黄土高原是我国水土流失最严重的地区之一,严重的水土流失导致生态环境恶化,影响和制约了当地经济的可持续发展。近年来,随着黄土高原退耕还林（草）工程实施,该区生物结皮平均盖度达到60%～70%,显著影响坡面的水土流失。目前,虽有不少研究关注生物结皮对水土流失的影响,但鲜有研究关注不同盖度生物结皮对坡面产流产沙过程的影响,其影响机理不清,尚不能量化生物结皮盖度与坡面产流产沙之间的关系,是生物结皮水土保持功能研究的薄弱环节,影响了考虑生物结皮的土壤侵蚀模型的修订,亦妨碍了黄土高原退耕还林（草）工程水土保持效益的准确评估。为此,本文以黄土高原丘陵区不同盖度的生物结皮坡面为研究对象,采用模拟降雨、自然降雨监测结合稀土元素示踪等方法,研究不同盖度生物结皮对坡面产流、产沙过程的影响,构建生物结皮盖度与坡面产流、水动力学参数以及产沙量之间的量化关系,辨析生物结皮对土壤分离、搬运、沉积过程的影响,明确生物结皮对坡面输沙过程的影响,揭示生物结皮盖度影响坡面产沙的动力机制。研究取得以下主要结论。（1）生物结皮盖度通过影响坡面初始产流时间和产流稳定时间影响坡面产流过程。坡面初始产流时间与生物结皮盖度之间呈极显著的负相关关系。坡面产流稳定时间随生物结皮盖度增加呈先增加后下降的趋势。裸土坡面初始产流时间（7.0 min）是79%盖度生物结皮坡面（2.5 min）的2.8倍。产流后生物结皮坡面的产流率呈现先增加后趋于稳定的趋势,79%盖度的生物结皮坡面产流达到稳定状态最快,大约在8min时趋于稳定;44.5%盖度的生物结皮坡面产流达到稳定状态最慢,在40min时趋于稳定。（2）坡面产流率与生物结皮盖度之间呈对数函数关系:y=-a ln（x）+b。模拟降雨下,当生物结皮盖度从9.3%增加至78.4%时,坡面产流率减少68.7%,坡面产流率与生物结皮盖度之间的关系式为:y=-0.185ln（x）+1.0808（R2=0.752,P＜0.001,n=19）。自然降雨下,生物结皮盖度从19.6%增加至42%时,坡面产流率减少44.9%,坡面产流率与生物结皮盖度之间的关系式为:y=-1.108ln（x）+8.6794（R2=0.274,P＜0.001,n=12）。（3）生物结皮盖度的变化影响了径流水动力特征（雷诺数、弗劳德数、径流剪切力及阻力系数等）。盖度变化引起的生物结皮斑块的破碎度及分离度的差异是影响水动力特征的主要原因。随着生物结皮盖度的增加,坡面径流会从急流转变为缓流,但始终属于层流状态;径流的流速与径流功率均呈对数函数趋势下降;坡面径流水深与阻力系数呈幂函数趋势上升。生物结皮坡面流速、雷诺数及径流功率与分离度关系相关性最强,随生物结皮斑块间分离度的增加而增加。径流水深、弗劳德数、径流剪切力及阻力系数与斑块密度相关性最强。其中,径流水深、径流剪切力及阻力系数随斑块密度增加而降低,弗劳德数随斑块密度增加而增加。（4）坡面产沙率与生物结皮盖度之间呈指数函数关系:y=ae-bx+c。模拟降雨下,当生物结皮盖度从9.3%增加至78.4%时,产沙率减少了98.1%,坡面产沙率与生物结皮盖度之间的关系式为:y=21.665e-0.05x+1.0808（R2=0.936,P＜0.001,n=19）。自然降雨下,当生物结皮盖度从11.6%增加至54.8%时,产沙率减少了69.0%,坡面产沙率与生物结皮盖度之间的关系式为:y=20.755e-0.012x（R2=0.3152,P＜0.001,n=12）。（5）生物结皮通过覆盖作用和拦截作用改变了径流对泥沙的输移过程。实验条件下,生物结皮覆盖区产沙量约6.1%,裸土区域的产沙量是生物结皮覆盖区域的15倍。生物结皮坡面的泥沙沉积量是裸土坡面的5倍。生物结皮和裸土坡面的泥沙输移比分别为0.46和0.93。生物结皮泥沙拦截量随距侵蚀源距离的增加逐渐降低。（6）不同盖度生物结皮条件下生物结皮斑块的分布格局影响径流侵蚀动力和坡面阻力,进而影响坡面产沙量。在90 mm h-1的雨强条件下,影响因子对坡面产沙的影响大小顺序为,生物结皮盖度因子（-0.949）＞斑块密度（0.782）＞径流功率（0.596）＞阻力系数（-0.280）＞景观形状指数（0.173）＞分离度（0.167）。研究明确了不同盖度生物结皮坡面的产流产沙特征,构建了生物结皮盖度与坡面产流产沙的量化关系,明确了生物结皮对坡面土壤侵蚀产沙、搬运、沉积的贡献,揭示了生物结皮盖度影响坡面产沙的动力机制,为修订考虑生物结皮的土壤侵蚀预报模型以及黄土高原退耕还林（草）工程水土保持效益评估奠定了基础。