第三节 自然地理环境的稳定性

如果比较周期性（包括生物生长节律）与旋回性（包括生物进化节律） 两类节律现象，不难看出二者的本质区别在于：周期性节律过程中，每一个

节律重复，自然地理环境保持着稳定的空间结构；而在旋回性节律过程，每一个节律重复，自然地理环境的空间结构会发生巨大的改组。也就是说，自然地理环境不断向前演化的历史进程中，在一段相当长的阶段内维持着相对的稳定状态。在这样的阶段内，各自然地理要素之间有着平稳的联系，物质及能量的输入和输出处于动态平衡，自然地理环境的结构与功能保持着稳定的状态；外界变动或人为干扰所致的不稳定影响受到自然地理环境自我调节机制的制约，使得自然地理环境总是力图恢复原态，维持稳定。

自然地理环境是具有复杂反馈回路的控制系统，因此它有自我调节能力。所谓反馈是指信息反馈，就是将输出又回输到原系统中去。反馈分为负反馈和正反馈。如果反馈的结果是抑制系统偏离原状态的就是负反馈。控制系统有一理想状态或调整点，在这个点的附近，系统保持着稳定状态。负反馈能制止或扭转某种脱离调整点的趋势，使系统回到调整点来。图 5.4 表示了河谷坡面与河道系统中坡面侵蚀的负反馈回路。如果谷底河道侵蚀增加， 则谷坡角度增大，坡面侵蚀随之加强，导致更多的坡面组成物质进入河床， 河床的堆积加强使河道侵蚀受到抑制，这样系统便回复到稳定状态。正反馈与之相反，反馈的结果加剧了系统偏离调整点的趋势，使其脱离原状态。正反馈可以引起“雪球效应”，最终使原系统瓦解。例如坡面侵蚀过程中，土壤渗透能力减小能引起坡面径流增加，进而加强了对土壤疏松表层的侵蚀， 使得土壤渗透能力进一步减小。这种雪球效应使坡面土壤渗透能力不断下降，很快就把土壤渗透能力和坡面侵蚀之间的联系破坏了，系统也不复存在

（图 5.5）。

图 5.4 河谷坡面-河道系统中坡面侵蚀的负反馈回路

正反馈

图 5.5 坡面侵蚀与土壤渗透力之间的正反馈关系

具有自我调节机制的复杂系统包含大量复杂的反馈回路。使系统处于稳定状态的负反馈往往只在一定的阈值内起作用。超过这个限度，正反馈就发挥作用，这样系统就无可挽回地脱离调整点。自然地理系统内部包含了众多由负反馈子系统（开环系统）和正反馈子系统（闭环系统）耦合而成的控制系统。系统的稳定性由二者的对比关系所决定。当负反馈的自我控制作用强于正反馈的自我增强作用时，系统趋于稳定；当正反馈的自我增强作用超过负反馈的自我控制作用时，系统趋于不稳定。

系统的稳定性还与系统结构的复杂程度有关。越复杂的系统，负反馈作用的阈值范围越大，也就越稳定。因为一个系统的组成越复杂，各组成要素的关系越复杂，就意味着系统的网络化程度越高，能量、物质和信息流通的

渠道纵横交错，畅通无阻。如果个别调节子系统遭到破坏，可以由另外的调节来补偿。一个系统会因多种子系统之间的相生相克、相互补偿和替代而保证能量流、物质流和信息流的正常运转，使系统结构被破坏的部分恢复原有稳定态，或形成新的稳定态。自然地理环境是一个复杂的巨系统，不仅子系统数量巨大，而且种类繁多，关系复杂。因此全球自然环境能维持着相当稳定的状态。但内部的子系统则依其复杂程度而有不同的稳定水平。例如，北极的苔原带结构比较简单，苔藓、地衣是主要的第一生产者，一旦它们受到破坏，整个系统就面临崩溃。因为那里的其他生物都直接或间接依靠它们来生存，不像温带和热带系统中，有多种食物可供利用，个别组分的破坏，也不致危及整个系统。

虽然稳定性是很大一部分自然地理环境的特征，但是自然地理环境的稳定是相对的稳定，而不是绝对稳定状态。绝对稳定状态只在熵为极大值时才可以出现，其本质就是热寂。地球自然历史的发展过程，表明自然地理环境是不断从简单到复杂、从低级向高级不断进化演变的。所谓稳定只是代表整个演化过程的一定阶段。自我调节机制不会引起自然环境演化的终止，某些不断增强的不稳定因素终会打破原有的相对稳定态，使自然环境跨入到一个新的自然旋回中，自然环境在整体进化的基础上出现新的稳定状态。系统论把系统的不稳定状态称为涨落的发生。耗散结构理论对涨落进行了深入的分析，认为一个远离平衡的开放系统的各个要素或子系统之间的相互作用是非线性的，处于一种相干状态；某种随机的小涨落可以通过非线性的反馈机制得到放大，成为一个整体的“巨涨落”，使系统进入不稳定态，从而又跃迁到一个新的稳定的状态。如果原来的稳定状态是一个无序的稳定状态，那么这个新的稳定状态就意味着有序的产生；如果原来的稳定状态已经是一个有序的状态，那么新的稳定状态就意味着更新的有序状态的出现，意味着系统的进化。在这里涨落对于耗散结构的形成起了一个触发作用。因此系统的涨落、不稳定性就不再是一个干扰的因素，而是耗散结构形成的杠杆。由此可见，系统的稳定和非稳定是对立统一的，在自然地理环境的演化过程中，明显地表现为节律性的发展。