1 引言 土地利用转型是土地利用变化综合研究的新途径[1],自20世纪末引入中国并与中国土地利用管理问题结合后[2-4],便迅速成为学界热点[5-8]。土地利用转型受工业化和城镇化共同影响,暗示着区域人地关系转变,与社会经济发展阶段转型、城乡关系转变紧密相关[9-10]。因而,在中国生态文明建设新时期,社会经济转型促使土地利用快速变化背景下,土地利用转型业已成为探索解决中国土地利用问题的重要视角和途径[4,11]。 当前,中国正经历着新一轮的社会经济转型,处在城镇化中期向后期过渡[12],中等收入向高收入迈进的关键阶段[13]。转型期,中国经济高质量发展压力凸显,资源环境约束日趋增强,传统低效粗放的土地利用方式难以为继。为了破解以往发展过程中存在的城市建设用地无序扩张、人均建设用地居高不下、耕地快速非农化、生态用地污损等土地利用问题[14-16],实现社会经济可持续发展,中国开始了经济体制深化改革,先后提出生态文明建设、新型城镇化等发展理念并实施了长江经济带、京津冀协同发展等战略,城市建设用地形态正被重新塑造。在此背景下,深入研究城市建设用地转型过程、格局和形成机制等科学问题,成为破解城市土地利用困境、实现社会经济可持续发展的前沿课题,也是发挥地理学综合研究优势以服务国家战略的重要体现[17]。 梳理已有研究进展,学者们对城市建设用地转型问题的关注和讨论主要集中在两个方面:①土地利用转型理论奠定了城市建设用地转型的研究基础。自土地利用转型研究[18-19]引入中国后,在其与城乡转型[20]、乡村振兴[3]等发展战略和土地整治[2]等管理手段结合过程中,基本概念和理论模型得到了系统完善[1,21]。其中土地利用形态被拓展至显性和隐性两个方面,土地利用转型则被定义为区域土地利用由一种形态转变为另一种形态的过程,包括某一用地类型以及区域整体土地利用形态的趋势性转折。随着研究逐步深入,学者们开始尝试构建统一的研究框架以促使研究系统化。Lambin等从“社会—生态”反馈和“社会—经济”驱动两个方面建立了土地利用转型形成机制的理论解释框架[9];宋小青等从转型诊断、机制研究和效应研究3大方面对土地利用转型研究框架进行了具体阐释[22];曲艺等则以地理学为基础,融合管理学和经济学等多学科理论方法,初步构建了耕地利用隐性形态转型研究框架[23]。②城镇建设用地转型时空特征分析深化了对转型规律的认识。当前城市建设用地转型实证研究多基于已有土地利用转型理论和研究框架展开。学者们以城市建设用地面积、人均城市建设用地面积等不同指标表征用地形态,从转型幅度、速度、区域差异等多方面分析了城市建设用地转型时空特征[24-25],也有学者从用地结构、效率、功能等多层面构建形态综合指数,分析区域城乡建设用地转型规律[26]。 综合来看,已有研究在理论和实证方面均取得了积极进展,但城市建设用地转型规律分析仍处在特征的“描述—解释”阶段,对转型过程及其空间格局动态演变这一土地利用转型关键问题的关注仍显不足。鉴于此,本文基于已有研究理论和框架,借鉴森林、耕地等单一地类转型规律的研究经验[27-28],结合气候突变点检测方法,系统开展中国城市建设用地转型研究,以期定量识别1981年来中国城市建设用地变化的趋势性拐点,揭示中国城市建设用地的转型过程并分析转型格局的动态演变,为新时代社会经济发展新常态背景下中国城市建设用地管理提供依据。 2 研究方法与数据来源 2.1 研究方法 2.1.1 城市建设用地形态表征指标 土地利用形态是土地利用转型的核心内容,包括显性和隐性两个方面。显性形态指土地数量和空间结构等能直接观测的形态,而隐性形态指土地投入产出、土地质量与功能等需要通过特定评价和化验等手段才能获取的用地形态[1]。结合已有研究对土地利用形态表征指标的选取经验[28-29],本文选用城市建设用地面积(ULA)来表征城市建设用地的显性形态(MUL),而采用人均城市建设用地面积(PULA)来表征城市建设用地的隐性形态(RUL)。 RUL=ULA/POP (1) 式中:POP为城市人口。 2.1.2 基于滑动T检验的城市建设用地转型阶段识别 诊断土地利用形态变化的趋势性转折是土地利用转型研究的重点和难点所在。虽然土地利用形态变化的趋势性转折点已成为学者们关注的焦点,但是现有涉及耕地利用转型与山区土地利用转型趋势的探索性研究多以定性分析手段为主[28,30],定量研究尚不多见。更加鲜有识别社会经济转型背景下城市建设用地形态变化趋势性转折点的研究报道。本研究借鉴气候统计学气候突变点检测方法,结合城市建设用地数据的变化特征,将滑动T检验方法[31]引入土地利用转型研究,用以定量识别城市建设用地利用形态变化的趋势性拐点。滑动T检验是通过检验总体样本中两组子序列的平均值是否存在差异来检测该样本数据是否发生突变的方法,其原假设为两子样本平均值不存在差异,如果两组子序列均值的差异超过给定的显著性水平,则可以认为有突变发生。具体计算过程如下: ①从样本量为N的时间序列X中选取两组长度相同子序列x[,1]、x[,2],设子序列长度为n[,1]=n[,2]=n;