1、第三章 自然地理系統(tǒng)的物質(zhì)與能量結(jié)構(gòu),重點(diǎn)：自然地理系統(tǒng)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)、 要素結(jié)構(gòu)、能量結(jié)構(gòu)。 難點(diǎn)：從物質(zhì)與能量循環(huán)的角度說 明部分與整體的關(guān)系。,一、物質(zhì)元素組分組成結(jié)構(gòu) 二、物質(zhì)循環(huán)結(jié)構(gòu),第一節(jié) 自然地理系統(tǒng)的物質(zhì)結(jié)構(gòu),一、物質(zhì)組分組成結(jié)構(gòu),一類是無機(jī)組分，另外一類為有機(jī)組分。 固態(tài)巖石 無機(jī)組分 液態(tài)水 氣態(tài)空氣 有機(jī)組分活質(zhì)有機(jī)體,三種無機(jī)組分在自然地理系統(tǒng)有規(guī)律地構(gòu)成三個(gè)相互滲透又相互獨(dú)立的物質(zhì)圈層（沉積巖石圈、水圈和大氣圈）。 每一個(gè)圈層的內(nèi)部，除了各有一種占絕對(duì)優(yōu)勢的主要組分（沉積巖石圈的巖石、水圈的水、大氣圈的空氣）以外，還有一定數(shù)量的其他組分混雜滲透其間。,一、物質(zhì)組分組成結(jié)構(gòu)

2、,在自然地理系統(tǒng)中，除了上述四種基本組成成分外，還有多種次生的組成成分。這些次生的組成成分是四種基本組成成分相互作用的結(jié)果，又稱為衍生物。衍生物一般集中分布于大氣圈、水圈和巖石圈直接接觸和聯(lián)系最緊密的部位，即自然地理系統(tǒng)的界面上。,一、物質(zhì)組分組成結(jié)構(gòu),自然地理系統(tǒng)的衍生物主要有以下幾種類型： （1）陸地表面巖石風(fēng)化殼及其表層的土壤，主要分布于大氣圈和巖石圈的界面上； （2）覆蓋于巖石圈表面的大陸冰川，分布在大氣圈和巖石圈的界面上； （3）富含生物有機(jī)體的海底軟泥、湖底腐泥和沼澤泥炭等類現(xiàn)代沉積物，分布在水圈和巖石圈的界面上,一、物質(zhì)組分組成結(jié)構(gòu),從總的來看，自然地理系統(tǒng)的物質(zhì)，既廣泛分布，又

3、相對(duì)集中。各種組成成分在不同的圈層中都有分布，而他們又相對(duì)集中于某一圈層。這就是自然地理系統(tǒng)物質(zhì)組成的廣布性、集中性和成層性。,一、物質(zhì)組分組成結(jié)構(gòu),（二） 組成要素,1. 大氣圈的基本組成成分為空氣，主要的組成要素為氮（N2）、氧（O2）、氬（Ar）、二氧化碳（CO2）和水汽（H2O）等元素態(tài)氣體及其化合物，另外還有固體雜質(zhì)等。 2. 水圈是由各種水體（海洋、江河、湖泊和地下水等）所組成。這些天然水體則為復(fù)雜的混合液，含有多種溶解質(zhì)。,天然水中的溶解性氣體多呈分子狀態(tài)，主要由溶解氧（O2）、二氧化碳（CO2）、硫化氫（H2S）、氮?dú)猓∟2）、甲烷（CH4）和氦（He）等。 天然水中的大部分元

4、素呈離子狀態(tài)，主要由氯離子（CL-）、鈉離子（Na+）和鉀離子（K+）、鈣離子（Ca2+）、鎂離子（Mg2+）、重碳酸根（HCO3-）、碳酸根（CO32-）、硫酸根（SO42-）等。 一般說來，海水的溶解質(zhì)以氯化物為主，陸地水的溶解質(zhì)以碳酸鹽類為主。此外，地下水中還富含生物的分解物質(zhì)，如硝酸根（NO3-）、亞硝酸根（NO2-）和銨離子（NH4+）等。,3. 沉積巖石圈的主要組成成分是粘土和泥質(zhì)頁巖、砂巖和灰?guī)r等，其組成要素主要為氧、硅、鋁、鐵、鈣、氫、碳、鈉、鉀、鎂等元素及其化合物SiO2、AI2O3、CaO、CO2、H2O、Fe2O3、K2O、MgO、Na2O等。,表3.1 自然地理系統(tǒng)的元

5、素組分組成結(jié)構(gòu)表,二、物質(zhì)循環(huán)結(jié)構(gòu),一種是物質(zhì)循環(huán)，一種是能量轉(zhuǎn)化。 二者是辯證統(tǒng)一的。能量轉(zhuǎn)化是物質(zhì)循環(huán)的動(dòng)力基礎(chǔ)，物質(zhì)循環(huán)是能量轉(zhuǎn)化得以實(shí)現(xiàn)的保證。 正是這樣，自然地理系統(tǒng)才能不斷向前發(fā)展。,這四種類型的物質(zhì)循環(huán)，既代表了無機(jī)圈層之間以及生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部物質(zhì)流通過程，也反映了自然地理系統(tǒng)物質(zhì)組分的“固、液、氣”三種形態(tài)的轉(zhuǎn)變。,地質(zhì)循環(huán) 水分循環(huán) 大氣循環(huán) 生物循環(huán),四大循環(huán),在自然地理系統(tǒng)中，巖石圈的內(nèi)部以及與其環(huán)境之間所存在的物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化過程，稱為地質(zhì)循環(huán)。 地質(zhì)循環(huán)是在一定的能流驅(qū)使下進(jìn)行的，比較明顯易于觀察到的動(dòng)因是地表水循環(huán)。 地質(zhì)循環(huán)的全過程實(shí)際蘊(yùn)含著太陽能與地球內(nèi)能的一系列

6、轉(zhuǎn)化及其相應(yīng)的四種作用過程：風(fēng)化剝蝕作用、搬運(yùn)作用、沉積作用、構(gòu)造作用。,1. 地質(zhì)循環(huán),總之，巖石圈的物質(zhì)循環(huán)是由四個(gè)基本過程構(gòu)成的。巖石圈風(fēng)化物滲入水圈、大氣圈和生物圈；另一方面水圈中、大氣圈中和生物體中的物質(zhì)又返還巖石圈中，從而完成地質(zhì)循環(huán)，并形成自然地理系統(tǒng)特有的發(fā)生體沉積巖。,物質(zhì)循環(huán)結(jié)構(gòu)地質(zhì)循環(huán),2. 大氣循環(huán),在自然地理系統(tǒng)中，有相當(dāng)一部分的物質(zhì)和能量，是通過大氣循環(huán)的方式進(jìn)行輸入和輸出的。 大氣循環(huán)是指大氣圈及其與環(huán)境之間存在的物質(zhì)循環(huán)與能量轉(zhuǎn)化過程。它包括大氣圈內(nèi)的物質(zhì)循環(huán)和大氣圈及其圈層之間的循環(huán)。,大氣循環(huán)運(yùn)動(dòng)的基本形式大氣環(huán)流。 大氣環(huán)流按其空間范圍和規(guī)模的大小，大致可

7、分為全球性環(huán)流系統(tǒng)、海陸間季風(fēng)型環(huán)流系統(tǒng)和地區(qū)性環(huán)流系統(tǒng)等不同層次。 形成大氣環(huán)流的原動(dòng)力來源于太陽輻射能，但是不同規(guī)模的大氣環(huán)流，又各有其不同的形成因素。在物質(zhì)能量系統(tǒng)中，大氣環(huán)流具有重要的意義和作用。,物質(zhì)循環(huán)結(jié)構(gòu)大氣循環(huán),大氣環(huán)流在輸運(yùn)物質(zhì)與能量上作用很大。如在赤道上發(fā)生的環(huán)流圈，平均每秒流動(dòng)2104噸空氣，因此他也不斷地改變著自然地理系統(tǒng)中能量、物質(zhì)、水分和其他物質(zhì)的分配。 大氣圈與其它圈層的循環(huán)在太陽能的作用下，其它圈層的水體可以通過蒸騰和蒸發(fā)進(jìn)入大氣層中。據(jù)計(jì)算，每年約有52km3的水量進(jìn)入大氣層。,物質(zhì)循環(huán)結(jié)構(gòu)大氣循環(huán),巖石圈進(jìn)入大氣圈的物質(zhì)主要是塵埃（通過風(fēng)力、火山爆發(fā)和燃燒）

8、。據(jù)估算全球每年有50座左右的火山噴發(fā)，向大氣中排放數(shù)百萬噸的塵埃和火山灰等。 大氣環(huán)流最顯著的作用在于傳輸大氣中所含的各種物質(zhì)元素和貯存的熱能，不斷對(duì)地表的熱量和水分的空間分配進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而形成各種氣候、促使天氣發(fā)生變化。,物質(zhì)循環(huán)結(jié)構(gòu)大氣循環(huán),水循環(huán)是指在自然地理系統(tǒng)中，水圈的內(nèi)部及其外部圈層之間的物質(zhì)循環(huán)與能量轉(zhuǎn)化過程。 水循環(huán)可分為大循環(huán)和小循環(huán)兩種。 在自然地理系統(tǒng)的物質(zhì)能量系統(tǒng)中，水循環(huán)既是協(xié)調(diào)各圈層之間能量轉(zhuǎn)化的物質(zhì)因素，又是溝通各圈層物質(zhì)聯(lián)系、促成地質(zhì)循環(huán)的主要?jiǎng)恿σ蛩?，同時(shí)他還參與大氣循環(huán)及生物循環(huán)的全過程，并起著重要作用。,3. 水分循環(huán),水循環(huán)運(yùn)動(dòng)具有多方面的作用和重要的

9、地理意義：,它是巖石圈風(fēng)化殼產(chǎn)生機(jī)械輸運(yùn)作用、促使地表各種化學(xué)元素遷移的主要?jiǎng)右颍?它是陸地上雕塑各種地貌形態(tài)、形成各種水域的重要機(jī)制； 它是維持生物生命活動(dòng)、形成地表生態(tài)系統(tǒng)中水膠體系的基本條件，是溝通無機(jī)界與有機(jī)界物質(zhì)聯(lián)系的紐帶。,4. 生物循環(huán),在自然地理系統(tǒng)中，圍繞有機(jī)界發(fā)生的物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化過程稱為生物循環(huán)。生物循環(huán)是更高級(jí)的物質(zhì)循環(huán)形式。 生物循環(huán)的基本途徑有兩種：一種是植物和微生物作為巖石風(fēng)化殼及其土壤與大氣之間的物質(zhì)聯(lián)系環(huán)節(jié)，而直接參與地質(zhì)循環(huán)、水循環(huán)和大氣循環(huán)運(yùn)動(dòng)過程；并通過他們自身的生物物理和生物化學(xué)作用，而促進(jìn)水分循環(huán)以及水遷移元素和空氣遷移元素在地球表層的循環(huán)。,另一

10、種途徑是通過各種生物的生命活動(dòng)與其無機(jī)環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換（包括能量轉(zhuǎn)化），亦即通過生物的新陳代謝作用，而促使自然地理系統(tǒng)的無機(jī)物和有機(jī)物在更廣泛的范圍內(nèi)進(jìn)行循環(huán)。 生物循環(huán)集中表現(xiàn)在生物的新陳代謝過程中。任何有機(jī)體的存在和發(fā)展都是依靠從外界攝取和積累物質(zhì)和能量，并消耗和分解這些物質(zhì)和能量來維持，這些就是生物新陳代謝的兩個(gè)方面，即同化過程和異化過程。,物質(zhì)循環(huán)結(jié)構(gòu)生物循環(huán),生物循環(huán)的重要作用表現(xiàn)在： 綠色植物通過光合作用把太陽能轉(zhuǎn)化為生物能，為一切生命活動(dòng)奠定了能量基礎(chǔ)，成為生物進(jìn)化的原始動(dòng)力，從而推動(dòng)著自然地理系統(tǒng)不斷向前發(fā)展； 生物作為土壤植物大氣之間的一個(gè)聯(lián)系環(huán)節(jié)，成為物質(zhì)與能量相互交換的一

11、個(gè)重要通道； 生物循環(huán)對(duì)于能量的貯存和消耗，對(duì)于化學(xué)元素的遷移和積累，對(duì)于碳循環(huán)、氮循環(huán)、氧循環(huán)和其他有關(guān)成分的循環(huán)等具有明顯的作用； 更為重要的是生物循環(huán)實(shí)現(xiàn)了有機(jī)界與無機(jī)界之間的轉(zhuǎn)化。,物質(zhì)循環(huán)結(jié)構(gòu)生物循環(huán),第二節(jié) 自然地理系統(tǒng)的要素結(jié)構(gòu),氣候要素及其作用過程 地貌要素及其作用過程 水文要素及其作用過程 生物要素及其作用過程 土壤要素及其作用過程 巖石要素及其作用過程 六大要素及作用過程,一、氣候要素及其作用過程,大氣是自然地理系統(tǒng)的重要組成部分和最活躍的要素，在地理環(huán)境物質(zhì)交換與能量轉(zhuǎn)化中是一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)。大氣層中天氣系統(tǒng)的生成與消亡，發(fā)展與運(yùn)動(dòng)，是全球氣候的基礎(chǔ)。 大氣層是使生物免

12、受有害輻射的保護(hù)層，其所含氣體還滿足植物、動(dòng)物維持生命的需要。,氣候過程主要是通過氣候模式來體現(xiàn)的。 目前常見的氣候模式主要有以下幾種： 1. GCM模式典型的動(dòng)力學(xué)模式 2. 能量平衡模式出發(fā)點(diǎn)是氣候系統(tǒng)趨向能量平衡 3. 熵模式氣候狀態(tài)的定態(tài)，最小熵交換只適用于這種狀態(tài)，偏離定態(tài)，其假定不能成立。,自然地理系統(tǒng)的要素結(jié)構(gòu)氣候要素,二、地貌要素及其作用過程,地貌是自然地理系統(tǒng)中的一個(gè)重要因素，它與人類生活和生產(chǎn)活動(dòng)關(guān)系極為密切。 地貌是內(nèi)外力作用下的產(chǎn)物，在地貌發(fā)育過程中，兩種力量是同時(shí)出現(xiàn)，彼此消長，相互作用，相互影響的。在地球表面長期演化過程中，內(nèi)力作用與外力作用在數(shù)量上或強(qiáng)度上都具有同

13、等重要的意義，兩者趨于動(dòng)態(tài)平衡。,從地貌的長期發(fā)展史來看，內(nèi)力在地表變化過程中通常起著構(gòu)成地表大型地貌骨架的作用，或隆起成為高山高原，或下沉成為海洋盆地。而外力作用主要是將地表夷平，使高地削蝕，低地填高，且在此過程中塑造出各種豐富多彩的外力地貌。,自然地理系統(tǒng)的要素結(jié)構(gòu)地貌要素,在地貌學(xué)發(fā)展史上，對(duì)于地表形態(tài)的認(rèn)識(shí)和總結(jié)，曾經(jīng)歷了幾個(gè)重要階段，每個(gè)階段都有一批地貌學(xué)家把各自的學(xué)說或理論綜合成一定的思維程序或概念組合，并通過這些表達(dá)了他們對(duì)于地貌過程的理解程度。 W.M.戴維斯 、W.彭克、突變論,自然地理系統(tǒng)的要素結(jié)構(gòu)地貌要素,1. 戴維斯模型 戴維斯于1899年創(chuàng)立了“地理循環(huán)（The ge

14、ographical cycle）”學(xué)說（又稱侵蝕循環(huán)）。該學(xué)說認(rèn)為地貌的發(fā)育要素有三個(gè)： 即構(gòu)造、時(shí)間（侵蝕階段）和營力。 把地理循環(huán)分為“風(fēng)蝕循環(huán)”、“冰蝕循環(huán)”、“水（河流）蝕循環(huán)”、“海蝕循環(huán)”等。 在每種循環(huán)中，又分出若干相對(duì)意義的發(fā)育階段，即幼年期、壯年期和老年期。老年期地面被夷平，稱之為準(zhǔn)平原。,自然地理系統(tǒng)的要素結(jié)構(gòu)地貌要素,這種理想的地理循環(huán)，是戴維斯所倡導(dǎo)的依賴于時(shí)間序列的模型。 戴維斯理論比較全面地概括了地貌發(fā)育的因素，對(duì)地貌學(xué)發(fā)展曾經(jīng)起過推動(dòng)作用。 但也有較為嚴(yán)重的缺點(diǎn)，主要在思想方法上給予簡單的推理和演繹，忽視了地貌演化過程中由于多種要素變化而使循環(huán)方向發(fā)生變化的復(fù)雜

15、性。,自然地理系統(tǒng)的要素結(jié)構(gòu)地貌要素,2. 彭克模型 他認(rèn)為地貌是內(nèi)外力同時(shí)相互作用下的產(chǎn)物，研究地貌學(xué)的主要目的就是通過分析地貌形態(tài)實(shí)際去了解內(nèi)外力之間的相互關(guān)系，以便確定地殼運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)。地貌分析的具體方法是分析斜坡形態(tài)，認(rèn)為斜坡剖面形態(tài)有三種：即凸形坡、凹形坡和直線形坡。 每種形態(tài)都包含著內(nèi)外力的數(shù)量關(guān)系。如凸形坡表示地殼上升大于剝蝕作用；凹形坡表示剝蝕作用強(qiáng)于地殼上升；直線形坡則表示兩者均等。如果地殼上升時(shí)快時(shí)慢，那么，斜坡的剖面形態(tài)就變得復(fù)雜起來。,自然地理系統(tǒng)的要素結(jié)構(gòu)地貌要素,彭克比戴維斯更加注意巖石調(diào)節(jié)模型的問題，表現(xiàn)在他給予的等級(jí)程度比戴維斯的要高。他總結(jié)出，不同巖性的巖石對(duì)化

16、學(xué)風(fēng)化和機(jī)械侵蝕，具有不同的抵抗能力。彭克的提法對(duì)戴維斯學(xué)說提出了挑戰(zhàn)。,自然地理系統(tǒng)的要素結(jié)構(gòu)地貌要素,自然地理系統(tǒng)的要素結(jié)構(gòu)水文要素,水是地球表面分布最廣和最重要的物質(zhì)，并作為最活躍的因素始終參與地球地理環(huán)境的形成和發(fā)展過程，在所有自然地理過程中都不可或缺，具有重要的地理學(xué)意義。包括水循環(huán)和水量轉(zhuǎn)化。降水量、蒸發(fā)量和徑流量作為水循環(huán)的三個(gè)重要環(huán)節(jié)，同時(shí)也是水量平衡的三個(gè)重要因素。,表3.2 全球年水量平衡,從全球數(shù)量平衡中可以看出： （1）海陸降水量之和等于海陸蒸發(fā)量之和，說明全球水量保持平衡，基本上長期不變。 （2）海洋蒸發(fā)量提供了海洋降水量的85和陸地降水量的89，海洋是大氣水分和陸地

17、水的主要來源。 （3）陸地降水量中只有11來源于陸地蒸發(fā)，說明大陸氣團(tuán)對(duì)陸地降水的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及海洋氣團(tuán)的作用。 （4）海洋蒸發(fā)量大于降水量，陸地蒸發(fā)量小于降水量。海洋和陸地水最后通過徑流達(dá)到平衡。,自然地理系統(tǒng)的要素結(jié)構(gòu)水文要素,四、生物要素及其作用過程,形形色色的生物有機(jī)體遍布于地表各個(gè)地方，其數(shù)量多得驚人。它作為自然地理系統(tǒng)中唯一有生命現(xiàn)象的有機(jī)成分，雖然活質(zhì)總量遠(yuǎn)低于其他圈層的重量，卻對(duì)自然地理系統(tǒng)產(chǎn)生極其深刻的影響。 生物過程從根本上說，可歸結(jié)為物質(zhì)流與能量流通過生物體并與其相互作用的過程，如圖3.1為生物過程的一般表達(dá)方式。,圖3.1 生物過程的一般圖解,1. 生物適應(yīng) 生物適應(yīng)是生

18、物的形態(tài)構(gòu)造、生理機(jī)能、個(gè)體發(fā)育和行為等特征與其長期性生存的一定環(huán)境條件相互統(tǒng)一、彼此適合的現(xiàn)象。 2. 種群增長 種群增長是種群動(dòng)態(tài)的主要表現(xiàn)形式之一，它是指隨著時(shí)間的變化，一個(gè)種群個(gè)體數(shù)目的增減變化情況。,自然地理系統(tǒng)的要素結(jié)構(gòu)生物要素,如果一個(gè)單獨(dú)的種群在無任何限制、并且沒有天敵與疾病和個(gè)體的遷入與遷出等因素存在的環(huán)境中，種群的數(shù)目表現(xiàn)為指數(shù)式增長 ，則得到個(gè)體數(shù)目隨時(shí)間不斷增加的“J”型曲線。這顯然是一種理想狀態(tài)，實(shí)際上，當(dāng)種群入侵到一個(gè)地區(qū)后，開始時(shí)增長較慢，接著加快，隨后由于密度的制約又變緩，最后穩(wěn)定在一定水平上。其增長方式可用邏輯斯諦方程表示：其增長曲線表現(xiàn)為“S” 型曲線。,自

19、然地理系統(tǒng)的要素結(jié)構(gòu)生物要素,自然地理系統(tǒng)的要素結(jié)構(gòu)生物要素,3. 生態(tài)演替 生態(tài)演替為一定地段上一種群落被另一種群落所代替的過程。按群落所在地的基質(zhì)狀況分為原生演替和次生演替；按發(fā)展方向不同分為進(jìn)展演替和逆行演替。群落演替的速度隨具體條件不同而有差異，一般在演替系列的早期階段比較快，群落穩(wěn)定性差些；后期演替速度逐漸變慢；最后階段的群落保持相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。,自然地理系統(tǒng)的要素結(jié)構(gòu)生物要素,4. 生態(tài)系統(tǒng)的簡單過程 生態(tài)系統(tǒng)通過食物的關(guān)系彼此聯(lián)結(jié)而形成一個(gè)能量與物質(zhì)流動(dòng)的系列即食物鏈。在生態(tài)系統(tǒng)中有著單向的能量流動(dòng)、循環(huán)式的物質(zhì)流動(dòng)和信息的傳遞過程。三者相互聯(lián)系、緊密結(jié)合使生態(tài)系統(tǒng)得以存在和發(fā)展，

20、并賦予自然界一切生物以生存、作功和繁殖的能力以及對(duì)外界環(huán)境的影響能力。這樣的過程，嚴(yán)格地遵循質(zhì)能守恒定律。,自然地理系統(tǒng)的要素結(jié)構(gòu)生物要素,五、土壤要素及其作用過程,土壤是地球陸地表面能夠生長植物的疏松表層，是一個(gè)獨(dú)立的歷史自然體，它不僅具有自身的發(fā)生發(fā)展過程，而且是一個(gè)能從物質(zhì)組成、形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上進(jìn)行剖析的物質(zhì)實(shí)體。 土壤是地理環(huán)境統(tǒng)一體中的一個(gè)組成要素，土壤層的厚度與地殼厚度和沉積巖石層相比，是極為微薄的。盡管這樣，人們還是把它稱為土壤圈，它位于風(fēng)化殼的最表層，處于地球大氣圈、水圈、生物圈、巖石圈之間的界面上，是地球各圈層中最活躍最富生命力的圈層之一，它們之間不斷地進(jìn)行物質(zhì)循環(huán)與能量平

21、衡。,土壤圈是一個(gè)運(yùn)動(dòng)的開放的物質(zhì)與能量系統(tǒng)，與地理環(huán)境不斷地進(jìn)行物質(zhì)和能量的交換和轉(zhuǎn)化。地理環(huán)境中的水分、養(yǎng)分、空氣和熱量不斷地向土壤輸入，引起土壤性質(zhì)發(fā)生變化，形成不同的土壤類型；水分、養(yǎng)分、空氣和熱量也以相反的方向由土壤向環(huán)境傳遞，引起地理環(huán)境產(chǎn)生變異。 土壤是農(nóng)作物生長和生物累積的基礎(chǔ)。死亡的有機(jī)物發(fā)生分解，養(yǎng)分一直保留到新的作物在利用時(shí)為止，直接或間接地流通于生物循環(huán)之中。同時(shí)，土壤本身還是無機(jī)界與有機(jī)界相互交匯和滲透的場所，許多微生物生活于其中。,自然地理系統(tǒng)的要素結(jié)構(gòu)土壤要素,土壤存在的時(shí)間長短直接關(guān)系到自然環(huán)境的變化和農(nóng)業(yè)的成敗。在自然狀況下，土壤層是不可能保持它的初始狀態(tài)的，

22、它要經(jīng)過風(fēng)蝕、水蝕，還要不斷地被人類的耕作措施所疏松，同時(shí)又在風(fēng)和水的攜帶下，離開原來的位置，參與整個(gè)地質(zhì)循環(huán)過程。 土壤這種被輸運(yùn)的速率，取決于諸多因子，而最主要的莫過于土壤自身的物理化學(xué)性質(zhì)、地形特點(diǎn)、氣候條件（尤其是風(fēng)和水的條件）、地表的覆蓋狀況以及人類的生產(chǎn)活動(dòng)。而人類的生活活動(dòng)對(duì)于土壤來說，起著尤為重要的作用。人類為了從土壤中獲取更多的生活必需品，將具有自然肥力的自然土壤，經(jīng)過開發(fā)、改造、施肥、播種，產(chǎn)生了質(zhì)和量的變化，形成了農(nóng)業(yè)土壤。,自然地理系統(tǒng)的要素結(jié)構(gòu)土壤要素,農(nóng)業(yè)土壤不僅具有受自然因素和自然過程的影響，更重要的是受人為耕作、灌溉和施肥的影響，產(chǎn)生人為的灌淤表層、堆墊表層、肥

23、熟表層和水耕表層，它們的厚度在1850cm，屬于高熟化的人為表層，具有人工肥力。 當(dāng)前，農(nóng)業(yè)科技投入越高，土壤的生產(chǎn)潛力相應(yīng)增大，耕地的單位面積產(chǎn)量顯著提高，土壤在合理經(jīng)營管理下，其肥力不會(huì)因農(nóng)業(yè)利用而耗損，反而會(huì)提高。因而土壤可視為是一種永續(xù)利用的可更新的再生自然資源。,自然地理系統(tǒng)的要素結(jié)構(gòu)土壤要素,第三節(jié) 自然地理系統(tǒng)的能量結(jié)構(gòu),自然地理系統(tǒng)既是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的物質(zhì)體系，又是一個(gè)完備的能量系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中，能量的轉(zhuǎn)化對(duì)于維持整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)有重大意義。能量轉(zhuǎn)化是系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)、自然地理過程的原始動(dòng)力，是自然景觀的塑造者，是社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)形成及運(yùn)轉(zhuǎn)的前提和條件。 自然地理系統(tǒng)是一個(gè)能量系統(tǒng)。

24、(1) 自然地理系統(tǒng)占有一定的空間范圍，是一種具有一定結(jié)構(gòu)和功能的物質(zhì)體系，其物質(zhì)組分則是能量傳輸和運(yùn)轉(zhuǎn)的載體。物質(zhì)組分在外部輸入的能量流的作用下發(fā)生遷移、轉(zhuǎn)換和循環(huán)運(yùn)動(dòng)的自身就包含著一定的能量。,(2) 任何一種開放的能量系統(tǒng)，都需要從系統(tǒng)外部特定的能源不斷地輸入能量流。在一般情況下，能量流的輸入都是來自較高一級(jí)（層次）的物質(zhì)能量系統(tǒng)。對(duì)于自然地理系統(tǒng)來說，最主要的外部能源是太陽輻射能，其次是地球的內(nèi)能。 (3) 任何能量系統(tǒng)都具有轉(zhuǎn)化能量的功能。輸入到地球表層的太陽輻射能和地球內(nèi)能，在地球表層范圍能總是沿著一定的途徑有序地傳輸和轉(zhuǎn)化。其傳輸?shù)耐緩胶娃D(zhuǎn)化的形式，主要決定于各結(jié)構(gòu)單元及其組分的

25、性能。 (4) 能量流在自然地理系統(tǒng)經(jīng)過一系列轉(zhuǎn)化過程之后，其中一部分暫且儲(chǔ)存于自然地理系統(tǒng)，另一部分則不斷地向自然地理系統(tǒng)外部輸出。,第三節(jié) 自然地理系統(tǒng)的能量結(jié)構(gòu),自然地理系統(tǒng)能量結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 自然地理系統(tǒng)的能量來源 自然地理系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化 自然地理系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化的功能,一、自然地理系統(tǒng)能量結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),能量來源的自然性、單向性、無限性 儲(chǔ)能能量大，自調(diào)功能強(qiáng) 能量傳輸途徑和轉(zhuǎn)化形式多樣性 能量變化的周期性和地域性,自然地理系統(tǒng)能量結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),1. 能量來源的自然性、單向性與無限性 任何開放的能量系統(tǒng)都需要外部有特定的能量源源不斷輸入能量流。自然地理系統(tǒng)的能量主要來自太陽這一天然大星體和地球內(nèi)部

26、，這二者皆位于自然地理系統(tǒng)之外，所以，自然地理系統(tǒng)的能量來源具有自然性和單向性。 自然地理系統(tǒng)的能量來源還具有無限性的特點(diǎn)。這是人類用之不竭的寶貴財(cái)富。因此，應(yīng)下大力氣研究如何才能更加有效地利用太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿茸匀荒?，以?chuàng)造出更多的財(cái)富。,2. 儲(chǔ)能能量大，自調(diào)功能強(qiáng) 自然地理系統(tǒng)具有儲(chǔ)存能量能力較強(qiáng)的特性，主要與其物質(zhì)組成成分的性質(zhì)及復(fù)雜性有關(guān)。 從自然地理系統(tǒng)的物質(zhì)組成來看，大氣和水體這兩種組分儲(chǔ)存熱量的容量很大，再者由于組成物質(zhì)的復(fù)雜性，到達(dá)自然地理系統(tǒng)的能量要經(jīng)過相當(dāng)復(fù)雜的轉(zhuǎn)換途徑。如太陽能到達(dá)地面之后，除了少部分被直接反射到太空以外，其余絕大部分依次分別被大氣、水體、土壤、巖石

27、、生物等物質(zhì)組分所截留、吸收和散射，需要經(jīng)過相當(dāng)曲折的轉(zhuǎn)換途徑，這也就意味著能量要在自然地理系統(tǒng)中停滯相當(dāng)長的時(shí)間，才能返回到外部宇宙空間，尤其是被生物所吸收的那部分光能和熱能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能后，在生物有機(jī)體內(nèi)儲(chǔ)存的時(shí)間更長，特別是當(dāng)這些化學(xué)能被轉(zhuǎn)變?yōu)槊?、石油等而?chǔ)存于自然地理系統(tǒng)之中。 從系統(tǒng)理論可知，系統(tǒng)的組分越復(fù)雜，其抗干擾的能力就越強(qiáng)，自調(diào)功能也就越強(qiáng)。,自然地理系統(tǒng)能量結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),3. 能量輸出途徑和轉(zhuǎn)化形式多樣性 自然地理系統(tǒng)能量的傳輸途徑與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)直接相關(guān)，能量的轉(zhuǎn)化形式則隨自然地理系統(tǒng)物質(zhì)組分的運(yùn)動(dòng)形式的變化而變化。 就整個(gè)地球而言，自然地理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)組分、運(yùn)動(dòng)形式最為復(fù)雜

28、，因此，能量的傳輸途徑和轉(zhuǎn)化形式就比較多樣。如太陽能的傳輸途徑和轉(zhuǎn)換形式主要有以下幾種：一是沿地面土壤大氣途徑進(jìn)行，以熱能形式轉(zhuǎn)化；二是沿綠色植物動(dòng)物微生物這一途徑進(jìn)行，以光能、化學(xué)能和熱能等形式進(jìn)行轉(zhuǎn)化。,自然地理系統(tǒng)能量結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),4. 能量變化的周期性和地域性 由于地球上所接收到的太陽能以周期性的方式變化，因此，自然地理系統(tǒng)的能量變化也就具有非常明顯的周期性的特點(diǎn)。 主要表現(xiàn)在： 首先是由地球的行星特征（包括地球的形狀、地軸的傾斜度、地球環(huán)繞太陽公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)等特征）所引起的太陽入射角在地表發(fā)生年周期和日周期的有規(guī)律變化，這種變化又使得自然地理系統(tǒng)所接收到的太陽輻射量有周期的變化

29、，從而產(chǎn)生氣溫升降、熱量收支及相關(guān)的自然地理現(xiàn)象和過程的季節(jié)性或晝夜性的周期性變化； 其次是周期的潮汐現(xiàn)象，這種現(xiàn)象產(chǎn)生的主要?jiǎng)恿κ翘柡驮虑虻妮斎肽堋?自然地理系統(tǒng)能量結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),二、自然地理系統(tǒng)的能量來源,自然地理系統(tǒng)基本的能量來源有兩類： 一類是來自地球以外的天體，而以太陽輻射能為主導(dǎo)的所謂地球外來能； 另一類是來自地球本身，尤其是內(nèi)部深處釋放的所謂地球潛在能。,三、自然地理系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化,1. 太陽能的轉(zhuǎn)化 太陽能在無機(jī)界的轉(zhuǎn)化途徑是：大氣地面大氣；轉(zhuǎn)化形式為：太陽輻射（短波輻射）地表增溫（長波輻射）大氣增溫。 太陽能在有機(jī)界中是沿植物動(dòng)物微生物途徑，以光能化學(xué)能熱能的形式進(jìn)行轉(zhuǎn)化的。

30、 熱能形式的轉(zhuǎn)化主要在綠色植物中進(jìn)行。它所吸收的輻射能，大部分轉(zhuǎn)化為熱能，消耗于植物體的增溫和用于促使植物體水分的蒸騰，從而實(shí)現(xiàn)與大氣層的熱量和水分交換。 一般說來，太陽能在無機(jī)界中的轉(zhuǎn)化具有以下特點(diǎn)：總量守恒，形式多樣，單向流動(dòng)（太陽能沿綠色植物動(dòng)物微生物單方向性流動(dòng)），逐級(jí)分散（食物鏈中能量流動(dòng)遞減的10）定律。,2. 地球內(nèi)能的轉(zhuǎn)化 地球內(nèi)能的轉(zhuǎn)化主要以引力勢能和熱能的形式在無機(jī)界進(jìn)行轉(zhuǎn)化。地球表層引力能（重力勢能）的轉(zhuǎn)化是在一定條件下進(jìn)行的。不同地質(zhì)歷史時(shí)期的地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成了地表形態(tài)巨大的起伏，從而使地勢高低不同的物體具有不同的引力勢能，在外力作用（侵蝕作用）下，這些潛在的引力勢能轉(zhuǎn)

31、化為機(jī)械運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，完成了能量的轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化結(jié)果表現(xiàn)為崩塌、地滑以及在陸地水體與大洋中的物質(zhì)沉積，這是影響地球表層物質(zhì)遷移的重要因素。,熱能轉(zhuǎn)化是地球內(nèi)能的主要轉(zhuǎn)化形式。地殼內(nèi)的放射性元素（鈾、釷等）蛻變以及核反應(yīng)釋能所析出的能量，以內(nèi)能形式貯存于地球內(nèi)部，通過不斷積蓄，最終釋放到地表。其釋放的主要形式有：火山作用、熱水活動(dòng)、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和地表熱傳導(dǎo)等。 地球熱能的作用是十分巨大的，它促使山體風(fēng)化剝落、山坡巖石崩塌堆積、高山冰雪滑動(dòng)、河水流動(dòng)侵蝕和泥沙搬運(yùn)沉積等。 目前，人們對(duì)地球熱能加以利用的主要是地下熱水、地?zé)嵴魵夂蜔釒r層。,四、自然地理系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化的功能,太陽能對(duì)自然地理系統(tǒng)的作用效應(yīng)是“夷平化”，地球內(nèi)能的作用效應(yīng)是“崎嶇化”，二者綜合作用的結(jié)果，形成了不同區(qū)域目前現(xiàn)存的自然地理系統(tǒng)的狀況。 太陽能作用于地表，并與地表物體重力勢能相結(jié)合，產(chǎn)生了風(fēng)化、侵蝕、搬運(yùn)以及堆積等地質(zhì)過程，其基本趨勢是使地表高差減少，削高墊低，使地表趨于平坦化。這就是太陽能的“夷平化”過程。,地球內(nèi)能的主要作用是引起地震、火山、巖漿活動(dòng)等各種構(gòu)造活