北方村庄压煤山丘区煤炭资源储量丰富,其开采引发的农民、企业和政府之间的土地利用冲突日益显著。山西省晋城市长河流域内,煤炭开采、农业生产与人居环境叠加,煤炭资源开发利用促进当地经济快速发展,同时对区域内的生态环境造成了较大的负面影响。如何协调煤炭资源开发、土地资源利用、如何进行开采后的土地整治成为当前急需解决的问题。鉴于此,以山西省晋城市长河流域为例,通过实地调查、走访、采集测试等方式获取进行研究的相关数据,在空间上进行各因素的有机表达研究,分析土地整治的有效方法。本研究在北方村庄压煤山丘区土地整治因素调查的基础上,从压煤山丘区矿区土地生态风险评价、压煤山丘区土地整治相关因素的表达与分析、基本农田特征提取与分析、压煤村庄搬迁选址分析、长河流域基本农田优化布局、晋城市长河流域耕地整治模式分析等五个方面进行分析研究。(1)应用概率积分法对长河流域煤炭开采沉陷进行预计。长河流域煤炭开采第一阶段下沉最大值为4750mm,主要发生在成庄村、段都村、西王庄村、上麓村、下麓村、原庄村、东烟村,总面积为801.18hm2;第二阶段下沉最大值11724.8mm,主要发生在成庄村、段都村、西王庄村、上麓村、下麓村、原庄村、东烟村、史村、刘村,总面积为1583.51hm2;在2040年最大下沉为1172.4mm,主要发生区域有成庄村、段都村、西王庄村、上麓村、下麓村、原庄村、东烟村、史村、刘村、南坪村、峪南村,总面积为1949.59hm2。通过实地调查确定了长河流域矿业生态风险的类型、生态风险终点。晋城市泽州县长河流域受煤炭开采影响,,生态风险最高区域沿长河分布,西北部则主要受到地表沉陷的影响。以分离度、破碎度、优势度三个景观指数与熵权系数权重指标构建了长河土地利用景观干扰度指数,研究表明西北部矿区土地利用景观干扰度较大,景观破碎度明显大于东南部。(2)山西省晋城市泽州县长河流域是典型的煤粮复合区,土地利用不仅受煤炭资源开发利用的影响,而且受自身自然条件约束。水土资源时空匹配是保障农业生产的基础条件,分析耕地空间分布特征、土壤养分质量、地形空间分布特征,运用K均值聚类将晋城市长河流域划分为三个类型:高、中、低土壤养分区、六个空间单元,总体上为西北山区(一片区)、中部平川区(两片区)、东南部山区(两片区),其他零星区域分布于东南部、西北部。使用主成分分析对晋城市长河流域土壤养分质量进行综合评价,综合得分在-1.6～2.4之间,西北山区土壤养分质量最差,沿长河两侧土壤质量最优,矿区内土壤养分质量明显低于流域内的农业区。针对晋城市长河流域地形起伏度进行空间自相关分析,将长河流域地形起伏划分成高-高、低-低、高-低、低-高四类。高-高类空间集聚区分布于成庄、范庄、王虎山、车郭庄、原庄西部以及黑泉沟、东王庄村、刘河村;低-低空间集聚区域以长河谷地呈东北-西南方向分布,零星分布面积较小如马坪头村、下麓村、东烟村。晋城市长河流域水土资源空间分配不均衡,耕地集聚区水资源短缺问题突出,水土匹配系数最大值为0.51,最小值为0.12,平均值为0.20,远低于全国平均水平1.4 41,水土资源的协调利用是该区域首要考虑的重点因素。(3)为快速准确获取晋城市泽州县基本农田的空间分布特征和集中连片信息,提出以空间数据格网化表达为基础的模糊纹理指数提取方法。借助SuperMap Objects二次开发平台设计基本农田单要素属性信息无损格网化程序,针对100m×100m、200m×200m、400m×400m、800m×800m这4种格网尺度表达下的格网化结果,综合分析了不同格网化尺度的空间自相关性。在借鉴空间滤波算法的基础上,分析了基本农田要素空间密度分布特征,结合农用地分等定级成果设计模糊纹理指数算法,并且选取山西省泽州县进行了实例应用研究。基本农田格网化表达,可形成连续的空间密度表面,丰富了基本农田空间数据的表达方式,利于空间分析;经模糊纹理指数方法所提取的集中连片指数可用于定量化表达与分析,结合空间密度特征能快速提取基本农田集中连片区。本文提出的格网化结合模糊纹理指数方法可用于基本农田的空间分布特征的提取,可为基本农田的保护、布局优化提供方法借鉴。(4)在北方村庄压煤山丘区,由于煤炭资源的开采,企业与农民以及政府之间的用地问题一直是个难题,协调三者之间的土地利用问题,是压煤村庄搬迁选址面临的难题之一。以山西省晋城市长河流域为例,调查分析了居民点损毁分布特征,通过Logistic回归分析确定了影响流域内居民点布局的主要驱动因素。在标准PSO算法的基础上分析设计粒子数据结构、速度与位置更新机制、适宜度函数构建,并建立了压煤村庄搬迁选址模型。研究表明:长河流域内农村居民点的布局应优先考虑坡度、高程、区域内的人口密度、到建制镇距离、到河流距离等五个驱动因子;粒子群算法与格网化的数据结合具有较强的空间耦合性,能综合考虑居民点适宜度、搬迁距离、空间聚集度等多种影响因素智能性较强;模拟结果显示山西省晋城市泽州县长河流域压煤村庄搬迁模式有依镇建村型、依矿建村型、中心集聚型。这三个区域分别位于东沟村南部与七干村北部、段都村与成庄村的东南部、辛壁村的南部,可积极引导压煤村庄向基础设施较好的村镇集中布局,同时有助于缓解流域内压煤村庄人地矛盾。本研究成果可为压煤村庄和沉陷区居民点搬迁选址及矿区居民点布局优化提供思路与借鉴。(5)构建离散粒子群基本农田优化布局模型,分别以集聚程度最高模式、均衡模式、土壤质量最佳模式、煤炭开采扰动最低模式对长河流域内基本农田进行了优化布局。从基本农田优化布局适应度收敛曲线来看,具有较高的收敛速度,可快速达到全局最优结果的优化布局,能够综合考虑影响基本农田优化布局的各类影响因素。集聚程度最高模式、均衡模式、土壤质量最佳模式三种优化结果差别较小,主要受到土壤质量、空间集聚程度的影响,显著差别的区域在长河流域的东南山区。在煤炭开采扰动最低模式下布局结果主要向西北、东南山区延伸进行空间布局。(6)以晋城市长河流域为例,综合耕地的自然条件、水土资源匹配特征、立地条件、基础设施、煤炭资源开采扰动等五个方面构建了北方压煤山丘区耕地整治综合评价体系,借助空间距离确定了长河流域耕地整治优先度,将该区域的耕地划分为优先整治区、一般整治区、限制级整治区。优先整治区域主要分布在长河流域西北、东南的山区,该区域地形起伏度较大、土壤养分较差、耕作便利度低,应优先考虑进行耕地的整治。一般整治区则集中分布于长河谷底的两侧,地形起伏度较小,土壤养分较高、耕作便利度高,该区域内耕地分布较为集中造成水土资源匹配程度较差。一般整治区进行整治应优先考虑基础设施的优化,提高水土资源的匹配。限制级整治区集中分布于长河以东,与该区域的矿区重叠,区域内地形起伏较小、土壤养分质量高、耕作较为便利,但受到煤炭开采的影响较为显著。同时,由于该区域的煤炭开采仍然要经历较长的周期,所以应优先考虑损毁耕地地块修复、平整模式。利用空间要素组合分析法对长河流域内的主要限制性因素:地形起伏、土壤养分质量、水土资源匹配、耕作便利度、煤炭开采扰动五种因素划分为强、中、弱,并进行要素的组合,将该流域划分为四种整治模式:“坡改梯”与土坎经济模式、农田水利建设优化模式、路网优化土地整治模式、矿区损毁土地整治模式等,并针对不同的模式提出了相应的耕地整治模式。研究成果可为北方压煤山丘区耕地整治区划分类型、整治优先度的测算、整治模式选择提供理论依据。