中国正处于快速城市化进程中，在带动经济发展的同时，对生态环境产生了影响，尤其是对农田生态系统甚至粮食安全造成威胁。城市和工矿用地扩张作为城市化的典型特征以占用农耕地为主，直接对陆地净初级生产力造成影响。净初级生产力作为衡量生态系统变化的主要标志，不仅能够反映土地利用变化，还能定量评估土地利用变化对其的影响。探讨城市和工矿用地扩张对植被和农田等生态系统净初级生产力的影响并进行定性定量分析，对于国家粮食安全、合理规划城市和工矿用地及政府制定经济与农业发展政策具有重要意义。　　基于中国城市和工矿用地以及陆地净初级生产力的时空分布特征，通过模拟未被城市和工矿用地占用的农田等生态系统净初级生产力来定量评估因城市和工矿用地扩张带来的生态环境风险/影响。　　本研究首先基于中国土地利用/覆盖变化数据集分析了1990-2015年城市和工矿用地时空扩张特征;利用VPM模型结合遥感和气候数据模拟2000-2015年陆地净初级生产力(NPP);通过两种邻域替代法模拟农田等生态系统未被城市和工矿用地占用时的净初级生产力，并进一步定量评估城市和工矿用地扩张对净初级生产力的影响。然后选取中国6大典型城市群，探讨不同城市群内城市和工矿用地扩张对净初级生产力影响的差异性对比不同城市群内城市和工矿用地对净初级生产力影响的贡献量。最后通过重构1km粮食产量空间数据，定量估算工矿用地扩张对中国粮食安全的潜在影响，从而为合理规划工矿用地以及保护粮食安全提供科学支撑。　　主要研究结论有:　　(1)2015年城市和工矿用地占中国国土总面积的1.2％。其中，工矿用地面积是城市用地面积的52％，西部地区工矿用地面积为14.79×103km2，仅比沿海地区(14.87×103km2)稍低;城市用地有50％以上分布在沿海地区。在1990-2015年间，工矿用地扩张速率从20世纪90年代的288km2/yr增加到2010-2015年的2600km2/yr(是城市扩张速率的86％)。存这25年间工矿用地面积增加30.09×103km2，与城市用地扩张规模(40.97×103km2)接近，工矿用地面积增加了326％，是城市用地增加比率的2.7倍。从空间分布来看，城市和工矿用地增长重心逐渐向中西部移动。　　(2)中国NPP空间分布呈现东南高、西北低，主要受水热条件影响，农田NPP最高。中国不同气候带平均NPP呈现4个阶梯分布,边缘热带的年平均NPP相对最高，在波动中呈现上升趋势;南亚热带、中亚热带以及北亚热带由于自然植被较丰富，且降雨量较高，使得年平均NPP在500-700gC/m2/yr范围内波动。暖温带、寒温带以及中温带同具有温带季风气候，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥，四季分明，秋冬季枯枝落叶较多导致年平均NPP相对较低。高原温带、高原亚寒带和高原亚温带三个气候带位于高原地区，属于高原山地气候，虽然日照充足，但是植被类型并不丰富，且温度相对较低不利于植被生长，进而年平均NPP在100gC/m2/yr左右。　　(3)在2000-2015年间因城市和工矿用地扩张导致陆地NPP损失1.24TgC/yr到3.14TgC/yr，在2005-2010年损失NPP最多(3.14TgC/yr)。耕地被城市和工矿用地占用是造成中国陆地NPP损失的主要原因。2010-2015年共有13×103km2耕地被城市和工矿用地占用，因此损失的NPP达1.51TgC/yr，占中国因城市和工矿用地扩张导致NPP损失总量的82％。从空间分布来看，21世纪初剧烈的城市扩张造成沿海和中部地区NPP损失严重(2000-2005年沿海地区损失NPP高达0.82TgC/yr)，2010-2015年主要因工矿用地扩张使西部地区NPP损失量升高（在2010-2015年达到0.46TgC/yr，占中国因城市和工矿用地扩张损失NPP总量的30.81％)，损失NPP呈现出从东高西低逐渐过渡到东西平衡的时空格局。虽然城市用地扩张依然是损失NPP的主要因素，但是工矿用地扩张损失量逐年增高，且占城市和工矿用地扩张损失总量的比例逐年上升，从2000-2005年的3.38％到2005-2010年的4.2％再到2010-2015年的6.49％，以占用耕地为主，灌丛林为辅。从影响因素分析，城市和工矿用地不透水地表比例(0.59±0.19)高于自然植被区的不透水地表比例(0.29±0.14)，并且城市内部透水地表的平均标准化NPP(0.9)低于自然植被的平均标准化NPP(1.1),是造成城市和工矿用地损失NPP的主要原因。　　(4)各城市群内植被的平均NPP普遍较高，城市用地平均NPP较低，且长三角＞成渝＞武汉＞京津冀＞长株潭＞珠三角。在长三角城市群内植被平均NPP相当于城市/工矿用地平均NPP的2倍。成渝城市群受气候、地形等因素的影响，且工矿区绿化较好，在2015年植被平均NPP相比工矿用地要低。在珠三角、京津冀以及成渝城市群内因工矿用地扩张导致NPP损失量逐渐增加，尤其是珠三角和成渝城市群在2010-2015年由于工矿用地扩张损失的NPP已经超过城市和工矿用地共同影响的50％。成渝城市群在2010-2015年由于工矿用地扩张损失NPP达到0.17TgC/yr，是2000-2005年的5倍。　　(5)过去25年间工矿用地扩张导致耕地面积减少1.7×104km2，导致直接损失粮食产量约6.49Mt(106t)，因工矿用地可能会对周边耕地产生污染影响的间接粮食产量达83.20Mt。由于工矿用地扩张对粮食产能潜在影响总体上为当前中国粮食总产量的17％。在空间分布特征方面，总体趋势呈现直接影响的粮食产能从中部地区、沿海地区向西北地区逐渐减少;间接影响的粮食产能在中部和西部地区相对严重。