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河床沉积物重金属因其高毒性、难降解以及生物累积性既破坏河流水质也威胁其中大型无脊椎动物的生存,近年来对于沉积物重金属污染监测和评价备受关注。渭河流域在丝绸之路经济带中占有战略性重要地位,本研究对渭河流域渭河、泾河和北洛河在丰、枯、平水期和沉积物-水界面以下0-10 cm、10-20 cm层的沉积物和大型无脊椎动物进行采样,分析沉积物中六种重金属时空分布以及大型无脊椎动物群落结构,并基于重金属和生物指数对沉积物重金属污染进行评价,借助生态数据处理软件分析沉积物重金属污染对大型无脊椎动物的生物效应,在河流尺度和河床沉积物垂向尺度上揭示沉积物中重金属污染所对应的指示生物和参数。研究结果表明:1.明确渭河流域河床沉积物重金属含量时空分布。渭河、泾河和北洛河沉积物重金属平均含量排序均为:Cr>Zn>Ni>Cu>Pb>Cd,且各重金属含量基本表现为:渭河>泾河>北洛河,枯水期>平水期>丰水期,10-20 cm层≥0-10 cm层,渭河、泾河和北洛河沉积物重金属平均含量在国内外河流中均处于中等偏上水平且全部高于背景值,反映出渭河流域河床沉积物一直受重金属污染。2.评价渭河流域河床沉积物重金属污染程度。基于地累积指数(Igeo)、潜在生态风险指数(PRI)、污染负荷指数（PLI）和平均可能效应熵（mPECQ）评价沉积物重金属污染均呈现为:枯水期>平水期>丰水期,10-20 cm层>0-10 cm层,渭河>泾河>北洛河。Igeo表明Cu、Zn、Cr、Ni和Pb属于局部轻度污染,Cd污染最为突出属于局部偏中度污染;PRI中各重金属贡献排序为:Cd>Cu>Pb>Ni>Cr>Zn,且受到Cd污染的点位相对最多,这与Igeo中结果一致;PLI和mPECQ表明渭河、泾河和北洛河沉积物均已经受到外界重金属干扰,且其沉积物重金属的毒性发生概率均为15%到29%之间。3.分析渭河流域河床沉积物层所对应的大型无脊椎动物群落结构。渭河流域大型无脊椎动物主要包括:软体动物、环节动物和节肢动物,其中节肢动物包含物种最多,以水生昆虫为主。渭河和北洛河在物种组成类别上极为相似,渭河又与泾河具有相同的四类主要物种;渭河、泾河和北洛河沉积物0-10 cm层中平均生物量均大于10-20 cm层,且优势种均有寡毛类,渭河寡毛类占有绝对优势,泾河还有对环境中污染物敏感性较强的蜉蝣目和毛翅目类,而北洛河还有对环境中污染物耐受性较强的摇蚊幼虫。基于香农-韦弗多样性指数（HS）和马卡列夫物种丰富度指数（DM）均表明渭河群落结构不稳定,受污染程度相对最大,而泾河群落总体较为稳定,北洛河相对较不稳定;生物学污染指数（BPI）和科级生物指数（FBI）表明各点位沉积物基本处于中等及以上污染程度,渭河沉积物总体污染相对较大,泾河相对稳定,而北洛河很不稳定,这与重金属指数评价结果相一致。4.揭示渭河流域河床沉积物重金属污染所对应的指示生物和参数。寡毛类生物对Cd的耐污性强,摇蚊幼虫对Ni、Cr的敏感性强,DM对Ni、Cr有显著负相关,这在沉积物重金属污染严重的渭河较常见;水生昆虫对Zn、Ni、Cu、Pb的敏感性强,腹足纲生物对Zn、Ni、Cu、Pb的耐污性强,FBI和BPI对Ni、Cr有显著正相关,这在沉积物重金属污染中等的泾河和北洛河较常见,表明河流尺度上沉积物重金属区域污染程度不同,重金属污染对应的响应指标也具有差异性。活跃在深层沉积物的寡毛类生物对Ni、Cu、Pb的耐污性强也是10-20 cm层的优势种;而腹足纲生物在表层沉积物活动对Ni、Zn、Cd、Pb的耐污性强也是0-10 cm层的主要物种,FBI对Ni、Zn、Pb有显著正相关,表明沉积物垂向尺度上除了重金属污染累积程度,主要物种和优势种的垂向分布,也会导致重金属污染对应的响应指标具有一定的差异性,可将寡毛类生物、摇蚊幼虫、水生昆虫、腹足纲生物作为沉积物重金属污染的指示生物,DM、FBI、BPI作为指示参数。本研究结果可为渭河流域河床沉积物重金属生态毒性效应的研究奠定基础,为河床沉积物重金属污染的监测、防治与水生态环境修复提供技术支撑和参考依据。