数字农业技术在中国尾矿污染乡村适老性设计应用研究

侯咏淇，李梦然

(华南农业大学 林学与风景园林学院，广东 广州 510642)

1 引言

中国老龄工作委员会办公室数据显示，目前我国人口老龄化进程加快，2017年底，我国60岁以上老年人口已达2.41亿人，预计到2050年，我国老年人口将达到峰值4.87亿人[1]。其中，农村养老中留守老人的养老矛盾突出，随着大量农村青壮年劳动力转移进城，目前已有超过5000万人的农村留守老人，农村人口老龄化速度加快。此外，据不完全统计，中国直接或间接受矿区开发影响的大小村落总数量约达90万个，我国农村受矿区影响总人数高达2亿人[9]。

面对乡村老龄化问题，相比于美国，中国耕地少、地形变化大，大型机械化耕作可行性小。相比于日本，同样地形复杂，人口稠密，实行产业一体化、小型器械农耕和一村一品。面对不同的经济和环境背景，中国能否带来更胜一筹的改变？数字农业新技术在乡村振兴及可持续发展中能有如何作为？

在国家乡村振兴战略规划政策的大背景下，开展精准农业，强化农业科技支撑。社会合作方面，企业设立乡村专项基金，高校承担农业技术研究，提供农业现代一体化解决方案以及提升农业装备和农业信息化水平，如农业机械自动驾驭系统等[5]。

笔者以韶关市仁化县黄子塘自然村为例，进行实地勘察调研，引用SITES理论，基于乡村老龄化和数字农业新技术，对中国尾矿污染区丘陵地农业景观重构进行设计，探究结合农业机械化的适老性改造设计，并且分析了SITES在中国农村落地的可行性。

2 理论探索及意义

2.1 SITES的背景和定义

在建筑领域，美国的绿色建筑评级体系LEED已广为接受。自2005年开始，可持续风景园林设计评价工具—可持续场地行动计划(简称“SITES”)在美国开始研究，试图为将可持续作为目标的场地设计提供指南、标准和评级方法[2]。

“可持续设计指南”(SITES)是一个系统的全面的指引和评级体系。用来定义可持续设计，衡量景观、基础设施和建筑物等设计表现，并最终提升景观的价值。要求跨学科协作，推动传统土地开发与管理实践向可再生模式转变，旨在转型土地开发和使用，为场地设计提供一个全面的指南。所以，学习和掌握该评估体系在场地中的评估方式，并提出其在规划设计中的应用方式，对提升场地景观生态可持续性具有重要意义。

2.2 SITES的重要性

中国乃至世界都在面临老龄化的挑战，特别是在受尾矿污染的农村，如何运用生态技术修复污染的耕地及水体是需要探讨的。同时,在生态修复过程中如何解决乡村留守老人的生产生活问题，并能提供持久的解决方案以解决老龄化带来的影响也是亟待解决的。

SITES作为美国目前较为全面的可持续风景园林设计指南和评级体系，有许多值得我国学习和研究的价值。一方面，我国可持续风景园林设计与实践起步较晚，在实际工作中存在很多不科学、不尊重生态的设计；另一方面，次评级体系可作为政府主导的促进可持续发展的工具之一。

尽管SITES可以适用于全球范围，但主要的指标还是在美国的语境下制定的；中国当前尚没有一套符合国情且独立的景观可持续场地评估体系。目前也未有乡村的实践项目获得SITES认证。如何结合我国实际情况，探究SITES在中国农村落地的可行性及应用方式，这个问题具有巨大的研究价值。

3 场地背景与问题

3.1 场地背景

设计场地位于广东省韶关市仁化县董塘镇黄子塘村，位于亚洲最大铅锌矿,并位于最大污染区。凡口铅锌矿于1958年建矿,1968年正式投产,矿山原设计规模为日处理铅锌矿石3000 t,年产铅锌金属量12万t。2002年形成日处理铅锌矿石4500 t、年产15万t铅锌金属量的生产能力。2009年18万t扩产技改后,形成日处理铅锌矿石5500 t、年产18万t铅锌金属量的生产能力，目前铅锌矿仍在投入生产中[6]。

场地及周边村落的耕地和水体存在严重的重金属超标；由于长期食用重金属污染的农作物，大部分村民体内重金属超标。在2012年，村内大部分儿童被检查出患有严重的血铅病。由于年轻劳动力向外流失，留守老人成为村里的生产者。由于降水少，灌溉系统分布不合理，缺水问题严重，导致农作物品种单一、种植技术落后和产业结构单一，村民收入低。村内基础设施不完善，缺乏公共活动场地，留守老人只能在家内活动，休闲娱乐得不到保障。

3.2 场地问题

3.2.1 不良的生存环境

场地缺水及污染残留严重。场地降水少，随着人口增长，耕地不断扩张。场地东南部地势高，引水难，降雨少，缺水问题严重。曾引南边尾矿坝废水作为灌溉用水，造成污染问题。由于铝厂废水曾排放到西边蓄水池,造成了池泥污染,池泥被挖到了池边由于雨水冲刷造成蓄水池的二次污染。中部经凡口铅锌矿污染的井水被村民用于洗衣,洗衣水经过排水沟排入了风水塘并且生活污水未经处理直接排入风水塘，由此可见，污水未经处理并交叉污染，导致污染残留严重(图1、图2)。

图1 黄子塘村饮用水路径图解(笔者团队绘制)

图2 黄子塘村土壤污染预判图解(笔者团队绘制)

3.2.2 劳动力弱

目前场地总人口约有400人。其中外出人口高达80%，留村人口仅有20%，留村的人口主要是老人和小孩。所以村内农耕劳动力主要是留守老人。根据统计显示，村内将近60%的老人承担了村内的农活，随着人口流失与老龄化，村内劳动力弱的情况将持续恶化(图3、图4)。

图3 黄子塘村人群构成分析图解(笔者团队绘制)

图4 黄子塘村居民收入来源图解(笔者团队绘制)

3.2.3 经济结构单一，经济水平低下

据统计，韶关市农村常住居民2017年的人均可支配收入为14108元，经济收入较低[7]。场地居民主要收入来源是农业耕作，产业结构单一，农作物主要为水稻、小麦和蔬菜等粮食作物，经济作物较少，并且采用漫灌的灌溉方式，用水量大，加剧了场地缺水的严重情况。农耕模式落后和老龄化则使场地居民收入愈发低下。

4 方案分析

4.1 设计策略

重新审视人与土地、现代化与农村之间的关系,引入新时代机械耕作，以提高场地老年人的生产效率为核心，达到减少用水量，解决场地缺水问题，提高污染去除效率，降低老年人的劳作强度，增加经济收入，并且能提供潜在的科普教育以及增加旅游价值的目的。实现机械、人、土地和谐相处的动态平衡。

具体方法是：以2019～2079这60年为期限，分为3个阶段，在每个阶段以引入机耕为核心，逐步完善机耕路线，并有序地修复土地和水体污染，最大程度降低乡村老人的工作强度和形成本土特有的旅游吸引力，用现代化手段，将乡村注入数字农业新技术及其进行景观规划，解决老人的耕作问题。

在第一个20年内，主要是对该地区农耕区进行条件改善和机械化农耕试点；预期在2039～2049年完成农业机械化整体系统深化建设；在2049～2079实现本土特色鲜明的旅游点建设，最终形成较完善的农业现代化体系，使乡村实现环境优化，经济提升、人流回归以及产业转型的目的(图5、图6)。

图5 场地问题与设计策略图解(笔者团队绘制)

图6 逻辑推导图解(笔者团队绘制)

4.2 设计方法与技术路线

经阅读文献及咨询相关专家后得出,农机实现自动化的基础要求是定位及行走障碍排除及对行走路径的控制,因此本方案主要基于PTK-GNSS定位系统及农机运行的要求对场地进行信息化控制与机耕路线的规划[8],并以此作为设计基础的一部分。右图为对信息化现代农业全程解决方案中适用于本场地的机械按坡度、行走半径、适用场地进行分类后的结果(图7、图8、图9)。

图7 PTK-GNSS定位系统图解(笔者团队绘制)

图8 农耕机器分类图解(笔者团队绘制)

图9 愿景与时间安排图解(笔者团队绘制)

4.2.1 阶段一：农耕区条件改善及机械化农耕试点

首先解决土壤和水体的污染问题，改善农耕区的耕作环境，并且制定水管理计划和土壤休耕计划，作物种植安排和划定休耕期及复耕期时间。

保留水塘，重新规划水系统。保留东北部芋头和水稻的种植区，西北部作为稻鱼共作的水稻试验田。运用白素、飞扬草、马唐、蜈蚣蕨、艾草、井栏边草和金盏银盘作为土壤修复区的植物。栽种南瓜和火龙果作为乡土景观营造的经济作物，大力发展节水型农业。

制定机耕路线，规划农业机械自动驾驶道路系统，初步建成田间定位系统以及小型精准农业机械化试点。根据坡度、耗油量、与居住区的距离分为三级路线，为引入机器劳作提供无障碍的道路系统，并且在农耕区进行停靠点的模块化设计，存放农耕机器。

居住区种植空间模块化设计。对居住区建筑进行空间整合，划分为私密、半私密、公共种植空间。运用当地材料，如竹材为原材料。采用自动喷淋系统、种植阶梯、高位种植台、圆角等适老性设计。其中，半私密空间加入多模块走廊式设计，公共空间加入多模块围合式设计。

4.2.2 阶段二：农业机械化整体系统深化建设

制定原场地严重污染区的土壤复耕计划，在中部严重污染区，培育乡土植物群落，采用杜鹃、白马骨、常春藤、葱莲、地稔、凤仙花、扶芳藤、小叶黄杨和薜荔等进行重金属污染区的土壤修复。并在东部培育柑橘种植林，种植经济作物，提高当地经济收入，混合毛竹，杜鹃和白马骨同步修复土壤污染。

农业机械化整体系统深化建设。在农耕区，利用景观生态学原理(斑块、廊道和基质三要素)对全村机耕道路系统与作物种植规划进行优化，农作物交替种植增加多样性，利用乡土植物丰富林下植物类型，根据演替理论进行植物配置，增加斑块间连通性。在存放点的模块化设计中，增加给农机充电的功能。

生产更可控的居住区模块化种植空间。在一代的前提下，加入可持续太阳能板，耐腐蚀金属材料加固和光、温、水自动监测与控制系统。在北面新增居住区，使居住区由东向北迁移，符合坐北朝南的良好居住条件。制定原场地严重污染区的土壤复耕计划。

4.2.3 阶段三：旅游机会的转化与旅游点建设

旅游机会的转化与旅游点建设,用废弃的农具等进行景观设计。建设体现场地特点的代表性节点，在平地农田内利用废旧机器部件打造稻草人。在梯田处设置互动投影展示屏，向游人展示实时的耕作地图。在林地设置柑橘传输带与景观廊架结合。休息点作为田间休憩空间及机械停放补给站。作为新时代机械农耕示范区，为游人提供从矿到机械的新时代农耕文化体验。

其中，进行更可持续的居住区种植空间模块化设计。在一二代的基础上，设置太阳能聚光玻璃。在村庄北面新增居住区，将居民居住点逐渐迁移至更适宜居住的北面山腰(图5～图14)。

图10 2019-2039年阶段一设计图解(笔者团队绘制)

图11 2039-2059阶段二设计图解(笔者团队绘制)

图12 2059-2079阶段三设计图解(笔者团队绘制)

图13 2079年黄子塘村总平面图(笔者团队绘制)

图14 未来绿色农业科技耕种效果图(笔者团队绘制)

5 SITES理论实践解析

本设计以可持续场地设计指南为理论指导，为场地设计提供指南和理论基础，主要体现在场地背景、前期设计评估与规划、水体、土壤与植被、材料选择、居民健康与发展、教育与性能监督和技术革新等[4]。

在设计前期，SITES强调对项目选址和开发背景的关注，要求仔细规划,以及对现有自然资源的保护,这些自然资源是独特的、关键的,但同时又是敏感的、受到威胁的。在本场地表现为农田，其为野生动物、场地使用者和周围社区提供了重要的生态系统功能。并且场地以前的用途均为退化的场地，所以恢复其生态系统服务功能，成为场地的机遇。方案考虑的范围远远超出红线范围，并且考虑周边地区如何有助于减少场地污染,改善居民的生产和生活条件,支持当地经济的可持续发展。

在前期设计评估与规划上，SITES强调设计开始之前，一个一体化设计团队必须对现有的物质、生物和人文条件进行一次全面的场地评估，而这些会影响之后的规划和设计。设计团队中有风景园林学、建筑学、测量学和植物学等一体化团队，对村长和村民等场地使用者进行了深入的访谈。

水系统在自然生态系统中具有至关重要的价值，具有存储、净化、分布可用水的能力。SITES鼓励节约用水，最大限度地利用降水，保护水质。本设计中，团队先总结了场地雨水，饮用水和地下水等现状，发现场地降水完全可以满足场地需求，所以制定水管理计划，收集场地雨水，雨季存储，旱季利用，合理运用雨水，而不是将可饮用水用于灌溉。

在土壤与植被上，健康的土壤除了是植被茁壮成长的基础，也可过滤污染物，并有助于防止过量的径流、侵蚀、淤积和洪涝灾害。使用合适的植被、控制外来入侵植物、恢复生物多样性(特别是乡土种)，都是具有多重环境、 经济、社会效益的战略关键。所以在本设计中，先对土壤污染进行检测，运用乡土植被来吸附重金属，修复污染土壤，并且进行植物的生物量计算，用量化的手段选择植物的种类和数量，合理设计植物群落(表1)。

表1 场地生物量计算(笔者团队编制)

合适的材料有助于项目支持和改善生态系统服务功能。所以，本设计运用场地废旧材料或就地取材，比如居住区种植空间模块化设计中，运用当地材料竹材为原材料。

在居民健康与发展上，方案的目标是改善场地环境、丰富产业结构、吸引年轻人回村、平衡人口结构。居住区种植空间模块化设计，将种植空间划分为私密、半私密、公共三种空间，充分考虑不同的需求。

在技术革新上，在乡村规划中引入农业机械生产新技术，进行试点化的探索。

6 结语

如今SITES在风景园林规划设计实践中已得到广泛认可及运用，但在中国仍停留在理论阶段。2019年上海徐汇跑道公园获得中国大陆首个SITES金级认证，是一个开端。但该项目和国际上获得认证的绝大多数项目一样，都位于城市；而对于乡村，国际上仍未有认证的案例。对于中国，在乡村人口老龄化和乡村振兴的背景下，在规划设计中引入SITES理论，有很大的价值和意义。

笔者在学习过程中，发现SITES理论的应用可以贯穿风景园林规划设计的整个过程，提供了总体框架和量化标准，使设计实践更加科学全面及可持续。

但是，在对文献资料分析整理和设计过程中，笔者发现目前SITES理论的应用中仍存在一些问题。第一，SITES声明不适合区域尺度的规划和农业项目的评价,国际上现存认证的项目也没有区域尺度的规划,但是其仍然试图设计一套同时适用于区域规划和设计尺度的评价体系。团队在黄子塘村的规划设计的探索,仅是结合现有的SITES设计指南进行,论证其可能性,当然对场地而言,规划和设计的差别不仅表现在尺度和内容上,设计思维和设计方法也有不同,希望未来能通过不断的实践,探索出一套适合中国的SITES规划指南。第二，SITES强调可持续发展的全面阐释,并提出环境良好、社会公平和经济可行的三要素,但是从SITES指南中看，其大篇幅聚集在生态环境的评价上，对社会公平和经济篇幅极少，笔者在上述的案例实践中，社会公平和经济方面的设计在SITES指南中找不到充足的理论参考指导实践，所以虽然SITES作了些尝试和探索，但未进一步在理论和研究上进行突破[2]。

理论结合实践才能实现其最大的价值，笔者的理论掌握得仍不够充分，实践也在探讨阶段。但笔者希望能通过本文传达出SITES理论在如今国际国内风景园林规划设计中的重要性和趋势，提出农业机械化生产的设想，以及呼吁设计师关注在老龄化背景下的中国农村，在实践过程中尽可能合理运用SITES理论，不断的探索，补充乡村实践认证的缺口，让规划设计发挥出最大的价值和社会效益，进一步深入推进我国可持续风景园林事业。