基础设施是城市发展和人类福祉提升的物质基础,但其建设、使用、报废过程也伴随着大量的物质和能量消耗,对本地以及跨区域的生态环境产生了深远的影响。以往研究中,由于精细空间数据以及物质跨区域流动信息匮乏,使得城市尺度物质代谢的时空格局演变以及跨区域生态环境影响研究十分有限。为解决上述问题,本研究以上海11类主要基础设施为例,基于遥感、地理信息、历史地图、统计、调研等多源数据,构建物质流（MFA）和地理信息系统（GIS）耦合模型,分析了1920-2019年间城市500米空间栅格精度物质代谢的时空演变格局规律,揭示了基础设施物质代谢背后的社会经济与自然地理驱动因素,量化了城市基础设施发展对跨区域生态环境的影响,提出了降低资源消耗和环境影响的政策建议。本研究的主要结论如下:（1）1920-2019年间,城市基础设施中的累积物质存量由15.3百万吨增至1288.9百万吨,年均增长率达4.6%。过去的一百年里,物质代谢经历了五个时期,即起步期（1920-1950）,物质存量、流入量和流出量的年均增长率分别为4.9%,5.6%,6.7%;缓增期（1950-1980）,物质存量、流入量和流出量的年均增长率分别为2.7%,2.2%,3.2%;稳增期（1980-2000）,物质存量、流入量和流出量的年均增长率分别为4.7%,3.1%,6.1%;加速期（2000-2015）,物质存量、流入量和流出量的年均增长率分别为8.2%,4.1%,8.5%;减速期（2015-2019）,物质存量、流入量和流出量的年均增长率分别为3.1%,-11.5%,4.9%。11类基础设施中,住宅和工厂建筑的物质存量最大,占总量的71.8%-84.2%;排名前三的材料是砾石、砖块和水泥,占总物质存量的93-97%。总物质流入量呈现波动上升的趋势,在2005年达到峰值308.7百万吨,增长了42倍。不同类型基础设施的物质流入量达到峰值的时间存在差异,住宅在2005年达到峰值,工厂、学校、商场店铺和铁路在2010年达到峰值,仓库、旅馆、公路和地铁在2015年达到峰值,而办公建筑和医院的物质投入量拐点还未出现。总物质流出量呈现明显的快速增长趋势,年均增长率高于存量增速,达6.3%,由1920年0.16百万吨,增至2019年的37.2百万吨,住宅、工厂和公路三类基础设施的物质流出占比最大,2010年以后公路的物质流出量占比跃居第一,达49%以上,成为上海市基础设施报废材料流的主要来源。（2）空间上,1920-2019年中心城区的总物质存量占比、住宅物质存量占比、非住宅物质存量占比和交通物质存量占比呈现下降趋势,而郊区的各类物质存量呈现上升趋势。中心城区和近郊区累积了79.7%的总物质存量,84.6%的住宅物质存量,73.8%的非住宅物质存量,69.1%的交通物质存量。近郊区各类物质存量均已超过中心城区,物质存量的高值呈现由中心城区向近郊区和远郊区扩散的趋势。物质流入量的高值明显转移至近郊和远郊区,中心城区的各类基础设施物质投入量均在25%以下。而物质流出量则主要来自中心城区和近郊区,其报废物质流出量占总量的75%,住宅物质流出量的高值和极值主要还是在中心市区,而非住宅和交通物质流出量的高值和极值逐渐向近郊区和远郊区转移。（3）不同类别基础设施物质存量和流量演变的驱动机制不同。对于存量来说,GDP与总物质存量、住宅物质存量、非住宅物质存量和交通物质存量存在显著的倒U型关系;人口增长促进了总物质存量、住宅物质存量和非住宅物质存量的增长,而抑制了交通物质存量的增长;归一化植被指数（NDVI）对总物质存量、住宅物质和非住宅物质存量的增长起抑制作用,对交通物质存量的增长起促进作用;景观分离度指数（SPLIT）抑制了总物质存量、住宅和非住宅物质存量的增长。对于物质流入量而言,GDP与总物质流入量、非住宅物质流入量和交通物质流入量呈现倒U型关系,而GDP抑制了住宅物质流入量;人口密度促进了总物质和非住宅物质的流入,抑制了交通物质流入量;NDVI抑制了所有类别基础设施的物质流入量;SPLIT抑制了总物质、住宅和非住宅物质流入量。对于流出量,GDP与总物质、住宅物质和非住宅物质流出量呈现倒U型关系;人口密度促进了总物质、住宅和非住宅物质流出;NDVI则抑制了所有类别基础设施的物质流出量;SPLIT分离度指数抑制了总物质、住宅和非住宅物质流出量。（4）由于数据获取限制,研究以钢铁材料为例,评价了钢铁代谢的跨区域生态环境效应,结果表明,上海市钢铁流入量在2010年达到峰值,空间上钢铁流入量高值逐渐向郊区扩散。1990年以后,上海基础设施建设所需钢材主要依靠外省输入,其中来自江苏省的比重最大。因钢铁材料的外包,对跨区域的生态环境影响范围逐步从上海周边转向远距离省份,且对远距离省份的生态环境影响呈现逐步上升趋势。1990年以后跨区域总生态环境影响超过上海本地总生态环境影响。2010年百年基础设施物质代谢的总生态环境影响达到峰值,相对于1920年增长了573倍,而上海本地和跨区域总生态环境影响分别在2005年和2010年达到峰值。1920-2019年历年生态环境影响类别中,化石耗竭的影响最大（61.6%）,气候变化的影响次之（32.8%）,人类毒性的影响相对较小（5.6%）。（5）上海市基础设施可持续发展和资源管理的政策建议包括以下几点:新增住宅和非住宅基础设施的空间布局需要在适度的水平上紧凑,而非分散,从而提供更多的社会和经济服务;通过延长建筑寿命进一步减少对原生资源的消耗,缓解资源供需矛盾;灰色和绿色基础设施协调发展,实现人造基础设施与自然生态空间的有机结合,以减少城市基础设施物质代谢带来的生态环境影响;研发新型钢材,加强与中西部地区技术共享;积极探索跨区域生态补偿机制,对钢铁建材的来源省份给与资金和技术补偿,从产业上游减少钢铁生产加工的生态环境影响。通过上海过去一百年间城市基础设施物质代谢的时空格局以及跨区域生态环境影响的量化研究,对深入理解快速城市化地区城市发展的物质代谢过程,驱动因素以及生态环境效应,制定可持续的城市基础设施规划和资源管理政策提供了重要的方法支持和决策依据。