數字農業技術在中國尾礦污染鄉村適老性設計應用研究

侯詠淇，李夢然

(華南農業大學 林學與風景園林學院，廣東 廣州 510642)

1 引言

中國老齡工作委員會辦公室數據顯示，目前我國人口老齡化進程加快，2017年底，我國60歲以上老年人口已達2.41億人，預計到2050年，我國老年人口將達到峰值4.87億人[1]。其中，農村養老中留守老人的養老矛盾突出，隨著大量農村青壯年勞動力轉移進城，目前已有超過5000萬人的農村留守老人，農村人口老齡化速度加快。此外，據不完全統計，中國直接或間接受礦區開發影響的大小村落總數量約達90萬個，我國農村受礦區影響總人數高達2億人[9]。

面對鄉村老齡化問題，相比于美國，中國耕地少、地形變化大，大型機械化耕作可行性小。相比于日本，同樣地形復雜，人口稠密，實行產業一體化、小型器械農耕和一村一品。面對不同的經濟和環境背景，中國能否帶來更勝一籌的改變？數字農業新技術在鄉村振興及可持續發展中能有如何作為？

在國家鄉村振興戰略規劃政策的大背景下，開展精準農業，強化農業科技支撐。社會合作方面，企業設立鄉村專項基金，高校承擔農業技術研究，提供農業現代一體化解決方案以及提升農業裝備和農業信息化水平，如農業機械自動駕馭系統等[5]。

筆者以韶關市仁化縣黃子塘自然村為例，進行實地勘察調研，引用SITES理論，基于鄉村老齡化和數字農業新技術，對中國尾礦污染區丘陵地農業景觀重構進行設計，探究結合農業機械化的適老性改造設計，并且分析了SITES在中國農村落地的可行性。

2 理論探索及意義

2.1 SITES的背景和定義

在建筑領域，美國的綠色建筑評級體系LEED已廣為接受。自2005年開始，可持續風景園林設計評價工具—可持續場地行動計劃(簡稱“SITES”)在美國開始研究，試圖為將可持續作為目標的場地設計提供指南、標準和評級方法[2]。

“可持續設計指南”(SITES)是一個系統的全面的指引和評級體系。用來定義可持續設計，衡量景觀、基礎設施和建筑物等設計表現，并最終提升景觀的價值。要求跨學科協作，推動傳統土地開發與管理實踐向可再生模式轉變，旨在轉型土地開發和使用，為場地設計提供一個全面的指南。所以，學習和掌握該評估體系在場地中的評估方式，并提出其在規劃設計中的應用方式，對提升場地景觀生態可持續性具有重要意義。

2.2 SITES的重要性

中國乃至世界都在面臨老齡化的挑戰，特別是在受尾礦污染的農村，如何運用生態技術修復污染的耕地及水體是需要探討的。同時,在生態修復過程中如何解決鄉村留守老人的生產生活問題，并能提供持久的解決方案以解決老齡化帶來的影響也是亟待解決的。

SITES作為美國目前較為全面的可持續風景園林設計指南和評級體系，有許多值得我國學習和研究的價值。一方面，我國可持續風景園林設計與實踐起步較晚，在實際工作中存在很多不科學、不尊重生態的設計；另一方面，次評級體系可作為政府主導的促進可持續發展的工具之一。

盡管SITES可以適用于全球范圍，但主要的指標還是在美國的語境下制定的；中國當前尚沒有一套符合國情且獨立的景觀可持續場地評估體系。目前也未有鄉村的實踐項目獲得SITES認證。如何結合我國實際情況，探究SITES在中國農村落地的可行性及應用方式，這個問題具有巨大的研究價值。

3 場地背景與問題

3.1 場地背景

設計場地位于廣東省韶關市仁化縣董塘鎮黃子塘村，位于亞洲最大鉛鋅礦,并位于最大污染區。凡口鉛鋅礦于1958年建礦,1968年正式投產,礦山原設計規模為日處理鉛鋅礦石3000 t,年產鉛鋅金屬量12萬t。2002年形成日處理鉛鋅礦石4500 t、年產15萬t鉛鋅金屬量的生產能力。2009年18萬t擴產技改后,形成日處理鉛鋅礦石5500 t、年產18萬t鉛鋅金屬量的生產能力，目前鉛鋅礦仍在投入生產中[6]。

場地及周邊村落的耕地和水體存在嚴重的重金屬超標；由于長期食用重金屬污染的農作物，大部分村民體內重金屬超標。在2012年，村內大部分兒童被檢查出患有嚴重的血鉛病。由于年輕勞動力向外流失，留守老人成為村里的生產者。由于降水少，灌溉系統分布不合理，缺水問題嚴重，導致農作物品種單一、種植技術落后和產業結構單一，村民收入低。村內基礎設施不完善，缺乏公共活動場地，留守老人只能在家內活動，休閑娛樂得不到保障。

3.2 場地問題

3.2.1 不良的生存環境

場地缺水及污染殘留嚴重。場地降水少，隨著人口增長，耕地不斷擴張。場地東南部地勢高，引水難，降雨少，缺水問題嚴重。曾引南邊尾礦壩廢水作為灌溉用水，造成污染問題。由于鋁廠廢水曾排放到西邊蓄水池,造成了池泥污染,池泥被挖到了池邊由于雨水沖刷造成蓄水池的二次污染。中部經凡口鉛鋅礦污染的井水被村民用于洗衣,洗衣水經過排水溝排入了風水塘并且生活污水未經處理直接排入風水塘，由此可見，污水未經處理并交叉污染，導致污染殘留嚴重(圖1、圖2)。

圖1 黃子塘村飲用水路徑圖解(筆者團隊繪制)

圖2 黃子塘村土壤污染預判圖解(筆者團隊繪制)

3.2.2 勞動力弱

目前場地總人口約有400人。其中外出人口高達80%，留村人口僅有20%，留村的人口主要是老人和小孩。所以村內農耕勞動力主要是留守老人。根據統計顯示，村內將近60%的老人承擔了村內的農活，隨著人口流失與老齡化，村內勞動力弱的情況將持續惡化(圖3、圖4)。

圖3 黃子塘村人群構成分析圖解(筆者團隊繪制)

圖4 黃子塘村居民收入來源圖解(筆者團隊繪制)

3.2.3 經濟結構單一，經濟水平低下

據統計，韶關市農村常住居民2017年的人均可支配收入為14108元，經濟收入較低[7]。場地居民主要收入來源是農業耕作，產業結構單一，農作物主要為水稻、小麥和蔬菜等糧食作物，經濟作物較少，并且采用漫灌的灌溉方式，用水量大，加劇了場地缺水的嚴重情況。農耕模式落后和老齡化則使場地居民收入愈發低下。

4 方案分析

4.1 設計策略

重新審視人與土地、現代化與農村之間的關系,引入新時代機械耕作，以提高場地老年人的生產效率為核心，達到減少用水量，解決場地缺水問題，提高污染去除效率，降低老年人的勞作強度，增加經濟收入，并且能提供潛在的科普教育以及增加旅游價值的目的。實現機械、人、土地和諧相處的動態平衡。

具體方法是：以2019～2079這60年為期限，分為3個階段，在每個階段以引入機耕為核心，逐步完善機耕路線，并有序地修復土地和水體污染，最大程度降低鄉村老人的工作強度和形成本土特有的旅游吸引力，用現代化手段，將鄉村注入數字農業新技術及其進行景觀規劃，解決老人的耕作問題。

在第一個20年內，主要是對該地區農耕區進行條件改善和機械化農耕試點；預期在2039～2049年完成農業機械化整體系統深化建設；在2049～2079實現本土特色鮮明的旅游點建設，最終形成較完善的農業現代化體系，使鄉村實現環境優化，經濟提升、人流回歸以及產業轉型的目的(圖5、圖6)。

圖5 場地問題與設計策略圖解(筆者團隊繪制)

圖6 邏輯推導圖解(筆者團隊繪制)

4.2 設計方法與技術路線

經閱讀文獻及咨詢相關專家后得出,農機實現自動化的基礎要求是定位及行走障礙排除及對行走路徑的控制,因此本方案主要基于PTK-GNSS定位系統及農機運行的要求對場地進行信息化控制與機耕路線的規劃[8],并以此作為設計基礎的一部分。右圖為對信息化現代農業全程解決方案中適用于本場地的機械按坡度、行走半徑、適用場地進行分類后的結果(圖7、圖8、圖9)。

圖7 PTK-GNSS定位系統圖解(筆者團隊繪制)

圖8 農耕機器分類圖解(筆者團隊繪制)

圖9 愿景與時間安排圖解(筆者團隊繪制)

4.2.1 階段一：農耕區條件改善及機械化農耕試點

首先解決土壤和水體的污染問題，改善農耕區的耕作環境，并且制定水管理計劃和土壤休耕計劃，作物種植安排和劃定休耕期及復耕期時間。

保留水塘，重新規劃水系統。保留東北部芋頭和水稻的種植區，西北部作為稻魚共作的水稻試驗田。運用白素、飛揚草、馬唐、蜈蚣蕨、艾草、井欄邊草和金盞銀盤作為土壤修復區的植物。栽種南瓜和火龍果作為鄉土景觀營造的經濟作物，大力發展節水型農業。

制定機耕路線，規劃農業機械自動駕駛道路系統，初步建成田間定位系統以及小型精準農業機械化試點。根據坡度、耗油量、與居住區的距離分為三級路線，為引入機器勞作提供無障礙的道路系統，并且在農耕區進行停靠點的模塊化設計，存放農耕機器。

居住區種植空間模塊化設計。對居住區建筑進行空間整合，劃分為私密、半私密、公共種植空間。運用當地材料，如竹材為原材料。采用自動噴淋系統、種植階梯、高位種植臺、圓角等適老性設計。其中，半私密空間加入多模塊走廊式設計，公共空間加入多模塊圍合式設計。

4.2.2 階段二：農業機械化整體系統深化建設

制定原場地嚴重污染區的土壤復耕計劃，在中部嚴重污染區，培育鄉土植物群落，采用杜鵑、白馬骨、常春藤、蔥蓮、地稔、鳳仙花、扶芳藤、小葉黃楊和薜荔等進行重金屬污染區的土壤修復。并在東部培育柑橘種植林，種植經濟作物，提高當地經濟收入，混合毛竹，杜鵑和白馬骨同步修復土壤污染。

農業機械化整體系統深化建設。在農耕區，利用景觀生態學原理(斑塊、廊道和基質三要素)對全村機耕道路系統與作物種植規劃進行優化，農作物交替種植增加多樣性，利用鄉土植物豐富林下植物類型，根據演替理論進行植物配置，增加斑塊間連通性。在存放點的模塊化設計中，增加給農機充電的功能。

生產更可控的居住區模塊化種植空間。在一代的前提下，加入可持續太陽能板，耐腐蝕金屬材料加固和光、溫、水自動監測與控制系統。在北面新增居住區，使居住區由東向北遷移，符合坐北朝南的良好居住條件。制定原場地嚴重污染區的土壤復耕計劃。

4.2.3 階段三：旅游機會的轉化與旅游點建設

旅游機會的轉化與旅游點建設,用廢棄的農具等進行景觀設計。建設體現場地特點的代表性節點，在平地農田內利用廢舊機器部件打造稻草人。在梯田處設置互動投影展示屏，向游人展示實時的耕作地圖。在林地設置柑橘傳輸帶與景觀廊架結合。休息點作為田間休憩空間及機械停放補給站。作為新時代機械農耕示范區，為游人提供從礦到機械的新時代農耕文化體驗。

其中，進行更可持續的居住區種植空間模塊化設計。在一二代的基礎上，設置太陽能聚光玻璃。在村莊北面新增居住區，將居民居住點逐漸遷移至更適宜居住的北面山腰(圖5～圖14)。

圖10 2019-2039年階段一設計圖解(筆者團隊繪制)

圖11 2039-2059階段二設計圖解(筆者團隊繪制)

圖12 2059-2079階段三設計圖解(筆者團隊繪制)

圖13 2079年黃子塘村總平面圖(筆者團隊繪制)

圖14 未來綠色農業科技耕種效果圖(筆者團隊繪制)

5 SITES理論實踐解析

本設計以可持續場地設計指南為理論指導，為場地設計提供指南和理論基礎，主要體現在場地背景、前期設計評估與規劃、水體、土壤與植被、材料選擇、居民健康與發展、教育與性能監督和技術革新等[4]。

在設計前期，SITES強調對項目選址和開發背景的關注，要求仔細規劃,以及對現有自然資源的保護,這些自然資源是獨特的、關鍵的,但同時又是敏感的、受到威脅的。在本場地表現為農田，其為野生動物、場地使用者和周圍社區提供了重要的生態系統功能。并且場地以前的用途均為退化的場地，所以恢復其生態系統服務功能，成為場地的機遇。方案考慮的范圍遠遠超出紅線范圍，并且考慮周邊地區如何有助于減少場地污染,改善居民的生產和生活條件,支持當地經濟的可持續發展。

在前期設計評估與規劃上，SITES強調設計開始之前，一個一體化設計團隊必須對現有的物質、生物和人文條件進行一次全面的場地評估，而這些會影響之后的規劃和設計。設計團隊中有風景園林學、建筑學、測量學和植物學等一體化團隊，對村長和村民等場地使用者進行了深入的訪談。

水系統在自然生態系統中具有至關重要的價值，具有存儲、凈化、分布可用水的能力。SITES鼓勵節約用水，最大限度地利用降水，保護水質。本設計中，團隊先總結了場地雨水，飲用水和地下水等現狀，發現場地降水完全可以滿足場地需求，所以制定水管理計劃，收集場地雨水，雨季存儲，旱季利用，合理運用雨水，而不是將可飲用水用于灌溉。

在土壤與植被上，健康的土壤除了是植被茁壯成長的基礎，也可過濾污染物，并有助于防止過量的徑流、侵蝕、淤積和洪澇災害。使用合適的植被、控制外來入侵植物、恢復生物多樣性(特別是鄉土種)，都是具有多重環境、 經濟、社會效益的戰略關鍵。所以在本設計中，先對土壤污染進行檢測，運用鄉土植被來吸附重金屬，修復污染土壤，并且進行植物的生物量計算，用量化的手段選擇植物的種類和數量，合理設計植物群落(表1)。

表1 場地生物量計算(筆者團隊編制)

合適的材料有助于項目支持和改善生態系統服務功能。所以，本設計運用場地廢舊材料或就地取材，比如居住區種植空間模塊化設計中，運用當地材料竹材為原材料。

在居民健康與發展上，方案的目標是改善場地環境、豐富產業結構、吸引年輕人回村、平衡人口結構。居住區種植空間模塊化設計，將種植空間劃分為私密、半私密、公共三種空間，充分考慮不同的需求。

在技術革新上，在鄉村規劃中引入農業機械生產新技術，進行試點化的探索。

6 結語

如今SITES在風景園林規劃設計實踐中已得到廣泛認可及運用，但在中國仍停留在理論階段。2019年上海徐匯跑道公園獲得中國大陸首個SITES金級認證，是一個開端。但該項目和國際上獲得認證的絕大多數項目一樣，都位于城市；而對于鄉村，國際上仍未有認證的案例。對于中國，在鄉村人口老齡化和鄉村振興的背景下，在規劃設計中引入SITES理論，有很大的價值和意義。

筆者在學習過程中，發現SITES理論的應用可以貫穿風景園林規劃設計的整個過程，提供了總體框架和量化標準，使設計實踐更加科學全面及可持續。

但是，在對文獻資料分析整理和設計過程中，筆者發現目前SITES理論的應用中仍存在一些問題。第一，SITES聲明不適合區域尺度的規劃和農業項目的評價,國際上現存認證的項目也沒有區域尺度的規劃,但是其仍然試圖設計一套同時適用于區域規劃和設計尺度的評價體系。團隊在黃子塘村的規劃設計的探索,僅是結合現有的SITES設計指南進行,論證其可能性,當然對場地而言,規劃和設計的差別不僅表現在尺度和內容上,設計思維和設計方法也有不同,希望未來能通過不斷的實踐,探索出一套適合中國的SITES規劃指南。第二，SITES強調可持續發展的全面闡釋,并提出環境良好、社會公平和經濟可行的三要素,但是從SITES指南中看，其大篇幅聚集在生態環境的評價上，對社會公平和經濟篇幅極少，筆者在上述的案例實踐中，社會公平和經濟方面的設計在SITES指南中找不到充足的理論參考指導實踐，所以雖然SITES作了些嘗試和探索，但未進一步在理論和研究上進行突破[2]。

理論結合實踐才能實現其最大的價值，筆者的理論掌握得仍不夠充分，實踐也在探討階段。但筆者希望能通過本文傳達出SITES理論在如今國際國內風景園林規劃設計中的重要性和趨勢，提出農業機械化生產的設想，以及呼吁設計師關注在老齡化背景下的中國農村，在實踐過程中盡可能合理運用SITES理論，不斷的探索，補充鄉村實踐認證的缺口，讓規劃設計發揮出最大的價值和社會效益，進一步深入推進我國可持續風景園林事業。