城市是一个复杂而多样的系统,随着区域社会经济文化的发展,城市的范围和空间不断扩张,工业化进程加剧,随之带来的城市化与环境之间的各种矛盾和压力日益突出。自1972年联合国在斯德哥尔摩召开第一次人类与环境会议以来,人类对保护和改善环境的努力从未停歇。中国从1978年改革开放开始,实现了长时期、持续性的高速和超高速经济增长,并实现了大规模的城市化。在高速城市化的进程中,随之而来的自然资源耗竭、生态环境退化等诸多挑战是我们面临的最大问题。正如生命是一种代谢现象,是能量、物质与环境的交换过程一样,城市也依靠与外界进行物质和能量交换而得以维系。自2001年欧盟统计局(EUROSTAT)发布了首个基于社会经济系统建立的EW-MFA框架以来,物质代谢领域中物质流分析得到快速的发展。本研究以欧盟的EW-MFA框架和崔雪竹的城市代谢(UM)模型为基础,构建城市代谢物质流分析(UM-MFA)模型。UM-MFA模型通过引入物质循环和平衡代谢理念,并以模块为模型的基本单位,系统地分析城市代谢系统内部物质流动初步展开后的物质流动,在改进了一套可拓展且具有可比性的城市新陈代谢物质流分析框架和方法后,建立了相应物质流账户,并确立了对应的物质流换算系数,为构建标准化的城市代谢框架提供方法和工具支持。本研究构建的城市代谢物质流模型包括农业活动、工业活动、日常生活活动、建设活动及运输活动五个模块,涉及区域内提取(IRE)、区域内产出(IRO)、进口和出口(Imp和Exp)、区域内排出(IRD)、循环(Cir)、平衡项(BI)和净存量(NS)七个基本项,基于质量守恒原理建立了城市代谢的UM-MFA平衡方程。并以兰州市为具体案例,利用建立的城市代谢物质流分析模型,对兰州市的物质流动进行研究,给出2009年和2018年兰州市的物质流全景以及2009年至2018年兰州市的物质代谢时间序列分析,并对2009年至2018年兰州市的城市资源负荷的变化趋势进行分析。在物质流分析的基础上,基于欧盟统计局2015年发布的EW-MFA指导手册提供的国家层面评价指标,建立城市层面的物质流动评价指标体系,对兰州市物质流特征进行分析评价,得出2009年至2018年兰州市的城市资源负荷特征。本文的主要结论如下:(1)兰州市物质代谢现状表明,2009～2018年,兰州市的总物质流强度较大,城市代谢农业活动的物质生产力持续提升。由于化肥农膜等消耗性物质资源的使用增加,环境的压力负荷也随之增加;城市代谢工业活动的物质生产提升的同时,能耗及区域内排放却有一定量的下降,政府节能减排措施成效明显;城市代谢日常生活活动随着城市化的推进,进口和存量的物质流量均呈上升趋势,而总体物质流量呈下降趋势;基础设施投入的物质量巨大,尤其是道路建设力度大幅提升,房屋建设基本维持在一个相对稳定的范围;运输活动的出租汽车和公共汽车保有量稳步增加,随着政府节能减排政策的推进落实,运输活动区域内排出污染物质的量增幅不大。兰州市物质代谢研究结果表明,城市物质代谢趋势、程度以及强度受政府行为的影响较大。(2)兰州市城市代谢物质流动特征的分析结果表明,兰州市目前的经济增长由粗放型逐步向集约型转变。从总体来看,兰州市的城市代谢直接物质投入与经济增长呈现“相对脱钩”现象,兰州市城市代谢受区域内提取的物质量的影响,节能减排政策的推进落实是兰州市城市产能不断提升和污染物排放量逐年减少的源动力。(3)2009～2018年兰州市的城市代谢产生的环境压力逐渐由区域内物质直接排放为主向区域内物质净存量增加为主的潜在环境压力转变,因此政府在加强节能减排和基础设施建设的同时,应该对以建设活动净存量为主的潜在环境压力引起足够的重视,推出相关循环化回收利用政策,最大限度地确保物料的可回收利用性,防止净存量增加带来的潜在环境污染。