數(shù)字農(nóng)業(yè)技術(shù)在中國尾礦污染鄉(xiāng)村適老性設(shè)計應(yīng)用研究

侯詠淇，李夢然

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院，廣東 廣州 510642)

1 引言

中國老齡工作委員會辦公室數(shù)據(jù)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(yù)計到2050年，我國老年人口將達到峰值4.87億人[1]。其中，農(nóng)村養(yǎng)老中留守老人的養(yǎng)老矛盾突出，隨著大量農(nóng)村青壯年勞動力轉(zhuǎn)移進城，目前已有超過5000萬人的農(nóng)村留守老人，農(nóng)村人口老齡化速度加快。此外，據(jù)不完全統(tǒng)計，中國直接或間接受礦區(qū)開發(fā)影響的大小村落總數(shù)量約達90萬個，我國農(nóng)村受礦區(qū)影響總?cè)藬?shù)高達2億人[9]。

面對鄉(xiāng)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(fù)雜，人口稠密，實行產(chǎn)業(yè)一體化、小型器械農(nóng)耕和一村一品。面對不同的經(jīng)濟和環(huán)境背景，中國能否帶來更勝一籌的改變？數(shù)字農(nóng)業(yè)新技術(shù)在鄉(xiāng)村振興及可持續(xù)發(fā)展中能有如何作為？

在國家鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略規(guī)劃政策的大背景下，開展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，強化農(nóng)業(yè)科技支撐。社會合作方面，企業(yè)設(shè)立鄉(xiāng)村專項基金，高校承擔(dān)農(nóng)業(yè)技術(shù)研究，提供農(nóng)業(yè)現(xiàn)代一體化解決方案以及提升農(nóng)業(yè)裝備和農(nóng)業(yè)信息化水平，如農(nóng)業(yè)機械自動駕馭系統(tǒng)等[5]。

筆者以韶關(guān)市仁化縣黃子塘自然村為例，進行實地勘察調(diào)研，引用SITES理論，基于鄉(xiāng)村老齡化和數(shù)字農(nóng)業(yè)新技術(shù)，對中國尾礦污染區(qū)丘陵地農(nóng)業(yè)景觀重構(gòu)進行設(shè)計，探究結(jié)合農(nóng)業(yè)機械化的適老性改造設(shè)計，并且分析了SITES在中國農(nóng)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(lǐng)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(xù)風(fēng)景園林設(shè)計評價工具—可持續(xù)場地行動計劃(簡稱“SITES”)在美國開始研究，試圖為將可持續(xù)作為目標(biāo)的場地設(shè)計提供指南、標(biāo)準(zhǔn)和評級方法[2]。

“可持續(xù)設(shè)計指南”(SITES)是一個系統(tǒng)的全面的指引和評級體系。用來定義可持續(xù)設(shè)計，衡量景觀、基礎(chǔ)設(shè)施和建筑物等設(shè)計表現(xiàn)，并最終提升景觀的價值。要求跨學(xué)科協(xié)作，推動傳統(tǒng)土地開發(fā)與管理實踐向可再生模式轉(zhuǎn)變，旨在轉(zhuǎn)型土地開發(fā)和使用，為場地設(shè)計提供一個全面的指南。所以，學(xué)習(xí)和掌握該評估體系在場地中的評估方式，并提出其在規(guī)劃設(shè)計中的應(yīng)用方式，對提升場地景觀生態(tài)可持續(xù)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(zhàn)，特別是在受尾礦污染的農(nóng)村，如何運用生態(tài)技術(shù)修復(fù)污染的耕地及水體是需要探討的。同時,在生態(tài)修復(fù)過程中如何解決鄉(xiāng)村留守老人的生產(chǎn)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(xù)風(fēng)景園林設(shè)計指南和評級體系，有許多值得我國學(xué)習(xí)和研究的價值。一方面，我國可持續(xù)風(fēng)景園林設(shè)計與實踐起步較晚，在實際工作中存在很多不科學(xué)、不尊重生態(tài)的設(shè)計；另一方面，次評級體系可作為政府主導(dǎo)的促進可持續(xù)發(fā)展的工具之一。

盡管SITES可以適用于全球范圍，但主要的指標(biāo)還是在美國的語境下制定的；中國當(dāng)前尚沒有一套符合國情且獨立的景觀可持續(xù)場地評估體系。目前也未有鄉(xiāng)村的實踐項目獲得SITES認(rèn)證。如何結(jié)合我國實際情況，探究SITES在中國農(nóng)村落地的可行性及應(yīng)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(shè)計場地位于廣東省韶關(guān)市仁化縣董塘鎮(zhèn)黃子塘村，位于亞洲最大鉛鋅礦,并位于最大污染區(qū)。凡口鉛鋅礦于1958年建礦,1968年正式投產(chǎn),礦山原設(shè)計規(guī)模為日處理鉛鋅礦石3000 t,年產(chǎn)鉛鋅金屬量12萬t。2002年形成日處理鉛鋅礦石4500 t、年產(chǎn)15萬t鉛鋅金屬量的生產(chǎn)能力。2009年18萬t擴產(chǎn)技改后,形成日處理鉛鋅礦石5500 t、年產(chǎn)18萬t鉛鋅金屬量的生產(chǎn)能力，目前鉛鋅礦仍在投入生產(chǎn)中[6]。

場地及周邊村落的耕地和水體存在嚴(yán)重的重金屬超標(biāo)；由于長期食用重金屬污染的農(nóng)作物，大部分村民體內(nèi)重金屬超標(biāo)。在2012年，村內(nèi)大部分兒童被檢查出患有嚴(yán)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(chǎn)者。由于降水少，灌溉系統(tǒng)分布不合理，缺水問題嚴(yán)重，導(dǎo)致農(nóng)作物品種單一、種植技術(shù)落后和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)單一，村民收入低。村內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施不完善，缺乏公共活動場地，留守老人只能在家內(nèi)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(huán)境

場地缺水及污染殘留嚴(yán)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(yán)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(jīng)凡口鉛鋅礦污染的井水被村民用于洗衣,洗衣水經(jīng)過排水溝排入了風(fēng)水塘并且生活污水未經(jīng)處理直接排入風(fēng)水塘，由此可見，污水未經(jīng)處理并交叉污染，導(dǎo)致污染殘留嚴(yán)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(yù)判圖解(筆者團隊繪制)

3.2.2 勞動力弱

目前場地總?cè)丝诩s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(nèi)農(nóng)耕勞動力主要是留守老人。根據(jù)統(tǒng)計顯示，村內(nèi)將近60%的老人承擔(dān)了村內(nèi)的農(nóng)活，隨著人口流失與老齡化，村內(nèi)勞動力弱的情況將持續(xù)惡化(圖3、圖4)。

圖3 黃子塘村人群構(gòu)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(jīng)濟結(jié)構(gòu)單一，經(jīng)濟水平低下

據(jù)統(tǒng)計，韶關(guān)市農(nóng)村常住居民2017年的人均可支配收入為14108元，經(jīng)濟收入較低[7]。場地居民主要收入來源是農(nóng)業(yè)耕作，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)單一，農(nóng)作物主要為水稻、小麥和蔬菜等糧食作物，經(jīng)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(yán)重情況。農(nóng)耕模式落后和老齡化則使場地居民收入愈發(fā)低下。

4 方案分析

4.1 設(shè)計策略

重新審視人與土地、現(xiàn)代化與農(nóng)村之間的關(guān)系,引入新時代機械耕作，以提高場地老年人的生產(chǎn)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(jīng)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(xiàn)機械、人、土地和諧相處的動態(tài)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(fù)土地和水體污染，最大程度降低鄉(xiāng)村老人的工作強度和形成本土特有的旅游吸引力，用現(xiàn)代化手段，將鄉(xiāng)村注入數(shù)字農(nóng)業(yè)新技術(shù)及其進行景觀規(guī)劃，解決老人的耕作問題。

在第一個20年內(nèi)，主要是對該地區(qū)農(nóng)耕區(qū)進行條件改善和機械化農(nóng)耕試點；預(yù)期在2039～2049年完成農(nóng)業(yè)機械化整體系統(tǒng)深化建設(shè)；在2049～2079實現(xiàn)本土特色鮮明的旅游點建設(shè)，最終形成較完善的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化體系，使鄉(xiāng)村實現(xiàn)環(huán)境優(yōu)化，經(jīng)濟提升、人流回歸以及產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的目的(圖5、圖6)。

圖5 場地問題與設(shè)計策略圖解(筆者團隊繪制)

圖6 邏輯推導(dǎo)圖解(筆者團隊繪制)

4.2 設(shè)計方法與技術(shù)路線

經(jīng)閱讀文獻及咨詢相關(guān)專家后得出,農(nóng)機實現(xiàn)自動化的基礎(chǔ)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(tǒng)及農(nóng)機運行的要求對場地進行信息化控制與機耕路線的規(guī)劃[8],并以此作為設(shè)計基礎(chǔ)的一部分。右圖為對信息化現(xiàn)代農(nóng)業(yè)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(jié)果(圖7、圖8、圖9)。

圖7 PTK-GNSS定位系統(tǒng)圖解(筆者團隊繪制)

圖8 農(nóng)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(nóng)耕區(qū)條件改善及機械化農(nóng)耕試點

首先解決土壤和水體的污染問題，改善農(nóng)耕區(qū)的耕作環(huán)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(fù)耕期時間。

保留水塘，重新規(guī)劃水系統(tǒng)。保留東北部芋頭和水稻的種植區(qū)，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(fù)區(qū)的植物。栽種南瓜和火龍果作為鄉(xiāng)土景觀營造的經(jīng)濟作物，大力發(fā)展節(jié)水型農(nóng)業(yè)。

制定機耕路線，規(guī)劃農(nóng)業(yè)機械自動駕駛道路系統(tǒng)，初步建成田間定位系統(tǒng)以及小型精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)機械化試點。根據(jù)坡度、耗油量、與居住區(qū)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(tǒng)，并且在農(nóng)耕區(qū)進行?？奎c的模塊化設(shè)計，存放農(nóng)耕機器。

居住區(qū)種植空間模塊化設(shè)計。對居住區(qū)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(dāng)?shù)夭牧希缰癫臑樵牧稀２捎米詣訃娏芟到y(tǒng)、種植階梯、高位種植臺、圓角等適老性設(shè)計。其中，半私密空間加入多模塊走廊式設(shè)計，公共空間加入多模塊圍合式設(shè)計。

4.2.2 階段二：農(nóng)業(yè)機械化整體系統(tǒng)深化建設(shè)

制定原場地嚴(yán)重污染區(qū)的土壤復(fù)耕計劃，在中部嚴(yán)重污染區(qū)，培育鄉(xiāng)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(qū)的土壤修復(fù)。并在東部培育柑橘種植林，種植經(jīng)濟作物，提高當(dāng)?shù)亟?jīng)濟收入，混合毛竹，杜鵑和白馬骨同步修復(fù)土壤污染。

農(nóng)業(yè)機械化整體系統(tǒng)深化建設(shè)。在農(nóng)耕區(qū)，利用景觀生態(tài)學(xué)原理(斑塊、廊道和基質(zhì)三要素)對全村機耕道路系統(tǒng)與作物種植規(guī)劃進行優(yōu)化，農(nóng)作物交替種植增加多樣性，利用鄉(xiāng)土植物豐富林下植物類型，根據(jù)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(shè)計中，增加給農(nóng)機充電的功能。

生產(chǎn)更可控的居住區(qū)模塊化種植空間。在一代的前提下，加入可持續(xù)太陽能板，耐腐蝕金屬材料加固和光、溫、水自動監(jiān)測與控制系統(tǒng)。在北面新增居住區(qū)，使居住區(qū)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(yán)重污染區(qū)的土壤復(fù)耕計劃。

4.2.3 階段三：旅游機會的轉(zhuǎn)化與旅游點建設(shè)

旅游機會的轉(zhuǎn)化與旅游點建設(shè),用廢棄的農(nóng)具等進行景觀設(shè)計。建設(shè)體現(xiàn)場地特點的代表性節(jié)點，在平地農(nóng)田內(nèi)利用廢舊機器部件打造稻草人。在梯田處設(shè)置互動投影展示屏，向游人展示實時的耕作地圖。在林地設(shè)置柑橘傳輸帶與景觀廊架結(jié)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(nóng)耕示范區(qū)，為游人提供從礦到機械的新時代農(nóng)耕文化體驗。

其中，進行更可持續(xù)的居住區(qū)種植空間模塊化設(shè)計。在一二代的基礎(chǔ)上，設(shè)置太陽能聚光玻璃。在村莊北面新增居住區(qū)，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(shè)計圖解(筆者團隊繪制)

圖11 2039-2059階段二設(shè)計圖解(筆者團隊繪制)

圖12 2059-2079階段三設(shè)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(nóng)業(yè)科技耕種效果圖(筆者團隊繪制)

5 SITES理論實踐解析

本設(shè)計以可持續(xù)場地設(shè)計指南為理論指導(dǎo)，為場地設(shè)計提供指南和理論基礎(chǔ)，主要體現(xiàn)在場地背景、前期設(shè)計評估與規(guī)劃、水體、土壤與植被、材料選擇、居民健康與發(fā)展、教育與性能監(jiān)督和技術(shù)革新等[4]。

在設(shè)計前期，SITES強調(diào)對項目選址和開發(fā)背景的關(guān)注，要求仔細規(guī)劃,以及對現(xiàn)有自然資源的保護,這些自然資源是獨特的、關(guān)鍵的,但同時又是敏感的、受到威脅的。在本場地表現(xiàn)為農(nóng)田，其為野生動物、場地使用者和周圍社區(qū)提供了重要的生態(tài)系統(tǒng)功能。并且場地以前的用途均為退化的場地，所以恢復(fù)其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)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(qū)如何有助于減少場地污染,改善居民的生產(chǎn)和生活條件,支持當(dāng)?shù)亟?jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

在前期設(shè)計評估與規(guī)劃上，SITES強調(diào)設(shè)計開始之前，一個一體化設(shè)計團隊必須對現(xiàn)有的物質(zhì)、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(guī)劃和設(shè)計。設(shè)計團隊中有風(fēng)景園林學(xué)、建筑學(xué)、測量學(xué)和植物學(xué)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(tǒng)在自然生態(tài)系統(tǒng)中具有至關(guān)重要的價值，具有存儲、凈化、分布可用水的能力。SITES鼓勵節(jié)約用水，最大限度地利用降水，保護水質(zhì)。本設(shè)計中，團隊先總結(jié)了場地雨水，飲用水和地下水等現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)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(chǔ)，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(zāi)害。使用合適的植被、控制外來入侵植物、恢復(fù)生物多樣性(特別是鄉(xiāng)土種)，都是具有多重環(huán)境、 經(jīng)濟、社會效益的戰(zhàn)略關(guān)鍵。所以在本設(shè)計中，先對土壤污染進行檢測，運用鄉(xiāng)土植被來吸附重金屬，修復(fù)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(shù)量，合理設(shè)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(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。所以，本設(shè)計運用場地廢舊材料或就地取材，比如居住區(qū)種植空間模塊化設(shè)計中，運用當(dāng)?shù)夭牧现癫臑樵牧稀?/p>

在居民健康與發(fā)展上，方案的目標(biāo)是改善場地環(huán)境、豐富產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、吸引年輕人回村、平衡人口結(jié)構(gòu)。居住區(qū)種植空間模塊化設(shè)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(shù)革新上，在鄉(xiāng)村規(guī)劃中引入農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)新技術(shù)，進行試點化的探索。

6 結(jié)語

如今SITES在風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計實踐中已得到廣泛認(rèn)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(rèn)證，是一個開端。但該項目和國際上獲得認(rèn)證的絕大多數(shù)項目一樣，都位于城市；而對于鄉(xiāng)村，國際上仍未有認(rèn)證的案例。對于中國，在鄉(xiāng)村人口老齡化和鄉(xiāng)村振興的背景下，在規(guī)劃設(shè)計中引入SITES理論，有很大的價值和意義。

筆者在學(xué)習(xí)過程中，發(fā)現(xiàn)SITES理論的應(yīng)用可以貫穿風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計的整個過程，提供了總體框架和量化標(biāo)準(zhǔn)，使設(shè)計實踐更加科學(xué)全面及可持續(xù)。

但是，在對文獻資料分析整理和設(shè)計過程中，筆者發(fā)現(xiàn)目前SITES理論的應(yīng)用中仍存在一些問題。第一，SITES聲明不適合區(qū)域尺度的規(guī)劃和農(nóng)業(yè)項目的評價,國際上現(xiàn)存認(rèn)證的項目也沒有區(qū)域尺度的規(guī)劃,但是其仍然試圖設(shè)計一套同時適用于區(qū)域規(guī)劃和設(shè)計尺度的評價體系。團隊在黃子塘村的規(guī)劃設(shè)計的探索,僅是結(jié)合現(xiàn)有的SITES設(shè)計指南進行,論證其可能性,當(dāng)然對場地而言,規(guī)劃和設(shè)計的差別不僅表現(xiàn)在尺度和內(nèi)容上,設(shè)計思維和設(shè)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(guī)劃指南。第二，SITES強調(diào)可持續(xù)發(fā)展的全面闡釋,并提出環(huán)境良好、社會公平和經(jīng)濟可行的三要素,但是從SITES指南中看，其大篇幅聚集在生態(tài)環(huán)境的評價上，對社會公平和經(jīng)濟篇幅極少，筆者在上述的案例實踐中，社會公平和經(jīng)濟方面的設(shè)計在SITES指南中找不到充足的理論參考指導(dǎo)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(jié)合實踐才能實現(xiàn)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(nèi)風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計中的重要性和趨勢，提出農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)的設(shè)想，以及呼吁設(shè)計師關(guān)注在老齡化背景下的中國農(nóng)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(xiāng)村實踐認(rèn)證的缺口，讓規(guī)劃設(shè)計發(fā)揮出最大的價值和社會效益，進一步深入推進我國可持續(xù)風(fēng)景園林事業(yè)。