中国线性工程沿线区域土地整治技术的研究进展与展望

刘 玉 ， 吴 丹 ， 潘瑜春 ， 唐秀美 ， 任艳敏

(北京农业信息技术研究中心，北京 100097)

0 引言

随着我国城镇化、工业化的快速推进，公路、铁路、水利工程、输油气管线等线性工程网快速延展，其施工建设和运营造成沿线土地的挖损、压占、分割，农田水利设施破坏、农用地质量降低、景观生态环境破坏等问题日益凸显；与此同时，在资金、技术和观念的综合约束下，被破坏和废弃的大部分土地尚未得到合理的整治利用[1]。从分布看，大部分线性工程经过土地质量好、人地关系紧张的地区；而我国扩大内需的4万亿元投资中，约37.5%投资于铁路、公路、机场等重大基础设施建设和城市电网改造，线性工程建设用地需求量增加与耕地保护之间的矛盾加剧。我国因自然灾害和生产建设活动损毁土地约746.7万hm2，待复垦土地约442.3万hm2，仅铁路临时工程破坏的土地就占8.5万hm2[2]。土地整治是对低效、不合理利用和未利用的土地进行治理，对生产建设破坏和自然灾害损毁的土地进行恢复利用，以提高土地利用率和产出率，包括土地整理、土地开发、土地复垦、建设用地整治等[2-3]。当前，土地整治的范畴、目标、内涵、作用和方式均在发生深刻变化[4]。在城乡统筹背景下，适时整治线性工程沿线土地、提高土地集约节约利用水平，是坚守18亿亩耕地红线、保障粮食安全、发展现代农业的重要措施。《全国土地整治规划(2011─2015年)》明确提出了要组织实施“7918”高速公路、“四纵四横”高速铁路、“南水北调”水利工程等沿线的土地整治工程。

基于此，本研究在梳理我国线性工程沿线区域土地整治技术研究的基础上，探讨应深化研究的技术内容，促进面向国家战略需求和现代农业发展实际的线性工程沿线区域土地整治技术的系统研究及其成果应用。

1 研究现状

1.1 线性工程对沿线区域的扰动影响调查与评价

目前，对线性工程的用地类型、对土地的破坏形式与破坏方式等研究较为深入。根据设计要求和施工特点，线性工程用地从占用时限上划分为永久用地和临时用地两大类[5]：一是永久用地，是指主体工程的线路本身及其沿线设施工程占用的土地，包括路堤、路堑、道沟及其他附属设施等用地，其土地占用的位置和数量由相关技术规范和设计标准确定。二是临时用地，是指建设过程中的施工便道、取弃土(渣)场、施工作业场、材料堆放场、临时用房、工棚等用地，在工程完工后将不再继续利用[6]。临时用地通过挖损和压占破坏土地，挖损主要由路基的挖填、取土场的取土等造成，原有土壤结构、土壤养分受到明显破坏；压占主要指线性工程沿线布设的临时用地等压占土地，破坏和扰动原有地形地貌和植被[7]。永久用地无需修复，而临时用地在工程建设结束后应按照相关规定进行复垦。高速铁路、高速公路等的临时用地具有高强度和高硬质化的占用特点，复垦难度大[8]。同时，工程建设产生的扬尘、废水、废气、生活垃圾、建筑废料和震动等导致环境污染与次生的水土流失等生态环境破坏问题。

现有文献从宏观和微观层面开展相关研究。① 宏观层面。主要采用多期遥感影像数据，借助地理信息系统和景观生态学方法，实证研究了线性工程特别是公路、铁路沿线的土地利用变化规律和景观格局演化特征[9-10]。例如，吕晓芳等[11]基于景观格局指数和空间关联规则，研究了深圳市公路沿线不同缓冲带内建设用地单一类型、相邻类型及组合类型的空间聚集特征；邓毅新[12]和王媛媛[13]指出高速公路出入口通过区位效益、集聚效益等影响产业发展布局，进而推动着出入口附近的土地利用向着高级化、高效化的方向发展。总体上，宏观层面的研究集中在生态脆弱带和生态敏感区，以及经济发达地区，传统农区的土地利用变化研究较少；线性工程建设前后景观格局变化的对比分析较多，而生态效应的对比研究较少[14]；公路、铁路的案例研究较多，其他线性工程的实证研究较少[15]。② 微观层面。主要通过取样与实验相结合的方法，分析线性工程建设与运营对沿线区域土壤水分、理化性质以及重金属含量的影响[16-17]。余爱华[18]通过取样分析，揭示了沪宁高速公路马群立交西侧10～20 m土壤中Cd，Cr，Ni，Pb，Zn的水平分布特征；顾广明[19]应用遥感、野外样方调查等方法，对比分析了“陕甘宁气田—银川天然气管线工程”两侧建设前后植被类型、土地利用和土壤侵蚀等的变化特征；储小院等[20]通过观测天然降雨、土壤、植物和土壤流失量等因子，探讨了沪蓉西高速公路湖北宜长段不同类型弃土场的土壤流失规律。此外，张卓[21]建立了水土流失经济损失计算模型，并以重庆绕城高速公路为例进行实证。

可见，当前研究主要集中在线性工程建设与运营对土地、生态环境及经济发展和产业布局的影响评价与分析方面，典型案例研究较多，技术方法多样，得出的结论也存在较大差异。总体看，扰动影响调查与综合评价的系统分析较少，基于“3S”技术与实地调查相结合的扰动影响调查与综合评价技术尚不成熟，亟待进一步探讨。

1.2 线性工程沿线区域土地整治适宜性评价

当前，线性工程沿线区域土地利用存在耕地的破碎化现象严重、沿线及其出入口附近非法用地现象突出、土地平整度差、基础设施配套不完善、生态系统退化等突出问题。基于农业的多功能性分析，对线性工程沿线区域内土地的适宜用途和适宜程度进行定性分析和定量评价，明确沿线农用地的障碍因素及强度，确定土地整治方向及相应的整治措施，是实施土地整治的基础。与非线性工程沿线区域相比，线性工程沿线的区域土地整治适宜性评价还应考虑区域内土地破坏前的现状、区域内土地破坏后的现状、区域内的基础条件等因素[22-23]。从现有文献看，沿线区域的土地整治以土地复垦为主，较少涉及土地整理和土地开发，降低了方案的科学性和合理性。随着土地整治工作的深入推进，面向多用途的土地适宜性综合评价研究逐渐增多。评价指标多从地形、土壤、水文地理和社会经济等方面选取土层厚度、土壤质地、剖面构型、pH值、土壤容重、障碍层深度、灌溉保证率、人均耕地、农民人均纯收入等指标[24-25]；权重确定方法有德尔菲法、层次分析法、模糊综合评价法、经验判断指数和法、极限条件法等[26]。为了提高权重确定的客观性，并凸显少数限制因子的作用，融合生态位理论及限制因子定律的生态位适宜度变权评价方法在适宜性评价中得到广泛应用[22]。此外，陈旭欣[26]选取宜耕、宜林、宜草、宜园4个方向，采用可拓综合评价法和物元理论相结合的方法对南水北调中线京石段应急供水工程进行土地复垦适宜性评价；杨国栋[27]和杨亚伦等[24]依据人工神经网络原理，建立了高速公路、南水北调工程临时用地复垦适宜性的神经网络评价模型，结果可靠性显著提高；邹玥等[22]基于农用地分等成果，对线性工程临时用地复垦的土地利用方向进行判别。与面状区域相比，线性工程沿线的区域土地跨度大、途经的地域广，气象、水文、地质、土壤植被及社会经济条件存在较大差异，对土地整治时空配置方案的制定提出了更高要求，既要全局考虑又要针对区域特点确定适宜的整治方向。

1.3 线性工程沿线区域土地整治规划设计

宏观层面，以适宜性评价结果为基础，部分研究已经涉及到土地整治时空配置的内容：王瑷玲[28]提出了提高农用地综合生产力的区域土地整理时空配置指标体系、模型和方法；刘娜[29]构建了包括评价单元划分、指标体系构建、权重确定、评价模型建立及其应用等内容的区域土地整治时空配置方法，并以湖北省部分地区为例进行实证。微观层面，景观规划设计一直是区域土地整治设计研究的重点。法国高速公路沿线的景观规划充分考虑农牧结合和土地高效集约利用，既要满足现代化农业耕作的需要，又要尽量不破坏自然风貌，以形成集农业、观光为一体的田园风光特点。景耀春等[30]倡导在宁夏高速公路沿线绿化中实现景观、防护、生产等多功能的有机结合；边振兴[31]运用农业景观生态规划设计方法，将单一农田整理规划扩展到农田、水系、林地和村庄的综合性土地整理规划设计；付光辉[32]引入生态风险评价理论与方法，形成了系统的土地整理生态风险评价理论、程序与方法体系。

长期以来，我国土地复垦研究主要围绕工矿废弃地展开，线性工程沿线的土地复垦规划设计研究处于起步阶段。丁宁等[33]在高速铁路大临设施工程分区、复垦方案初定、复垦适宜性评价、复垦投入产出分析的基础上，通过DEA模型评价各复垦方向的综合效率，确定复垦优化方案；王保东等[34]从复垦程序、复垦步骤、工程量计算等环节对南水北调京石段临时用地进行复垦设计；杨锐锋[35]以现有铁路工程生态恢复运行良好的相关技术参数为样本建立BP神经网络模型，并据此判别贵广铁路贵州段水土保持设计的合理性和土地复垦的适宜性；魏路锋[36]以南水北调中线京石应急供水工程河北段为案例，从土地复垦可行性、复垦标准、复垦技术、复垦措施等对土地复垦进行探讨。此外，王娟等[37]结合南水北调工程中临时用地使用的特点，从复垦规划原则与目标、复垦标准、复垦措施及项目管理等方面设计了全面的复垦规划方案；黄海等[38]把DEA方法的客观分析与决策者的主观偏好结合起来，构建了带AHP约束锥的DEA方法，应用于土地整理规划设计方案的比选。

在现代农业规划方面，20世纪80年代末期，欧盟首先提出多功能农业。从事此项研究的学者与机构集中于发达国家，OECD的研究较为深入；国内相关研究开展较晚，但在现代农业服务价值评估方面取得一定进展。案例研究表明，农用地具有巨大的潜在价值，农业多功能价值远远高于农业生产的直接经济价值[39-40]。公路、铁路建成通车后，沿线地区形成区位优势，加剧了建设用地与农用地之间的争地冲突，大量农用地被建设用地侵吞。因此，在线性工程沿线土地整治规划及现代农业发展规划中，应充分挖掘农用地的生态、休闲、观光、文化和教育等多种功能，使其级差地租达到最高水平，提升农用地的竞争力，进而实现沿线农用地的有效保护。因此，在开展线性工程沿线区域土地整治规划设计时，必须充分考虑沿线区域土地利用的多功能性以及线性工程对土地利用的正负效应，合理进行整治功能分区。

1.4 线性工程沿线区域土地整治工程技术

在土地整治工程方面，以复垦工程技术及景观恢复技术研究为主，土壤修复与地力培肥、生态修复与景观重建等研究逐渐增多。朱立安等[41]和朱小敏[42]根据临时用地特点和复垦要求，从复垦规划技术、复垦实施技术和复垦管理技术3个方面系统阐述高速公路用地、铁路用地的复垦技术体系；杨思忠[43]研究了寒区线性工程沿线冻土区的植被恢复技术；杨尽[44]采用多种现代分析测试技术，从多学科视角探索土壤矿物改良剂的作用机理，并通过对土壤矿物改良剂优化配比方案选择及盆栽植物对比实验，指导固体废物改良贫瘠土壤的实践；姚刚[45]通过盆栽试验研究西安—汉中高速公路工程临时用地土壤改良效应对工程恢复的效果，并采用添加垃圾堆肥改良土壤；赵艳纳[46]系统研究公路边坡绿化恢复、生物型公路声屏障、路域景观文化整合等关键工程技术，构建了宛坪高速公路综合生态恢复技术体系。

1.5 线性工程沿线区域土地整治信息化管理

以GIS为代表的空间信息技术凭其优越的空间问题求解能力和高效的海量信息数据处理能力，已成为土地整治规划管理工作的重要手段。集RS、GPS、GIS为一体的“3S”技术，在土地利用信息获取、地形精确定位、地理信息管理、三维可视化模拟等方面发挥了巨大作用。当前，我国土地整治信息化在规划选址、辅助可视化规划设计和项目监管等方面积累了一定基础，但是面向单一业务独立运行的应用系统难以实现各系统之间的资源共享，尚未形成面向政府决策服务的集数据采集、信息管理、辅助设计、情景模拟等功能在内的沿线区域土地整治信息化管理系统。

2 研究展望

我国线性工程沿线区域的土地整治，已引起学术界和管理层的密切关注。目前，国内相关研究集中在建设运营的扰动影响、临时用地复垦适宜性评价、复垦技术体系构建等，且重在关注临时用地的复垦适宜性评价和技术设计。从城乡统筹和发展现代农业的中长期战略来看，推进线性工程沿线区域的土地综合整治成为必然趋势。因此，着眼于地域系统的综合性、动态性和区域性，瞄准国际研究前沿[47-48]，结合线性工程沿线土地利用现状和推进带状区域土地整治的实践需要，系统研究沿线区域土地整治模式及其技术体系，为推进土地整治机制创新与科技支撑搭建新平台。

2.1 线性工程对沿线区域的扰动影响调查与评价技术

基于文献梳理和实地调研，集成研究线性工程在建设和运营阶段对沿线要素的扰动影响调查与综合评价技术。① 研究综合应用“3S”技术的线外临时用地信息快速获取技术，以及基于中高分辨率遥感影像的信息提取技术，为沿线扰动区域的影响调查与评价提供基础数据；② 研究线性工程在建设和运营阶段对沿线土地利用、景观生态、交通、水系等的扰动影响类别、程度、范围和特征，形成工程施工、运营对沿线土地资源扰动的区域划定及影响评估技术方法；③ 集成现有土地调查、农地分等定级和生态环境调查评价等技术与景观生态原理，形成系统性的线性工程对沿线区域的扰动影响调查与综合评价技术。

2.2 线性工程沿线区域土地整治项目时空配置

集成研究沿线区域土地整治项目时空配置技术方法，服务于土地整治项目时空布局方案制定。① 基于线性工程对沿线土地的扰动影响，研究以地块为单元的面向现代农业的土地限制性分析评价方法，并结合当前土地整治工程技术现状和沿线土地利用总体规划，研究基于空间聚类方法的土地整治项目的区域范围及确定技术；② 分析以土地整治项目的区域范围为单元的主导土地限制性因素，确定功能区范围内土地整治措施类型及整治模式，提出沿线区域的土地整治项目单元及类型确定方法，实现沿线区域土地整治项目空间布局规划；③综合投入产出、整治迫切性等因素，研究沿线区域土地整治项目优先度评价模型和方法，实现沿线区域范围内土地整治项目的时序安排。

2.3 基于农业的线性工程土地整治项目区规划设计

研究具体土地整治项目区内的功能区布局、土地利用结构优化等土地整治规划设计关键技术，包括：① 以粮食增产、农业增效和农民增收为目标，构建用地结构优化目标函数，提出整治区内农用地结构优化模型与实现技术；基于土地适宜性、现状特点、整治成本等约束条件，形成面向现代农业发展的功能区空间布局优化模型与方法。② 服务于土地整治施工，研究田块平整、设施配套、水源选址、景观设计等工程的组合优化设计流程；针对线性工程对沿线交通、水系的阻隔影响，研究道路、水源、排灌系统等设施网络空间布局优化模型。③面向整治后农用地精细化管理与利用，研究农用地质量综合评价模型、质量提升技术、精细化利用等技术与方法。

2.4 线性工程沿线土地整治信息化管理系统

重点开展土地资源数据整合与共享技术、土地整治规划设计辅助系统和土地资源网络化监管技术的研发工作，具体包括：① 针对土地资源数据整合与共享问题，研究多源异构土地利用及土地整治相关时空数据的共享与管理技术，开发相关的软件系统，为线性工程沿线土地整治规划设计和土地资源网络化监管提供技术支撑；② 基于三维GIS技术，研发服务于线性工程沿线土地整治项目规划设计的软件系统，实现项目区内田水路林的布局优化、土方量自动计算、施工优化、规划设计效果模拟展示等功能；③ 集成农用地生产力质量快速监测与评定技术，基于Web服务技术，开发农用地等级监测与辅助评定系统，为农用地等级快速评定提供技术基础。

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