全球陆地自然带的基本格局及其理论研究

1、第二章第二章 全球陆地自然带的基全球陆地自然带的基本格局及其理论研究本格局及其理论研究教学重点教学重点了解全球陆地主要自然带的形成、分布及其基本了解全球陆地主要自然带的形成、分布及其基本特点，掌握特点，掌握地理环境的整体性与差异性地理环境的整体性与差异性。借助自然地理环境的借助自然地理环境的地域分异规律地域分异规律，对世界自然，对世界自然地理环境进行区域分异研究。地理环境进行区域分异研究。内容结构内容结构陆地自然带的形成与分布陆地自然带的形成与分布 自然带的形成自然带的形成全球自然带的分布及全球自然带的分布及主要自然带的定量特征主要自然带的定量特征自然地理环境的整差理论和地域分异自然地理环境的

2、整差理论和地域分异 自然地理环境的地域分异自然地理环境的地域分异 自然地理环境的整体性与差异性自然地理环境的整体性与差异性第一节第一节 陆地自然带的形成与分布陆地自然带的形成与分布一、自然带一、自然带(Physical Zone)(Physical Zone)的形成的形成定义定义地球表层中城南北更替，东西延伸的复杂的自然综合体。地球表层中城南北更替，东西延伸的复杂的自然综合体。 特点特点一定的一定的热量、水分的组合热量、水分的组合代表性的代表性的植被、土壤类型植被、土壤类型占优势的、特有的占优势的、特有的景观型景观型命名命名以植被类型命名以植被类型命名早寒武纪早寒武纪中泥盆纪中泥盆纪( (鱼类

3、时代鱼类时代) )石炭石炭二叠纪自然带二叠纪自然带晚侏罗纪晚侏罗纪古新世（早第三纪早期）古新世（早第三纪早期）中新世（晚第三纪时期）中新世（晚第三纪时期）（二）、自然带的形成与时空演化（二）、自然带的形成与时空演化在白垩纪在白垩纪新生代时期植被分布基础上延续下来新生代时期植被分布基础上延续下来延续延续：赤道带和热带自然带（保留至今的第三纪植物：赤道带和热带自然带（保留至今的第三纪植物群、风化壳和古土壤）；群、风化壳和古土壤）；变化或分化变化或分化：亚热带自然带、北半球温带草原和荒漠：亚热带自然带、北半球温带草原和荒漠带、温带林中的阔叶林亚带；带、温带林中的阔叶林亚带；年轻类型年轻类型：温带森林

4、中的针叶林亚带或亚寒带针叶林：温带森林中的针叶林亚带或亚寒带针叶林带（中新世或上新世）、苔原带（第四纪）带（中新世或上新世）、苔原带（第四纪）（三）对自然带演化意义的认识（三）对自然带演化意义的认识发现者发现者B.B.B.B.道库恰耶夫（俄国自然地理、土壤学家）道库恰耶夫（俄国自然地理、土壤学家）自然带是复杂的自然综合体自然带是复杂的自然综合体由众自然要素共同组成由众自然要素共同组成其理论与实践意义极大其理论与实践意义极大其演化与人类活动关系密切其演化与人类活动关系密切全球变化与自然带演化全球变化与自然带演化GCTE (Global Change and Terrestrial Ecosyst

5、em)全球变化与陆地生态系统全球变化与陆地生态系统 （Global Change and Terrestrial Ecosystem; GCTE）：是国际地圈生物）：是国际地圈生物圈计划圈计划(International Geosphere-Biosphere Program，IGBP)的核心研究计划之一。的核心研究计划之一。旨在分析全球尺度上大气成分、气象、人类活动和旨在分析全球尺度上大气成分、气象、人类活动和其他环境变化对陆地生态系统结构和功能的影响，其他环境变化对陆地生态系统结构和功能的影响，预测未来全球变化对农业、林业、土壤和生态系统预测未来全球变化对农业、林业、土壤和生态系统复杂性的

6、影响（复杂性的影响（1992年开始）。年开始）。 目标目标（1）预测气候、大气成分、土地利用的变化对陆地生）预测气候、大气成分、土地利用的变化对陆地生态系统包括农业系统和经营性森林系统的影响。态系统包括农业系统和经营性森林系统的影响。 （2）确定这些影响将如何对大气和物理气候系统产生）确定这些影响将如何对大气和物理气候系统产生反馈。反馈。 主要研究内容主要研究内容（1）生态系统生理学生态系统生理学：CO2增加的效应；增加的效应；生物生物地球化学方面的变化；地球化学方面的变化；植被变化对水和能量通量植被变化对水和能量通量的影响；的影响；综合研究（全球变化条件下生态系统生综合研究（全球变化条件下生

7、态系统生理学的综合模式；陆地生态系统中的碳储库与碳通理学的综合模式；陆地生态系统中的碳储库与碳通量）。量）。 （2）生态系统结构的变化）生态系统结构的变化：局地尺度动力学；局地尺度动力学；局地至区域尺度的模式；局地至区域尺度的模式；关于元素循环和气候反关于元素循环和气候反馈的区域尺度至全球尺度植被变化模式。馈的区域尺度至全球尺度植被变化模式。 （3）全球变化对农业和林业的影响全球变化对农业和林业的影响：全球变化全球变化对主要农作物种类的影响；对主要农作物种类的影响；害虫、疾病和杂草害虫、疾病和杂草的变化；的变化；全球变化对土壤的影响；全球变化对土壤的影响；多种（复多种（复杂）农业系统的综合实验

8、和模拟计划。杂）农业系统的综合实验和模拟计划。 （4）全球变化与生态复杂性全球变化与生态复杂性：生物多样性和生生物多样性和生态复杂性对生态系统功能的影响；态复杂性对生态系统功能的影响；全球变化对全球变化对生物多样性和复杂性的综合影响；生物多样性和复杂性的综合影响；全球变化对全球变化对孤立种群变化性的影响。孤立种群变化性的影响。http:/ （国际地圈-生物圈计划中国委员会）LUCC ( (Land-Use and Land-Cover Change)是是1992年年IGBP与与IHDP (International Human Dimensions Programme on Global En

9、vironmental Change)正式确立的共同的核心计划正式确立的共同的核心计划(Land-Use and Land-Cover Change, LUCC) ,其目的在于提示人类其目的在于提示人类赖以生存的地球环境系统与人类日益发展的生产系赖以生存的地球环境系统与人类日益发展的生产系统（农业化、工业化城市化等）之间相互作用的统（农业化、工业化城市化等）之间相互作用的基本过程。基本过程。 其思想与认识的基础其思想与认识的基础认识过去和未来土地覆盖变化的影响是研究全球环境变化及其认识过去和未来土地覆盖变化的影响是研究全球环境变化及其人类驱动力和影响的核心，人类驱动力和影响的核心，包括天文学、

10、气候系统、生物地球包括天文学、气候系统、生物地球化学循环、生态复杂性和土地退化及其农业和居住地的影响。化学循环、生态复杂性和土地退化及其农业和居住地的影响。土地覆盖建模土地覆盖建模需要更新的土地利用资料需要更新的土地利用资料；没有确凿懂得土地利；没有确凿懂得土地利用和土地利用变化因素的知识，就不可能预测未来土地覆盖的用和土地利用变化因素的知识，就不可能预测未来土地覆盖的状态。状态。土地利用的土地利用的主要决定因子是人口统计学因素主要决定因子是人口统计学因素，如人口的数量和，如人口的数量和密度，技术，富裕程度，政治结构，经济因素。密度，技术，富裕程度，政治结构，经济因素。一个重要的基础研究是一个

11、重要的基础研究是认识这些因子怎样相互作用从而驱动土认识这些因子怎样相互作用从而驱动土地覆盖变化的地覆盖变化的，或土地覆盖的设计怎样才能用来规划将来的土，或土地覆盖的设计怎样才能用来规划将来的土地利用格局、将来土地覆盖率变化的速率及将来土地覆盖的状地利用格局、将来土地覆盖率变化的速率及将来土地覆盖的状态。态。为了加深我们对土地利用变化及其对全球系统贡献的认识，为了加深我们对土地利用变化及其对全球系统贡献的认识，必必须结合有关的实例研究须结合有关的实例研究对土地覆盖变化及相关的社会对土地覆盖变化及相关的社会-政治政治-经经济条件进行分类。济条件进行分类。必须通过分类及实例研究所获得的知识发展区域的

12、和全球的土必须通过分类及实例研究所获得的知识发展区域的和全球的土地利用地利用/土地覆盖变化模型。土地覆盖变化模型。1996年通过的年通过的LUCC研究计划以研究计划以五个中心问题为导五个中心问题为导向：向：近近300年来人类利用（年来人类利用（Human use）导致的土地覆）导致的土地覆盖的变化；盖的变化；人类土地利用发生变化的主要原因；人类土地利用发生变化的主要原因；土地利用的变化在今后土地利用的变化在今后50年如何改变土地覆盖；年如何改变土地覆盖；人类和生物物理的直接驱动力对特定类型土地利人类和生物物理的直接驱动力对特定类型土地利用可持续发展的影响；用可持续发展的影响；全球气候变化及生物

13、地球化学变化与土地利用与全球气候变化及生物地球化学变化与土地利用与覆盖之间的相互影响。覆盖之间的相互影响。目前其确定的有关研究重点目前其确定的有关研究重点：土地覆盖变化状况的评估；土地覆盖变化状况的评估；全球土地利用与土地覆盖变化的建模与预测；全球土地利用与土地覆盖变化的建模与预测；全球、区域和局地不同空间尺度土地利用和土地覆全球、区域和局地不同空间尺度土地利用和土地覆盖变化的不同驱动力之间的联系；盖变化的不同驱动力之间的联系；数据开发活动与数据信息系统（数据开发活动与数据信息系统（DISDIS）。）。 BAHC （Biospheric Aspects of the Hydrological）

14、生物圈的水循环方面（生物圈的水循环方面（Biospheric Aspects of the Hydrological，BAHC）19931998年年基本问题基本问题：植被是如何与水文循环的物理过程相互作用的？：植被是如何与水文循环的物理过程相互作用的？ 目标目标（1）通过野外测量，确定生物圈对水文循环的控）通过野外测量，确定生物圈对水文循环的控制，发展从小块植被的到大气环流模式（制，发展从小块植被的到大气环流模式（GCM）网络单元时空尺度上的土壤网络单元时空尺度上的土壤-植被植被-大气系统中能量大气系统中能量和水通量模式；和水通量模式；（2）建立能被用于描述生物圈与地球物理系统间）建立能被用于

15、描述生物圈与地球物理系统间的相互作用、以及能被用于验证这类相互作用模拟的相互作用、以及能被用于验证这类相互作用模拟结果的适当数据库结果的适当数据库。主要研究内容：主要研究内容：（1）发展和验证一维土壤发展和验证一维土壤-植被植被-大气传输（大气传输（SVAT）模）模式式：验证验证SVAT模式模式能量、水和碳通量的野外研能量、水和碳通量的野外研究；究；选择、评价和改进研究局地尺度通量的恰当的选择、评价和改进研究局地尺度通量的恰当的SVAT模式模式模拟研究活动；模拟研究活动；为应用为应用SVAT模式确模式确定世界范围内植被的功能类型；定世界范围内植被的功能类型；运用运用SVAT模式分析模式分析未来

16、的全球变化对不同的生物群落类型和不同气候下未来的全球变化对不同的生物群落类型和不同气候下的水文过程的影响。的水文过程的影响。（2）陆面特征和通量的区域尺度研究陆面特征和通量的区域尺度研究实验、解释实验、解释和模拟和模拟：研究从局地到区域尺度上陆面的不均匀性研究从局地到区域尺度上陆面的不均匀性和地形对陆地和地形对陆地-大气相互作用影响；大气相互作用影响；优先设计和协调优先设计和协调区域尺度上的陆面实验，以研究植被、大气和水文过区域尺度上的陆面实验，以研究植被、大气和水文过程；程；为区域尺度陆面过程发展一般性的参数化方案为区域尺度陆面过程发展一般性的参数化方案。（3）生物圈生物圈-水圈相互作用的多

17、样性水圈相互作用的多样性-时间和空间变化时间和空间变化性：性：时间尺度上的综合研究；时间尺度上的综合研究；土壤、养分和碳的土壤、养分和碳的水载运移；水载运移；描述陆面的特征以评价和模拟地面数据描述陆面的特征以评价和模拟地面数据缺乏的地区。缺乏的地区。（4）天气发生器计划（天气发生器计划（Weather Generator Project ）：生态和水文研究及其相关的管理目标和数据的需生态和水文研究及其相关的管理目标和数据的需求；求；发展天气发生器；发展天气发生器；促进答对天气发生器和数促进答对天气发生器和数据库的使用。据库的使用。http:/ Rain Forest Zone)(Tropica

18、l Rain Forest Zone)热带稀树草原带热带稀树草原带(Savanna Zone)(Savanna Zone)热带荒漠带热带荒漠带(Tropical Desert Zone)位于副热带高压位于副热带高压带和信风带的背带和信风带的背风侧风侧亚热带荒漠草原带亚热带荒漠草原带(Subtropical Desert Steppe Zone)热带荒漠带与热带荒漠带与亚热带森林带亚热带森林带之间之间亚热带森林带亚热带森林带( (Subtropical Forest ZoneSubtropical Forest Zone) )分布于亚热带的大陆东岸、西岸分布于亚热带的大陆东岸、西岸温带荒漠带（温

19、带荒漠带（Temperate Desert Zone）主要分布在亚欧大陆内部和北美大陆西部的一些山间主要分布在亚欧大陆内部和北美大陆西部的一些山间高原上，在南美大陆南部的东侧也有所表现。高原上，在南美大陆南部的东侧也有所表现。温带草原带温带草原带(Temperate Steppe Zone)北半球表现非常典型，如亚欧大陆中部北半球表现非常典型，如亚欧大陆中部温带阔叶林带（温带阔叶林带（Temperate Broad-Leaved Forest Zone）主要分布在温带大陆的东部和主要分布在温带大陆的东部和西部西部亚寒带针叶林带（亚寒带针叶林带（Sub- Boreal Coniferous Fo

20、rest Zone）亚欧大陆北部及北美大陆北部（全球性的自然带）亚欧大陆北部及北美大陆北部（全球性的自然带）苔原带（苔原带（Tundra Zone）亚欧大陆及北美大陆的最北部及北极的众多岛屿亚欧大陆及北美大陆的最北部及北极的众多岛屿冰原带（冰原带（Ice Sheet Zone）几乎占据南极大陆全部、格陵兰岛大部及极地的许多岛屿几乎占据南极大陆全部、格陵兰岛大部及极地的许多岛屿（二）主要自然带的定量特征（二）主要自然带的定量特征自然带的核心子系统：生态系统自然带的核心子系统：生态系统生态系统的生物量和生产率生态系统的生物量和生产率可以作为人类对自然地理环可以作为人类对自然地理环境的境的诊断指标诊

21、断指标（衡量和考察：自然地理环境功能退化与（衡量和考察：自然地理环境功能退化与否，生产潜力发挥的程度如何，人类对生态系统的管理否，生产潜力发挥的程度如何，人类对生态系统的管理水平和对自然资源合理利用的效果如何）。水平和对自然资源合理利用的效果如何）。在陆地自然带中森林生态系统的生物量和生产率最高，在陆地自然带中森林生态系统的生物量和生产率最高，草原生态系统次之，而荒漠生态系统最低。草原生态系统次之，而荒漠生态系统最低。表：主要景观地带定量特征表：主要景观地带定量特征 指指 标标 景观地带景观地带年辐射年辐射平衡平衡/kJcm-2日平均气温日平均气温10的的积温积温/年降水量年降水量/mm年蒸发

22、量年蒸发量/mm植物量植物量/t.hm-2植物群体年产植物群体年产量量/t.hm2.a-1冻土地带冻土地带5484600300500100250282.5泰加林地带泰加林地带1051261 0001 8003008002505002607阔叶林地带阔叶林地带1462302 4004 000600100040060040013草原地带草原地带1462093 0003 500400500350500208温带荒漠地带温带荒漠地带1882303 5005 0002502504.51.5地中海地带地中海地带2512725 0007 50050080040060017016亚热带荒漠地带亚热带荒漠地带2

23、302936 0009 00010010021热带荒漠地带热带荒漠地带2933149 00010 00050501.51典型萨王纳群落典型萨王纳群落地带地带31410 0005001 0005009004012热带雨林地带热带雨林地带2512729 0009 7001 5002 000900125065040资料来源：景贵和（引自伊萨钦科）资料来源：景贵和（引自伊萨钦科）. .综合自然地理学综合自然地理学. .长春：东北师范大学出版社，长春：东北师范大学出版社，19861986第二节第二节 自然地理环境的整体性自然地理环境的整体性与差异性理论和地域分异与差异性理论和地域分异（Regional

24、Differentiation）一、自然地理环境的整体性与差异性（一、自然地理环境的整体性与差异性（The Integrity and Differences of the Physical Geographic Environment）内在联系性内在联系性能量转换和物质循环能量转换和物质循环是自然地理环境最基本的运动形式，是自然地理环境最基本的运动形式，在其运动的过程中，自然地理环境的某一要素必然影响另在其运动的过程中，自然地理环境的某一要素必然影响另外的要素，某一部分必然影响另外的部分，它们相互作用外的要素，某一部分必然影响另外的部分，它们相互作用、相互联系，共同组成、相互联系，共同组成自

25、然地理环境的整体自然地理环境的整体。该属性是。该属性是整整体性最基本的内容。体性最基本的内容。空间组合性空间组合性在自然地理环境内部，各组成要素和组成部分按在自然地理环境内部，各组成要素和组成部分按纬向地带纬向地带性规律性规律，以一定的方式进行排列组合，从而呈现其特定的，以一定的方式进行排列组合，从而呈现其特定的空间结构。该属性是空间结构。该属性是内在联系性在空间上的反映内在联系性在空间上的反映。动态演变性动态演变性 自然地理环境自然地理环境外部的能量和物质输入具有可变性和阶段性外部的能量和物质输入具有可变性和阶段性，同时，所有，同时，所有组成要素和组成部分都有自身演化发展组成要素和组成部分都

26、有自身演化发展的特的特点，从而使自然地理环境的整体始终处在不断演化发展的点，从而使自然地理环境的整体始终处在不断演化发展的过程中。该属性是过程中。该属性是内在联系性在时间上的反映内在联系性在时间上的反映。整体性整体性水水土土流流失失土壤侵蚀土壤侵蚀表土流失，肥力下降表土流失，肥力下降地貌变化地貌变化侵蚀沟谷，沟壑纵横侵蚀沟谷，沟壑纵横水文变化水文变化泥沙淤积，泛滥平原泥沙淤积，泛滥平原植被退化植被退化植被下降，逐渐消失植被下降，逐渐消失气候变化气候变化蒸发加剧，趋于干旱蒸发加剧，趋于干旱森林减少森林减少土壤腐殖质减少水土流失加剧土壤肥力下降仅存人工林天然次生林滞留降水功能降低洪水断流沟谷综合纵

27、横岩石裸露风化加速东半球东北部、亚欧大陆东部东半球东北部、亚欧大陆东部地形地形（地势、起伏、结构）（地势、起伏、结构）气候气候（类型、复杂、大陆性、季风）（类型、复杂、大陆性、季风）河流河流（数量、内流（数量、内流区、辐射状）区、辐射状）土壤土壤（类型复杂、（类型复杂、齐全）齐全）植被植被（类型复杂、（类型复杂、齐全）齐全）动物动物（大陆型为（大陆型为主）主）亚洲自然地理环境的总体亚洲自然地理环境的总体特征特征差异性差异性 纬向地带性即地表自然地理现象纬向地带性即地表自然地理现象近于东西向延伸、呈南北更替的近于东西向延伸、呈南北更替的带状规律性带状规律性。纬向地带性差异是。纬向地带性差异是由太

28、阳热力因素造成由太阳热力因素造成的，即地球是的，即地球是一个运动中的椭球体，太阳辐射能在地表分布不均而呈东西向带状一个运动中的椭球体，太阳辐射能在地表分布不均而呈东西向带状分布的缘故。分布的缘故。 非纬向地带性即地表自然地理现象的分布非纬向地带性即地表自然地理现象的分布呈偏离纬向地带性规律呈偏离纬向地带性规律的特性。的特性。海陆分布、地质构造、地形起伏和洋流等都属于非地带性海陆分布、地质构造、地形起伏和洋流等都属于非地带性因素因素，由这些因素所导致的气温、降水、土壤、植被等的经向地带，由这些因素所导致的气温、降水、土壤、植被等的经向地带性或区域性分布，都是非地带性的具体表现。性或区域性分布，都

29、是非地带性的具体表现。 纬向地带性纬向地带性非纬向地带性非纬向地带性 经向地带性属于非地带性规律之一。它是指自然经向地带性属于非地带性规律之一。它是指自然地理现象近于南北延伸、东西更替的带状分布规律性，表现为大气地理现象近于南北延伸、东西更替的带状分布规律性，表现为大气湿度、降水等因素自海岸向内陆递减及其所引起的自然地理特征的湿度、降水等因素自海岸向内陆递减及其所引起的自然地理特征的东西变异。经向地带性是因海陆分布、山脉南北走向等因素而造成东西变异。经向地带性是因海陆分布、山脉南北走向等因素而造成的。的。经向地带性经向地带性 垂直地带性亦称垂直地带性亦称“垂直带性垂直带性”，一般指高山地区自然，一般指高山地区自然地理现象随高度递变而呈现的规律性。高山垂直递变现象的产生同温地理现象随高度递变而呈现的规律性。高山垂直递变现象的产生同温度向上迅速减低、降水与湿度在一定限度内向上增加有关。在不同的度向上迅速减低、降水与湿度在一定限度内向上增加有关。在不同的地理地带中，垂直带有不同的表现图式。在同一地理地带内，因山体地理地带中，垂直带有不同的表现图式。在同一地理地带内，因山体大小、坡向、高度、距海远近等的不同，垂直带的表现图式也不尽相大小、坡向、高度、距海远近等的不同，垂直带的表现图式也不尽相同。同。垂直地带性垂直地带性第一级第一级全球自然地理环境的整体性与差异性全球自然地理环境的整体性与