河流潜流带地表水和地下水交换过程被称为潜流带水交换。它在河流生态系统健康中发挥重要作用。潜流带的交换方式和交换通量在时间和空间上存在变异性,同时这种交换过程对沉积物中大型无脊椎动物群落的影响也是生态水力学中的关键课题。目前针对这一主题的研究主要集中在大型无脊椎动物对水体化学环境因子变化的响应上,没有考虑潜流带水交换条件对大型无脊椎动物群落结构的影响效应,影响机理尚不清晰。为了解渭河流域水交换变异性,揭示潜流带水交换的交换方式(上升流和下降流)和通量大小对河流沉积物内大型无脊椎动物群落结构产生的影响及作用机理,本研究于2017年5月至2018年4月在渭河流域中渭河和北洛河使用温度梯度法进行不同季度的潜流带水交换野外实地测量,利用索伯网采集大型无脊椎动物,并在实验室内进行调查鉴定,同时采集沉积物样和河水样,分别进行颗粒粒度分析和水质测量。研究结果表明:1)渭河流域潜流带水交换强度在河流的中游和上游存在明显差异,渭河流域潜流带水交换方式也存在季节变化特征。其中,渭河中游的潜流带水交换强度显著高于上游交换强度(P=0.01),而北洛河上游的水交换强度显著高于中游交换强度(P=0.021)。冬季渭河流域潜流带水交换以下降流为主,春季潜流带水交换以上升流为主。夏季和秋季潜流带水交换没有明显一致的交换方式。不同季节水交换通量大小依次为冬季>秋季>春季>夏季,但差异并不显著(p=0.130)。2)渭河流域潜流带水交换方式影响了沉积物颗粒运输和河水水质,进而引起了大型无脊椎动物群落结构的差异。总体上,下降流比上升流更能产生丰富的大型无脊椎动物群落。交换方式为下降流的点位内大型无脊椎动物群落的丰度(232个)和多样性(H=1.56,J=0.72,D=2.20)均大于上升流点位内群落的丰度(138个)和多样性(H=1.17,J=0.56,D=1.53)。上升流的水交换过程更易促使河床沉积物细颗粒成为悬浮质(Z_R=0.82),可以提高栖息类型为游泳型物种(如四节蜉科)占大型无脊椎动物群落中的比例(43.41%)。河床表面悬浮程度越高,大型无脊椎动物发生漂移离开沉积物的数量越多,导致群落的丰度和多样性改变。氨氮和碳酸氢根浓度在不同交换方式的河水内存在显著差异(p=0.027;p=0.049),上升流控制了氮类营养盐从地下水运输到河水的过程。下降流控制了地表水中的溶解氧(DO),溶解有机碳(DOC)进入沉积物过程。下降流有利于摇蚊科无脊椎动物生长。此外,上升流和下降流都能对河水的温度进行调节。3)渭河流域潜流带水交换通量大小决定了河水中大型无脊椎动物生长所需溶质的浓度。因此,水交换通量过大或过小都会限制大型无脊椎动物群落生长。渭河流域的大型无脊椎动物群落在夏季最适宜的交换通量大小为150–200 mm/d。水交换低于此强度会导致沉积物中大型无脊椎动物呼吸和代谢需要消耗的氧气和有机物浓度较低,高于此强度会导致氮类营养盐类浓度较高,导致群落的丰度和多样性下降。4)渭河流域潜流带水交换强度在冬季和春季两个季节对大型无脊椎动物群落丰度和多样性的影响大于水交换方式。冬季最适宜大型无脊椎动物生长的水交换强度与夏季强度接近(150-200 mm/d),且高于春季最适宜大型无脊椎动物生长的水交换强度。秋季上升流也能产生丰富的大型无脊椎动物群落,但秋季基于群落多样性的最适宜水交换强度低于基于群落丰度的最适宜水交换强度。