地域分异规律认识

从科学史看地域分异规律认识的发展

丁尧清

地域分异即自然地理环境结构的差异性（刘德生，1986），是自然景观多样性形成的基础。一般认为这一空间地理规律包括纬度（向）地带性和非纬度（向）地带性两类。其中纬向差异是指因为太阳辐射能在地表分布不均而呈东西向带状分布，导致自然综合体沿纬线方向东西延伸而按经线方向有规律地南北循序更替，它在地表完全平坦、水体分布均匀、陆地按经线对称分布的情况下表现得最为理想；非纬向差异是指因地球内能引发的海陆分布、地形、构造等因素影响而形成的分异现象，包括因距海远近不同而形成的干湿分异和因山地海拔增加而形成的垂直分异（伍光和，2000）。

人类很早就觉察到地域分异现象，并作了初步的描述。例如古希腊罗马学者划分了热带、温带和寒带，尝试将气候和纬度相关联。成书于公元前300年的《禹贡》，清晰地描绘了自华北平原暖温带到长江下游亚热带自然景观的变化。古代一些旅行家、文人

在作品中对此也曾有生动的描述。

图1 《禹贡》划分的九州土壤图

但是，由德国学者开启的从理性上认识并科学地表述地域分异规律，距今只有100多年。例如李希霍芬（1833—1905）在19世纪中叶提出了自然分异的术语。洪堡（1769－1859）在考察美洲安第斯山脉时，测量了一些地点的海拔高程、气温、经纬度，并对地形、气温、植被、农业状况作了综合的观察分析，描述了植物垂直分布的现象。

一、俄罗斯大平原孕育了自然带学说

俄国土壤学者道库恰耶夫（1846—1903年）以历史发生的观点研究母质、气候、生物、地形、时间五个因素作用下的成土过程，在1899年发表的《关于自然地带的学说》和1900年发表的《土壤的自然地带》中系统地提出了地带学说。他说：“由于地球与太阳所处的一定位置，由于地球的运转及其球形，使气候、植物和动物在地表上的分布，都按照一定的严密顺序由北向南有规律地排列着，因而使地球上分为一些地带，例如寒带、温带、副热带、赤道带等。但如果成土因子呈带状分布时，那么其成果（土壤）在地球上的分布，也应当具有一定的地带性，这些地带多多少少与纬度圈是平行的。”道氏以欧亚大陆内部为依据，没有考虑大陆东西岸的情况，也未划分出热带（俄国没有低纬土地），但他指出自然带是一种图式，其完整性在某些地段会发生偏差。

地带学说诞生后，一度遭受猛烈批评，因为发现了越来越多的偏离纬度的现象。批评伴随着探索，“非地带性”概念应运而生。遗憾的是在20世纪20年代初，还出现了“经度地带性”概念，并被广泛采用。实质上经度对地域分异并不发挥作用，例如干湿度分异与经度值毫无确定性关系，其界线既不与经线平行，更替方向也不与经线垂直，

因此该概念应予摒弃（伍光和，2000）。

二、全球自然地带图式

1．柯本的气候植被图式和气候系统

因为植被是陆地自然带的典型的和最富有表现力的表征，于是很多学者通过研究植被的空间分布来把握全球自然带的分布规律，并以气候－植被类型来标志其名称。例如德国气候－植物地理学者柯本力图寻找与主要植被类型界线近于一致的气候界线，并于1918年根据特定植被类型的气候域提出了一个气候分类系统，每种气候都按照规定的温

度和降水量来确定。

图2 6种主要植被的气候域

2．卵形理想大陆

瑞士植物学者H.Brockmann-Jerosch和E.Rübel（1912）根据欧非大陆作出了植被在“理想大陆”上的分布图式（斯特拉勒，1981；武吉华，2002）。

图3 理想大陆自然带模式

3．平均大陆和方形理想大陆

德国生态学者Troll（1948）和Walter（1975）等以等积投影绘制了北半球和南半球不对称植被带的“平均大陆”图式，反映各种生物气候的空间格局。在北半球，热带、北方带（寒温带）和极地带等大体与纬度平行。但在南北纬40°之间的大陆东侧，受季风影响，有一个完全不存在干旱地区的区域；西侧的情况甚为复杂，在亚热带，荒漠可伸展到海岸，而在南半球，荒漠甚至仅限于海岸区。

苏联学者马克耶夫（1956）参照亚欧大陆提出以方形理想大陆和洋流流向为背景的图式，将水平地带分为海洋性地带谱（暖流途径地区）、大陆性地带谱（寒流途径地区和大陆腹地），并探讨了水平地带和垂直地带的关系，但其图式理想色彩过浓，对南北

半球的特点注意不够。

三、水热指标和自然地带周期律

到20世纪中叶，地域分异规律研究得到长足发展，一是查明各自然要素及其组成的整体具有地带性特征，二是在海洋上也发现了地带性证据，三是重视水热组合关系在地域分异中的重要作用，并制定了一些指标来规范这种空间分布的属性。

苏联地理学者格利高里耶夫院士和布迪科通讯院士（1956，1961，1986）提出辐射平衡和干燥度是反映地带性形成的主要因素，并仿照化学元素周期律，以温度差异（太阳净辐射）为纬，以水分差异（辐射干燥指数）为经，提出自然地带周期律。其中表征

水分指标的辐射干燥指数q是该地年辐射差额R与用热量单位表示的年降水量（即蒸发该地年降水量P所需的热量卡数）之比，即q＝R/(LP)（L为蒸发潜热）。这一组合较好地反映了以植被特征为代表的自然地带规律，可以用来划分冻原（q＜0.35＝、森林（0.35—1.1）、草原（1.1—2.3）、半荒漠（2.3—3.4）、荒漠（q＞3.4）的界限；同时R的绝对值也有很大的意义，森林景观的各种不同类型就是根据纵坐标R的差别而区分的。但是因为反映各温度带内由量变到质变的阀值是各年净辐射值与降水量比值的季节变化，而该指标并未考虑季节变化和多年变率，显得简略。

后来，又有很多学者提出其他气候指标来表征自然地带的分异。例如生命地带分类指标（包括生物温度、可能蒸散率）（Holdridge， 1947）、温暖指数（吉良， 1976）、

湿润度（内蒙古植被， 1985）等。

四、中国学者的贡献

中国地域辽阔，自然环境复杂多样，为地理学研究提供了广阔的舞台，因此中国学者对地域分异规律的研究也作出了独创性的贡献，这里撷其一二述之。

图4 中国土壤水平地带分布模式

1957年，土壤学者马溶之在第六届国际土壤学大会上提交论文《中国土壤地理分布规律》，总结了我国和亚欧大陆土壤分布的地带性规律。1963年发表《中国山地土壤地理分布规律》，建立了不同水平地带中的土壤垂直分布规律和垂直结构分类，并指出“山地土壤的垂直区带（现称垂直带）虽然与所在地以北的水平区带（现称水平地带）有类似的特征，但是由于山地与平地的地势特点不同，水分情况与植被群落差异很大，土壤的发育和特征不一样，土壤利用也不相同。一般的说，寒带与寒温带的土壤垂直区带与其北的水平区带类同，而温带地区差异较大，及至亚热带、热带则几乎完全不同。”这一认识远早于苏联学者格拉西莫夫在《山区土壤》（1982）一文中把山区土壤归纳为同

源、相似和独特三组的观点。

地理学者黄秉维院士在50年代提出从物理过程、化学过程和生物过程三个方面开

展自然地理综合研究，并设想以温度条件为纬，水分条件为经，自然生产潜力为网，网举目张，从上而下或从下而上揭示地域差异，提出我国自然地带周期律，以此为基础修订和建立我国自然区划，并进一步与世界自然区划接轨，以作为全球环境变化监测的科学依据。黄氏主编的《中国综合自然区划（初稿）》，侧重于现代特征，依次表达温度、水分条件和地貌因素，判别区分人力可以改变和不能或不易改变的因素，一直为农、林、牧、交通运输及国防等部门查询、应用和研究的重要依据。他还通过热水平衡探讨农业生产潜力，并与实际产量相比较，获得成功。比如华北生产潜力计算值约2.1－2.4万千克/公顷，由省农科院核实的高产数山东和河南分别为2.3和2.1万千克/公顷。

图5 珠峰地区的垂直地域分异

我国地理学者在山地自然带研究特别是青藏高原研究上成果卓著。例如，郑度院士等（1979）建立了珠峰地区垂直带主要类型的分布图式，将青藏高原的垂直自然带划分为季风性和大陆性两类，阐明了高海拔区域自然地域分异的三维地带性规律。

牛文元（1980）和蒋忠信（1982）等试图对地带性规律作模型化的表述。例如牛氏提出太阳辐射能在地球表面上的规律分布是产生地带性规律的本质原因，物质差异（主要指水分分布的差异）以及垂直海拔高度起伏等因素，则通过它们对于能量规律分布的干扰与畸变，对理想地带性的雏形施加影响。他选择植被和土壤作为自然地带性的“影子”，以雪线、高山寒漠土界线、树线与纬度的关系利用指数模式描述地带性规律。蒋氏则提出用正态频率分布函数曲线模型计算自然地带分布高度随纬度的变化，结果比较

接近实际。

图6 玉山植被垂直分布与北半球植被水平分布比较（牛文元，1992）