土地作为人类生产、生活的物质载体是人类一切活动的前提和基础。从人类诞生以来，人类的不断进化和人类社会的不断演化改变了土地自然生态系统原来的状态，使之不断向有利于人类自身发展的方向变化，因此也被认为是人类对于土地和自然生态系统的“殖民化”。在我国经济快速发展以及城市化、工业化进程不断推进的的步伐中，城市扩张趋势明显，土地资源需求量与日俱增，大量原有的生态用地包括农业生产用地等逐渐转化为城市建设用地，并由此带来一系列生态、环境问题，引起社会各界广泛关注。在此背景下，如何把握城市土地利用变化的主要动因和驱动机制，识别城市土地利用变化所带来的负面影响，并由此作出相应的政策响应成为优化我国城市土地利用，推动社会经济可持续发展的一把钥匙。本论文对城市土地利用相关基本概念进行了界定，依据可持续发展理论对城市土地利用的可持续发展方式进行了分析，以物质代谢论为依据对城市土地利用变化下的物质代谢过程进行了梳理，指出城市土地利用的变化必然影响到城市社会物质流动和代谢的变化，并最终确立本文的基本研究架构：城市土地利用的LMR框架模型。文章从影响土地利用变化的驱动因素分析出发，根据土地利用变化的基本特征对自然地理影响因素和社会人文影响因素进行了初步分析，通过对驱动因素作用机制的讨论和指标体系的构建，用改进的主成分回归模型对影响城市土地利用变化的社会人文驱动力进行量化分析，全面揭示城市土地利用扩张的根源和动力所在；提出驱动因素影响下的土地利用变化态势分析方法，包括土地利用动态度分析、土地利用结构分析，以及土地利用效率分析，为土地利用变化的物质代谢效应探索提供基础。文章以土地利用变化为核心，以物质代谢论为理论基础，在大量统计数据和跟踪式的资料收集和归纳式的数据整理的基础上，通过对城市物质代谢核算边界的界定、代谢逻辑模型的搭设、代谢指标体系的梳理、以及代谢实施步骤的确定，形成了比较完善的城市尺度的物质代谢核算体系，为土地利用变化下的城市物质代谢核算提供了科学的方法与工具。在驱动机制分析和物质代谢核算的基础上，文章进一步实施了以城市土地利用变化为背景的物质代谢效应量化分析。通过典型相关模型的构建，分别从代谢通量和代谢效率两个方面进行研究，并对模型输出结果进行应用分析，从而进一步得出用地政策响应的作用点和作用路径，为土地利用政策的制定提供了科学、合理的方法。最后，文章以上海市为研究对象，进行了全过程的实证研究，通过一系列的分析和研究，基于上海市城市土地利用变化的物质代谢效应量化结果，从可持续发展的指导思想出发，以平衡物质代谢通量、提高物质代谢效率、节约自然资源和社会资源、促进社会经济可持续发展为目的，确定了完善上海市土地利用方式的政策建议作用点，从耕地、工业用地、城市生态用地、道路交通用地以及综合城市规模等几个方面出发，提出了具体的政策建议。