时空综合视域下的自然环境整体演化——以江西信丰县崇墩沟小流域为例

钱海义

（福建省厦门集美中学, 福建 厦门 361021）

自然环境整体的服务功能是人类社会赖以生存和发展的基础，是联系自然环境和人类社会的纽带。20世纪以来，随着全球人口的快速增长和经济发展，人类从自然环境中获取各种服务已逐渐超出自然环境服务功能的极限，使自然环境自身相对稳定的状态被打破，影响人类社会的可持续发展。自然环境的演化过程，是在不同时间序列、空间层序中地理格局和过程耦合的结果。引导学生运用时空综合视角看待江西信丰县崇墩沟小流域自然环境的演化，[1]从整体把握区域自然环境在不同时间序列、空间层序中的整体演化形式与特点，能够使学生掌握认识地理事象和解决相关地理问题的学科思维路径，实现地理学科核心素养的培育。

一、基于时空关联，建构格局与过程系统响应关系

自然环境整体演化的本质是要素的物质迁移和能量转换。[2]其或是由要素物质迁移引起自然环境整体的空间格局改变，引发要素相互作用的过程改变、整体的系统功能改变，使环境整体演化；或是由要素相互作用的过程改变而引起自然环境格局的演化。建立地理事象时空尺度上的关联性，是正确认识自然地理环境整体演化的基础。

问题情境：崇墩沟流域位于江西省信丰县赣江流域的源头地区。其地表植被景观更替大体经历了三个阶段的演化，第一阶段（45—0.2MaBP)：沙漠—草地、灌丛—针阔混交林—阔叶林；第二阶段(0.2MaBP—1990s）：阔叶林—针阔混交林—灌丛、草坡—稀草荒山坡—红层荒漠；第三阶段(1990s至今）：红层荒漠—人工经济林（湿地松、马尾松、杉木和竹林为主）。[3]

问题探究一：从植物的生物多样性、系统层次结构及功能的角度描述崇墩沟流域地表植被景观演替过程的特点。

通过阅读文字资料，学生可以发现崇墩沟流域地表植被景观的演化从第一阶段至第三阶段，其演化过程所需的时间越来越短。从地表植被景观演替过程上看，第一阶段和第三阶段地表植被的演替过程为正向演化，演替过程中植物生物多样性及生物量逐渐增多，植物系统层次结构从简单向复杂演化，与之对应的系统结构功能也逐渐完善；第二阶段地表植被演替过程为逆向演化，演替过程中植物生物多样性减少，系统层次结构及功能趋于简单化。从整体上感知地理事象的演化是一个过程。教师要引导学生用动态变化的视角去认识地理事象的发生、发展和消退，使学生逐步养成用时间的视角去观察和认识某一地理事象的习惯。同一地理事象在不同时间序列上的发展变化趋势是不同的，与之对应的系统结构和功能也有差异。

基于“问题探究一”的设置，引发学生思考：同一区域自然地理环境整体是如何随着时间的推移而发生演化的，又是何种动力因子的变化驱使着自然地理环境的整体演化？需要具体分析特定时间序列上要素的空间格局及其相互作用的机理是否因动力因子的改变而发生了相应的变化，以致自然环境的整体演化。

问题情境：白垩纪后到第三纪，我国地壳稳定，大陆的气温较现在高。当时季风环流尚未形成，我国属行星风系的环流形式，气候呈明显的纬向分异。40MaBP印度次大陆与亚欧大陆联结，昆仑山、冈底斯山等地区上升；20MaBP青藏高原抬升至1000m左右；3.4—2.5MaBP青藏高原整体抬升至2000m以上；0.8—0.6MaBP 青藏高原经两次强烈的构造抬升，高度超3000m（爬升气流被迫绕流的临界高度）；0.2MaBP青藏高原强烈隆起，平均海拔超过4500m。

问题探究二：描述青藏高原隆升过程的特点；说出青藏高原隆起对亚欧大陆地势及对崇墩沟流域地势变化的影响；说明青藏高原的形成对三圈环流的影响及对崇墩沟流域气候变化的影响。

通过对文字资料的分析可知，青藏高原的隆起是一个多阶段、不等速和非均变的过程。[4]在地壳运动的阶段性扰动下，青藏高原渐变隆起，使亚欧大陆的地势中部高、四周低，大陆中部隆起带动周围地块地势整体抬升，使崇墩沟流域的地势也有所抬高。高原对行星风系环流的阻挡作用和对大气环流产生的热力作用都日趋增强，使高原大陆在夏季为热源形成低压中心，在冬季为冷源形成高压中心，[5]打破了原本的行星风系环流形式，形成季风环流，进而使崇墩沟流域气候转变为亚热带季风气候。据此建构思维导图如图1所示。

图1 青藏高原构造抬升对地势的影响及地势抬升对三圈环流的影响

板块运动促使的青藏高原及周围地势的整体隆起，改变了亚欧大陆原本的地貌格局，进而使地貌要素与其他要素间的相互作用关系发生改变，产生了新的功能，促进了自然环境的整体演化。学生将地理环境的整体演化置于特定的时空尺度背景下进行分析，能够认识到小尺度自然地理环境的整体演化，与区域大背景下的自然环境的整体演化息息相关，与全球尺度的环境变化、区域与区域间的环境变化也存在一定的关联性。

二、基于时空选择，解构要素结构关系演变及响应

时空尺度范围的选择对把握自然环境整体和细节有重要影响，分析和解决地理问题时需要根据具体情况和需要来选择最优尺度范围，以清晰地观察地理事象并做出正确决策。[6]

问题情境：崇墩沟流域属亚热带季风气候，低山丘陵地貌，地带性植被为常绿阔叶林。据县气象站记载，崇墩沟流域年平均气温19.5℃，日平均气温≥10℃的时间有298天，年降雨量1517.3 mm，降雨集中在4～9月。土壤类型主要为红壤，其次是黄红壤。自然土壤的土层厚度为30～80cm，均呈酸性反应，有机质含量低，土壤普遍缺磷。土壤密度1.0～1.4g／cm3，总孔隙度40%～50%。

问题探究三：说明亚热带季风气候对崇墩沟流域红壤成土过程及垂直剖面发育的影响；说明崇墩沟流域红壤对当地植被生长的影响。

通过获取和解读文字资料，学生调用已掌握的地理原理分析亚热带季风气候对崇墩沟流域红壤成土过程及垂直剖面的影响。教师要引导学生从要素组合的视角深入认识自然环境要素的相互联系与统一演化，深入认识阶段性特定的自然环境要素空间结构及对应系统功能的形成。据此构建思维导图如图2所示。

图2 气候对崇墩沟流域红壤成土、垂直剖面发育的影响及红壤对植被生长的影响

自然环境的整体演化速度常因人类活动的影响而加快，进而改变演化趋势。在人为干扰自然环境要素及要素连锁变化的推动下，干扰的后果常被放大，导致人类对自然环境变化产生的诸多不适应。

问题情境：崇墩沟流域蕴含着丰富的稀土矿资源和气候资源，随人口的增长和经济发展需要，从1990年开始，开发商在未采取任何环境保护措施的情况下，大量开采稀土；同时，大片森林被开垦为果园，并配套建设机耕便道，造成了严重的水土流失。地表由点状暴露向斑块状和片状荒漠化演变，最终形成了牛肝地（红层荒漠化），并引发了植物群落退化等问题。展示不同演替阶段下的植物群落与土壤特征变化（图略）。

问题探究四：说明崇墩沟流域无序开采稀土资源和改种果园对当地水文系统、土壤系统产生的影响；说明崇墩沟流域严重的水土流失对当地植物群落退化的影响。

通过分析崇墩沟流域无序开矿及经济林种植对水文系统、土壤系统结构的破坏及功能的退化所产生的影响，考查学生运用综合思维分析地理事象及其演变的逻辑思维能力。水文、土壤系统结构及其功能的退化，使崇墩沟流域植被演替脱离了湿润区的生态发展轨迹，形成旱生灌草丛群落，并最终失去生物生产力，变成寸草不生的裸地。[7]最终导致其原本的服务功能下降甚至丧失，进而威胁人类的生存和发展。因此，必须要树立人与自然和谐发展的意识，逆转自然地理环境整体服务功能的退化趋势。据此构建思维导图如图3所示。

图3 崇墩沟流域无序开采稀土和改种果园对当地水文系统、土壤系统产生的影响

三、基于时空推绎，预构系统格局与过程演化趋势

时空尺度推绎，就是将一种时空尺度上所获得的信息或结论推演至其他尺度上。[8]由于每一时空尺度都有其特殊性，因此某一种时空尺度上所获得的信息或结论对其他尺度不一定具有很强的适用性。推演最重要的是将尺度视角、分析与综合的学科逻辑思维方法应用于不同尺度地理事象的分析上，培养学生分析与综合的地理学科逻辑思维能力。

从过去到现在，崇墩沟流域自然地理环境的演变过程，地貌演变、气候演变、土壤演变、植被演变、河流演变等过程都是随着时间的推移而在不同层序的空间中同步进行的；从现在至未来，其自然地理环境整体将在各种动力的作用下持续在动态演化的过程中发展下去，并在运动过程中体现它的整体性特点，形成阶段性地理空间结构和功能。在地理教学中，通过预构人为干扰和自然干扰下自然环境要素及其结构和功能的变化，引导学生分析这种变化对系统格局与过程演化趋势的影响，提出合理建议使人类活动适应自然环境的演化，进而形成“人地协调发展”的观念，有利于实现地理学科的育人价值。