择时应认真考虑，特别是对长期定位实验来说，定位选择更加重要。合适的实验站点，在自然经济、人文条件上应当具有良好的代表性，对于解决理论和实际问题具有重要性。

我国自50年代末期以来，先后建立了冰川、冻土、沙漠、黄土高原水土流失、湖泊、沼泽、河口海岸、泥石流、滑坡、华北平原水热平衡、森林、草原、农田生态系统等一系列定位、半定位实验站，代表着我国不同地理单元的地理特征。这些观测站积累了大量的自然过程观测资料，不仅在实践应用上分别为自然资源评价利用、环境保护、生态平衡、土地利用与农业发展等服务，而且为地理学理论研究奠定了良好基础。

（二）野外考察

野外考察工作主要是对野外釆样点的描述，包括土壤、植被、地貌、土处利用类型，以及地质、水文、动物及其他相关属性信息，以获得精确而可靠的资料来描述自然地理过程的一种方法，即对所见自然地理事物的特征、形成和分布等情况进行仔细观察,特别要重视自然地理现象之间因果联系和过程的观察，并进行必要的文字记载、拍照、录像和素描等。

随着科学技术的发展，数码摄影机和数码照相机不断应用在地理学的野外研究工作中，成为野外研究必不可少的手段。另外，素描是自然地理野外研究的重要补充手段，它可以有意识地取舍，突出重点，达到照片和图像无法表现的效果。还有航空照相、卫星遥测等现代化设备进行资料的采集，然后利用计算机自动制图技术进行地图绘制，精确度高、信息量大，便于存储和修改，使制图的技术和效率大为提高。由于遥感技术能提供广大范围的对比资料，对研究地理现象的动态发展具有重要意义，应用遥感方法进行野外调查、制图和搜集资料，从根本上改变了过去的野外考察方法。

另外，为了进行地理数据的统计处理，一般采用随机釆样方法来收集数据。收集地形图和专题地图，对调查区及其周围环境的各种地理学文献进一步加以研究。如果调查是由一个小组来完成的，这些资料对于样品（岩石、草本、土壤等）的采集也同样重要。并且，由于野外工作条件的限制，对那些在野外不易获得定量数据的项目，必须采集分析样品，运回实验室进行化验分析，有时还可以采集一些供室内对比分析和展览参观的样品或标本。

由于野外调查的资料通常作为研究的推论之一，故尽量不要仅以单一或少数的野外调査资料作推论的依据，除非缺乏其他证据佐证，应广布触角，调查相关资料，以作为间接证据。此外，野外调査必须与学科理论、文献记录、地图及官方统计资料相呼应，不可信口开河。在设计考察过程时就应考虑到所得的结果，如何与气象、遥感、土壤、植物等资料相结合,通过综合指导下的分析，在分析的基础上综合，来了解所要测定地理中各种现象的机制，以及它们与其他现象之间的联系。

（三）访问调査

对于自然地理事物的历史情况或野外不易直接观察到的情况，要向当地有经验的居民访问调査，获得尽量多的信息。

调查研究是收集第一手数据用以描述一个难以直接观察的最佳常用的方法，在描述性、解释性和探索性的研究中都可以运用调査研究的方法。它一般通过抽样的基本步骤，多以个体为分析单位，通过问卷、访谈等方法了解调査对象的有关咨询，加以分析来开展研究。它是精心设计的概率抽样，可以提供一个能够反映总体的样本；精心设计师的标准问卷可以从不同的研究对象那里获得具有同样形式的数据。

调査研究方法还特别适用于对一个大总体的态度与倾向的研究，比如民意测验。只要是科学的抽样，就可以通过局部有效地反映总体的情况，还可以利用他人收集的调査数据进行分析，即所谓的二手资料分析的方法同样有效。

二、野外考察研究应用

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第三节实验室方法

P288因为自然条件过于复杂，有一些实验在自然条件下不易进行测试和模拟，就要与实验室研究相结合，实验室（方法）是弥补自然对象（事物、现象、过程等）资料数据不足等方面的另一种方法。通过长期观测与实验研究，可以揭示各种地理现象的形成、发展与变化过程，进而建造地理模型、预测地理环境的变化趋势。目前，发展实验地理学，已成为现代地理科学研究的一个重要方面。这样不但可以缩短试验周期，还可以人为控制，创造一些在自然环境中较难遇上的条件。

要使地理科学从定性描述进入定量的过程研究，野外定位观测与实验，只是索取第一手野外资料与实地验证某些研究成果的必要条件，由于研究的客体非常复杂，具有众多变量因子与子系统的地理综合体，为了建立地理模型，研究各子系统或各变量之间的关系，取得必要的定量参数，大量工作还需要通过室内定量分析与模拟实验来实现。

通过模拟实验来了解各种自然地理现象在时间上的变化，设置风洞、人工河床、水分平衡与盐分试验场、人造气候实验室来模拟在自然界的条件和过程。因此，实验室选择要典型和有代表性，通过对这些对具有代表性实验的模拟和分析，不仅能印证理论知识，还能启发发现新问题。

一、实验室功能

国外有些研究部门建立的气候实验室人工模拟大气过程，这类模拟把自然过程的空间比例尺和时间比例尺都缩小到人类便于观察研究、便于变换条件作预测分析的程度，无疑对提高地理学的精确性、科学性是有重要作用的。

因此，虚拟地理实验室即模拟实验室是一个以大型的多源、多尺度集成数据库为基础的、以可视化表达为界面的、具有分布式群体协同工作机制、并符合地理空间感知与图解思维规律的智能性、集成化计算与分析环境。它能够有效地用于非线形复杂地理问题的模拟、计算与求解。

二、实验室研究应用

作为地理过程中的实验室研究，从60年代初开始便相继建立了水、热平衡实验室、化学地理分析实验室，以及风洞、流水地貌、地表径流、坡地实验、泡粉分析等实验室。

第四节数学方法一、数学方法的概述

数学是一切自然科学的基础，又是人类的一种文化，它在提高人的逻辑思维推断能力、分析判别能力、想象力和创造力上具有不可替代的作用。换言之，数学方法可以应用于一切科学中。一种科学，只有在成功地应用数学时，才算达到真正完善的地步。任何一门科学，只有当它真正地和数学联系起来时，它才算真正地发展起来。所以可以说数学方法是自然地理过程研究中最精确且最有说服力的方法。数学方法的利用，在地理学面前展示出计算，预报、概括和推论的广泛可能性，而没有数学工具和电子计算机的帮助，这种可能性是根本无法实现的。

自然地理过程中数学方法的应用反映了地理学朝着定量化方向发展的新趋势。把定量方法和定性方法结合起来，深入揭露了自然界的客观规律，将自然过程归纳成动态模式，进行模拟实验，在此基础上建立了理论体系。这种新趋势就是在地理学研究中，以定量的精确判断来补充定性的文字描述的不足；以抽象的、反映本质的数学模型去刻画具体的、庞杂的各种地理现象；以对过程的模拟和预测来代替对现状的分析和说明；以合理的趋势推导和反馈机制分析代替简单的因果关系分析；以最新的定量化技术的地理学代替传统的研究方法。因此，现代地理学不仅是现代地理学研究中的理论演绎与逻辑推理的工具，而且也是定量分析、模拟运算、预测、决策、规划及优化设计的手段。

任何地理事物、地理现象，都随着时间在不断地运动和变化着，即经历着特定的地理过程。这类研究，旨在通过对地理过程的模拟与拟合，定量地揭示地理事物、地理现象随时间变化的规律，从而对其未来发展趋势作出预测。在地球表层系统中，主要的地理过程包括气候过程、水文过程、生物过程、地貌过程、生态环境过程等。对于这些过程的模拟与预测研究，经常采用的数学方法有：相互关系分析法、时间序列分析法、马尔可夫方法、灰色系统建模法等。

(五)分形方法

1，分形的概述

被誉为大自然几何学的分形理论，是现代数学和一个新分支，它的建立，把人们的注意力引向了研究那些不能用通常的长度、面积、体积等测度来表示或描述的非规则几何体的性质，使人们能用更贴近自然的语言来描绘自然。

分形(Fractal)一词，是曼德勃罗创造出来的，所谓分形意为“破碎和不规则"，是非线性变化下的不变性，主要指其组成部分以某种方式与整体相似的复杂的几何形体，但不是所有的复杂几何形体都是分形，唯有具备自相似结构，即局部与整体在形态、功能、信息、时间、空间等方面具有统计意义上的相似性的才是分形。例如，一块磁铁中的每一部分都和整体一样具有南北两极，我们可以不断分割，而分割后的每一部分都具有和整体磁铁相同的磁极，这就是一个自相似结构。

这类自相似结构是一种层次结构，适当的放大或缩小几何尺寸，整个结构不变。这种不断重复的无穷嵌套，形成了奇妙的分形图案，它不但包括严格的几何相似性，而且包括通过大量的统计而呈现出的自相似性。在大自然中，具有自相似层次的现象十分普遍，例如，局部海岸是海岸线整体的成比例的缩小，地质构造图上的断层线是弯曲的和不规则的，将其局部放大也往往与整体相似，地表水系统流域具有自相似性，将其局部放大也往往与整体相似。

分形高度复杂，又特别简单，分形的性质是多样的。首先，它们处处无规则可言；其次，它们在各种尺度上都有同样程度的不规则性。不论从远处观察，还是从近处观察，分形客体看起来一个模样——它是自相似的。整体中的小块，从远处看是不成形的小点，近处看则发现它变得轮廓分明，其外形大致和以前观察的整体形状相似。

但是，分形的正式定义是依据分维（分数维）来判断的。在欧氏空间中，人们习惯把立体空间加上时间看成四维，空间看成三维，平面或球面看成二维，而把直线或曲线看成一维，点是零维的。对于更抽象或更复杂的对象，只要每个局部可以和欧氏空间对应，也容易确定维数。但通常人们习惯于整数的维数。分形理论认为维数也可以是分数，为了定量地描述客观事物的“非规则”程度，1919年，数学家从测量的角度引入了维数概念，将维数从整数扩大到分数，从而突破了一般拓扑集维数为整数的界限。例如，在平面上分形的维数是在1与2之间的分数，而在空间里分形维数在2与3之间。在分形的世界里，我们不能把它说成是2维或3维的，而应说它是1，75维或2，3维等。

自然界中更大的尺度上也存在分形对象。一枝粗干可以分出不规则的枝杈，每个枝杈继续分为细杈……，至少有十几次分支的层次，可以用分形几何学去测量。

分形几何学还是地理建模的新工具，它的技术决定了混沌几何学，同时又是描述山峦、云团和星系的几何学，是一门以非规则几何形态为研究对象的几何学。由于不规则现象在自然界是普遍存在的，因此分形几何又称为描述大自然的几何学。用分形概念来刻画自然界中的不规则，不稳定和具有高度复杂结构的现象，收到了异乎寻常的效果。分形

分形几何建立以后，很快就引起了许多学科的关注，这是由于它不仅在理论上，而且在实用上都具有重要价值。

2，分形理论在自然地理过程研究中的应用

分形理论主要用来研究和揭示复杂现象中所隐藏的规律性、层次性和标度不变性。运用分形理论，定量地研究景观要素镶嵌结构的复杂性与稳定性，以更好地认识景观要素在空间上的镶嵌规律和内部作用机制，从而为生态环境保护、土地合理利用提供科学依据已被越来越多的学者所关注。

借助分形理论，可以通过少量信息来重现原来的研究对象，不仅具有指定信息少、计算容易和重现精度高的特点，而且它通过对系统整体与部分相似性的研究，试图找到介于有序一无序、宏观一微观、整体一部分之间的新秩序，从而深化对于系统的此类关系理解，以及对于物质界多样性的统一认识。

大量相关研究已经揭示出了众多地理现象的分形性质。分形理论在地貌学中的运用尤为明显，它分析并研究地貌现象在空间、时间（相空间）上分布的数学特征及这种特征在地貌发育过程中的意义，分形地貌学在研究内容上主要有两大类：一类是地貌现象的某些空间分形性质的研究，这些研究通常以特定的地貌类型为研究对象，故可归入部门地貌学范畴；另一类研究则着重于分形特征与区域地貌演化关系，可归入地貌学范畴，对于褶皱复杂程度的分析等方面。

在部门地貌学领域，运用分形理论研究了地表面的起伏，例如，山地的起伏形态以及它们产生、发展、分布的规律等，它不仅以分形理论为基础对地表面（特别是山地表面）的形态进行了描述，而且还进而以分维为中介参数以建立山地起伏等地貌现象与其内部机制之间的联系，用以探讨分形布朗地貌的演化规律，认为分维可以成为描述地球表面粗糙度的良好指标。另一类还大量探讨了山系、断层系的空间展布以及喀斯特洼地、峡谷高边坡的稳定性、地表水系、地下渗流、海岸线、湖泊、湖岸线等的分形性质。同时，运用分形布朗运动随机分形生成逼真景物的方法，借助于分维可以产生各种各样的自然景观，自然界中的山地起伏、山脉的形状以及海岸线、湖岸线、河流等都被形象而逼真地模拟了出来。

根据板块构造理论，地球表面主要板块边界处存在地壳变形，其相对位移往往发生在已知的断层上，而断层两侧的位移与地震活动密切相关。断层的分维特征，地震的时间序列是分形的，而地震的震中分布也具有分形特征，世界范围内的震中分布是分形的。在灾害学领域，滑坡、泥石流等山地灾害的发生，旱涝灾害的发生，地震的发生，灾害性海潮的发生，历代灾害造成的伤亡人数，受灾地区的分布及面积大小，灾害造成的经济损失等都被揭示岀是具有分形性质的。

不仅如此，分形理论还能用于描述和预示不同生态系统的演化，如乔治亚洲奥克芬诺沼泽地和生态变化。H，哈斯汀是纽约豪弗斯塔大学的一名数学家用分形作为奥克芬诺基沼泽地的生态系统的动态模型，将植物及丝柏斑块的地图与随机分形的地图相比较。结果，无需广泛的历史资料便能得出，在物种竞争中怎样的种类能够残留下来。事实上，生态系统用分形来处理已成为当前的一种主要手段，它对于确定酸雨的扩散和研究其他环境污染问题也有重要的作用。分形打开了一个完全崭新和令人兴奋的几何学大门。这一新的数学领域，触及我们生活的方方面面，诸如自然现象的描述，天文学、气象学、生态学等。

总之，分形理论的应用一方面极大地促进了分形理论本身的发展；另一方面也加深了地理现象的认识，并引出了新的有待解决的问题，进而推动了地理学向纵深发展和逐步完善。

geonet

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maoqiuqiu

老师您好  这本书的书名就是《自然地理过程》吗，想买来读一读

geonet

被忽悠了，其实这本书不够新，也不够经典。

https://www.meipian.cn/1p4xjhkw
东北师范大学许嘉巍教授以《高中地理教学中的自然地理过程分析》为题进行专家讲座。许嘉巍教授以2018年高考地理试题中的自然地理部分试题入手、结合历年全国卷高考题，从“自然地理过程的定位”“自然地理过程的考核角度”“具体自然地理过程”等方面详细分析自然地理过程，提出要关注地理过程和地理规律，立足微观区域探究地理问题。会上，许教授以河流阶地、乌裕尔河变迁等为例，指引大家重视从时间尺度上思考自然地理的发展变化，从重视知识记忆转变为重视能力（过程）的变化。他还从空间分布规律的研究发展阶段阐释自然地理过程的内涵，指出自然地理过程具有典型的综合性和区域性，可从地理要素的形态变化来反映要素间物质交换过程，揭示各种现象的分布特征。许教授拓展了大家的思维广度、深度，让大家深刻意识到地理教师需要加强对地理原理和过程（如能量转化、水循环）的深入挖掘，探讨事物发展的本质规律，循序渐进地指引学生用地理过程解释地理现象与规律，运用逆向思维通过地理现象、分布推演地理过程，培养学生的地理综合思维，让学生适应高考新情境的命题方向。



2018-02-22
人教版普通高中非统编修订教材编写人员http://www.pep.com.cn/rjdt/jqgg/201802/t20180222_1922732.shtml
普通高中教科书 地理

　　樊杰，男，1961年出生，汉族。中国科学院地理科学与资源研究所、中国科学院大学研究员、岗位核心教授，经济地理与区域可持续发展方向。曾获2009年中国地域开发理论体系研究与重大规划实践“中国科学院杰出科技成就奖”、2012年主体功能区战略研究“国家发展和改革委员会机关优秀成果奖一等奖”、2009年京津冀都市圈综合区域规划研究“北京市科技进步奖二等奖”、2005年中国空间(区域)规划的理论方法与“十一五”时期的工作重点“国家发改委优秀成果奖二等奖”、2002年西部开发与中小企业发展政策研究“国家发改委优秀成果奖二等奖”、2011年“汶川地震灾后恢复重建先进个人”、2010年“全国优秀科技工作者”、2010年“中国科学院先进工作者”、2009年，政府特殊津贴。拟担任人教版《普通高中教科书 地理》主编。

　　高俊昌，男，1965年出生，汉族，中共预备党员。人民教育出版社编审，地理教育方向。拟担任人教版《普通高中教科书 地理》主编。

　　李秀彬，男，1962年出生。中国科学院地理科学与资源研究所研究员，自然地理方向。曾获2010年“中国水土保持学会科学技术奖一等奖”。拟担任人教版《普通高中教科书 地理》分册主编。

　　丁尧清，男，1969年出生，汉族，中共党员。人民教育出版社编审，地理课程、教材和教学方向。拟担任人教版《普通高中教科书 地理》分册主编。

　　袁书琪，男，1948年出生，汉族，中共党员。福建师范大学地理学院、教育部福建师范大学基础教育课程研究中心、福建师范大学旅游学院二级教授，人文地理学、地理教育学、旅游科学方向。拟担任人教版《普通高中教科书 地理》分册主编。

　　方修琦，男，1962年出生，汉族，中共党员。北京师范大学地理科学学部教授，自然地理学方向。曾获2000年《全球变化》教材及课程建设“北京市教学成果二等奖”、2004年区域自然灾害系统研究“教育部提名国家科学技术奖自然科学奖一等奖”、1992年晚更新世以来环境演变及其影响评价研究“教育部科技进步二等奖”（甲类）、1992年内蒙古自治区土地利用总体规划及其专题研究“国家土地局优秀成果一等奖”、1990年陕西省佳县经济发展系统研究“教育部科技进步三等奖”。拟担任人教版《普通高中教科书 地理》分册主编。

　　袁孝亭，男，1957年出生，汉族，中共党员。东北师范大学教授，地理课程与教学论方向。曾获2009年“宝钢优秀教师奖”。拟担任人教版《普通高中教科书 地理》分册主编。

　　刘健，男，1968年出生，土家族。人民教育出版社编审，地理教育方向。曾获2015年度中国地理学会“优秀地理编辑”、2015年人民教育出版社“优秀员工”、2014年中国测绘地理信息学会“优秀地图作品裴秀奖”。拟担任人教版《普通高中教科书 地理》分册主编和核心作者。

　　覃燕飞，女，1972年出生，壮族。人民教育出版社副编审，地理教育方向。拟担任人教版《普通高中教科书 地理》分册主编和核心作者。

　　葛岳静，女，1963年出生，汉族，中共党员。北京师范大学地理科学学部教授，地理学方向。曾获2001年“国家级教学成果二等奖”（第1完成人）、2001年“国家级教学成果一等奖”（第3完成人）、2005年“国家级教学成果一等奖”（第1完成人）、2009年“国家级教学成果一等奖”（第3完成人）、2011年“北京市教学成果一等奖”（第3完成人）。拟担任人教版《普通高中教科书 地理》分册主编和核心作者。

　　庞玲，女，1980年出生，汉族，中共党员。人民教育出版社编辑，自然地理学、中学地理课程与教学方向。拟担任人教版《普通高中教科书 地理》核心作者和责任编辑。

　　李亮，男，1981年出生，汉族，中共党员。人民教育出版社编辑，地理教育方向。曾获2010、2013年度人民教育出版社“优秀员工”；2011年度人民教育出版社“优秀共产党员”；2013年度教育部直属机关“优秀共青团干部”。拟担任人教版《普通高中教科书 地理》核心作者和责任编辑。

　　周盈科，女，1977年出生，汉族。人民教育出版社编辑，地理教育方向。曾获2016、2017年度人民教育出版社“优秀员工”。拟担任人教版《普通高中教科书 地理》核心作者和责任编辑。

　　杨洁，女，1986年出生，汉族，中共党员。人民教育出版社在读博士后，地理教材研究方向。曾获2016年“第三届人民教育出版社说课大赛一等奖”、2017年“第18届人民教育出版社中青年论文评选二等奖”。拟担任人教版《普通高中教科书 地理》核心作者。

　　王学，女，1989年出生，汉族，中共党员。中国科学院地理科学与资源研究所助理研究员，自然地理方向。曾获2017年“测绘科技进步二等奖”。拟担任人教版《普通高中教科书 地理》核心作者。

　　陆军，男，1963年出生，汉族。人民教育出版社编辑，地理教育方向。拟担任人教版《普通高中教科书 地理》核心作者。

　　杨爱玲，女，1972年出生，汉族。人民教育出版社编辑，环境地理学方向。拟担任人教版《普通高中教科书 地理》核心作者。

　　陈俊英，女，1967年出生，汉族，中共党员。福建教育学院副教授，人文地理、地理教育方向。2004年被评为福建省“师德标兵”。拟担任人教版《普通高中教科书 地理》核心作者。

　　许嘉巍，男，1964年出生，汉族，中共党员。东北师范大学教授，自然地理方向。曾获2016年“中国生物圈保护区网络长白山生态奖”、2001年“国家教育部科学技术进步二等奖”。拟担任人教版《普通高中教科书 地理》核心作者。

　　孟胜修，女，1962年出生，汉族。北京市东城区教师研修中心地理教研员，地理与环境教育方向。曾获2001年“全国优秀中学地理教育工作者”称号、2001年“北京市中青年骨干教师”称号、2004—2007年“北京市学科带头人”称号、2010—2016年“北京市学科骨干教师”称号、2007年“崇文区优秀指导教师”称号。拟担任人教版《普通高中教科书 地理》核心作者。

　　何群，女，1966年出生，汉族。北京市第一〇一中学地理教研组长，中学地理教学方向。曾获2005年第三届“全国优秀中学地理教育工作者”称号、2015年中国地理学会第九届“地球小博士”全国科技大赛“全国百名先进个人”称号、2016-2017年中国地理学会第十、十一届“地球小博士”“全国地理科普大赛指导教师一等奖”并被授予“全国优秀科技辅导员”称号。拟担任人教版《普通高中教科书 地理》核心作者。

　　苏筠，女，1974年出生，汉族，中共党员。北京师范大学教授，区域地理、环境演变方向。曾获2009年区域分析与规划系列教材编写和课程建设“北京市优秀教育教学成果二等奖”（第三获奖人）、2012年乡土地理“分类-异构-项目制”实践教学模式构建与课程建设“北京师范大学优秀教育教学成果一等奖”（第一获奖人）。拟担任人教版《普通高中教科书 地理》核心作者。

　　文彦君，男，1978年出生，汉族，中共党员。宝鸡文理学院副教授，自然灾害风险方向。曾获2010年教育部“全国多媒体课件大赛优秀奖（高校组）”、2012年“陕西省基础教育优秀教学成果一等奖（科研论文类）”、2016年“宝鸡文理学院本科教学质量优秀奖”。拟担任人教版《普通高中教科书 地理》核心作者。

　　曾早早，女，1981年出生，汉族，中共党员。北京教育学院副教授，地理教育、环境教育方向。拟担任人教版《普通高中教科书 地理》核心作者。

　　殷培红，女，1968年出生，回族。环保部环境与经济政策研究中心研究员，环境管理政策研究方向。曾获2016年中国环境科学学会“十二五环保科普工作先进个人”称号、2014年北京市三八红旗奖章、2002年“全国第三届地理教育与信息技术整合教育成果一等奖”（合作成果）、2001年中国教育学会“全国优秀地理教授”称号、1991-1994年“北京市崇文区优秀团干部”称号。拟担任人教版《普通高中教科书 地理》核心作者。

　　刘亚辰，男，1988年出生，汉族。西安文理学院讲师，物候学与环境演变方向。拟担任人教版《普通高中教科书 地理》核心作者。

　　马丽，女，1984年出生，汉族，中共党员。中央党校党的建设教研部副教授，生态文明、党的建设方向。曾获2015年中央党校“教学优秀奖（青年教师）”、2017年中央党校“青年教师科研创新优秀奖（二等奖）”。拟担任人教版《普通高中教科书 地理》核心作者。

　　万必文，男，1961年出生，汉族，中共党员。人民教育出版社编审，地理教学地图方向。曾获2002年度国务院政府津贴。拟担任人教版《普通高中教科书 地理》地图编辑。

　　博涛，女，1959年出生，蒙古族。人民教育出版社副编审，研究方向高中、初中地理教科书。曾获1999年、2006年、2007年度人民教育出版社“优秀员工”。拟担任人教版《普通高中教科书 地理》地图编辑。

　　何安冉，女，1987年出生，汉族。人民教育出版社编辑，研究方向书籍设计。曾获“第三届中国出版政府奖装帧设计提名奖－第十一套义务教育教科书”“第八届全国书籍艺术展——探索书籍、插画奖”。拟担任人教版《普通高中教科书 地理》美术编辑。