目前中国仍然处在工业化和城镇化加速发展时期,对矿产资源具有很高的需求,资源的有限性越来越成为制约经济可持续发展的关键因素。研究城市基础设施的物质代谢及其资源环境影响,并分析城市矿产的时空演变规律对实现经济的可持续发展、加快生态文明体制的改革、建设美丽中国至关重要。研究以中国快速城市化的代表城市——上海市作为研究对象,运用基于地理信息系统(GIS)模型数据库的物质流分析(MFA)研究方法,对上海市1930-2015年城市中的主要基础设施进行物质流入、物质存量、物质流出时空演变规律等方面的研究,并分析其资源环境效应,最后对上海市的城市矿产热点分布时空演变特征进行分析,为城市建设、二次资源回收利用提供了参考依据,同时也为科研工作者进行其它城市此类研究提供了借鉴。本文通过研究得出了以下结论:(1)在过去的85年间,上海市四类主要基础设施的物质存量稳步上升,总物质存量由1930年住宅、公路、铁路三种基础设施的12.29百万吨增至2015年四种基础设施的688.72百万吨,增长了55倍,年增长率达5%。其中住宅建筑所占比重最大,历年平均占比大于97%,交通基础设施所占比重较小,由大到小依次为公路、铁路、地铁。上海市四类基础设施物质存量中占比最高的物质材料是砾石,历年均在50%以上,其次是水泥和砖块,钢铁、石灰、木材和玻璃占比较低。1930-2015年间,上海基础设施物质存量表现出不断向郊区和空间上方发展的趋势,城市中心和近郊区积累了超过70%的物质存量,住宅建筑分布的区域物质存量密度水平高但分布不均匀,交通设施分布广泛且物质存量密度控制在一定范围内。(2)1930-2015年间,上海市基础设施总物质流入量虽有波动但总体呈上升趋势,基础设施总物质消耗量由1930年的11.59百万吨增至2015年的43.41百万吨,增长了2.7倍,其中住房所占比重最大,历年平均占比超过95%,其次依次是公路、铁路、地铁。四类基础设施物质流入量中占比最大的物质均为砾石,各种基础设施的物质投入量中不同材料类别的投入比例基本保持稳定。基础设施建筑材料的流入量在空间上呈现出与城市用地扩张类似的格局特征。上海市1930-2015年基础设施对自然资源的消耗总体趋势与历年的总物质流入量相一致,虽有波动但总体趋势仍以上升为主,铁矿石消耗量由1930年的5万吨增至2015年的近3百万吨,增长了53倍。基础设施建设造成的石灰石消耗量由1930年的1百万吨增至2015年的6百万吨,总体上,基础设施建设对铁矿石越来越依赖,石灰石消耗量占比有所下降。(3)基础设施建筑废弃物时空演变规律及碳排放方面,近85年,基础设施总物质流出量总体呈增长趋势,规模由1930年的0.19百万吨增至2015年的25.06百万吨,增长了130倍,年平均增长率高达150%,主要建筑废弃物以砾石、砖块和水泥为主。基础设施产生的废弃物比例与物质流入基本一致,其中公路的物质流出量在2010年超过了住房。交通设施和住宅建筑产生的废弃物空间分布范围越来越大,超过一半的物质流出量来自城市中心区域,这主要是因为这一区域是物质存量的主要储存区域,与物质存量空间分布特征相类似,近郊区和远郊区是建筑废弃物增速最快的。由于基础设施物质存量的不断积累,隐含碳排放量也呈现出波动上升的趋势,与基础设施总物质存量的变化趋势基本一致,由1930年的2.1百万吨增至2015年的1.55亿吨,增长了72倍以上。(4)从上海市城市矿产时空演变规律来看,1930-1950年,城市矿产热点分布范围逐渐缩小,且热点主要分布在距离城市中心10 km和20 km范围,1960年之后,热点分布范围开始逐渐扩大,1990开始,郊县地区点状热点分布特征更加明显,距离市中心30 km-40 km的范围内热点增多。2010年是上海市城市矿产分布范围最广的时期,2015年上海市城市矿产主要集中分布于城市中心区域及嘉定、松江中部、闵行北部、浦东新区环黄浦江地区。通过对上海市1930-2015年的城市矿产进行热点分析,并分析其时空演变特征,发现上海市城市矿产的主要分布区域仍然是城市中心区域,总体呈现出与市中心距离越远,热点分布范围越小的地理格局,同时表现出向周围郊县地区转移的趋势。因此,产生大量建筑废弃物的区域应该作为城市建设、二次资源开发的重点关注对象。