141. 基于生态系统服务与引力模型的珠三角生态安全与修复格局研究
生态学报, 2020, 40(23): 8417-8429
吴健生, 罗可雨, 马洪坤, 王振宇
摘要: 随着我国城镇化的快速推进，大型城市群及周边区域的生态环境问题日益突显。为了促进区域生态保护、生态修复以及精细化生态管理，空间尺度上的区域生态安全和修复格局的识别必不可少。选取珠三角地区为研究对象。首先，基于InVEST生态模型计算区域关键生态系统服务，并根据SOFM神经网络模型识别以林地为主的36个生态源地，约占区域总面积的29.56%。其次，基于最小阻力路径模型识别141条关键生态廊道（1900 km），10个承接生态流流动的生态节点以及2776 km2处于生态过渡地段的高优先级生态修复区。最后，依据引力模型判定的生态廊道重要性，将重要生态源地及其辐射区域整合形成东北部、西北部、东南部、西部和南部5个生态区。由此，提出以生态源地为核心、以生态廊道为主轴、以生态节点为承接点、以生态障碍点为修复区的珠三角区域生态安全和修复格局，并对各类别生态要素提出相应生态修复与管理措施，有利于解决大型城市群跨区域的共性生态环境问题。
140. 基于基尼系数的生态系统服务供需均衡研究——以广东省为例
生态学报, 2020, 40(19): 6812-6820
吴健生, 门·新纳 , 梁景天 , 赵宇豪
摘要: 生态系统服务供需研究尚不成熟，亟需建立一套适用于多数区域而数据要求不高的供需评价方法，因此，以广东省地级市为研究单元，以生态系统服务价值表征生态系统服务供给量，根据对生态系统服务的消耗量或期望获得量核算生态系统服务需求量，提出了一种基于基尼系数识别区域内各类生态系统服务供需状态，并据此评估各城市生态系统服务供需均衡状态的方法。研究结果表明：①广东省生态系统的水源涵养服务基尼系数为0.135，大部分地级市的供需系数位于0.75-1.25之间，整体空间供需高度均衡；食物生产、原材料生产和保持土壤服务基尼系数在0.293-0.423之间，供需系数东高西低，有一定程度的空间不均衡但在合理范围内；而气体调节和废物处理服务供需基尼系数大于0.6，在空间上出现两极分化；②广东省综合生态系统服务基尼系数为0.332，处于合理范围内，基于此，将城市按供需均衡状态分为低供给高需求、供需相对均衡和高供给低需求三类，处于不同状态的城市需要根据不同的策略对生态系统服务供需关系进行调整，维护区域生态安全。本研究可以为促进广东省及其他区域城市可持续发展，加快建设生态文明提供决策指引。
139. 基于生态系统服务的城市生态管理分区——以深圳市为例
生态学报, 2020, 40(23): 8504-8515
王宏亮, 高艺宁, 王振宇, 沙威, 吴健生
摘要: 生态系统服务是人类赖以生存和发展的基础，开展城市生态系统服务评估并对生态管理单元实行分区管控有助于人居环境的改善。针对高度城市化地区生态系统服务的功能特征，采用生态系统服务价值当量测算不同用地类型的生态系统服务价值。研究从生态功能和经济功能2个方面构建生态系统服务指标体系，对2017年深圳市666个社区单元的生态系统服务价值进行评估；运用空间自相关分析方法，依据局部空间自相关的集聚特征叠加产生的组合类型，划分不同社区生态管理单元，并提出生态分区管控策略。研究结果表明：①生态系统服务价值评估便于高度城市化地区城市生态系统服务功能的整体评价。②2017年深圳市生态系统服务价值空间差异明显，呈现东部高、中西部低的空间格局。深圳市生态系统服务总价值约583.96亿元，最高值为大鹏新区的160.25亿元，最低值为福田区的13.24亿元。③将深圳市666个社区单元划分为4类城市生态管理分区，并采用差异化的分区管控措施，表明有效的城市生态管理分区能够兼顾各项生态系统服务功能并实现功能效益的最优化。该研究结果可为区域生态系统服务精细化管理和生态治理差异化管控提供借鉴。
138. 基于Google Earth Engine云计算的城市群生态质量长时序动态监测——以粤港澳大湾区为例
生态学报, 2020, 40(23): 8461-8473
王渊, 赵宇豪, 吴健生
摘要: 人类活动对生态环境的影响日益强烈，及时动态地监测生态现状及其变化信息对城市生态的管理和保护以及可持续发展具有重大意义。遥感生态指数（RSEI）是一种客观、快速和简便的生态质量监测和评价技术，已被广泛应用于生态学研究领域，但在进行大范围长时间监测时往往面临云遮挡和拼接困难的问题。因此，本文基于Google Earth Engine（GEE）平台，对1988-2018年来粤港澳大湾区共3530景Landsat遥感影像进行批量去云，采用中值合成法逐年计算绿度、湿度、干度和热度等遥感指标并利用主成分分析法构建遥感生态指数，评价了该区域近30年生态质量的时空变化。该方法改善了遥感生态指数在大范围长时序监测中数据缺失和拼接困难等问题，增加了时间序列的可比性。研究表明：（1）遥感生态指数能够较好地表征粤港澳大湾区的生态质量，其中绿度和湿度指标与其呈正相关，干度和热度指标与其呈负相关；（2）时间上，三十年间粤港澳大湾区生态质量呈"上升-下降-上升-下降"的波动下降趋势，空间上，生态质量具有明显的空间异质性，主要呈现西北和东北部高和中部低的状态。重度和中度退化区主要集中在区域中部，总体改善区域主要位于西部和东北部，基本不变区域主要包括北部区域以及香港，轻度退化区分布较为分散；（3）基于GEE云计算的图像处理可以较好的改善遥感数据缺失、色差和时间不一致等问题，极大的提高影像处理的效率，扩展了遥感生态指数在大范围长时间序列生态监测中的应用。研究结果可以为提升遥感生态指数适用范围和准确度提供参考，并为快速城市化背景下生态保护和土地管理提供理论依据。
137. 基于“一街一站”的深圳市PM2.5时空特征及排名通报作用研究
地理研究, 2020, 39(11): 2642-2652
梁景天, 吴健生, 赵宇豪, 陈弼锴, 王怡
摘要: 深圳市于2018年6月建成了全国首个街道空气监测网络“一街一站”,并对全市74个街道进行月均PM2.5浓度排名,向公众通报空气质量排名倒数十位的街道,以落实基层治理大气污染的责任。本研究基于深圳市街道空气监测网络的数据,分析了深圳市PM2.5浓度的时空特征,使用双重差分模型检验空气质量排名通报是否能发挥环保部门所期待的效果,进一步促使PM2.5浓度排名靠后的街道改善其空气质量。结果表明：① 基于街道空气监测的深圳市年均PM2.5浓度为22.4 μg/m3,月均浓度最低值出现在7月,最高值出现在1月,与国家站监测结果之间无显著性差异。② 深圳市街道的PM2.5浓度具有较高的空间集聚性,高值主要聚集在西北部,低值主要聚集在中南部,而国家监测站难以准确表征深圳市PM2.5浓度空间分布特征。③ 考虑了个体和时间固定效应的双重差分模型分析结果表明,对深圳市月均PM2.5浓度较高、空气质量排名靠后的街道进行通报,其随后1~2个月的PM2.5浓度仍受该月污染的持续性影响,而通报行为无显著性影响;到随后第3个月,该月污染的持续性影响下降到较小的程度,此时通报行为对PM2.5浓度呈显著降低作用,且影响程度大于污染的持续性影响。
地理研究, 2020, 39(8): 1725-1738
吴健生, 罗可雨, 赵宇豪
摘要: 基于深圳市1996—2015年土地利用数据,利用景观指数、景观转移矩阵和景观扩张指数等方法探究了深圳市近20年景观格局时空变化、主要景观类型转移和建筑用地扩张模式,最后使用Binary Logit模型考察了市级和区级建筑用地景观扩张的主要驱动因素。结果表明：① 1996—2015年,深圳市建筑用地景观优势性逐步增强,面积增加15.81%,以蔓延式（61.9%）和填充式（36.27%）扩张为主;② 1996—2006年为城市化快速扩张期,建筑用地扩张呈集中开发形态,景观多样性和均匀性增加,城市扩张中心略微向北部和东部移动,2006—2015为城市化低速过渡期,景观破碎化加剧,城市扩张重心向北部和西部偏移;③ 在市级尺度上,GDP密度和人口密度对建筑用地景观扩张有显著正影响,生态控制线、高程、坡度和至道路的距离有着显著负影响。每单位生态控制线范围、坡度的增加分别将使建筑用地景观扩张的机会比率将平均减少到原来0.8168倍、0.8841倍。各驱动因素表现出区域和尺度差异性,GDP对宝安区、南山区和坪山区,人口增长对宝安区、龙华区,以及交通可达性对大鹏新区、龙岗区驱动分别最为突出。研究结果可以为中国城市快速扩张过程中的景观格局变化提供科学实践。
135. 基于改进三维足迹模型的关中地区土地自然资本利用状况分析
地理科学进展, 2020, 39(8): 1345-1355
吴健生, 李铠杨, 赵宇豪
摘要: 三维生态足迹是可持续发展定量化评价的重要方法,陕西关中地区作为丝绸之路经济带的重要承载地,研究其土地自然资本利用状况对可持续发展具有重要意义。论文采用改进三维足迹模型,并利用足迹广度基尼系数等指标,对关中地区1995—2015年自然资本利用状况从“产品—地类—区域”3个尺度进行了分析。结果表明： ① 1995—2015年,关中地区土地足迹呈现先增后减的变化趋势,土地承载力逐年下降,生态赤字逐年增大,不利于可持续发展;② 关中地区5个市均处于生态赤字状态,足迹深度均超过原长1,消耗存量资本来弥补流量资本的不足已成关中地区社会发展的常态;③ 耕地和建设用地为流量资本占用主要地类,草地、耕地和建设用地为存量资本消耗主要地类;④ 区域内部流量占用不公平程度逐渐增加,若仍不采取合理措施,2025年将呈现较不均衡状态,2030年则为高度不均衡。论文聚焦“实态足迹”,揭示了关中地区土地利用效益,为其可持续发展提供科学参考。
地理科学进展, 2020, 39(5): 880-888
胡甜, 吴健生, 彭建, 李卫锋
摘要: “土地分离”与“土地共享”是2种不同的土地利用思维方式,反映人类土地利用的决策选择。中国有大量包含土地分离和共享思维的实践,但缺乏将这些实践案例纳入统一体系的研究范式。土地分离与共享框架最初用来探索粮食生产与生物多样性保护的权衡关系。经过10多年的发展,其理论内涵和研究内容不断丰富,是地理资源与环境领域重要的研究议题。论文在解析土地分离与共享框架内涵的基础上,综述土地分离与共享框架的相关研究成果,探讨土地分离与土地共享的策略选择。研究发现土地分离与共享相关研究存在从农业环境主题向城市管理主题转化的趋势,而且除了强调单一生物多样性保护和农业生产外,还有少数研究开始关注碳储存、土壤保持等其他生态系统服务类型;尽管土地分离与土地共享策略各有其优势和局限,但在目前的研究和实践中,土地分离比土地共享更受青睐。论文基于土地的多功能性进一步扩展该框架在城市用地管理中的应用,可为复杂社会—生态系统可持续发展提供路径指导。
中国土地科学，2020
彭建，李冰，董建权，刘炎序，吕丹娜，杜悦悦，罗明，吴健生
摘要:研究目的：阐释国土空间生态修复的基本逻辑，支撑新时期国土空间生态修复从区域自主治理向全域空间设计的战略转型。研究方法：文献综述分析法，逻辑推理法，系统回顾法。研究结果：基于国土空间“要素—格局—过程—服务”级联框架及全域耦合关联，针对目标、对象、区位及途径厘清国土空间生态修复的基本逻辑：以提升人类生态福祉而非生态系统服务潜在供给增长为核心修复目标，国土空间社会—生态要素为基本修复对象，构建多尺度协同的生态安全格局识别重点修复地域，秉承多层级协同次优而非单层级最优的主导修复途径。研究结论：国土空间生态修复的本质在于修复人地冲突、强化人地协同，“修”的是人与自然不和谐的相处方式，“复”的是生态系统退化或受损的结构、过程、功能及服务；国土空间生态修复的对象、区位及途径均以修复目标为导向。
自然资源学报，2020
吴健生，王仰麟，张小飞，彭建，刘焱序
鉴于当前国土空间治理面临复杂的人类活动与自然环境相互作用而产生的生态风险与空间利用问题,基于景观生态学学科特质与生态文明建设要求,对当前国土空间治理工作进行梳理,归纳了明确的生态系统服务定位、高效的建成空间结构、适宜且多样的产业发展支撑、多等级的生态系统服务与安全保障等国土空间治理需求。同时,整合区域时空信息的理论基础与分析手段,提出景观生态学在国土空间治理中应落脚于:(1)识别并统一不同空间尺度的治理单元;(2)辨析并评估景观功能的空间分异;(3)构建基于生态风险防范的区域景观格局;(4)识别集约高效的城乡协调发展格局;(5)提出尺度联系的绿色发展架构;(6)明晰多级多样的生态保障方案。
131.城市滑坡灾害生态风险不确定性分析及风险管理——以深圳市为例
生态学报，2019
吴健生,罗宇航,王小玉,赵宇豪
摘要:城市化的快速推进加剧了建设活动强度，强烈改变自然地表，破环原本稳定的地质环境，导致滑坡灾害日益频繁。本研究以深圳市为研究区，基于"危险性-脆弱性-潜在损失"三维评价框架评价深圳市街道尺度滑坡灾害生态风险、运用"三基色"原理可视化风险结构，并采用蒙特卡洛模拟进行不确定性分析，进而提出生态风险管理措施。结果表明：（1）不确定性与街道面积呈显著的负相关关系，随着街道面积增加，生态风险源不确定性减少；（2）以风险源为不确定性主体的生态风险评价中，不确定性由生态风险源不确定性和"源外"因子大小共同主导，"源外"因子大小是生态风险评价不确定的敏感因素；（3）深圳市滑坡灾害生态风险从西到东呈现"低-高-低-高"交错结构，风险结构主要为"高脆弱-高潜在损失"型和"高危险-高潜在损失"型。分析生态风险结构，建立滑坡灾害生态风险管理体系，制定明确风险管理目标，有利于高效地进行生态风险管理。
130.基于生态系统服务簇的深圳市生态系统服务时空演变轨迹研究
生态学报，2020
冯兆，彭建，吴健生
摘要：明晰生态系统服务的演变特征,有助于针对性的提出区域生态系统服务提升决策,对于维持和改善人类福祉、促进城市可持续发展具有重要意义。以深圳市为例,选取11种生态系统服务,以街道为基本空间单元,对生态系统服务结构特征进行分类,进而探究生态系统服务的长时序演变轨迹。结果表明,深圳市生态系统服务簇有6种类型,分别为水文调节主导型、文化支持潜力型、服务枯竭型、水文调节控制型、水源消耗型、生态保育型;1980—2015年深圳市大部分地区的生态系统服务簇结构稳定,变化明显的地区大多毗邻香港;生态系统服务簇的时空演变轨迹类型有8种,以持续型轨迹为主;生态系统服务簇的时空演变轨迹与城市扩张具有一定的一致性,表明城市扩张对生态系统结构和功能影响的主导性。
应用生态学报，2019
陈弼锴，赵宇豪，吴健生
摘要：深圳市基本生态控制线自2005年实施至今已超过10年，对生态空间具有显著的保护作用。景观生态风险指在自然或人为因素影响下景观格局与生态过程相互作用可能产生的不利后果，科学地管理生态风险是人类可持续发展的重要前提。探究政策实施以来控制线内外区域景观生态风险变化具有重要意义。本研究结合生态敏感性和景观脆弱性两种指标，对2005和2015年深圳市景观生态风险进行综合评估，并利用倍差法探究基本生态控制线政策的实施对控制线内区域景观生态风险的影响。结果表明：—2015年间景观生态风险有所减低，降幅为13.5%；生态控制线线内和线外区域的降幅分别为0.7%和14.4%，除东部滨海分区之外，线外区域的景观生态风险比线内区域降幅更显著。控制其他变量的影响后，在市级尺度，相对于控制线外区域，控制线内区域景观生态风险高1.8%；在分区尺度，中心城区、西部滨海分区、中部分区、东部分区，控制线内区域景观生态风险比控制线外区域分别高1.6%、1.6%、1.4%、1.9%，而东部滨海分区控制线内外差异不显著。基本生态控制线政策的实施减低了控制线内的生境质量和景观脆弱性，但对归一化植被指数和人口密度影响不显著。
地球信息科学学报，2019, 21(1): 25-35
王陆一，吴健生*,李卫锋
摘要：公共自行车在促进交通可持续发展、方便居民出行等方面意义重大。本文以广东省惠州市惠城区和惠阳区、韶关市区公共自行车为研究对象,利用时间序列数据分析、层次聚类、地理可视化等方法探究出行模式,利用随机森林算法分析出行行为的影响因素及其重要性程度。研究发现,惠州市惠城区和韶关市的公共自行车出行行为有规律、成规模,站点呈现生活居住、工作就业等类型;惠州市惠城区自行车使用目的多元,包括通勤、短途办事、公交接驳等,韶关市中,通勤是主要出行目的。惠州市惠阳区受到骑行道路限制,公共自行车使用率低。本研究可以为提高公共自行车系统运营效率、引导慢行交通政策制定、评估城市用地布局提供参考和建议,也能为其他区域公共自行车的研究提供借鉴作用。
127.基于“功能节点—关键廊道”的城市生态安全格局构建——以深圳市为例
地理科学进展，2018，37(12): 1663-1671
吴健生,马洪坤,彭建
摘要：城市生态安全格局构建是综合协调生态保护与经济发展的重要举措,对于合理配置有限的生态资源并最大限度发挥其生态作用具有重要意义。本文以深圳市为例,在生态功能节点识别的基础上,结合景观的生态系统服务价值,根据耗费距离模型,生成生态功能耗费表面,并进行最短路径网络分析,在此基础上提取核心斑块、关键生态廊道。结果表明：各景观类型的生态阻力值,林地阻力最小,且远小于其他景观类型生态阻力值;生态功能耗费梯度表面的分布呈现围绕生态功能节点向周围辐散递减的趋势,东部地区较西部西南部建成区低;核心斑块的大小和形状均存在不同程度的差异,较大的斑块集中分布在东部地区,且对应的节点级别较高;所识别的关键廊道共有4条,空间位置大体上落在基本生态控制线内,羊台山向塘朗山的廊道外缘与基本生态控制线存在冲突,需要对该区域加以管控。建议一方面适时调整生态控制线范围并将冲突部分纳入生态控制线之内,另一方面对该地区进行必要的监管和保护,防止受到进一步破坏。
126.基于HJ-1影像和环境变量的叶绿素a浓度反演——以深圳海域为例
吴健生，王伟
摘要：叶绿素a的浓度能够表征海域富营养化状况,是反映海洋环境状态的一个重要指标。本研究以深圳海域为研究区,基于环境一号卫星遥感影像和实测叶绿素a浓度数据,将陆源入海排污口的核密度、距港口航道的距离和距海水增养殖区的距离作为环境变量,在Matlab平台中分别构建了基于环境一号卫星四个波段反射率为输入参数的误差逆向传播神经网络模型,及在此基础上引入了环境变量的误差逆向传播神经网络模型,以检验环境变量的引入能否提高叶绿素a浓度的反演精度,并对其输入参数进行敏感性分析。结果表明:(1)环境变量的引入能较大地提高误差逆向传播神经网络模型的反演精度,且引入环境变量的误差逆向传播神经网络模型的训练均方误差和验证均方误差分别为4.71μg/L和3.50μg/L,均优于原始误差逆向传播模型的10.98μg/L和12.61μg/L;(2)引入环境变量的误差逆向传播模型的框架如下:输入层为7个变量,分别为蓝光波段反射率、绿光波段反射率、红光波段反射率和近红外波段反射率、陆源入海排污口的核密度、距港口航道的距离和距海水增养殖区的距离;隐含层节点数为5个;输出层为叶绿素a的浓度;(3)叶绿素a的浓度对陆源入海排污口的核密度的变化最敏感,其次分别是近红外波段反射率、红光波段反射率、距港口航道距离、蓝光波段反射率、绿光波段反射率和距海水增养殖区的距离。