城市是人和设施（城市功能构件）耦合的复杂系统。城市功能构件为人们提供了绝大部分的物品和服务,是城市运行的重要保障。每个阶段城市功能构件的空间分布是该时期供给-需求动态均衡的一个状态,也塑造了城市的功能空间结构。理解城市功能构件的空间分布特征和形成机制是优化城市布局的基础。然而,目前对于城市功能构件分布的研究仍局限于使用传统的地理学方法进行空间统计,研究对象较为单一,缺乏对多种类型城市功能构件的整体分布及相对位置关系的研究。对于城市功能构件空间格局形成机制的研究则多聚焦于社会、经济因素,缺乏把生态因素作为影响功能构件分布的变量而进行的研究。此外,也缺乏一个能够综合多种驱动因素,模拟城市功能构件空间格局形成的机理模型。针对上述研究现状,本研究将不同类型的城市功能构件类比为生物群落中的“物种”,借助生态学中的生态位理论和梯度分析方法,通过密度分布曲线对中国15个案例城市的22种功能构件在城乡梯度上的分布进行量化分析;探索了多种不同类型的城市功能构件随城市发展的分布动态;开发了基于生态系统服务的,综合人口、地租等驱动因素共同作用的“梯度模型”来模拟城市功能构件的空间分布,分析了影响城市功能构件空间格局形成的机理。主要研究结果如下:（1）本研究量化了城市功能构件在城乡梯度上的生态位特征,验证了生态学梯度分析方法在功能构件分布研究中的适用性。统计结果表明,城市功能构件在城乡梯度上的密度分布曲线与物种在环境梯度上的密度分布曲线类似,均表现为单峰或单调的形式。同一城市22种功能构件的密度分布曲线的特征值（峰值位置、峰值、生态位宽度、偏斜度、峰度）之间存在显著相关性:峰值、偏斜度、峰度均与峰值位置呈现显著负相关,而生态位宽度与峰值位置呈现显著正相关。即峰值位置越靠近市中心,峰值越高,生态位越窄,曲线向市中心偏斜的程度越大,峰度也越大。这与自然生态系统中的物种分布规律类似,即资源水平越高处,物种的密度越大,生态位越窄。不同城市同一种功能构件的生态位宽度与城市总人口呈现显著正相关,其中零售店和快递网点的生态位宽度还与城市人均GDP呈现显著正相关。此外,同一大类功能构件（如西式快餐大类中的肯德基店和麦当劳店）之间的生态位重叠度大于不同大类构件（如西式快餐和快递网点）之间的生态位重叠度。（2）本研究揭示了城市功能构件的时空动态变化与构件的类型及城市规模有关。统计结果显示:2012年至2018年间,一些城市功能构件在不同规模的城市中时空动态有差异:大城市（北京和上海）的西式快餐密度分布曲线峰值位置向远离市中心的方向移动了约1至2公里,而其它案例城市的西式快餐密度分布曲线的峰值位置几乎保持不变。大城市（北京和上海）的快递网点密度分布曲线峰值位置在不断向郊区移动,但规模较小的城市（常州和嘉兴）的快递点密度分布曲线的峰值位置却向市中心移动。也有一些功能构件在不同规模的城市中表现出相同的时空动态变化趋势:案例城市中,奶牛场密度分布曲线的峰值位置均趋于向远离市中心的方向移动;银行的峰值位置几乎未发生变动,始终处于市中心。此外,案例城市的统计结果表明,专项运动场馆、中式快餐、快递网点、综合医院的密度分布曲线的峰值和生态位宽度显著增加;综合运动场馆的密度分布曲线的峰值下降,但生态位宽度显著增加;西式快餐、快递网点这两类功能构件与其它类型功能构件的生态位重叠度均随着时间的推移增加。（3）本研究基于实地调查的13种城市功能构件的基础信息,计算了它们的生态系统服务,并探索了城市功能构件的分布与其生态系统服务之间的关系。统计结果表明:城市功能构件的净服务能力越强,则密度分布曲线的峰值位置越靠近市中心。例如,中国农业银行在单位面积上的净服务最高,为99,100 yuan m-2yr-1,密度分布曲线的峰值位置位于市中心;而种植温室在单位面积上的净服务最低,为22 yuan m-2 yr-1,峰值位置则位于建成区边缘。此外,城市功能构件的生态指数（目的服务强度与负服务强度的比值）也会影响构件密度分布曲线的峰值位置。例如,游泳馆的净服务强度低于中式快餐,但由于其生态指数高,密度分布曲线的峰值位置在更靠近市中心的位置上;奶牛场的净服务强度高于种植温室,但由于其生态指数低,峰值位置则分布在距市中心更远的区域。（4）本研究基于城市功能构件在城乡梯度上受到市中心引力和斥力平衡而处于特定位置的原理,开发了一个能够模拟城市功能构件空间格局的梯度模型。该模型揭示了城市发展、扩张和更新的一般规律。模型依赖于4个关键参数:两个构件属性（净服务m,环境指数γ）和两个城市属性（人口衰减指数β和地租衰减指数σ）。运用此模型在中国13个案例城市中很好地模拟了西式快餐肯德基店、中通快递网点、种植温室和奶牛场4种功能构件在城乡梯度上的密度分布曲线,并模拟了它们在城乡梯度上的共存。本研究还使用该模型进一步预测了中国杭州和宁波的功能构件在不同时期的空间格局变化,这意味着该模型能根据城市属性及构件属性预测各类城市功能构件密度分布曲线随城市发展的变化。该模型也可以定量分析任一时段由于各种要素相互作用而处于均衡状态的城市系统中多种功能构件共存的空间格局。本研究应用生态学、经济学和物理学的理论和方法进行了多学科交叉研究,在传统区位因素的基础上,加入了生态因素,探索了城市功能构件的空间分布动态及其形成机理,发现了可以调整城市功能构件分布的关键调控变量。这项工作为城市功能构件的区位合理规划提供了新视角,为评价城市政策,权衡规划的适宜性,分析城市空间结构的未来演变方向提供了技术支撑。本研究也将进一步激发生态学、经济学、城市规划和管理学等专业在城市研究领域的跨学科研究。