城市物质代谢研究是城市生态学研究的前沿领域,研究可以从时间和空间上解析城市内部物质流动和能量流动,这有助于城市的可持续发展和资源循环利用等研究。针对以往研究的不足,本文构建了基于GIS模型的MFA分析框架和方法,以上海市为例,对主要城市基础设施中物质代谢进行研究,并分析其产生的环境效应,为城市物质代谢研究提供了参考价值。本文采用自下而上的计算方法,基于GIS等多元数据估算了上海市基础设施中物质存量,进而用报废估计研究建筑废弃物及物质代谢情况,最后研究了物质代谢产生的物质消耗、垃圾处理和污染气体排放等环境影响。本文主要结论如下：(1)上海市近30年物质代谢能力旺盛,物质存量增加剧烈,1980～2010年间,基础设施中物质输入量增长7.5倍,物质存量增长10.8倍,固体垃圾增长253倍左右,截至2010年分别达到6.6亿、7.6亿和0.51亿吨；住宅建筑存量和交通基础设施存量存在较大差异,物质消耗结构也存在差异,住宅建筑主要以消耗砾石和砖块为主,交通基础设施主要消耗物质为砾石和水泥。(2)上海市物质存量空间分布存在较大差异,近30年来,物质存量逐渐集中在：环静安等9区为中心的市区发展圈、环黄浦江沿岸的浦东发展带以及闵行、浦东等区的郊县卫星城镇发展带。总体来看,市中心物质存量高,且呈现向郊县区域转移趋势,其中,住宅建筑存量较高,但分布不均,交通基础设施分布广阔,但总量上有待增加,未来应加强住宅区的合理调整和转移,扩大交通基础设施的建设力度,特别是郊县地区。(3)上海市物质代谢的环境影响逐渐加深,矿物质消耗急剧增加,城市垃圾呈现迅猛增长的趋势,污染气体排放较为严重。截至2010年,基础设施建设中铁矿石和石灰石消耗量达到0.89和0.19亿吨,矿物质消耗压力加大；基础设施产生的固体垃圾达到0.51亿吨,土地资源浪费仍在继续,城市垃圾处理面临艰巨任务；基础设施造成的温室和污染气体排放也逐年增加,其中CO2、SO2、NOx排放分别达到44.4亿吨、1100万吨、120万吨,其引起的气候变化不容忽视。