黄秉维院士与自然地理综合研究

中国科学院院土、著名地理学家黄秉维先生（1913—2000）从17岁起就步入地理学的科学园地，并在这个园地中辛勤耕耘了70多个春秋，他好学多思、勤奋不懈、锲而不舍、寻求真理、锐意进取、开拓创新，为地理学的发展作出了卓越贡献，是我国地理科学事业的开拓者、组织者和推动者，是我国现代地理学的奠基人之一。黄秉维先生在学术领域中涉足深广，学识渊博，他对自然地理和人文地理的诸多力面都有探索，对自然地理的许多分支都作过创造性研究，并取得过令学术界称道的高水平成果。然而他花时最多、用力最勤的还是自然地理综合研究。他把自然地理综合研究作为始终坚持的目标和方向，开辟了一个个重要学术领域，取得了一项项开创性成果，谱写了跨越时空的辉煌篇章。

黄秉维先生是我尊敬的导师，他教给了我做人的道理、为学的要领。在他诞辰90周年之际，拟对他在自然地理综合研究方面的学术思想和贡献作一简述，以表达我对恩师黄秉维先生的怀念和敬仰之情。

一、始终贯穿一条红线

“综合是地理学存在的依据”[1]。这是贯穿于黄秉维先生学术生涯的一条红线。早在20世纪30年代初他在中山大学读书时就已有地理学综合思想的萌芽，当时他经过刻苦钻研、纵横对比，认为地理学的综合是可能的、重要的，却又感到所接触的地理学综合很不完全，“与化学中的元素周期表和周期律差得太远了。”并深感“地理学、自然地理学是有待建筑的大厦”[1]。从而立志为地理学的综合研究竭尽全力，为地理学的建筑和革新而努力奋斗。30年代末至40年代初他在浙江大学任教时就进一步思考过地理学特点和地理课程问题，他已感到如果没有综合性地理研究，地理学便失去其存在的依据。可是在课程设置与训练上却处在两难境地：“专科训练不足是地理研究类多空疏迂阔的原因。如分科训练太多，势必至每一分科都浅尝辄止，综合性分量亦更减轻，其结果可能欲益反损。”他当时撰写的《自然地理》已注重了各类自然现象之间的联系。1944年他在《地理学之历史演变》一文中明确指出，地理学“为一种综合科学”，是“以人类为核心，以地面为人类之居地而研究之”[2]。1946年，黄秉维先生在南岭考察中，从综合观点分析考察资料，得出了“所谓南岭只不过是非常曲折的分水岭”的见解[3]。50年代以后，黄秉维先生地理综合思想更加明朗和系统化。50年代初在北京中国科学院地理研究所筹建期间，黄秉维先生根据国际地理学的发展，并与竺可核先生多次讨论，取得了共识，认为“综合是地理学存在的依据，但肤浅的综合站不住脚，必须有分科的深入研究，而且不能有重要的缺门”[1]。“地理所要搞，就必须提出比较多的综合性的东西才能搞好”[4]。地理研究所组、室的废立，都反映了黄秉维先生地理学综合的业务思想。50年代由黄秉维先生领导的综合自然区划工作中，他更深切地认识到自然地理综合研究的意义和困难，充实和扩大自己科学基础的必要性，寻求“友军”的重要性。还认为要使区划再显著提高一步，必须对自然过程及其在广义农业中的作用进行较深入的研究。与此同时，他还将“根据物质不灭、能量守恒的原理，开展物理的、化学的和生物的过程研究并加以综合”的内容，写入由他参与主持制定的地理学科发展规划中[5]。在此基础上，他于60年代初发表了进行自然地理综合研究新探索或革新的纲领性论文《自然地理学一些最主要的趋势》[6]，明确指出，综合研究是发展自然地理学最主要的方向，同时也是带动部门自然地理学最有效的途径。正式提出了自然地理学的3个新方向：地表热量与水分平衡过程研究、化学元素迁移与转换过程研究、生物地理群落与其环境间能量物质交换过程研究。并认为这3个方向的内容和方法都不相同，但存在着外延部分叠合的关系，彼此是相辅相成的，在不久的将来，它们是可以合并成为一个体系的。黄秉维先生的这一思想比国际上80年代提出并取得共识的“要了解全球变化的主要问题必须将互相联系的物理的、化学的和生物的过程综合起来”早了30余年[7]。70年代黄秉维先生在领导《中国自然地理》丛书编写中，试图研究中国农业自然条件，探讨自然生产潜力并与实际产量相比较，寻求提高产量的途径。他提出并推动了农业生产潜力研究和围绕土壤-植物-大气系统及其相互关系的农业生态系统定位研究，创建并发展了农业自然生产潜力的基本理论和方法，其成果为后来的生产实践所证实，也为当今我国开展国际全球变化研究打下了良好基础。80年代初，他运用综合观点撰文提出要确切地估计森林的作用，指出“为了林业建设，我们必须按照现在的条件，对森林的作用逐项加以分析，然后再综合起来，用以指导我们的工作部署”[8]。嗣后，他还撰文谈大气二氧化碳含量问题以及如何对待全球气候变暖问题，明确指出“全球气候变化关系国计民生”，主张我国应加以重视，认真研究分析，作周到的权衡，在没有把握的问题中寻找可以把握的东西。90年代以来，黄秉维先生多次提出要在中国开展陆地系统科学研究，强调地球系统科学是可持续发展战略的理论基础。鉴于地球系统科学是跨自然科学与社会科学的研究，因此他认为自然方面的综合只是第一步，还需要进行社会经济方面的综合和自然科学与社会科学的综合，才能满足地球系统科学与区域可持续发展战略研究的需要[9]。还说当务之急似应先在跨学科的综合工作上下点功夫，这是不容易做好的，但掌握了一点全局性，就可以在综合指导下分析，再在分析基础上综合。于是他与时俱进明确指出多学科研究不是综合研究，只有跨学科研究，融会贯通，才能算是综合研究[7]。

二、不断开拓新的领域

黄秉维先生认为“综合地研究地理环境是辩证地认识地理环境的形成和发展的根本途径。”[6]他积极倡导和实践地理学的综合研究，提倡学科间交叉和渗透，长期致力于中国自然环境和自然资源的综合研究，不断开拓自然地理综合研究的新领域，诸如中国自然区划、黄河中游的土壤侵蚀与保持、华北水利与农业发展、自然地理学三个方向，以及田间实验研究、农业自然生产潜力、坡地改良与利用、全球环境变化及其影响、地球系统科学与可持续发展战略等，取得了丰硕成果与卓越成就，做出了巨大贡献。这里仅就其中的5个方面加以阐述。

（一）中国综合自然区划

自然区划是自然地理学的基础，亦是生产建设必需的参考。黄秉维先生是我国综合自然区划的开拓者，早在20世纪三四十年代他就进行过全国性区划（包括一些部门区划），50年代后更致力于综合自然区划研究，他明确指出：按照地表自然界的相似性与差异性将地域加以划分，并按照划分出的单位来探讨自然综合体的特征及其发生、发展与分布的规律，就是综合自然区划的内容。黄秉维先生主编的《中国综合自然区划(初稿)》着眼于农、林、牧、水利等事业的发展，按照自然界各种现象的相互关系，揭示出中国自然地域分异的特点和自然地带性规律，在理论和方法上均有创新和突破，是最详尽而系统的中国综合自然区划专著[10]。以后他在各次综合自然区划中，包括《中华人民共和国自然地图集》《中国自然保护地图集》《中国药用植物地图集》中的区划图和说明，虽对原区划方案作了一些修改，如明确将热量带改为温度带，修正简化了区划体系，减少了层次等，但并无实质性不同。黄秉维先生的中国综合自然区划是一项重大的开拓性成果，受到了各界重视和好评，一直为农、林、牧、水、交通运输及国防等部门应用和研究的重要依据，有力地推动了我国自然区划工作的深入开展。

（二）地表热量、水分平衡

热量平衡、水分平衡及其在地理环境中的作用理论是自然地理学最重要的基本理论。20世纪60年代初，该项研究成为黄秉维先生志趣的核心，他认为热量平衡和水分平衡是自然地理过程中具有决定意义的主要机制，是应该早一些快一些进行研究的环节。他及时总结了当时已取得的研究进展，详细阐述了这一方向的理论基础、工作内容和研究意义。明确指出这一方向的理论基础是：太阳辐射是地理环境中一切自然过程的主要能源；在一定热量条件下，地理环境中自然过程的形式和强度取决于辐射平衡及其与降水量（换算为蒸发潜热）的比数[6]。这一科学领域的研究，一方面包括热量平衡、水分平衡本身的研究，另一方面又包括地理环境中一切为热量平衡、水分平衡所制约的物质和能量交换过程的研究[11]。热水平衡及其在地理环境中的作用不但是自然地理学中的关键性问题，而且与许多邻近学科有外缘部分叠合的关系，无论哪一方面的成就都必然会相辅相成，得到共同的提高，热水平衡具有十分明确的物理意义，它是自然过程发生和发展的基本动力。鉴于地表热水平衡是地理环境各基本成分之间所有其他形态能量和物质交换强度的主要机制，热水平衡各种空间的变化，在很大程度上制约着交换性质中各式各样的地理变态，因此它被广泛地利用来研究地理科学范畴中许多重大的理论和实践问题。黄秉维先生在论著中还阐述了土壤水分平衡在自然地理学中的意义以及研究工作的一般原则和途径，详细探讨了土壤水分平衡——土壤含水量变化和蒸发问题，他指出“土壤水分平衡是复杂的，每一个分量都需要做很多研究才能了解清楚。掌握理论，掌握实验技术，都应该积极地进行。”[12]黄秉维先生也论及过土壤水分消长的简单过程、土壤水分状况与作物的关系，特别指出“自然界中的实际蒸发决定于三类因素：气候因素、土壤因素和植物因素”，介绍了不同类型耕地水分状况的分析方法[13]，并以延安为例，提出了土壤水分情况较具体的分析方法。研究表明，根据土壤水分状况的变化，即可为确定耕作制度提供依据。为了推动热水平衡研究的开展，60年代初黄秉维先生主持选辑了国外有关文献，在科学出版社分册出版；并组织人员在德州、石家庄等地开展了地理定位实验研究。80年代，黄秉维先生领导创建的北京大屯农业生态试验站以及山东禹城实验站的工作，实质上也是热水平衡研究的继续。

（三）农业自然生产潜力

20世纪70年代黄秉维先生提出农业自然生产潜力研究，继承了研究热量水分平衡的基本思想，发展了综合自然地理学的应用基础研究。自然生产潜力研究的对象是植物群体及其环境，研究的结果应当确定一块地按其属性可以得到多少产物以及如何可以得到这么多产物。黄秉维先生跟踪国内外新的科学成就，提出了农田自然生产潜力的理论和基本研究方法，将自然因素分为实际上人力不能改变和可改变的因素，按有关自然因素人为改变的难易程度、可能性大小加以区分，并分别分析其对产量形成的作用，然后参考限制因素原理进行综合，提出如何改变其可改变的因素，预计可能得到的产量。他抓住作物主要环境因素分别进行探讨和研究，尤其是提出了光合潜力的全面涵义和估算方法[14]。黄秉维先生的光合潜力计算公式内涵虽然丰富但形式极为简单，便于实际工作者应用，受到各方面重视，推动了我国农业生产潜力的研究。黄秉维先生系统关注了自然条件与作物生产的关系，分析了作物生产中太阳辐射、温度、水分、土壤与肥源等因子的作用，构筑了农业自然生产潜力的估算思路。他打破学科界限，从自然、技术、经济条件综合作用的角度对我国农业生产潜力进行了研究。他在研究方法上，重视田间定位试验研究，他主持筹建的北京大屯农业生态实验站，其定位观测项目不仅包括辐射平衡、热量平衡、水分平衡、光合作用及呼吸作用、养分平衡，而且包括作物本身地上、地下部分的生长与发育，土壤理化性质，还记录了天气现象、农作物措施等。大屯站的研究工作取得了丰硕成果，在第一期任务完成之时出版了《农田生态系统能量物质交换》专著。黄秉维先生在该书的序中强调“综合研究，首先要用一切可能和必要的手段取得材料，然后加以去粗取精，去伪存真，由此及彼，由表及里的思索，最后做出判断。在综合指导之下的侦察是工作的起点。在生态学、地理学中，应当将地域考察、遥感与试验三种手段结合起来。”[15]

（四）坡地利用与改良

20世纪80年代中期，黄秉维先生针对我国东部坡地生产力很低、侵蚀强烈、自然条件日益恶化的现状，以及山区人民改变落后面貌急需新措施的要求，倡导对我国东部坡地利用与改良进行研究。他在1987年全国人大会上，提出“华南坡地改良与利用”方案，得到与会代表的积极支持[3]。他还连续撰写了几篇重要论文，阐述了坡地利用改良的重要性、目标、途径和可行性，论述了坡地利用的战略与研究的战略，分析了坡地利用改良的性质、内容和作用，他综合坡面径流、坡面水蚀、土壤保持、木本油粮等方面的成果，考虑传统农业与非传统农业的经验教训，明确指出在我国东部存在着显著提高坡地持续生产力的可能性，而充分利用与改良我国东部坡地是解决我国农业问题的关键之一。他认为，坡地改良利用在战略上应以生物措施为主，最大限度地提高以一面坡或小流域为单位的坡地持续生产力，最主要的途径是凭借速生植物来利用和改良、除害兴利，并强调了轮作、套种、间作、混作的重要性。鉴于由上坡到下坡，由上游到下游的侵蚀（和堆积）过程是一个需要综合地认识的系统，因此不跨越学科，综合所有因素是不可能有正确认识的，为提高坡地持续生产力所采取的一系列措施，在保证植物生产的持续性（即控制侵蚀）上是互相关联的，在最大限度地提高生产上也是互相联系的，必须综合起来全面地看它们的作用[16]。利用好坡地虽然难度不小，而意义却很大。首先可大大提高坡地生产力，是有助于解决我国农林牧产品基本自给问题的根本措施之一；其次可控制土壤侵蚀，减少输入河流的泥沙，减少对下坡和下游的危害，有助于扶贫脱贫和缩小地区之间的贫富差距；再次从全球变化角度看，坡地改良利用可以增加对大气中二氧化碳的吸收，对未来可以部分抵消因海面上升而丧失的土地。黄秉维先生在研究了华南坡地和黄土高原的治理后认为，黄土高原与华南坡地虽然自然条件差异很大，但其改良利用同样是大有可为的。这两个地区坡地都可以有办法兴利除害，我国东半壁其他坡地更不在话下[17]。

（五）陆地系统科学

地球系统科学思想的滥觞至少可追溯到19世纪。这一名词是在1983年开始出现的，地球系统学科在20世纪80年代基本上脱胎于气候系统研究，它包括陆地、海洋、大气三个相辅相成的子系统，本应协同研究，但黄秉维先生90年代根据国际上地球系统科学的研究进展，认为在这3个子系统中“陆地系统最重要、最复杂、未知数最多，应及早开始陆地系统的研究”,并强调要将地球系统科学定位为可持续发展战略的科学基础[18]，以研究中国区域可持续发展为任务带动陆地系统科学的发展。对于陆地系统而言，其研究的对象也是一个开放的复杂巨系统，黄秉维先生认为钱学森先生关于处理开放的复杂巨系统的“综合集成方法”亦应予以强调。还指出应有一个综合的区域划分，集成使用自下而上（bottom-up）和自上而下（top-down）的研究方法，而以bottom-up方法为主，在综合指导下分析，又在分析基础上综合。当然，黄秉维先生也指出强调重点进行陆地系统的研究，并不意味着放弃对大气、海洋系统及3个子系统界面互相联系的物理的、化学的、生物的过程的综合研究。只是鉴于陆地系统受到人类活动的影响最大，与可持续发展的关系最密切，研究却最落后，所以有必要以它为重心，并紧密联系大气、海洋子系统的相互作用，与可持续发展战略冶为一炉，使陆地系统研究赶上气候系统和海洋系统的研究，与之相偕并进。对于陆地系统科学研究的内部空间组织结构特征，黄秉维先生提出应由全球、国家和区域三者共同组成，其中应以国家为中心，或称为基本地域研究单元。全国可持续发展的基本空间框架的研究是由以下三方面构成：涉及各类自然、社会、经济和文化等诸要素的区域综合研究；区域物质能量交换关系的研究；区域间的比较研究。关于以陆地系统科学为理论基础的国家可持续发展战略研究的时间观，黄秉维先生一再重申应以50年的时间尺度为目标。它同国家制定的社会经济三步发展战略大体吻合[8]。黄秉维先生关于要在中国开展陆地系统科学研究的思想，为地理科学的宏观与微观研究两个方面架起了桥梁，为科学的重新组合和跨学科研究提供了范例，他在晚年还讲到一个心愿，即希望能组成一个10～20人的集体坚持不懈地进行跨学科综合研究，以便取得实质性突破，使包含有自然与人文社会的地理学形成真正跨学科研究。

三、结语

黄秉维先生是自然地理综合研究的开拓者。他在长期的研究和开拓历程中，始终站在学科前沿，密切注视国际研究动向和趋势，构筑了一个完整的综合研究理论体系，它兼顾要素（或成分）与过程研究，涵盖不同尺度研究。黄秉维先生强调自然地理综合研究应研究各对象之间的总的联系，研究一个对象及其周围现象之间的联系，即要揭示地理环境成分之间和过程之间以及它们之间的相互关系，他认为各学科工作的混合、各种资料的堆积、各条件的罗列、各要素的拼凑、各现象的描述，决不能算是真正的综合。黄秉维先生的综合思想是与时俱进、不断发展的。在晚年，他进一步认为多学科研究不是综合研究，只有跨学科的融会贯通才能算是综合研究，他提倡学科间的交叉与渗透，能跨越不同领域，看到相互的关系，把自然和社会经济合成一个系统去观察。黄秉维先生综合研究的理论和实践已在国内外产生重要影响和广泛关注，还将继续激励学者奋发努力，沿着跨学科的综合研究方向不断前进。

参考文献

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[原刊载于《华中师范大学学报》（自然科学版）2003年第37卷第1期]