時空綜合視域下的自然環境整體演化
——以江西信豐縣崇墩溝小流域為例

錢海義

（福建省廈門集美中學, 福建 廈門 361021）

自然環境整體的服務功能是人類社會賴以生存和發展的基礎，是聯系自然環境和人類社會的紐帶。20世紀以來，隨著全球人口的快速增長和經濟發展，人類從自然環境中獲取各種服務已逐漸超出自然環境服務功能的極限，使自然環境自身相對穩定的狀態被打破，影響人類社會的可持續發展。自然環境的演化過程，是在不同時間序列、空間層序中地理格局和過程耦合的結果。引導學生運用時空綜合視角看待江西信豐縣崇墩溝小流域自然環境的演化，[1]從整體把握區域自然環境在不同時間序列、空間層序中的整體演化形式與特點，能夠使學生掌握認識地理事象和解決相關地理問題的學科思維路徑，實現地理學科核心素養的培育。

一、基于時空關聯，建構格局與過程系統響應關系

自然環境整體演化的本質是要素的物質遷移和能量轉換。[2]其或是由要素物質遷移引起自然環境整體的空間格局改變，引發要素相互作用的過程改變、整體的系統功能改變，使環境整體演化；或是由要素相互作用的過程改變而引起自然環境格局的演化。建立地理事象時空尺度上的關聯性，是正確認識自然地理環境整體演化的基礎。

問題情境：崇墩溝流域位于江西省信豐縣贛江流域的源頭地區。其地表植被景觀更替大體經歷了三個階段的演化，第一階段（45—0.2MaBP)：沙漠—草地、灌叢—針闊混交林—闊葉林；第二階段(0.2MaBP—1990s）：闊葉林—針闊混交林—灌叢、草坡—稀草荒山坡—紅層荒漠；第三階段(1990s至今）：紅層荒漠—人工經濟林（濕地松、馬尾松、杉木和竹林為主）。[3]

問題探究一：從植物的生物多樣性、系統層次結構及功能的角度描述崇墩溝流域地表植被景觀演替過程的特點。

通過閱讀文字資料，學生可以發現崇墩溝流域地表植被景觀的演化從第一階段至第三階段，其演化過程所需的時間越來越短。從地表植被景觀演替過程上看，第一階段和第三階段地表植被的演替過程為正向演化，演替過程中植物生物多樣性及生物量逐漸增多，植物系統層次結構從簡單向復雜演化，與之對應的系統結構功能也逐漸完善；第二階段地表植被演替過程為逆向演化，演替過程中植物生物多樣性減少，系統層次結構及功能趨于簡單化。從整體上感知地理事象的演化是一個過程。教師要引導學生用動態變化的視角去認識地理事象的發生、發展和消退，使學生逐步養成用時間的視角去觀察和認識某一地理事象的習慣。同一地理事象在不同時間序列上的發展變化趨勢是不同的，與之對應的系統結構和功能也有差異。

基于“問題探究一”的設置，引發學生思考：同一區域自然地理環境整體是如何隨著時間的推移而發生演化的，又是何種動力因子的變化驅使著自然地理環境的整體演化？需要具體分析特定時間序列上要素的空間格局及其相互作用的機理是否因動力因子的改變而發生了相應的變化，以致自然環境的整體演化。

問題情境：白堊紀后到第三紀，我國地殼穩定，大陸的氣溫較現在高。當時季風環流尚未形成，我國屬行星風系的環流形式，氣候呈明顯的緯向分異。40MaBP印度次大陸與亞歐大陸聯結，昆侖山、岡底斯山等地區上升；20MaBP青藏高原抬升至1000m左右；3.4—2.5MaBP青藏高原整體抬升至2000m以上；0.8—0.6MaBP 青藏高原經兩次強烈的構造抬升，高度超3000m（爬升氣流被迫繞流的臨界高度）；0.2MaBP青藏高原強烈隆起，平均海拔超過4500m。

問題探究二：描述青藏高原隆升過程的特點；說出青藏高原隆起對亞歐大陸地勢及對崇墩溝流域地勢變化的影響；說明青藏高原的形成對三圈環流的影響及對崇墩溝流域氣候變化的影響。

通過對文字資料的分析可知，青藏高原的隆起是一個多階段、不等速和非均變的過程。[4]在地殼運動的階段性擾動下，青藏高原漸變隆起，使亞歐大陸的地勢中部高、四周低，大陸中部隆起帶動周圍地塊地勢整體抬升，使崇墩溝流域的地勢也有所抬高。高原對行星風系環流的阻擋作用和對大氣環流產生的熱力作用都日趨增強，使高原大陸在夏季為熱源形成低壓中心，在冬季為冷源形成高壓中心，[5]打破了原本的行星風系環流形式，形成季風環流，進而使崇墩溝流域氣候轉變為亞熱帶季風氣候。據此建構思維導圖如圖1所示。

圖1 青藏高原構造抬升對地勢的影響及地勢抬升對三圈環流的影響

板塊運動促使的青藏高原及周圍地勢的整體隆起，改變了亞歐大陸原本的地貌格局，進而使地貌要素與其他要素間的相互作用關系發生改變，產生了新的功能，促進了自然環境的整體演化。學生將地理環境的整體演化置于特定的時空尺度背景下進行分析，能夠認識到小尺度自然地理環境的整體演化，與區域大背景下的自然環境的整體演化息息相關，與全球尺度的環境變化、區域與區域間的環境變化也存在一定的關聯性。

二、基于時空選擇，解構要素結構關系演變及響應

時空尺度范圍的選擇對把握自然環境整體和細節有重要影響，分析和解決地理問題時需要根據具體情況和需要來選擇最優尺度范圍，以清晰地觀察地理事象并做出正確決策。[6]

問題情境：崇墩溝流域屬亞熱帶季風氣候，低山丘陵地貌，地帶性植被為常綠闊葉林。據縣氣象站記載，崇墩溝流域年平均氣溫19.5℃，日平均氣溫≥10℃的時間有298天，年降雨量1517.3 mm，降雨集中在4～9月。土壤類型主要為紅壤，其次是黃紅壤。自然土壤的土層厚度為30～80cm，均呈酸性反應，有機質含量低，土壤普遍缺磷。土壤密度1.0～1.4g／cm3，總孔隙度40%～50%。

問題探究三：說明亞熱帶季風氣候對崇墩溝流域紅壤成土過程及垂直剖面發育的影響；說明崇墩溝流域紅壤對當地植被生長的影響。

通過獲取和解讀文字資料，學生調用已掌握的地理原理分析亞熱帶季風氣候對崇墩溝流域紅壤成土過程及垂直剖面的影響。教師要引導學生從要素組合的視角深入認識自然環境要素的相互聯系與統一演化，深入認識階段性特定的自然環境要素空間結構及對應系統功能的形成。據此構建思維導圖如圖2所示。

圖2 氣候對崇墩溝流域紅壤成土、垂直剖面發育的影響及紅壤對植被生長的影響

自然環境的整體演化速度常因人類活動的影響而加快，進而改變演化趨勢。在人為干擾自然環境要素及要素連鎖變化的推動下，干擾的后果常被放大，導致人類對自然環境變化產生的諸多不適應。

問題情境：崇墩溝流域蘊含著豐富的稀土礦資源和氣候資源，隨人口的增長和經濟發展需要，從1990年開始，開發商在未采取任何環境保護措施的情況下，大量開采稀土；同時，大片森林被開墾為果園，并配套建設機耕便道，造成了嚴重的水土流失。地表由點狀暴露向斑塊狀和片狀荒漠化演變，最終形成了牛肝地（紅層荒漠化），并引發了植物群落退化等問題。展示不同演替階段下的植物群落與土壤特征變化（圖略）。

問題探究四：說明崇墩溝流域無序開采稀土資源和改種果園對當地水文系統、土壤系統產生的影響；說明崇墩溝流域嚴重的水土流失對當地植物群落退化的影響。

通過分析崇墩溝流域無序開礦及經濟林種植對水文系統、土壤系統結構的破壞及功能的退化所產生的影響，考查學生運用綜合思維分析地理事象及其演變的邏輯思維能力。水文、土壤系統結構及其功能的退化，使崇墩溝流域植被演替脫離了濕潤區的生態發展軌跡，形成旱生灌草叢群落，并最終失去生物生產力，變成寸草不生的裸地。[7]最終導致其原本的服務功能下降甚至喪失，進而威脅人類的生存和發展。因此，必須要樹立人與自然和諧發展的意識，逆轉自然地理環境整體服務功能的退化趨勢。據此構建思維導圖如圖3所示。

圖3 崇墩溝流域無序開采稀土和改種果園對當地水文系統、土壤系統產生的影響

三、基于時空推繹，預構系統格局與過程演化趨勢

時空尺度推繹，就是將一種時空尺度上所獲得的信息或結論推演至其他尺度上。[8]由于每一時空尺度都有其特殊性，因此某一種時空尺度上所獲得的信息或結論對其他尺度不一定具有很強的適用性。推演最重要的是將尺度視角、分析與綜合的學科邏輯思維方法應用于不同尺度地理事象的分析上，培養學生分析與綜合的地理學科邏輯思維能力。

從過去到現在，崇墩溝流域自然地理環境的演變過程，地貌演變、氣候演變、土壤演變、植被演變、河流演變等過程都是隨著時間的推移而在不同層序的空間中同步進行的；從現在至未來，其自然地理環境整體將在各種動力的作用下持續在動態演化的過程中發展下去，并在運動過程中體現它的整體性特點，形成階段性地理空間結構和功能。在地理教學中，通過預構人為干擾和自然干擾下自然環境要素及其結構和功能的變化，引導學生分析這種變化對系統格局與過程演化趨勢的影響，提出合理建議使人類活動適應自然環境的演化，進而形成“人地協調發展”的觀念，有利于實現地理學科的育人價值。