引言
潜在毒性元素（PTEs）在水生态系统中普遍存在，且具有高度毒性、致癌性和持久性，严重威胁生态系统功能和人类健康（Tang et al., 2022, Karaouzas et al., 2021, Gao et al., 2019, Zeng et al., 2022）。人类通过接触和摄入受污染的水体以及食用受污染的水产品暴露于PTEs，这可能导致器官损伤和严重疾病（Xie et al., 2020, Meng et al., 2024, Wu et al., 2021）。鉴于这些严重风险，评估PTE浓度及其相关健康风险对于保护水生态系统和人类健康至关重要。
然而，在水环境中，PTEs的环境行为和健康风险不仅取决于总浓度，还高度依赖于其化学形态。PTEs一旦释放到水体中，就会经历一系列物理化学和生物地球化学转化过程，包括氧化还原、络合、螯合和生物转化。水体理化参数（如pH、水温、ORP和溶解氧）以及阴离子和营养盐的存在会影响这些过程，进而影响PTEs在水生态系统中的形态、迁移性、生物可利用性和毒性（Dou et al., 2022, Cie?la and Gruca-Rokosz, 2024）。因此，了解理化特征的影响并识别重要的控制因子对于阐明PTEs的地球化学循环及其生态风险具有重要意义。
同时，由于人体暴露变异性和复杂理化过程固有的不确定性，在水系统中准确量化健康风险并可靠预测PTEs的地球化学行为仍然是一项挑战。传统的确定性健康风险评估（HRA）方法对体重、饮水量、年龄等因素的变化非常敏感，可能导致估算风险存在较大不确定性（Lei et al., 2022）。为了更好地反映这种不确定性，越来越多的环境风险评估研究采用蒙特卡洛模拟作为概率方法，以生成更为稳健和真实的暴露和风险估计（Sheng et al., 2021, Saha and Rahman, 2020, Augustsson et al., 2018, Chen et al., 2024b）。
由于溶解态物种具有更高的生物可利用性和毒性，了解其形态对于评估其潜在的环境和健康影响至关重要。此外，高质量地预测PTE化学形态还需要先进的地球化学模型。PHREEQC是由美国地质调查局（USGS）开发的水相形态、矿物平衡、吸附和氧化还原模拟模型之一，也是最受欢迎的模型之一（Parkhurst and Appelo, 1999, Charlton and Parkhurst, 2011）。该模型已成功应用于预测复杂水环境中Hg和As等PTEs的形态分布，从而为其环境归趋和生物可利用性提供了有价值的信息（Jiang et al., 2018, Shi et al., 2015）。PHREEQC可以结合热力学平衡计算和水化学参数（如pH、ORP、溶解氧、硫化物和溶解性有机物），定量评估不同理化条件下PTE的形态分布。
多功能水体（如湖泊、水库和湿地）提供重要的生态系统服务，包括防洪、气候调节、水体净化、粮食安全和生物多样性保护（Dippong et al., 2024）。同时，这些水体也是重要的饮用水、灌溉水和工业用水来源（Zhang et al., 2022）。但其特殊的水文特征往往导致污染物滞留时间更长，使其成为PTEs等污染物的蓄积库（Magesh et al., 2021）。特别是，PTEs可通过干沉降和湿沉降等自然途径以及农业径流、工业废水和生活污水排放等人为活动进入水环境（Mokarram et al., 2020, Setia et al., 2020, Emenike et al., 2020）。
中国西南地区的长寿湖正是此类典型的多功能水库。它是长寿区重要的饮用水源地，同时用于旅游、灌溉、水产养殖和防洪。20世纪90年代 intensive 网箱养殖的使用导致大量鱼饲料、动物排泄物和肥料排放，造成水体富营养化和水质恶化（Wang et al., 2024, Mu et al., 2024）。2004年禁止了网箱养殖，但可能仍存在遗留问题。以往关于长寿湖的研究主要报告了基于有限时间内离散采样活动的PTE浓度，且仅关注总浓度（Lu et al., 2020, Xie et al., 2020, Wang et al., 2024）。这使得PTEs的年际动态和化学形态方面仍存在较大的不确定性。具体而言，完全缺乏表层水中各种PTE组分（溶解态和颗粒态）的季节性分布系统数据，也尚未有研究尝试将关键理化参数（如pH、水温和DO）的季节性演变与PTE物种的重分布联系起来。然而，该湖独特的"冬蓄夏泄"水文特征，结合水位的显著季节性波动、热分层以及湿季流域径流和农业活动的脉冲式外源输入，预计会引起表层水化学性质的显著变化。水化学的季节性变化通过pH依赖的水解和共沉淀、氧化还原介导的价态转化以及悬浮颗粒物（SPM）的吸附/解吸过程，共同调控溶解态和颗粒态之间的PTE分配以及PTE的化学形态。这些过程共同决定了表层水中不同PTE组分之间的季节性转化和生物可利用性。因此，迫切需要全面研究这些多种季节性驱动因子对PTE形态的协同影响，以填补所识别的知识空白，并为该多功能湖泊系统的生态和人体健康风险评估提供可靠依据。
因此，我们提出了一种分层方法，依次将蒙特卡洛模拟与PHREEQC地球化学模型耦合，以全面研究长寿湖中PTE的季节性动态和理化特征。首先采用蒙特卡洛模拟基于概率暴露评估筛选优先健康风险PTEs，随后通过PHREEQC模型表征其在季节循环中的溶解态物种和价态转化。这种顺序整合方法服务于三个相互关联的目标：(1) 表征PTEs、理化参数、营养盐和阴离子在水层中的季节性变化；(2) 评估特定人群的健康风险并识别主要的风险贡献PTEs；(3) 预测风险PTEs的形态分布并阐明其调控途径。通过将有概率风险评估与机制性形态模拟相结合，我们的框架不仅支持对风险评估结果的解释，还为设计针对性污染控制干预措施提供了诊断工具。最终，这些发现将为多功能湖泊系统中的PTE循环提供新的科学见解，并为制定可持续水资源管理策略提供可操作的证据。
