城市化是21世纪全球范围内最重要的社会变革。持续增长的城市人口促使城市用地不断向外扩张,城市人口和土地是复杂城市系统中最重要的两个要素。本文以城市土地和人口的关系为切入点,围绕城市土地与人口关联关系的定量化、模型化并指导城市发展的研究目标,研究城市土地扩张与人口增长的定量关系、影响机制和演化规律,并回应中国城市发展中土地管理面临的现实问题。时序上,已有研究普遍发现城市土地扩张快于人口增长,也即土地城镇化快于人口城镇化,这将直接导致城市人口密度（定义为城市人口和建成区面积之比）随时间下降。本文以此为切入点,首先研究了城市人口密度随时间下降的特征、规律和定量模型。紧接着研究了城市人口密度随时间下降的关联因素和影响机制,这是进一步理解密度下降规律和机制的关键,也是调控城市人口密度下降速度的基础。然后,从单个城市土地与人口的时序关联关系拓展到城市系统内土地与人口的截面关联关系,研究城市土地与人口时序和截面关联关系的差异和演化规律。最后,以考虑密度下降情景的未来城市用地需求为基础,凝练本文研究结果,提出减缓城市人口密度随时间下降的策略和政策建议,提出中国未来土地城镇化的路径选择。主要研究结论如下:1.城市人口密度随时间下降是广泛事实和普遍趋势,指数模型可以定量刻画城市人口密度随时间下降趋势和速度。（1）本文首先采用全球200个城市1990、2000、2014年城市人口密度数据说明了城市人口密度随时间下降在全球的广泛事实和普遍趋势。2000-2014年间中国大中小城市的城市人口密度年均下降3.58%,国际对比表明中国城市人口密度下降速度在美国、欧洲、印度、非洲等主要国家和区域中最快。（2）本文提出了城市人口密度随时间下降的指数模型,指数模型可以定量刻画城市人口密度随时间下降的趋势和速度。以中国35个主要城市为例,指数模型可以较好地拟合2001-2015年城市人口密度的时间变化趋势,平均调整后R~2为0.68。（3）采用美国20个主要城市1910-2000年城市人口密度数据验证了指数模型的适用性,结果显示指数模型平均调整后R~2为0.83,美国20个主要城市的密度在20世纪年均下降2%。指数模型在城市人口密度随时间变化上的良好拟合能力表明指数模型可以预测未来城市人口密度,这在城市用地需求预测方面具有重要应用。（4）从城市内部人口密度空间分布模型推导城市人口密度的时间变化趋势,建立了城市人口密度空间分布与时间变化的联系,给出了城市人口密度随时间下降的理论证明。2.城市人口密度随时间变化受多种因素影响,紧凑型城市形态和扩张模式可有效减缓城市人口密度随时间下降速度。以全球200个城市,1990、2000、2014年城市人口密度及相关数据分析发现:（1）城市人口规模不会影响密度随时间下降速度,但是建成区面积规模越大,密度下降速度越慢。城市人口增长率对密度变化影响不稳健,但是建成区面积增长率与城市人口密度年均变化率显著强相关,土地的快速扩张明显加剧密度随时间下降。城市初始人口密度越高,此后其随时间下降速度越快。（2）城市形态方面,建设用地破碎程度越高,城市人口密度下降越快;建成区范围紧凑度越高,密度下降越慢。内填式扩张模式占比提升可减缓密度下降,而边缘式和跳跃式扩张模式占比增加会加速密度下降。（3）社会经济因素方面,人均GDP越高,密度下降越慢;而GDP增速越高,密度下降越快。城市化水平越高,密度下降越慢;而城市化率增速越快,密度下降越快。（4）从土地管理和城市规划可操作性来看,城市形态和扩张模式对城市人口密度随时间变化速度的影响最具有实践指导意义。多元回归模型显示仅城市形态指标和扩张模式占比可以解释城市人口密度年均变化率33%的变异,紧凑的城市形态和扩张模式可以有效减缓城市人口密度随时间下降。3.城市时序发展不会遵循城市系统截面规律,城市系统演化模型有效统一城市要素与人口在时序和截面的关联关系。（1）以中国275个地级市2000-2016年建成区面积和常住人口数据分析城市土地与人口在时序和截面两个层面关联关系的差异,结果显示城市土地截面标度律非常稳健,而时序标度律存在明显波动。（2）本文提出的城市系统演化模型采用图示语言形象化地展示了城市系统截面标度与单个城市时序发展路径的本质区别,因此城市时序发展不会遵循城市系统截面规律。城市系统演化模型解释了城市土地与人口在时序上和截面上关联关系的自洽性,并建立了城市系统截面标度律与城市时序发展之间的关联关系。城市系统演化模型将城市土地随人口增加的增量分为根据截面标度律的基础增量和超额增量,不同规模城市的超额增量差异决定了截面标度因子的变化。（3）采用中国地级市GDP、家庭用电量和道路长度数据以及美国101个城市1982-2014年道路交通拥堵数据验证了城市系统截面标度律和单个城市时序标度律的明确不同和城市系统演化模型的有效性及适用性。采用上海市2005-2017年总建筑面积（住宅建筑面积）和常住人口数据将城市标度律的研究从由多个城市构成的系统拓展到由城市内部不同子区域构成的系统,且城市系统演化模型仍然适用。4.城市人口密度下降显著增加未来城市用地需求,宜居紧凑的城市化范式是中国土地城镇化的现实选择。（1）以中国2030年城市用地需求预测为例,相对于密度保持不变,城市人口密度随时间下降的高速情景（3%）、中速情景（2%）和低速情景（1%）下由于密度下降分别需要多占用城镇土地面积为6.8万km~2,4.2万km~2和1.9万km~2。（2）过快地城市人口密度下降将加剧城市蔓延,增加土地资源消耗,威胁城市和区域可持续发展。结合研究结果,本文提出减缓城市人口密度随时间下降的策略包括:维持城市中心密度,倡导紧凑扩张模式,城市用地类型因类施策。（3）从博弈论的视角分析了城市发展中的密度高低之争的“囚徒困境”,提出宜居紧凑的城市化范式是中国未来土地城镇化的现实选择。