生物结皮是干旱、半干旱荒漠化地区生态环境变化的急先锋,能够很好地反映当地的生态环境改善情况。在荒漠化地区,水分条件是制约生态环境改善的重要因子,生物结皮作为地表的第一层保护,其对水分的阻拦渗透、保水护水的作用,对当地的植被演替起着重要的作用。本研究于2010年到2013年进行,研究区位于毛乌素沙地边缘宁夏盐池沙泉湾国家生态定位站和高沙窝地区,以及乌兰布和沙漠东北缘内蒙古自治区巴彦淖尔盟磴口县境内的中国林科院沙漠林业实验中心一实验场。通过野外调查和室内实验,对不同荒漠生态系统中沙生灌木群落的特征及物种多样性进行研究,分析不同荒漠生态系统中生物结皮分布特征规律,测量生物结皮和下层沙土的理化性质,研究生物结皮对水分渗透、蒸发的作用和对凝结水形成过程的影响,以期找寻不同荒漠生态系统中生物结皮分布和水文特征。本研究主要结论如下：(1)对不同荒漠生态系统生物多样性的研究结果表明：在毛乌素沙地,植物种分别属于6科11属共13种,其中油蒿群落内以油蒿植被为优势种,杨柴和花棒群落分别以杨柴和花棒植被为优势种。油蒿群落的植物组成和多样性特征均优于杨柴和花棒群落,而逐渐成为该研究区的优势群落。在乌兰布和沙漠,植物种分别属于7科11属共12种,其中油蒿群落以油蒿植被为优势种,柽柳群落以柽柳植被为优势种。柽柳群落的植物组成和多样性特征均优于油蒿群落,在该研究区油蒿群落在逐步向柽柳群落演替。(2)对不同荒漠生态系统生物结皮分布特征的研究结果表明：在毛乌素沙地和乌兰布和沙漠中,生物结皮主要由藻类、地衣和苔藓结皮组成,其优势种分别为具鞘微鞘藻(Microcoleus vaginatus)、胶衣(Collema tenax)和拟双色真藓(Byum argenteum)。在毛乌素沙地,植物覆被下和群落内优势种均为地衣结皮；在乌兰布和沙漠,植物覆被下生物结皮优势种为地衣结皮,在植物群落内优势种为藻类结皮。生物结皮厚度随距离植株根部的距离增大而减小。在不同方向上生物结皮厚度的分布特征与植株的冠幅有关。常年主导风向显著影响着生物结皮厚度的分布特征。比较两种荒漠生态系统,毛乌素沙地生物结皮盖度和厚度均更大。(3)对不同荒漠生态系统生物结皮理化性质的研究结果表明：在不同荒漠生态系统中,优势群落内生物结皮生物量较大；盐池生态站因为降雨量的较为丰富使其生物量比磴口地区大。比较三种生物结皮的理化性质,可以得出,与藻类和地衣结皮相比较,苔藓结皮容重较大,自然含水量也较大,机械组成以黏粉粒为主,pH值较小有机质、全氮、速效养分含量较高,土壤酶活性较强。毛乌素沙地油蒿群落和乌兰布和沙漠柽柳群落内的生物结皮的理化性质更好。(4)对不同荒漠生态系统生物结皮水文特征的研究结果表明：①生物结皮覆盖对水分渗透具有阻挡的作用,并且随着降雨量的增加,生物结皮阻水的能力在降低,湿润锋在增加,湿润锋的推进速度也在增加。随着生物结皮的发育,生物结皮厚度越大,其对水分的阻挡水分渗透的能力增强。另外,毛乌素沙地生物结皮阻挡水分渗透的能力比乌兰布和沙漠要强。同时,对荒漠化地区水分入渗实验数据进行经验模型的拟合,结果表明Horton模型优于Kostiakov模型和Philip模型,能够更好的表现两种荒漠化地区的土壤水分入渗速度的特征,并且能够更好的描述研究区的水分入渗的过程。②生物结皮对水分蒸发作用的影响表现为：通过对水分蒸发逐日蒸发量和累计蒸发量的变化规律进行分析,在降雨量较小(<25mm)的情况下,生物结皮不能有效阻挡水分的蒸发进程,需要根据不同类型生物结皮和不同立地条件来确定生物结皮对水分蒸发的作用,而在较大降雨量(25mm)条件下,生物结皮对水分蒸发有抑制作用。③随着生物结皮的发育,平均凝结水量和凝结水总量均表现为增加的趋势。毛乌素沙地平均凝结水量和凝结水总量均大于乌兰布和沙漠。不同荒漠生态系统凝结水量变化趋势与空气相对湿度的昼夜大小变化相一致,与地表温度的昼夜高低变化相一致,与大气温度的昼夜高低变化相背离,与大气地表温度差值的变化趋势相一致。对不同荒漠生态系统中生物结皮分布和水文特征研究,能够为毛乌素沙地和乌兰布和沙漠中生物结皮的分布规律和土壤水分的有效利用提供理论基础,也能够更好的为沙区地表固定和植被恢复提供实践依据,为荒漠防护林建设和生态系统恢复做出应有的贡献。