赵名茶 葛全胜 郑景云

(中国科学院地理科学与资源研究所)

 

黄秉维院士是陆地表层系统科学的创始人。他对陆地表层系统的理论、研究范围与内容有精辟的论述，对其研究方法、研究途径及科研队伍的组建，撰写过详细的前期研究计划，并明确指出要进行陆地表层系统分区的研究。

 

 一、黄秉维先生的陆地表层系统理论的产生

　　1994年黄秉维先生倡导研究“陆地表层系统科学” 。陆地表层系统科学脱颖于钱学森院士提出的“地球表层学”。

　　20世纪80年代初，国际上已开始孕育全球研究计划，1983年钱学森院士首先提出了“地球表层学”的研究。黄秉维先生赞成这一创举，他写道：“钱学森主张建立地球表层学，我相信，这是从他对人类知识体系的见解和对综合性的重要意义的认识引伸出来的。在他的鼓舞下，中国地理界群情振奋”。并表示“我虽衰年，一当不辞绵薄”。此后的十多年中，黄先生几乎将主要精力全放在这一领域的研究上，多次在讲话与文章中对这一学科的对象与研究意义进行过阐述，认为地球表层学的对象是综合研究地表上下与人类生存和活动有密切关系的一个薄层，它是自然与社会开放的复杂巨系统，又是人类赖以生存的地方，所以它是以人为中心的地表科学，属于基础理论科学；他说“地球表层系统科学是将地球的大气圈、水圈、岩石圈、生物圈视作一个相互作用的大系统，研究其中的物理、化学、生物过程，借以了解现状和过去，预见将来。人与自然的相互作用以及所应采取的对策是全部工作的重心，温室气体增暖及平流层臭氧空洞更是当前重心中的焦点。”

　　1988年NASA的地球系统科学委员会发表了《地球系统科学》一书，明确提出，对地球的大气、陆地、海洋这个大系统进行综合研究，研究其中互相联系的物理、化学和生物的过程，研究重点放在几十年或几百年的时间尺度上，在此时间尺度内人类对自然施加了巨大的影响，而自然界又对人类施加了巨大的影响。黄先生博览群书，始终用敏锐的眼光注视着国内外的科学进展，在研究了地球表层学与地球系统科学的大量文献后，他认为“地球系统科学是将地球大气圈、水圈、岩石圈、生物圈作为一个互相作用的系统，研究其间的物理的、化学的和生物的过程，并与人类生活和活动结合起来。陆地系统科学可以分为陆地、海洋、大气三部分。”在谈到二者的关系时，他说“钱学森所倡导的地球表层学与地球系统科学目的基本相同，方向上大体相似而略有出入。”“地球表层学与地球系统科学形影相随，在实质上并无明显差别。我相信，经过一定时间后，二者必殊途同归。”“地球表层学与地球系统科学，都处于萌发时期，各有独到之处，也可能冶为一炉。”

　　面对地球表层研究的诸多难题，为地球表层学的深入研究，为地理学在其中可能作出的贡献而竭心尽力的黄先生如此描述自己：“我也曾禅精竭思，独步百回，而不能豁然贯通，疑难尽释。”在经过缜密的思考后，黄先生突破原有的框框，结合中国实际情况，开创性的提出了自己的看法：“我想提出以陆地为中心的研究，名为‘陆地表层系统科学’，因为陆地问题最多，全球变化的研究需要等待在地面作工作，比起大气与海洋来，陆地是很小的一块，但陆地又特别重要，如放弃陆地的研究，将有很多问题都会看不清楚。陆地上的问题包括粮食、污染问题、水的问题、土地的问题”。 关于为何从地球表层的三大组成成分大气、海洋与陆地中突出研究陆地，黄先生解释说：“地球系统科学中大气基本是气体、海洋基本是液体，陆地由固体、液体、气体组成，生物界亦最复杂，受到人类活动的影响最深，与人类生存和发展关系又最密切。中国对发展地球系统科学已经尽了很大的力量，估计以大气为中心的地球系统科学的研究可以顺利发展下去。但从地球系统科学来看，陆地的研究却处于落后的地位。”“陆地虽小，却是绝大多数人类生息繁衍场所。”“名词采用的原则是从先、从众、从义。从先是最早提出，从众是多数人同意并应用，从义是合理。从这三个方面考虑，地球表层学比地球系统早一些，以从众方面讲，是应采用地球表层系统学，而陆地表层学为其中一部分。” 他号召地理学家，摈弃学科的羁绊，参与陆地表层系统科学的发展。

　　黄先生提出陆地表层学的研究范围是：上限是对流层的顶部，下限为岩石圈的上部，包括非生物、生物和人，是人类活动的场所。陆地表层的研究要“与区域可持续发展及全球变化联系在一起”，他准确地界定了研究工作的时间尺度，“时间尺度我觉得应定在50年”。

　　他指出：现在在我国进行中的综合研究，可以包括于陆地表层研究之内的至少有以下6个领域：
　　（1）地理学与自然地理学。地理学的研究对象是作为人类居住场所的地表，或作为人类生境的环境。自然地理学是研究陆界、水界、气界与生物界相互关系及其之间物质、能量交换的自然科学。陆地表层包括的范围，上限为对流层顶，下限为地下水分布深度或采矿深度，在陆地表层的各圈层之间物质、能量交换最活跃，与人类生产和生活有密切关系。虽然自然地理学与陆地表层学的范围不完全等同，但二者的范围相近似。参与陆地表层的研究，自然地理学就不应该是纯自然主义的，更不能不包括人对自然界的作用。
　 （2）生态系统的结构与功能研究，生态区划应当也属于地球表层研究的范围。
　 （3）自然资源学。
　 （4）广义的环境研究。包括与人类生活和活动有关的环境，所以环境的研究对象当然都在地球表层之内。
　 （5）国土整治研究，其对象也在地球表层中。
　 （6）地圈、气圈相互作用研究，其基本对象仍在地球表层中。

　　黄先生不仅指出了地球表层的研究方向、划出了研究范围，并且还亲自为陆地表层学撰写了前期研究报告。报告包括引言与设想工作内容两部分，引言中着重提出了陆地表层的内涵与外延、时机、选择方案等三部分；设想工作内容部分则包括：①理论与方法探讨；②所拟解决的问题。他指出，陆地表层的研究工作已大大落后于形势的要求，但由于陆地表层系统科学可能比气候系统还要复杂，需谋定后动，才能少走弯路。由于陆地与大气之间有着千丝万缕的联系，两方面的研究有广大的外延叠合的内容，相偕并进，相得益彰。气候系统已取得较大进展，而陆地表层系统研究则仅具雏形，应及早发韧，及早赶上。

　　黄先生特别提到，陆地表层系统研究是综合研究，“自然界是一个整体，各部分相互关联。人类活动对自然界施加作用，引起某些自然界的变化，人及其活动成为自然界的因素。人类活动对自然界施加作用决定于社会经济因素，人类活动所引致的自然变化又反过来影响社会经济。人类如何利用或对付自然变化又需要对自然有必要的认识。目前认识自然最主要的难题是将有关系的因素和过程综合起来。这一方向的探索有很长的历史，但未解决的疑点仍然很多。其中还有社会经济的综合：与陆地地球系统科学及区域可持续发展有关的社会经济问题很多，问题有如汪洋大海。还有自然与社会经济的综合”。

　　关于建设一支陆地表层研究队伍，黄先生动情地说：“陆地表层系统研究是跨学科的工作，兵要精，武器要好，队伍要整齐，步调要一致。”“我的一个心愿就是组成一个经常在一起工作、彼此相识、彼此了解的集体。大家可以围绕它，从它那里吸收帮助，从它那里获得 advice和suggestion 就比较容易沟通了。但这只是个梦，我想这个dream 也许有一天能够实现的。”