氮素养分的匮乏严重制约着荒漠生态系统的净初级生产力。生物土壤结皮(下称“生物结皮”)在荒漠生态系统广泛分布,是主要的氮源。生物结皮因其土壤理化性质和生物群落结构的改变,强烈地影响着表层土壤氮素动态,进而影响着表层土壤可利用氮素的供给,以及植被的生长和发育,对于荒漠生态系统土壤改良和植被恢复具有重要的实践指导意义。目前,相关研究不够系统和深入,一定程度上制约着对荒漠生态系统氮动态过程的理解以及荒漠化防治工作的开展。鉴于此,本研究以毛乌素沙地普遍存在的不同类型生物结皮为研究对象,进行了野外调查、室内模拟实验、化学试验和生物学实验,对其物种群落结构、固氮能力、矿质氮积累和氮损失的等方面进行了研究,结果表明：(1)生物结皮的物种群落结构对固氮活性有着重要的贡献。随着生物结皮从低级到高级阶段,固氮物种丰富度和多度与固氮活性呈现相同的变化趋势,即单峰曲线。生物结皮的固氮物种,尤其是蓝藻,对固氮活性具有显著的的贡献(90.9%)。并且蓝藻对于固氮活性的贡献又因水分和温度条件不同而不同。水分和温度条件越适宜,蓝藻对于固氮活性的解释量越高,在最适条件下(含水量25%,25℃),其解释量高达96.9%。在不同类型的生物结皮当中,蓝藻结皮的年固氮量估算值最高,为14.43±1.18mgN2m-2a-1。生物结皮中可能存在一些高多度且对温度水分高敏感度的蓝藻,它们只在温度水分最适的环境条件下表现出高固氮活性。(2)随着生物结皮从低级阶段到高级阶段,土壤物理结构得到改良和土壤养分不断积累,微生物数量也大体上呈增加趋势,这些都为土壤氮矿化作用提供了良好的条件,有利于提高土壤矿质氮含量。生物结皮矿质氮的积累与生物结皮的水分和温度呈正相关；随着土壤有机碳、全氮、有效氮含量和土壤体积分形维数的增加而增加,随着土壤C/N和pH的降低而增加；与细菌、放线菌和真菌的数量呈正相关。在不同季节中,由于6-8月温度水分条件较好,生物结皮碳氮养分含量较高,可以为氮矿化作用提供良好的条件和原料,因而该季节的矿质氮含量最高。(3)随着生物结皮从低级阶段到高级阶段,土壤结构不断改良,土壤透气性不断增加,碱性危害逐渐降低,进而有效地抑制了土壤气体氮损失。生物结皮从低级阶段到高级阶段,土壤体积分析形维数和土壤孔隙度的增加抑制了氮损失,C/N和pH的下降减少了氮损失。本研究表明生物结皮对于荒漠生态系统表层土壤氮动态有显著的影响,生物结皮的出现和发育总体上有利于土壤可利用氮的积累和气体氮损失的减轻,为荒漠化防治工作中的生物措施提供了理论和实验基础。微生物和隐花植物是生物结皮实现氮动态过程的主要执行者,其群落结构与固氮功能和矿质氮积累密切相关。后续研究可以采用新技术来检测参与氮动态过程的功能微生物群落,以期阐明生物结皮氮素动态的生物机制。