劉 玉 ， 吳 丹 ， 潘瑜春 ， 唐秀美 ， 任艷敏

(北京農(nóng)業(yè)信息技術研究中心，北京 100097)

0 引言

隨著我國城鎮(zhèn)化、工業(yè)化的快速推進，公路、鐵路、水利工程、輸油氣管線等線性工程網(wǎng)快速延展，其施工建設和運營造成沿線土地的挖損、壓占、分割，農(nóng)田水利設施破壞、農(nóng)用地質(zhì)量降低、景觀生態(tài)環(huán)境破壞等問題日益凸顯；與此同時，在資金、技術和觀念的綜合約束下，被破壞和廢棄的大部分土地尚未得到合理的整治利用[1]。從分布看，大部分線性工程經(jīng)過土地質(zhì)量好、人地關系緊張的地區(qū)；而我國擴大內(nèi)需的4萬億元投資中，約37.5%投資于鐵路、公路、機場等重大基礎設施建設和城市電網(wǎng)改造，線性工程建設用地需求量增加與耕地保護之間的矛盾加劇。我國因自然災害和生產(chǎn)建設活動損毀土地約746.7萬hm2，待復墾土地約442.3萬hm2，僅鐵路臨時工程破壞的土地就占8.5萬hm2[2]。土地整治是對低效、不合理利用和未利用的土地進行治理，對生產(chǎn)建設破壞和自然災害損毀的土地進行恢復利用，以提高土地利用率和產(chǎn)出率，包括土地整理、土地開發(fā)、土地復墾、建設用地整治等[2-3]。當前，土地整治的范疇、目標、內(nèi)涵、作用和方式均在發(fā)生深刻變化[4]。在城鄉(xiāng)統(tǒng)籌背景下，適時整治線性工程沿線土地、提高土地集約節(jié)約利用水平，是堅守18億畝耕地紅線、保障糧食安全、發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要措施?！度珖恋卣我?guī)劃(2011─2015年)》明確提出了要組織實施“7918”高速公路、“四縱四橫”高速鐵路、“南水北調(diào)”水利工程等沿線的土地整治工程。

基于此，本研究在梳理我國線性工程沿線區(qū)域土地整治技術研究的基礎上，探討應深化研究的技術內(nèi)容，促進面向國家戰(zhàn)略需求和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展實際的線性工程沿線區(qū)域土地整治技術的系統(tǒng)研究及其成果應用。

1 研究現(xiàn)狀

1.1 線性工程對沿線區(qū)域的擾動影響調(diào)查與評價

目前，對線性工程的用地類型、對土地的破壞形式與破壞方式等研究較為深入。根據(jù)設計要求和施工特點，線性工程用地從占用時限上劃分為永久用地和臨時用地兩大類[5]：一是永久用地，是指主體工程的線路本身及其沿線設施工程占用的土地，包括路堤、路塹、道溝及其他附屬設施等用地，其土地占用的位置和數(shù)量由相關技術規(guī)范和設計標準確定。二是臨時用地，是指建設過程中的施工便道、取棄土(渣)場、施工作業(yè)場、材料堆放場、臨時用房、工棚等用地，在工程完工后將不再繼續(xù)利用[6]。臨時用地通過挖損和壓占破壞土地，挖損主要由路基的挖填、取土場的取土等造成，原有土壤結構、土壤養(yǎng)分受到明顯破壞；壓占主要指線性工程沿線布設的臨時用地等壓占土地，破壞和擾動原有地形地貌和植被[7]。永久用地無需修復，而臨時用地在工程建設結束后應按照相關規(guī)定進行復墾。高速鐵路、高速公路等的臨時用地具有高強度和高硬質(zhì)化的占用特點，復墾難度大[8]。同時，工程建設產(chǎn)生的揚塵、廢水、廢氣、生活垃圾、建筑廢料和震動等導致環(huán)境污染與次生的水土流失等生態(tài)環(huán)境破壞問題。

現(xiàn)有文獻從宏觀和微觀層面開展相關研究。① 宏觀層面。主要采用多期遙感影像數(shù)據(jù)，借助地理信息系統(tǒng)和景觀生態(tài)學方法，實證研究了線性工程特別是公路、鐵路沿線的土地利用變化規(guī)律和景觀格局演化特征[9-10]。例如，呂曉芳等[11]基于景觀格局指數(shù)和空間關聯(lián)規(guī)則，研究了深圳市公路沿線不同緩沖帶內(nèi)建設用地單一類型、相鄰類型及組合類型的空間聚集特征；鄧毅新[12]和王媛媛[13]指出高速公路出入口通過區(qū)位效益、集聚效益等影響產(chǎn)業(yè)發(fā)展布局，進而推動著出入口附近的土地利用向著高級化、高效化的方向發(fā)展。總體上，宏觀層面的研究集中在生態(tài)脆弱帶和生態(tài)敏感區(qū)，以及經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)的土地利用變化研究較少；線性工程建設前后景觀格局變化的對比分析較多，而生態(tài)效應的對比研究較少[14]；公路、鐵路的案例研究較多，其他線性工程的實證研究較少[15]。② 微觀層面。主要通過取樣與實驗相結合的方法，分析線性工程建設與運營對沿線區(qū)域土壤水分、理化性質(zhì)以及重金屬含量的影響[16-17]。余愛華[18]通過取樣分析，揭示了滬寧高速公路馬群立交西側10～20 m土壤中Cd，Cr，Ni，Pb，Zn的水平分布特征；顧廣明[19]應用遙感、野外樣方調(diào)查等方法，對比分析了“陜甘寧氣田—銀川天然氣管線工程”兩側建設前后植被類型、土地利用和土壤侵蝕等的變化特征；儲小院等[20]通過觀測天然降雨、土壤、植物和土壤流失量等因子，探討了滬蓉西高速公路湖北宜長段不同類型棄土場的土壤流失規(guī)律。此外，張卓[21]建立了水土流失經(jīng)濟損失計算模型，并以重慶繞城高速公路為例進行實證。

可見，當前研究主要集中在線性工程建設與運營對土地、生態(tài)環(huán)境及經(jīng)濟發(fā)展和產(chǎn)業(yè)布局的影響評價與分析方面，典型案例研究較多，技術方法多樣，得出的結論也存在較大差異?？傮w看，擾動影響調(diào)查與綜合評價的系統(tǒng)分析較少，基于“3S”技術與實地調(diào)查相結合的擾動影響調(diào)查與綜合評價技術尚不成熟，亟待進一步探討。

1.2 線性工程沿線區(qū)域土地整治適宜性評價

當前，線性工程沿線區(qū)域土地利用存在耕地的破碎化現(xiàn)象嚴重、沿線及其出入口附近非法用地現(xiàn)象突出、土地平整度差、基礎設施配套不完善、生態(tài)系統(tǒng)退化等突出問題?；谵r(nóng)業(yè)的多功能性分析，對線性工程沿線區(qū)域內(nèi)土地的適宜用途和適宜程度進行定性分析和定量評價，明確沿線農(nóng)用地的障礙因素及強度，確定土地整治方向及相應的整治措施，是實施土地整治的基礎。與非線性工程沿線區(qū)域相比，線性工程沿線的區(qū)域土地整治適宜性評價還應考慮區(qū)域內(nèi)土地破壞前的現(xiàn)狀、區(qū)域內(nèi)土地破壞后的現(xiàn)狀、區(qū)域內(nèi)的基礎條件等因素[22-23]。從現(xiàn)有文獻看，沿線區(qū)域的土地整治以土地復墾為主，較少涉及土地整理和土地開發(fā)，降低了方案的科學性和合理性。隨著土地整治工作的深入推進，面向多用途的土地適宜性綜合評價研究逐漸增多。評價指標多從地形、土壤、水文地理和社會經(jīng)濟等方面選取土層厚度、土壤質(zhì)地、剖面構型、pH值、土壤容重、障礙層深度、灌溉保證率、人均耕地、農(nóng)民人均純收入等指標[24-25]；權重確定方法有德爾菲法、層次分析法、模糊綜合評價法、經(jīng)驗判斷指數(shù)和法、極限條件法等[26]。為了提高權重確定的客觀性，并凸顯少數(shù)限制因子的作用，融合生態(tài)位理論及限制因子定律的生態(tài)位適宜度變權評價方法在適宜性評價中得到廣泛應用[22]。此外，陳旭欣[26]選取宜耕、宜林、宜草、宜園4個方向，采用可拓綜合評價法和物元理論相結合的方法對南水北調(diào)中線京石段應急供水工程進行土地復墾適宜性評價；楊國棟[27]和楊亞倫等[24]依據(jù)人工神經(jīng)網(wǎng)絡原理，建立了高速公路、南水北調(diào)工程臨時用地復墾適宜性的神經(jīng)網(wǎng)絡評價模型，結果可靠性顯著提高；鄒玥等[22]基于農(nóng)用地分等成果，對線性工程臨時用地復墾的土地利用方向進行判別。與面狀區(qū)域相比，線性工程沿線的區(qū)域土地跨度大、途經(jīng)的地域廣，氣象、水文、地質(zhì)、土壤植被及社會經(jīng)濟條件存在較大差異，對土地整治時空配置方案的制定提出了更高要求，既要全局考慮又要針對區(qū)域特點確定適宜的整治方向。

1.3 線性工程沿線區(qū)域土地整治規(guī)劃設計

宏觀層面，以適宜性評價結果為基礎，部分研究已經(jīng)涉及到土地整治時空配置的內(nèi)容：王璦玲[28]提出了提高農(nóng)用地綜合生產(chǎn)力的區(qū)域土地整理時空配置指標體系、模型和方法；劉娜[29]構建了包括評價單元劃分、指標體系構建、權重確定、評價模型建立及其應用等內(nèi)容的區(qū)域土地整治時空配置方法，并以湖北省部分地區(qū)為例進行實證。微觀層面，景觀規(guī)劃設計一直是區(qū)域土地整治設計研究的重點。法國高速公路沿線的景觀規(guī)劃充分考慮農(nóng)牧結合和土地高效集約利用，既要滿足現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)耕作的需要，又要盡量不破壞自然風貌，以形成集農(nóng)業(yè)、觀光為一體的田園風光特點。景耀春等[30]倡導在寧夏高速公路沿線綠化中實現(xiàn)景觀、防護、生產(chǎn)等多功能的有機結合；邊振興[31]運用農(nóng)業(yè)景觀生態(tài)規(guī)劃設計方法，將單一農(nóng)田整理規(guī)劃擴展到農(nóng)田、水系、林地和村莊的綜合性土地整理規(guī)劃設計；付光輝[32]引入生態(tài)風險評價理論與方法，形成了系統(tǒng)的土地整理生態(tài)風險評價理論、程序與方法體系。

長期以來，我國土地復墾研究主要圍繞工礦廢棄地展開，線性工程沿線的土地復墾規(guī)劃設計研究處于起步階段。丁寧等[33]在高速鐵路大臨設施工程分區(qū)、復墾方案初定、復墾適宜性評價、復墾投入產(chǎn)出分析的基礎上，通過DEA模型評價各復墾方向的綜合效率，確定復墾優(yōu)化方案；王保東等[34]從復墾程序、復墾步驟、工程量計算等環(huán)節(jié)對南水北調(diào)京石段臨時用地進行復墾設計；楊銳鋒[35]以現(xiàn)有鐵路工程生態(tài)恢復運行良好的相關技術參數(shù)為樣本建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型，并據(jù)此判別貴廣鐵路貴州段水土保持設計的合理性和土地復墾的適宜性；魏路鋒[36]以南水北調(diào)中線京石應急供水工程河北段為案例，從土地復墾可行性、復墾標準、復墾技術、復墾措施等對土地復墾進行探討。此外，王娟等[37]結合南水北調(diào)工程中臨時用地使用的特點，從復墾規(guī)劃原則與目標、復墾標準、復墾措施及項目管理等方面設計了全面的復墾規(guī)劃方案；黃海等[38]把DEA方法的客觀分析與決策者的主觀偏好結合起來，構建了帶AHP約束錐的DEA方法，應用于土地整理規(guī)劃設計方案的比選。

在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)規(guī)劃方面，20世紀80年代末期，歐盟首先提出多功能農(nóng)業(yè)。從事此項研究的學者與機構集中于發(fā)達國家，OECD的研究較為深入；國內(nèi)相關研究開展較晚，但在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)服務價值評估方面取得一定進展。案例研究表明，農(nóng)用地具有巨大的潛在價值，農(nóng)業(yè)多功能價值遠遠高于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的直接經(jīng)濟價值[39-40]。公路、鐵路建成通車后，沿線地區(qū)形成區(qū)位優(yōu)勢，加劇了建設用地與農(nóng)用地之間的爭地沖突，大量農(nóng)用地被建設用地侵吞。因此，在線性工程沿線土地整治規(guī)劃及現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中，應充分挖掘農(nóng)用地的生態(tài)、休閑、觀光、文化和教育等多種功能，使其級差地租達到最高水平，提升農(nóng)用地的競爭力，進而實現(xiàn)沿線農(nóng)用地的有效保護。因此，在開展線性工程沿線區(qū)域土地整治規(guī)劃設計時，必須充分考慮沿線區(qū)域土地利用的多功能性以及線性工程對土地利用的正負效應，合理進行整治功能分區(qū)。

1.4 線性工程沿線區(qū)域土地整治工程技術

在土地整治工程方面，以復墾工程技術及景觀恢復技術研究為主，土壤修復與地力培肥、生態(tài)修復與景觀重建等研究逐漸增多。朱立安等[41]和朱小敏[42]根據(jù)臨時用地特點和復墾要求，從復墾規(guī)劃技術、復墾實施技術和復墾管理技術3個方面系統(tǒng)闡述高速公路用地、鐵路用地的復墾技術體系；楊思忠[43]研究了寒區(qū)線性工程沿線凍土區(qū)的植被恢復技術；楊盡[44]采用多種現(xiàn)代分析測試技術，從多學科視角探索土壤礦物改良劑的作用機理，并通過對土壤礦物改良劑優(yōu)化配比方案選擇及盆栽植物對比實驗，指導固體廢物改良貧瘠土壤的實踐；姚剛[45]通過盆栽試驗研究西安—漢中高速公路工程臨時用地土壤改良效應對工程恢復的效果，并采用添加垃圾堆肥改良土壤；趙艷納[46]系統(tǒng)研究公路邊坡綠化恢復、生物型公路聲屏障、路域景觀文化整合等關鍵工程技術，構建了宛坪高速公路綜合生態(tài)恢復技術體系。

1.5 線性工程沿線區(qū)域土地整治信息化管理

以GIS為代表的空間信息技術憑其優(yōu)越的空間問題求解能力和高效的海量信息數(shù)據(jù)處理能力，已成為土地整治規(guī)劃管理工作的重要手段。集RS、GPS、GIS為一體的“3S”技術，在土地利用信息獲取、地形精確定位、地理信息管理、三維可視化模擬等方面發(fā)揮了巨大作用。當前，我國土地整治信息化在規(guī)劃選址、輔助可視化規(guī)劃設計和項目監(jiān)管等方面積累了一定基礎，但是面向單一業(yè)務獨立運行的應用系統(tǒng)難以實現(xiàn)各系統(tǒng)之間的資源共享，尚未形成面向政府決策服務的集數(shù)據(jù)采集、信息管理、輔助設計、情景模擬等功能在內(nèi)的沿線區(qū)域土地整治信息化管理系統(tǒng)。

2 研究展望

我國線性工程沿線區(qū)域的土地整治，已引起學術界和管理層的密切關注。目前，國內(nèi)相關研究集中在建設運營的擾動影響、臨時用地復墾適宜性評價、復墾技術體系構建等，且重在關注臨時用地的復墾適宜性評價和技術設計。從城鄉(xiāng)統(tǒng)籌和發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的中長期戰(zhàn)略來看，推進線性工程沿線區(qū)域的土地綜合整治成為必然趨勢。因此，著眼于地域系統(tǒng)的綜合性、動態(tài)性和區(qū)域性，瞄準國際研究前沿[47-48]，結合線性工程沿線土地利用現(xiàn)狀和推進帶狀區(qū)域土地整治的實踐需要，系統(tǒng)研究沿線區(qū)域土地整治模式及其技術體系，為推進土地整治機制創(chuàng)新與科技支撐搭建新平臺。

2.1 線性工程對沿線區(qū)域的擾動影響調(diào)查與評價技術

基于文獻梳理和實地調(diào)研，集成研究線性工程在建設和運營階段對沿線要素的擾動影響調(diào)查與綜合評價技術。① 研究綜合應用“3S”技術的線外臨時用地信息快速獲取技術，以及基于中高分辨率遙感影像的信息提取技術，為沿線擾動區(qū)域的影響調(diào)查與評價提供基礎數(shù)據(jù)；② 研究線性工程在建設和運營階段對沿線土地利用、景觀生態(tài)、交通、水系等的擾動影響類別、程度、范圍和特征，形成工程施工、運營對沿線土地資源擾動的區(qū)域劃定及影響評估技術方法；③ 集成現(xiàn)有土地調(diào)查、農(nóng)地分等定級和生態(tài)環(huán)境調(diào)查評價等技術與景觀生態(tài)原理，形成系統(tǒng)性的線性工程對沿線區(qū)域的擾動影響調(diào)查與綜合評價技術。

2.2 線性工程沿線區(qū)域土地整治項目時空配置

集成研究沿線區(qū)域土地整治項目時空配置技術方法，服務于土地整治項目時空布局方案制定。① 基于線性工程對沿線土地的擾動影響，研究以地塊為單元的面向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的土地限制性分析評價方法，并結合當前土地整治工程技術現(xiàn)狀和沿線土地利用總體規(guī)劃，研究基于空間聚類方法的土地整治項目的區(qū)域范圍及確定技術；② 分析以土地整治項目的區(qū)域范圍為單元的主導土地限制性因素，確定功能區(qū)范圍內(nèi)土地整治措施類型及整治模式，提出沿線區(qū)域的土地整治項目單元及類型確定方法，實現(xiàn)沿線區(qū)域土地整治項目空間布局規(guī)劃；③綜合投入產(chǎn)出、整治迫切性等因素，研究沿線區(qū)域土地整治項目優(yōu)先度評價模型和方法，實現(xiàn)沿線區(qū)域范圍內(nèi)土地整治項目的時序安排。

2.3 基于農(nóng)業(yè)的線性工程土地整治項目區(qū)規(guī)劃設計

研究具體土地整治項目區(qū)內(nèi)的功能區(qū)布局、土地利用結構優(yōu)化等土地整治規(guī)劃設計關鍵技術，包括：① 以糧食增產(chǎn)、農(nóng)業(yè)增效和農(nóng)民增收為目標，構建用地結構優(yōu)化目標函數(shù)，提出整治區(qū)內(nèi)農(nóng)用地結構優(yōu)化模型與實現(xiàn)技術；基于土地適宜性、現(xiàn)狀特點、整治成本等約束條件，形成面向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的功能區(qū)空間布局優(yōu)化模型與方法。② 服務于土地整治施工，研究田塊平整、設施配套、水源選址、景觀設計等工程的組合優(yōu)化設計流程；針對線性工程對沿線交通、水系的阻隔影響，研究道路、水源、排灌系統(tǒng)等設施網(wǎng)絡空間布局優(yōu)化模型。③面向整治后農(nóng)用地精細化管理與利用，研究農(nóng)用地質(zhì)量綜合評價模型、質(zhì)量提升技術、精細化利用等技術與方法。

2.4 線性工程沿線土地整治信息化管理系統(tǒng)

重點開展土地資源數(shù)據(jù)整合與共享技術、土地整治規(guī)劃設計輔助系統(tǒng)和土地資源網(wǎng)絡化監(jiān)管技術的研發(fā)工作，具體包括：① 針對土地資源數(shù)據(jù)整合與共享問題，研究多源異構土地利用及土地整治相關時空數(shù)據(jù)的共享與管理技術，開發(fā)相關的軟件系統(tǒng)，為線性工程沿線土地整治規(guī)劃設計和土地資源網(wǎng)絡化監(jiān)管提供技術支撐；② 基于三維GIS技術，研發(fā)服務于線性工程沿線土地整治項目規(guī)劃設計的軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)項目區(qū)內(nèi)田水路林的布局優(yōu)化、土方量自動計算、施工優(yōu)化、規(guī)劃設計效果模擬展示等功能；③ 集成農(nóng)用地生產(chǎn)力質(zhì)量快速監(jiān)測與評定技術，基于Web服務技術，開發(fā)農(nóng)用地等級監(jiān)測與輔助評定系統(tǒng)，為農(nóng)用地等級快速評定提供技術基礎。

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