第02章_自然地理系统的整体性.ppt

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1、第二章第二章 自然地理系统的整体性自然地理系统的整体性 重点重点 讲明自然地理环境的整体性，阐述各组成成分间的相互关系及自然地理系统的基本特征。难点难点 整体性的认识过程。系统论从首创至今，不过几十年的历史，然而系统论从首创至今，不过几十年的历史，然而却以不可替代的却以不可替代的综合、整体、最优化综合、整体、最优化的特性渗的特性渗透于自然科学、社会科学的许多领域，解决了透于自然科学、社会科学的许多领域，解决了工业、交通运输、电力网、通讯网、环境保护、工业、交通运输、电力网、通讯网、环境保护、城市规划、水源利用、能源开发、社会经济等城市规划、水源利用、能源开发、社会经济等方面的许多难题。方面的许

2、多难题。系系统统方方法法在在地地理理科科学学中中被被广广泛泛应应用用，已已为为大大家家所所公公认认。系系统统论论被被引引进进地地理理学学，用用来来研研究究地地理理环环境境的的结结构构、功功能能及及其其演演化化，使使地地理理思思维维在在结结构构和和方方法法上上发发生生了了深深刻刻的的变变化化，将将古古老老的的地地理理学学从从定定性性分分析析和和解解释释引引向向定定量量分分析析和和定定性性解解释释相结合相结合的阶段。的阶段。目目前前虽虽然然还还未未将将自自然然地地理理学学原原理理完完全全建建立立在在系系统统论论的的基基础础上上，许许多多关关键键性性问问题题仍仍需需进进行行深深入入探探讨讨，但但是是

3、，这这种种科科学学的的方方法法论论有有助助于于更更深深刻刻地地揭揭示示自自然然地地理理环环境境的的一一般般规规律律，在在关关于于这这些些规规律律的的传传统统解解释释基基础础上上，运运用用系系统统论论的的基基本本理理论论作作进进一一步步阐阐述述，以以便便用用其其新新思思路路来来探探讨自然地理学的基本问题。讨自然地理学的基本问题。第一节第一节 系统概述系统概述 系统系统系统系统概述概述概述概述 一、系一、系 统统 概概 念念三、系统主要特征三、系统主要特征按系统尺度、规模和范围分按系统尺度、规模和范围分按系统与环境的关系分按系统与环境的关系分按人与自然的关系分按人与自然的关系分二、系二、系 统统

4、分分 类类整体性整体性层次性层次性相关性相关性稳定性稳定性变异性变异性系系统统概概述述 一、系统概念一、系统概念 具有特定功能和结构的元素集合，每一具有特定功能和结构的元素集合，每一个系统都是由相互联系、相互作用的事物和个系统都是由相互联系、相互作用的事物和过程所组成。过程所组成。自然界各种事物都是自然界各种事物都是以系统形式以系统形式存在着存在着的有机整体，整个物质世界，大到宇宙天体、的有机整体，整个物质世界，大到宇宙天体、太阳系，小到原子、基本粒子，都是由相互太阳系，小到原子、基本粒子，都是由相互联系、相互作用的若干部分组成。联系、相互作用的若干部分组成。1 1、按系统尺度、规模和范围分：

5、、按系统尺度、规模和范围分：n宇宙系统宇宙系统如银河系、整个宇宙如银河系、整个宇宙n宏观系统宏观系统周围的宏观物体，如生态系统、周围的宏观物体，如生态系统、人体系统。人体系统。n微观系统微观系统如原子中电子的壳层结构和原子如原子中电子的壳层结构和原子核结构系统核结构系统,细胞中的核、质、膜都是相互联系、细胞中的核、质、膜都是相互联系、相互作用的系统。相互作用的系统。二、系统分类二、系统分类2 2、按系统与环境的关系分：、按系统与环境的关系分：u开放系统开放系统系统与环境之间具有物质、能系统与环境之间具有物质、能量、信息的交换和流通。量、信息的交换和流通。u封闭系统封闭系统系统与环境之间只有能量

6、的交系统与环境之间只有能量的交换和流通，没有物质的交换。换和流通，没有物质的交换。u孤立系统孤立系统系统与环境不发生任何联系和系统与环境不发生任何联系和作用。作用。系系 统统 分分 类类 3 3、按人与自然的关系分：、按人与自然的关系分：l自然系统自然系统指未打上人工印记的各种客观指未打上人工印记的各种客观系统，如天然生态系统。系统，如天然生态系统。l人造系统人造系统指人工制造的各种系统，是由指人工制造的各种系统，是由人工生成的各种要素组成的，如生产、交通人工生成的各种要素组成的，如生产、交通运输、管理系统。运输、管理系统。l自然与人文的复合系统自然与人文的复合系统指人类利用自然指人类利用自然

7、和改造自然的各种系统，如水利发电系统、和改造自然的各种系统，如水利发电系统、农业系统。农业系统。系系 统统 分分 类类 三、系统主要特征三、系统主要特征（一）整体性（一）整体性（二）层次性（二）层次性（三）相关性（三）相关性（四）稳定性（四）稳定性（五）变异性（五）变异性整体性概念的发展整体性概念的发展传统观点传统观点的整体性的整体性 内在联系性内在联系性系统观点系统观点的整体性的整体性 结构功能的整体性结构功能的整体性耗散结构理论耗散结构理论的整体性的整体性 非平衡有序系统的整体性非平衡有序系统的整体性 （一）整体性（一）整体性系系系系统统统统的的的的主主主主要要要要特特特特征征征征整整整整

8、体体体体性性性性 1 1、传统观点、传统观点 整整体体性性：自自然然地地理理综综合合体体各各组组成成要要素素和和各各组组成成部部分之间的内在联系。分之间的内在联系。地地球球表表层层是是由由地地质质、地地貌貌、气气候候、水水文文、土土壤壤、动动物物等等成成分分组组成成，这这些些无无机机自自然然界界与与有有机机自自然然界界各各组组成成成成分分相相互互联联系系、相相互互作作用用，并并通通过过自自然然历历史史过过程程，形形成成自自然然地地理理综综合合体体，这这个个综综合合体体中中任任何何一一个个成成分分或或环环节节的的变变化化都都会会影影响响其其它它成成分分或环节的变化甚至整体的变化。或环节的变化甚至

9、整体的变化。系系系系统统统统的的的的主主主主要要要要特特特特征征征征整整整整体体体体性性性性比如：比如：我们所处的是暖温带落叶阔叶林带，作物我们所处的是暖温带落叶阔叶林带，作物为一年两熟，如果气候寒冷则是寒温带气候，无为一年两熟，如果气候寒冷则是寒温带气候，无霜期短，作物只能一年一熟，种植耐寒、生长期霜期短，作物只能一年一熟，种植耐寒、生长期短的作物。同样，地貌因素发生变化，也会引起短的作物。同样，地貌因素发生变化，也会引起一系列变化，再如华北平原如发生地壳运动，抬一系列变化，再如华北平原如发生地壳运动，抬升升10001000米以上，气温降低，降水发生相应的变化，米以上，气温降低，降水发生相应

10、的变化，土壤、植被也随之改变。土壤、植被也随之改变。传统观点：传统观点：是以自然综合体学说为基础，用因果是以自然综合体学说为基础，用因果法则，揭示自然地理环境动态特征，一个因素变法则，揭示自然地理环境动态特征，一个因素变化会影响另外的因素，体现在自然综合体内各要化会影响另外的因素，体现在自然综合体内各要素的内在联系性，传统观点的整体性是内在联系素的内在联系性，传统观点的整体性是内在联系的整体性。但是传统的观点是的整体性。但是传统的观点是定性的描述定性的描述，不能，不能定量地表达整体性原理。随着科学技术的进步和定量地表达整体性原理。随着科学技术的进步和新学科领域的发展，特别是系统论的出现，对整新

11、学科领域的发展，特别是系统论的出现，对整体性又有了新的认识。体性又有了新的认识。系系系系统统统统的的的的主主主主要要要要特特特特征征征征整整整整体体体体性性性性 2 2、系统思想、系统思想功能功能和和结构结构的整体性的整体性 （1 1）功能整体性）功能整体性 是是系系统统对对外外界界和和内内部部所所表表现现的的效效应应（包包括括物物质质和能量、信息等的传输和转换）。和能量、信息等的传输和转换）。系系统统论论中中有有一一个个重重要要原原理理功功能能超超越越性性原原理理，整整体体系系统统会会出出现现子子系系统统没没有有的的功功能能整整体体大大于于各部分之和。各部分之和。整体和部分的关系，主要表现在

12、三种情况：整体和部分的关系，主要表现在三种情况：整体整体=部分之和部分之和 整体整体 部分之和部分之和系系系系统统统统的的的的主主主主要要要要特特特特征征征征整整整整体体体体性性性性 系统的整体等于系统的各组成部分之和系统的整体等于系统的各组成部分之和 这是被严格和精确的数学多次证明的命题，几何和代这是被严格和精确的数学多次证明的命题，几何和代数从来就把这种关系当作绝对正确的真理。但是这一命题数从来就把这种关系当作绝对正确的真理。但是这一命题只是对那些联系不紧密的松散系统才成立，只适应于由各只是对那些联系不紧密的松散系统才成立，只适应于由各要素机械组成的系统。如一筐苹果、一堆沙粒等。要素机械组

13、成的系统。如一筐苹果、一堆沙粒等。系统的整体小于各部分之和系统的整体小于各部分之和 如如果果系系统统中中各各部部分分相相互互牵牵扯扯，相相互互扼扼制制，甚甚至至掺掺杂杂着着一一些些寄寄生生和和坏坏死死的的要要素素，这这样样的的系系统统往往往往使使整整体体的的能能量量大大大下降，出现大下降，出现“三个和尚没水吃三个和尚没水吃”的情况。的情况。系统的整体大于各部分之和系统的整体大于各部分之和 如如果果系系统统中中各各组组成成要要素素互互相相协协同同，彼彼此此配配合合，会会使使系系统出现统出现新质新质，即整体系统会出现各子系统没有的功能。，即整体系统会出现各子系统没有的功能。系系系系统统统统的的的的

14、主主主主要要要要特特特特征征征征整整整整体体体体性性性性 例例如如：人人的的双双眼眼视视觉觉功功能能大大大大超超过过两两只只单单眼眼视视觉觉功功能能简简单单相相加加的的总总和和。双双眼眼的的视视敏敏度度比比单单眼眼高高6 61010倍，双眼的视觉能形成立体感，而单眼却无能为力。倍，双眼的视觉能形成立体感，而单眼却无能为力。又又如如，当当年年拿拿破破仑仑在在埃埃及及作作战战时时，同同一一少少数数民民族族马马木木留留克克对对阵阵，马马木木留留克克兵兵英英勇勇善善战战，个个人人搏搏杀杀技技术术很很好好。法法国国兵兵在在当当时时曾曾打打过过很很多多胜胜仗仗，但但3 3个个马马木木留留克克兵兵肯肯定定能

15、能够够战战胜胜3 3个个法法国国兵兵；100100个个马马木木留留克克兵兵和和100100个个法法国国兵兵势势均均力力敌敌，而而300300个个法法国国兵兵绝绝对对能能够够战战胜胜300300个个马马木木留留克克兵兵。这这是是因因为为法法国国兵兵在在大大兵兵团团作作战战中中，彼彼此此配配合合的的很很好好，而而马马木木留留克克兵兵不不善善于于协协同同作作战战，这这就就是是整整体体性性起起了了作作用用，整整体体出出现现的的功功能能是是各各部部分之和所不具备的分之和所不具备的。系系系系统统统统的的的的主主主主要要要要特特特特征征征征整整整整体体体体性性性性（2 2）结构整体性）结构整体性 系系统统理

16、理论论指指出出：系系统统的的整整体体功功能能决决定定于于各各组组成成元元素素的的相相互互结结合合的的方方式式，通通常常所所说说的的结结构构。因因此此，整整体体功功能能取取决决于于系系统统的的结结构构，从从以以上上例例子子中中可可看看出出法法国国兵兵彼彼此此配配合合好好，结结构构好好，整整体体功功能能好好，马马木木留留兵兵不不善善于于协协同同作作战战，结结构构不不好好，整整体体功功能能小小于于部部门门之之和。和。结构结构从字面上看，各组成部分的搭配和排列。从字面上看，各组成部分的搭配和排列。结结构构和和功功能能是是密密切切相相连连的的，结结构构是是完完成成功功能能的的框框架架和和渠渠道道。也也就

17、就是是说说物物质质、能能量量和和信信息息的的传传输输和和转转换换是是通通过过系系统统的的结结构构而而实实现现的的。反反过过来来，物物质质、能能量量、信信息息的的传传输输和和转转换换则则是是维维持持结结构构存存在在和和发发展展的的基基础础。结结构构和和功功能能是是相相互互联联系系的的不不可可分分割割的的两两个个方方面面，没没有有结结构构的的功功能能和和没没有有功功能能的的结结构构都都是是不不存存在的。在的。系系系系统统统统的的的的主主主主要要要要特特特特征征征征整整整整体体体体性性性性 研究整体性既要研究整体功能研究整体性既要研究整体功能认识它的综认识它的综合效应，又要研究这种功能是由什么样的结

18、构所合效应，又要研究这种功能是由什么样的结构所决定的。研究系统是怎样随结构、功能的变化而决定的。研究系统是怎样随结构、功能的变化而变化的，目的是变化的，目的是提高整体性的功能提高整体性的功能。与传统的观点比较：系统的结构和功能的整与传统的观点比较：系统的结构和功能的整体性既反映了体性既反映了自然综合体自然综合体的内在联系性，又定量的内在联系性，又定量地反映了地球表层物质的能量变换的关系。弥补地反映了地球表层物质的能量变换的关系。弥补了传统观点的不足了传统观点的不足。系统观点的整体性涉及能量流动，涉及热力学系统观点的整体性涉及能量流动，涉及热力学第一定律，所以运用第一定律，所以运用热力学第一定律

19、热力学第一定律探讨地球表探讨地球表层的能量流动和转换。层的能量流动和转换。系系系系统统统统的的的的主主主主要要要要特特特特征征征征整整整整体体体体性性性性 热力学第一定律：热力学第一定律：能量守恒。能量既不能创造也不能能量守恒。能量既不能创造也不能消灭，这是一条普遍的规律，地球表层的能量流动也消灭，这是一条普遍的规律，地球表层的能量流动也必须服从这一规律。如太阳能进入地球表层后，转化必须服从这一规律。如太阳能进入地球表层后，转化成热能，地面温度和大气温度增加，参与水分蒸发耗成热能，地面温度和大气温度增加，参与水分蒸发耗热，地貌、土壤的形成过程，大气环流、洋流运动等热，地貌、土壤的形成过程，大气

20、环流、洋流运动等都与热能有关，同时地面又以长波辐射出去，将热能都与热能有关，同时地面又以长波辐射出去，将热能输出返回空间，完成了收支数量上的平衡，遵循着能输出返回空间，完成了收支数量上的平衡，遵循着能量守恒的普遍原则。量守恒的普遍原则。热热力力学学第第一一定定律律只只要要求求能能量量在在转转换换过过程程中中是是守守恒恒的的，不限制过程所进行的方向。不限制过程所进行的方向。热热力力学学第第二二定定律律则则不不同同，是是关关于于过过程程进进行行的的方方向向问问题题。克克劳劳修修斯斯指指出出，能能量量是是从从密密度度较较高高的的地地方方流流向向密密度度较较低的地方，直到一切都达到均匀为止。低的地方，

21、直到一切都达到均匀为止。系系系系统统统统的的的的主主主主要要要要特特特特征征征征整整整整体体体体性性性性 他他指指出出：在在孤孤立立系系统统中中热热量量总总是是由由高高温温物物体体自自动动地地传传向向低低温温物物体体，而而不不能能作作相相反反的的传传递递，直直到到两两个个物物体体达达到到相相同同温温度度为为止止，是是不不可可逆逆的的自自发发的的过过程程。起起决决定定作作用用的的是是能能量量密密度度的的差差异异和朝均匀方向的流动。和朝均匀方向的流动。他创造了一个术语他创造了一个术语“熵熵”表示任何一种能量表示任何一种能量在空间分布上的均匀程度，用他的话来说，在空间分布上的均匀程度，用他的话来说，

22、“能量密度的差异倾向于变成均等能量密度的差异倾向于变成均等”，是自然界，是自然界的一个普遍规律，或换句话说：的一个普遍规律，或换句话说：“熵随着时间熵随着时间而增大而增大”，混乱程度或无序程度增加。熵越，混乱程度或无序程度增加。熵越大，系统越混乱，反之，系统越有序。大，系统越混乱，反之，系统越有序。例例1 1：我国有句成语我国有句成语“泾渭分明泾渭分明”泾河水清，泾河水清，渭河水浑。泾河流入渭河时，清浊不浑，比喻界渭河水浑。泾河流入渭河时，清浊不浑，比喻界线清楚，是非分明。这种有序状态是暂时的，他线清楚，是非分明。这种有序状态是暂时的，他们一经自动混合之后，就再也分不清哪种是泾河们一经自动混合

23、之后，就再也分不清哪种是泾河水，哪种是渭河水了。说明能量的密度差异是朝水，哪种是渭河水了。说明能量的密度差异是朝着均匀方向流动的。着均匀方向流动的。例例2 2：两两个个水水库库，水水的的高高度度不不同同，一一高高一一低低，如如果果把把他他们们连连接接起起来来，水水会会从从高高水水位位的的水水库库流流向向低水库，直到两个水库的水面相同。低水库，直到两个水库的水面相同。两两例例都都说说明明了了能能量量是是趋趋向向于于均均匀匀分分布布的的。熵熵值值随随着着时时间间增增大大，能能量量完完全全均均匀匀分分布布，熵熵值值达达最最大值，也就是混乱度或无序程度最高。大值，也就是混乱度或无序程度最高。系系系系统

24、统统统的的的的主主主主要要要要特特特特征征征征整整整整体体体体性性性性 克劳修斯把热力学第二定律推广到宇宙之中，根据克劳修斯把热力学第二定律推广到宇宙之中，根据熵增加原理，宇宙中的能量分布在不断地均匀化。宇熵增加原理，宇宙中的能量分布在不断地均匀化。宇宙正在不断地增大，最后必须达到最大值宙正在不断地增大，最后必须达到最大值平衡态。平衡态。整个宇宙在走向混乱趋向无序，一切运动都将停止，整个宇宙在走向混乱趋向无序，一切运动都将停止，最后达到最后达到“热寂热寂”。可是地壳演化历史正好可是地壳演化历史正好相反相反，沧海桑田变迁，生，沧海桑田变迁，生物界物界人类出现。都是在从简单到复杂，从低级到人类出现

25、。都是在从简单到复杂，从低级到高级的进化发展。这种进化过程与热寂说的预言退化高级的进化发展。这种进化过程与热寂说的预言退化形成截然不同的鲜明对比。早期的热力学形成截然不同的鲜明对比。早期的热力学只考虑系统只考虑系统的内部联系不考虑系统与外界环境的联系。的内部联系不考虑系统与外界环境的联系。近年来新型的耗散结构理论，成功的揭示了这一近年来新型的耗散结构理论，成功的揭示了这一问题。问题。系系系系统统统统的的的的主主主主要要要要特特特特征征征征整整整整体体体体性性性性 创始人：创始人：普里高津普里高津 比利时人比利时人 立立足足点点：系系统统与与外外界界环环境境的的相相互互联联系系，相相互互作作用用

26、，弥弥 补了早期热力学的不足。补了早期热力学的不足。（1 1）什么叫耗散结构）什么叫耗散结构？一一个个远远离离平平衡衡的的开开放放系系统统，只只要要通通过过不不断断与与外外界界交交换换物物质质与与能能量量，在在外外界界条条件件的的变变化化达达到到一一定定的的阈阈值值时时，可可能能从从原原有有的的混混乱乱无无序序状状态态，转转变变为为一一种种在在时时间间上上和和空空间间上上或或功功能能上上的的有有序序状状态态，这这种种在在远远离离平平衡衡情情况况下下形形成成的的新新的的有有序序结结构构，依依靠靠不不断断地地耗耗散散外外界界的的物物质质和和能量来维持，能量来维持，称为耗散结构。称为耗散结构。系系系

27、系统统统统的的的的主主主主要要要要特特特特征征征征整整整整体体体体性性性性3、耗散结构理论、耗散结构理论非平衡有序系统非平衡有序系统的整体性的整体性两层意思：两层意思：开放系统开放系统：系统与外界环境有物质和能量、信息交换：系统与外界环境有物质和能量、信息交换 在一定条件下，使系统变在一定条件下，使系统变无序为有序无序为有序。简单概括为：简单概括为：消耗外界环境的物质、能量来维持系统内部的新的有序结消耗外界环境的物质、能量来维持系统内部的新的有序结构。构。（2 2）耗散结构理论）耗散结构理论 一一个个开开放放系系统统熵熵的的变变化化，通通过过引引入入外外界界负负熵熵流流降降低低系系统统总总熵熵

28、，使使系系统统从从无无序序转转入入有有序序状状态态，来来维维持持系系统统的的稳稳定定。但但强强调调这这种种稳稳定定是是非非平平衡衡的的稳稳定定态态，所所以以系系统统内内部部的的能能量量总总是是趋趋于于均均等等，熵熵不不断断的的增增加加，只只有有在在外外界界不不断断输输入入负负熵熵流流的的情情况况下下，才才能能保保持持相相对对稳稳定定。一一旦旦外外界界条条件件撤撤去去，混混乱度或无序度就会增加，系统就会回到无序状态中去。乱度或无序度就会增加，系统就会回到无序状态中去。如如：沙沙漠漠中中的的绿绿洲洲，就就是是不不断断地地从从外外界界获获得得物物质质、能能量量有有负负熵熵流流的的输输入入，才才保保持

29、持这这种种有有序序状状态态。一一旦旦断断绝绝了了水水源源，很很快快就就变变成成寸寸草草不生的沙漠。不生的沙漠。自组织现象：自组织现象：耗散结构在与外界交换物耗散结构在与外界交换物质、能量的同时，还有一种自组织能力，变质、能量的同时，还有一种自组织能力，变无序为有序的过程。无序为有序的过程。如：如：生物有机体将光、热、水、二氧化碳生物有机体将光、热、水、二氧化碳这些无序的物质、能量转化合成为糖类，变这些无序的物质、能量转化合成为糖类，变无机为有机储存于体内，变无序为有序过程。无机为有机储存于体内，变无序为有序过程。又又如如：诗诗句句“野野火火烧烧不不尽尽，春春风风吹吹又又生生”，大大火火焚焚烧烧

30、过过后后，第第二二年年春春天天有有充充足足的的阳阳光光和和雨雨水水的的滋滋润润，恢恢复复原原状状。说说明明自自然然地地理理环环境有自组织能力。境有自组织能力。系系系系统统统统的的的的主主主主要要要要特特特特征征征征整整整整体体体体性性性性信信息息：物物质质、能能量量和和信信息息是是现现代代科科学学研研究究的的三三大大主主题题，前前面面只只介介绍绍了了耗耗散散结结构构及及其其物物质质能能量量转转化化的的基基本本情情况况。用用信信息概念认识地球表层的整体性息概念认识地球表层的整体性新课题之一。新课题之一。一一般般理理解解：信信息息情情报报、知知识识。现现在在理理解解信信息息为为物物质质之之间间建建

31、立立联联系系的的一一种种特特殊殊形形式式。任任何何物物质质运运动动形形态态都都能能产产生生和交换信息，信息也能通过物质现象而运动传播。和交换信息，信息也能通过物质现象而运动传播。天天体体发发生生的的电电磁磁波波包包含含着着天天体体的的构构成成、年年龄龄、运运动等各种信息。动等各种信息。化化石石提提供供了了地地质质时时期期古古动动物物、植植物物和和地地壳壳演演变变的的信息。信息。信息是事物存在形式运动状态和规律的表征。信息是事物存在形式运动状态和规律的表征。人们之所以把信息理解为情报、知识，正是因为物质人们之所以把信息理解为情报、知识，正是因为物质结构、状态和历史在人的大脑中的反映，经过人类的语

32、言、结构、状态和历史在人的大脑中的反映，经过人类的语言、文字、符号等形式变换以后获得的产物。文字、符号等形式变换以后获得的产物。系系系系统统统统的的的的主主主主要要要要特特特特征征征征整整整整体体体体性性性性信信息息一一方方面面反反映映了了物物质质、能能量量分分布布和和变变化化程程度度，另另一一方方面面信信息息在在自自然然界界和和社社会会的的物物质质运运动动中中执执行行这这种种联联系系的的职职能能。可可以以说说信信息息是是指指一一个个系系统统的的有有序序性性，信信息息就就是是负负熵熵。生生物物和和人人都都离离不不开开信信息息。新新陈陈代代谢谢是是动动物物体体不不断断从从环环境境中中摄摄取取所所

33、需需的的食食物物、空空气气和和水水，通通过过机机体体的的生生理理功功能能将将食食物物消消化化、吸吸收收成成为为机机体体的的一一部部分分，排掉残渣过程。排掉残渣过程。一一个个有有序序系系统统是是由由于于输输入入了了信信息息或或向向外外界界输输出出了了负负熵熵，如如生生物物进进化化可可看看成成是是系系统统信信息息量量的的增增加加或或熵熵的的减减少少的的变化。变化。信信息息既既不不是是物物质质，也也不不是是能能量量，但但它它的的传传播播离离不不开开物物质质和和能能量量，而而物物质质和和能能量量是是否否存存在在？如如何何存存在在？有有什什么么运运动动规规律律？要要想想了了解解这这些些，又又必必须须通通

34、过过他他们们发发出出的的信息。信息。物质、能量、信息是组成客观世界的三基元物质、能量、信息是组成客观世界的三基元系系系系统统统统的的的的主主主主要要要要特特特特征征征征整整整整体体体体性性性性总总结结：整整体体性性概概念念是是在在发发展展的的、逐逐步步深深化化的的。从从传传统统的的观观点点内内在在联联系系的的整整体体性性，定定性性描描述述到到系系统统结结构构和和功功能能的的整整体体性性和和耗耗散散结结构构理理论论非非平平衡衡有有序序系系统统的的整整体体性性，逐逐步步丰丰富富了了整整体体性性的的原原理理，引引导导着着人人们们从从物物质质流流、能能量量流流、信信息息流流，三三个个相相互互联联系系相

35、相互互补补充充的的客客观观过过程程中中去去认认识识整整体体性性。从从一一个个具具有有耗耗散散结结构构的的开开放放有有序序系系统统所所产产生生的的整整体体功功能能中来把握整体性。中来把握整体性。整体性是物质、能量、信息在耗散结构系统中的整体性是物质、能量、信息在耗散结构系统中的运动、变化、发展的整体性，运动、变化、发展的整体性，用这些新理论认识用这些新理论认识地球表层还处于起步阶段和探索中。地球表层还处于起步阶段和探索中。要要求求：掌掌握握整整体体性性概概念念，包包括括不不同同观观点点中中整整体体性性的含义。的含义。系系系系统统统统的的的的主主主主要要要要特特特特征征征征整整整整体体体体性性性性

36、 每一个系统都是由子系统组成的每一个系统都是由子系统组成的,而其本身而其本身又是一个更大系统的一部分。系统的层次可以又是一个更大系统的一部分。系统的层次可以从许多角度分析。从许多角度分析。系系系系统统统统的的的的主主主主要要要要特特特特征征征征层层层层次次次次性性性性1 1、空间层次性、空间层次性 反映系统范围的包含关系，比如国家政体和人体反映系统范围的包含关系，比如国家政体和人体组织的层次结构：组织的层次结构：全国全国省省市市县县乡乡村村 个体个体生理系统生理系统器官器官组织组织细胞细胞分子分子层次性层次性空间层次性空间层次性时间层次性时间层次性（二）层次性（二）层次性 2 2、时间层次性、

37、时间层次性 是由于系统演变具有阶段性，不同发展阶段的是由于系统演变具有阶段性，不同发展阶段的系统具有一些质的不同。如人体经历的阶段：系统具有一些质的不同。如人体经历的阶段：受精卵受精卵胎儿胎儿婴儿婴儿儿童儿童少年少年青年青年中年中年老年老年 时间层次性是系统演变有规律的表现，了解系时间层次性是系统演变有规律的表现，了解系统发展的时间层次性也就是认识系统的发展变化规统发展的时间层次性也就是认识系统的发展变化规律，这对人工系统的开发、设计及改造都有重要意律，这对人工系统的开发、设计及改造都有重要意义。义。系统论将整个客观世界看作是一个结构有序、系统论将整个客观世界看作是一个结构有序、多层次的统一体

38、，认为客观世界的多样性、统一性多层次的统一体，认为客观世界的多样性、统一性正是通过层次性表现出来的，所以，把认识对象划正是通过层次性表现出来的，所以，把认识对象划分为不同结构层次来研究，使人们的认识逐步深化。分为不同结构层次来研究，使人们的认识逐步深化。系系系系统统统统的的的的主主主主要要要要特特特特征征征征层层层层次次次次性性性性 系统内部各子系统之间、子系统与系统之间、系系统内部各子系统之间、子系统与系统之间、系统与外部环境之间存在着相互依存、相互制约的关统与外部环境之间存在着相互依存、相互制约的关系，这种关系就是相关性。系，这种关系就是相关性。相关性使得每一个子系统对系统整体功能都能作相

39、关性使得每一个子系统对系统整体功能都能作出贡献，系统出贡献，系统A AB,BB,BC,C,则则C CA A，这样就这样就形成了事物相关的因果链环。如果对这种相关性认形成了事物相关的因果链环。如果对这种相关性认识不足，会出现相反的结果。识不足，会出现相反的结果。如：美国亚利桑那州开巴高原上草如：美国亚利桑那州开巴高原上草黑尾鹿黑尾鹿狮、狼的相关性：狮、狼的相关性：l 草草鹿相关，鹿相关，l 鹿鹿狼相关，狼相关，l 狼狼草相关。草相关。系系系系统统统统的的的的主主主主要要要要特特特特征征征征相相相相关关关关性性性性（三）相关性（三）相关性 鹿长期保持在鹿长期保持在40004000头左右，与捕食者美

40、洲狮、头左右，与捕食者美洲狮、狼达到了平衡。狮、狼是鹿的天敌，为了发展鹿群，狼达到了平衡。狮、狼是鹿的天敌，为了发展鹿群，采取灭天敌措施：采取灭天敌措施：19071907年年 灭天敌灭天敌狮、狼狮、狼 19181918年年 鹿鹿4 4万头万头 19251925年年 鹿鹿1010万头万头 19271927年年 鹿不足鹿不足4 4万头（两年死去万头（两年死去60%60%以上）以上）原因：原因：只注意了狼只注意了狼鹿相关性，未注意草鹿相关性，未注意草鹿，一定数量的狮、狼控制着鹿的数量，间接地鹿，一定数量的狮、狼控制着鹿的数量，间接地保护了草场不被过度损耗，保护了鹿群的生存条件，保护了草场不被过度损耗

41、，保护了鹿群的生存条件，也间接保护了鹿群，这就是捕食者与被捕食者之间也间接保护了鹿群，这就是捕食者与被捕食者之间相互依存、相互制约的相关关系。相互依存、相互制约的相关关系。系系系系统统统统的的的的主主主主要要要要特特特特征征征征相相相相关关关关性性性性 任何系统都是一个任何系统都是一个动态系统动态系统，都处于运动、发展，都处于运动、发展和变化之中，这种变化具有不确定性，据估算，人的和变化之中，这种变化具有不确定性，据估算，人的皮肤表层皮肤表层3-53-5天就代谢一次，两人几天不见面再相见天就代谢一次，两人几天不见面再相见时看到的皮肤就已经不是原来的物质了，两人为什么时看到的皮肤就已经不是原来的

42、物质了，两人为什么还能认识？非常熟悉的人，自己的亲戚，几年、十几还能认识？非常熟悉的人，自己的亲戚，几年、十几年、甚至几十年不见，这其间无疑发生了更大的变化，年、甚至几十年不见，这其间无疑发生了更大的变化，一旦重逢，会很快认出，这是为什么？一旦重逢，会很快认出，这是为什么？在这时刻都发生变化的同时，总还有许多东西保在这时刻都发生变化的同时，总还有许多东西保持着不变，我们将基本不变的状态持着不变，我们将基本不变的状态稳态稳态，事物的，事物的性质一般是它的稳态表现的性质。稳定状态通常是一性质一般是它的稳态表现的性质。稳定状态通常是一个范围，当由于某些原因使系统的状态偏离稳态时，个范围，当由于某些原

43、因使系统的状态偏离稳态时，在系统内部调节机制的作用下系统会自动复原，回到在系统内部调节机制的作用下系统会自动复原，回到稳态。稳态。系系系系统统统统的的的的主主主主要要要要特特特特征征征征稳稳稳稳定定定定性性性性与与与与变变变变异异异异性性性性（四）稳定性与变异性（四）稳定性与变异性 稳定性稳定性系统排除干扰、恢复到稳态系统排除干扰、恢复到稳态的特性，称为稳定性。的特性，称为稳定性。变易性变易性指系统的状态随时间的推移发指系统的状态随时间的推移发生变化。生变化。稳定性使系统在变化的环境中保持自我，稳定性使系统在变化的环境中保持自我，没有稳定性就不能认识系统，没有变异性没有稳定性就不能认识系统，没

44、有变异性系统就不能发展。系统就不能发展。系系系系统统统统的的的的主主主主要要要要特特特特征征征征稳稳稳稳定定定定性性性性与与与与变变变变异异异异性性性性第二节第二节 自然地理系统的整体性自然地理系统的整体性自然地理系自然地理系自然地理系自然地理系统的整体性统的整体性统的整体性统的整体性自然地理系统的概念自然地理系统的概念自然地理系统的概念自然地理系统的概念 自然地理系统自然地理系统自然地理系统自然地理系统的基本特征的基本特征的基本特征的基本特征整体特征整体特征层次性层次性开放性开放性稳定性与变异性稳定性与变异性 自然地理系统是自然地理系统是自然地理环境各组成成自然地理环境各组成成分，通过能量流

45、、物质流、信息流相互联系、分，通过能量流、物质流、信息流相互联系、相互转化组成的具有一定结构和功能的整体相互转化组成的具有一定结构和功能的整体。这些组成成分包括这些组成成分包括三个无机组成成分三个无机组成成分固体（岩石）、液体（水）、气体（大气）固体（岩石）、液体（水）、气体（大气）和和一个有机组成成分一个有机组成成分生物（动物、植物、生物（动物、植物、微生物，也有人主张包括人类）。微生物，也有人主张包括人类）。一、自然地理系统的概念一、自然地理系统的概念 1.自然地理系统的整体特征 指各组成要素相互联系、相互作用，构指各组成要素相互联系、相互作用，构成一个有机整体，其中，任一要素会影响其成一

46、个有机整体，其中，任一要素会影响其它要素。自然地理系统具有各单独组成部分它要素。自然地理系统具有各单独组成部分不具备的统一的结构、功能、和效应。不是不具备的统一的结构、功能、和效应。不是各要素单个作用的累加，而是各要素在相互各要素单个作用的累加，而是各要素在相互作用中形成的统一体。作用中形成的统一体。二、自然地理系统的基本特征二、自然地理系统的基本特征 2.自然地理系统的层次性 自然地理系统自然地理系统结构结构空间结构、时间结构空间结构、时间结构 自然地理系统自然地理系统功能功能系统内部、系统与外界的系统内部、系统与外界的物质和能量循环、交换。物质和能量循环、交换。垂直方向：垂直方向：4 4个

47、圈层个圈层 水平方向：水平方向：（1 1）陆地系统）陆地系统区域系统区域系统土地系统土地系统 （2 2）海洋系统）海洋系统海域系统海域系统水团系统水团系统结构整体性结构整体性空间结构和时间结构空间结构和时间结构空空间间结结构构是是各各组组成成要要素素的的分分布布格格局局。空空间间结结构构包包括括垂垂直直结结构构和和水水平平结结构构。垂垂直直结结构构包包括括大大气气圈圈、水水圈圈、岩岩石石圈圈。水水平平结结构构是是各各组组成成成成分分在在水水平平方方向向上上发发生生分分异异，如如从从赤赤道道到到极极地分为热带、温带、寒带。地分为热带、温带、寒带。时时间间结结构构是是维维持持空空间间结结构构在在状

48、状态态上上一一系系列列变变化化的的结结果果。时时间间结结构构使使地地球球表表层层从从简简单单到到复复杂不断发展进化的。杂不断发展进化的。自自然然地地理理系系统统的的基基本本特特征征 层层次次性性功能整体性功能整体性物物质质的的循循环环和和能能量量的的转转换换是是地地球球表表层层最最重重要要的的功功能能。从从地地球球表表层层内内部部看看，各各组组成成成成分分之之间间物物质质和和能能量量交交换换分为两种方式。分为两种方式。垂垂直直方方向向：岩岩石石地地下下水水地地表表水水土土壤壤空气以及贯穿于各成分的生物。空气以及贯穿于各成分的生物。水水平平方方向向：各各组组成成部部分分有有物物质质的的机机械械迁

49、迁移移和和物物理理过过程程、化学过程、生物代谢过程。化学过程、生物代谢过程。地地球球表表面面有有了了这这些些结结构构和和功功能能，才才有有可可能能把把四四个个圈圈层层融融合合成成一一个个统统一一的的动动态态系系统统，决决定定着地球表层的整体性。着地球表层的整体性。自自然然地地理理系系统统的的基基本本特特征征 层层次次性性3.自然地理系统的开放性 与外界持续地进行物质和能量的交换与外界持续地进行物质和能量的交换从地球表层的外部联系看：从地球表层的外部联系看：地球表层与外部系统（高层大气、宇宙、地幔、地球表层与外部系统（高层大气、宇宙、地幔、地核）有物质和能量的交换、转化。地核）有物质和能量的交换

50、、转化。能量的输入能量的输入是太阳能、地球内能等。是太阳能、地球内能等。能量的输出能量的输出是地面的长波辐射。是地面的长波辐射。物质输入物质输入 宇宙空间宇宙空间陨石、宇宙尘埃陨石、宇宙尘埃 地球内部地球内部侵入岩浆、原生水侵入岩浆、原生水 物质的输入是以地球内部为主，一次火山喷发，物质的输入是以地球内部为主，一次火山喷发，岩浆达几十亿立方米，而从宇宙中每年降到地面的陨岩浆达几十亿立方米，而从宇宙中每年降到地面的陨石不过石不过400400吨，宇宙尘埃就更少。吨，宇宙尘埃就更少。输出的物质输出的物质 主要靠地壳的构造运动，在板快的边缘处，会主要靠地壳的构造运动，在板快的边缘处，会有岩层离开地球表