土地是人类生存和发展不可或缺的物质基础。但是,由于人口剧增、工业化和城市化快速扩展,土地的供求矛盾越来越大,引发了一系列复杂的生态环境及社会、经济问题。中国是世界上人口数量位居首位的国家,但现实的耕地面积和人口数量呈现不协调,人地关系愈发严峻,同时水土组合条件差,土地生产潜力有限；土地严重退化,后备土地数量不足等,我国的粮食安全、生态安全等问题已经引起了国际广泛关注。因此,定量地研究区域人地关系,科学评价土地承载力,对实现区域可持续发展,具有重要的理论和现实意义。以武汉市城市圈为案例区,本文从整个城市圈和城市圈内部各县市级行政分区两个层面出发,利用历年来的统计年鉴数据,分析了武汉城市圈的土地利用类型结构及其变化,以此为基础对武汉城市圈土地承载力的变化进行了研究。在土地利用变化引起食物总产量和人均收入变化的基础上,结合武汉城市圈的实际情况,按照不同的营养和消费标准,采用回归分析、灰色系统等方法对土地承载力(土地食物承载力、土地经济承载力)进行分析,结果显示,当前土地食物承载力尚未超载,但土地经济承载力超载现象已出现。为了更加全面研究武汉城市圈土地承载力动态变化,通过建立相关数学模型对武汉城市圈2015年土地承载力的变化情况进行预测研究,结果表明土地的食物承载力虽未达到饱和,但已经接近满载状态；而土地经济承载力超载情况未得到扭转,但超载的人口数量有减少的趋势。最后对武汉城市圈土地资源的开发与利用进行优化配置研究。从土地产生的经济、生态和社会效益出发,确定约束因子,采用线性规划的数学方法,建立目标函数,设计出结构优化模型。通过对模型进行检测,配置方案具有经济合理性、生态安全性、社会约束性等特点,并且能够满足武汉城市圈土地承载力的要求,较好地发挥武汉城市圈资源优势,对促进整个城市圈的发展具有重大意义。