生物结皮是旱区荒漠生态系统有机碳的主要贡献者。为研究区域尺度生物结皮的有机碳特征及其固碳过程,本研究以毛乌素沙地的两类典型生物结皮（苔藓结皮、藻结皮）为研究对象,通过在全域范围（42200 km2）内设置45个典型样地,测算生物结皮及其下伏土层的有机碳（SOC）含量、有机碳密度（SD）与有机碳组分（可溶性有机碳DOC、微生物量碳MBC、易氧化有机碳ROC、颗粒态有机碳POC）含量,应用多元数理统计的方法,分析气候、土壤、植被等多种因子与生物结皮有机碳特征之间的关系,探讨区域尺度上生物结皮的有机碳特征的主控因素;同时,在地块尺度上观测分析了生物结皮在旱季和雨季的光合与呼吸特征,并以苔藓植物凋落物分解过程为例,解析了不同环境条件下生物结皮的碳转化过程。主要结果如下:（1）生物结皮对研究区的SOC含量、SD、有机碳组分含量有显著（p<0.05）的提升作用。区域尺度上生物结皮观测层（生物结皮层与地表0～10cm土层）SOC、SD在研究区东部明显高于西部;两类生物结皮及下伏土层的SOC含量随土层深度的增加而降低;不同类型生物结皮的观测层SD大小顺序表现为苔藓结皮（0.37kg/m2）>藻结皮（0.22 kg/m2）>裸沙对照（0.18kg/m2）;相较于苔藓结皮,藻结皮有机碳的损失风险更高,生物结皮下伏土层的有机碳相较于结皮层更为稳定。（2）本研究显示,在所讨论的影响因素中,生物结皮SOC、SD主要受到气候因子的影响,有机碳组分含量主要受到土壤因子的影响。区域尺度上苔藓结皮SOC、SD的主要影响因子为坡向、阳离子交换量、潜在蒸散量,藻结皮SOC、SD的主要影响因子则为风速、坡向、水蒸气分压;两类生物结皮的有机碳组分含量与温度、光照以及土壤机械组成、pH、电导率间关联紧密;土壤物理属性对研究区生物结皮活性有机碳占比影响显著。（3）两类生物结皮在旱季表现为净碳释放,在雨季表现为净碳吸收,雨季的光合速率以及土壤呼吸速率明显高于旱季。苔藓结皮光合、呼吸速率以及藻结皮光合速率在旱季单日内由早至晚降低,藻结皮呼吸速率在10:00前后表现出先升高后降低的变化特征;雨季苔藓结皮、藻结皮的光合速率日变化曲线表现出双峰曲线特征,呼吸速率日变化曲线表现先升高后降低的单峰曲线特征,光合、呼吸速率的主要限制因子为近地面空气湿度。（5）研究区苔藓植物凋落物的分解过程主要集中在雨季。7个月的试验周期结束后,自东南向西北三个样地的苔藓凋落物残留率大小表现为东南样地（榆林,92.54%）<中部样地（乌审旗,93.53%）<西北样地（鄂托克旗,95.34%）,表明苔藓植物凋落物的分解速率与样地年均降水量变化趋势相同。