人类活动排放的污染物导致水生生态系统生物多样性丢失和生态功能受损。沉积物不仅仅是底栖生物的栖息地,也是水环境中化学污染物复合污染的“汇”与“源”。沉积物质量监测和评价体系中往往忽略具有重要生态功能的微生物群落,缺乏生态系统多群落水平的调查研究。传统生物监测方法无法满足多群落水平的监测的需要。而且,沉积物复合污染物和细菌群落、原生生物群落间的相互关系研究依然有很多空白,仍然缺乏环境污染物的生物指示物的研究工作。因此,本论文首先建立沉积物DNA宏系统分类学的底栖生物群落的生物监测技术,并研究底栖生物群落对不同复杂程度的化学污染物混合污染的生态响应,甄别主要的污染物生态效应,发掘潜在的指示污染的生物指示物,以期利用原位底栖生物群落对水生生态系统健康和沉积物质量进行评价。因此,本论文首先建立基于半导体测序的沉积物DNA宏系统分类学技术平台,并整合了多元生态统计方法。然后利用该技术平台,以背景研究相对清楚的石油泄漏和三峡库区研究和城市受污河流为研究对象,进一步为了探讨生态系统底栖群落的差异对主要生态风险的生态响应和指示作用：1)沉积物中细菌、原生生物和后生动物群落对石油泄漏残留污染的生态响应,并发掘了潜在的石油残留污染生物指示物。2)沉积物细菌和原生生物群落对诱导AhR活性的有机污染复合物的生态响应,并发掘潜在的能预测诱导AhR活性污染物的微生物指示物。3)原位细菌群落对不同土地利用类型下的有机和无机复合污染的生态响应,并依据群落结构的变化推断了可能的关键化学污染物胁迫因子。主要的研究结果总结如下：1)建立基于半导体测序平台的沉积物DNA宏系统分类学技术,用于分析底栖细菌、原生生物和后生动物群落的多样性；并在此基础上,整合生态统计分析技术,建立一系列的生物群落与化学污染物关联分析的方法。2)韩国泰安郡海岸生态系统石油残留污染沉积物中的微生物和后生动物群落的多样性和结构与沉积物中石油泄漏残留污染程度(PAHs浓度)显著相关。细菌群落的两个科(Aerococcaceae和Carnobacteriaceae)以及原生动物群落的一个科(Platyophryidae)与原油污染程度显著相关。芳烃降解细菌(Anaerolinaceae、 Desulfobacteraceae、Helicobacteraceae和Piscirickettsiaceae)以及硅藻(Araphid pennate)能够耐受原油污染。原生生物群落的Subulatomonas,节肢动物集群的Folsomia、Sarcophagidae Opomyzoidea、和Anomura与原油污染程度成负相关。基于上述原油污染相关物种的相对多度构建的模型能够较为准确地预测沉积物中原油污染的程度。3)诱导AhR活性的有机污染复合物能够显著的影响三峡库区沉积物中的细菌和原生生物群落的结构。原生生物群落的Shannon指数与AhR介导活性和PAHs浓度显著负相关。沉积物中AhR介导活性与细菌群落中的A cetobacteraceae显著正相关,而与原生生物群落中的Oxytrichidae显著负相关。此外,基于A cetobacteraceae和Oxytrichidae相对多度构建的预测模型能够较为稳健地预测沉积物中AhR介导活性水平。4)南淝河沉积物原位微生物群落中的主要组份是变形杆菌门、拟杆菌门和绿弯菌门。农业区、工业区和下游混合区域的沉积物样品中的污染物分布模式和细菌群落结构的变化显著相关。总氮、总磷、镉和锌与细菌群落操作分类单元(Operational Taxonomic Unit, OTU)的核心互作网络(beta-变形杆菌纲和delta-变形杆菌纲)呈显著负相关。通过相关分析和网络分析,铁、镍和锌等金属和总氮、总磷等营养盐对细菌群落结构的影响大于多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs)、有机磷杀虫剂(organophosphorous insecticides, OPs)和菊酯类杀虫剂(pyrethroid insecticides, PRTs)对细菌群落的影响。此外,基于物种-污染物相关性分析,识别了一些敏感的物种。这些物种具有指示关键污染物的能力。因此,沉积物中原位微生物群落结构和组分的变化可用于识别淡水生态系统中多重污染物的关键胁迫因子。