沉积物是河道生态环境的重要组成部分,在河流中营养物质的供给、重金属等污染物的迁移转化过程中发挥着重要作用。但沉积物作为污染物的最终汇聚地,污染物的二次释放对水环境存在不可小视的危害。渭河陕西段西安、咸阳、渭南等地区工业快速发展的同时,河流重金属污染现象明显,尤其是从咸阳-西安段河道中重金属Cr污染严重,水质较差。本文以渭河渭南和咸阳段沉积物为研究对象,采用野外调查、取样、环境微生物技术与土柱模拟手段,研究了渭河沉积物生物地球垂向分布特征,揭示了变化环境下河水-沉积物系统中Cr的迁移转化规律及主要影响因素,研究结果如下:(1)通过野外调查取样、测试和综合研究发现:咸阳段沉积物中TOC、微生物量、粒径d<45um和黏粒含量所占百分含量略高于渭南段。除了渭南段5-15cm、咸阳段5-15cm和15-25cm层沉积物外,其它层沉积物中Cr超过环境背景值。沉积物呈弱碱性,氧化性较强,pH、Eh、EC、TOC及微生物数量随沉积物埋深的增加而减少。重金属Cr随沉积物垂向埋深的增加而向下迁移并累积。沉积物中Cr与pH、Eh、EC、TOC、微生物量、Fe、Mn等重金属呈明显相关关系。(2)沉积物对Cr(Ⅵ)吸附还原过程主要依靠沉积物的理化性质和微生物作用。批实验中,Cr(Ⅵ)溶液为8mg/L且pH在7-9之间时,沉积物对Cr(Ⅵ)的吸附还原能力随pH的升高而增强,5-15cm、15-25cm层沉积物对Cr(Ⅵ)吸附还原性好。微生物驯化实验中,微生物与Cr(Ⅵ)最佳作用浓度为120mg/L,该浓度下Cr(Ⅵ)还原量高达60mg/L且微生物生长活性良好。咸阳5-15cm、15-25cm和渭南15-25cm沉积物中微生物耐Cr性好,沉积物中Cr还原菌分别为蜡样芽胞杆菌、枯草芽孢杆菌、覃状芽孢杆菌和苏云金芽孢杆菌,渭南沉积物中微生物种类比咸阳段丰富。(3)在土柱实验中,渭南和咸阳沉积物-水界面中Cr(Ⅵ)迁移行为基本一致,在实验前10天,沉积物-水界面中Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)含量迅速增加;第10天以后,Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)含量趋于平稳。到第24天后,咸阳和渭南土柱均向水环境释放Cr,咸阳段释放的Cr以Cr(Ⅲ)的形式存在,而渭南段沉积物中Cr以Cr(Ⅵ)形式释放。Cr在沉积物中明显累积,咸阳段沉积物对Cr(Ⅵ)的吸附还原效果强于渭南段沉积物,对Cr(Ⅵ)的吸附量随埋深的增加而降低,而渭南段除了5-15cm层沉积物对水环境中Cr(Ⅵ)吸附性好,其余层沉积物吸附效果较差。(4)渭南段沉积物Cr(Ⅵ)吸附依靠沉积物理化学性质和微生物作用,但生物作用影响较小;咸阳段沉积物中微生物较多,对Cr(Ⅵ)迁移转化作用强,但随着土柱实验时间延长,沉积物及水环境中Cr的制约作用,使微生物数量减少,对Cr(Ⅵ)生物作用减弱,此时主要依靠沉积物的物理化学作用。沉积物Cr吸附还原过程中,沉积物埋深越深,物理化学作用和微生物作用越弱,对Cr迁移转化作用越小,微生物对Cr(Ⅵ)迁移转化效果明显强于物理化学作用。