《Journal of Hazardous Materials》：Source-oriented probabilistic risk assessment of sediment heavy metal(loid)s in a typical fireworks-production basin with mixed industrial and agricultural influences
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•PMF–FM–MEM阐明了沉积物重金属(类金属)从源头到风险的路径。•形态分析与RAC鉴定出Cd、Mn和Pb为优先生态风险金属。•交通相关来源和农业来源是关键的可控风险贡献者。•尽管非致癌风险可接受，致癌风险仍不可忽略。•Cr和As是关键致癌风险金属，儿童最为脆弱。引言河流
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PMF–FM–MEM阐明了沉积物重金属(类金属)从源头到风险的路径。
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形态分析与RAC鉴定出Cd、Mn和Pb为优先生态风险金属。
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交通相关来源和农业来源是关键的可控风险贡献者。
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尽管非致癌风险可接受，致癌风险仍不可忽略。
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Cr和As是关键致癌风险金属，儿童最为脆弱。
引言
河流沉积物是水生生态系统的重要组成部分，既是重金属(类金属)的主要汇，也是潜在的二次污染源[1]。一旦进入河流系统，重金属(类金属)通常通过吸附、絮聚和沉降被固定在沉积物中，并可能作为长期污染物储库持续存在[2]、[3]。然而，生物地球化学条件的变化可能触发沉积物结合态有毒金属向水体柱的重新释放，促进其进入食物链，对水生生态系统和公众健康构成慢性威胁[4]、[5]。快速的城镇化进程和日益加剧的人为压力增加了工业排放、农业径流、城市活动和大气沉降向河流环境中输入的重金属(类金属)量；因此，沉积物重金属(类金属)污染已成为流域生态安全面临的挑战[6]。
浏阳河流域作为长江水系的主要支流，为研究烟花制造、农业和城镇化混合影响下的沉积物重金属(类金属)动态提供了独特的研究场所[7]。浏阳作为全球最大的烟花生产基地，拥有密集的产业集群，通过生产残留物、废水排放、大气沉降和径流将Cu、Zn、Cd和Pb等特征性金属释放到流域中[8]、[9]。此外，该流域呈现出显著的土地利用梯度，从上游的自然生态区逐渐过渡到下游的集约化农业和城市化区域[10]。这种空间异质性与季节性水文波动相结合，为重金属(类金属)的迁移和积累创造了复杂的环境[11]，而在以烟花产业集群为主导的河流流域中，这一环境仍缺乏充分的研究。
以往浏阳河流域的研究已探讨了水、沉积物和水生生物中金属的分布和潜在来源，以及采矿影响区源头Zn和Cd的迁移[7]、[12]、[13]。烟花相关的高氯酸盐污染以及生产设施附近陆生土壤中的重金属积累也已有报道[8]、[14]。然而，这些研究很少在流域尺度上评估沉积物污染，且烟花产业的贡献仍缺乏明确的约束。据我们所知，此前浏阳河流域尚无研究将流域尺度的沉积物重金属(类金属)配对季节性监测与化学形态分析、定量来源解析和概率健康风险评估相结合。
在一般河流系统中，土地利用类型、季节性水文变化和沉积环境条件共同影响重金属(类金属)的分布、迁移和潜在来源[15]、[16]、[17]、[18]、[19]。然而，在复杂多源流域中，仅依赖金属总浓度无法捕捉来源的变化或考虑金属的生物有效性和风险[20]、[21]、[22]、[23]。主成分分析（PCA）等受体模型已被广泛用于来源识别[24]、[25]、[26]，但在定量解析来源贡献方面存在局限，因为抽象的主成分无法直接转化为实际的质量贡献。非负矩阵因子化（PMF）通过解析非负来源分布和定量来源贡献，无需先验来源分布，克服了部分这一局限[27]、[28]、[29]。基于金属形态分析的风险评估码（RAC）为迁移性和生物有效性提供了更具信息量的估计[30]。此外，尽管将形态分析与人类健康风险评估（HRA）相结合至关重要，但传统HRA方法通常依赖点估计，无法明确表征暴露和风险结果中的不确定性[31]。
尽管蒙特卡罗模拟（MCS）已被广泛应用于传播此类不确定性，但风险分布的高分辨率表征可能需要大量的模型评估，当基础模型计算代价较高时，这可能成为计算上的负担[32]。作为一种替代方案，分阶矩–最大熵方法（FM–MEM），主要在工程可靠性分析中得到开发和应用，为不确定性下的概率分布重建提供了一种高效工具[33]、[34]。通过将分阶矩作为约束纳入最大熵框架，FM–MEM可以从有限数量的低阶分阶矩约束中重建概率密度函数和累积分布函数，从而减少分布重建所需的确定性模型评估次数[35]。尽管FM–MEM已在工程可靠性分析中得到应用，但在概率环境健康风险评估中鲜有探索。为克服这些局限，本研究提出了浏阳河流域统一的从源头到风险评估框架。通过将PMF来源解析与基于FM–MEM的概率建模相结合，该方法在不确定性下有效地将污染源与人类健康风险联系起来。
因此，本研究旨在：(1)表征浏阳河沉积物中有代表性重金属(类金属)的时空分布、化学形态和生态风险；(2)使用PMF识别和量化来源贡献；(3)应用FM–MEM重建概率健康风险分布，并将其与高分辨率MCS参考分布进行性能评估；(4)将来源解析与健康风险评估相结合，识别优先风险驱动金属和来源。本研究为烟花产业集群及类似混合工业-农业流域中沉积物重金属(类金属)污染的风险管理提供了面向来源的框架。
章节摘要
研究区域
本研究选取中国湖南省浏阳河流域（27°51'–28°34′ N, 112°58′–114°15′ E）作为研究区域。浏阳河是长江水系中湘江的一条支流[10]，发源于大围山，向西流入长沙，全长234.8 km，流域面积4665 km2（图1）。该地区属于亚热带季风气候，年均降水量在1400至1800 mm之间。雨季通常从
重金属(类金属)总浓度及季节性变化
表2列出了夏季和冬季采集的沉积物中重金属(类金属)浓度的描述性统计。在两个季节中，浓度均遵循Mn > Zn > Cr > Pb > Cu > As > Co > Cd的顺序。配对的季节性比较确认了所有目标金属在夏冬两季之间均存在显著差异（p < 0.05；表S12）。所有目标金属的夏季和冬季平均浓度在冬季均高于夏季，表明冬季沉积物结合态金属(类金属)的积累更为显著。
结论
本研究系统调查了浏阳河流域沉积物中重金属(类金属)的时空异质性、化学形态、来源贡献和健康风险。重金属总浓度遵循Mn > Zn > Cr > Pb > Cu > As > Co > Cd的顺序，冬季浓度普遍高于夏季。形态分析和RAC分析进一步鉴定出Cd、Mn和Pb具有较高的迁移性或潜在生物有效比例，确定了
CRediT作者贡献声明
熊莹：软件、方法论、数据整理。夏秀成：软件、调查、数据整理。刘媛媛：撰写 – 审阅与编辑、项目管理、方法论、经费获取、数据整理、概念化。谢伟杰：撰写 – 原稿、可视化、验证、方法论、调查。罗帅：调查、形式分析。袁杰：撰写 – 审阅与编辑、验证、资源、方法论。杨晨：验证、调查。孟一方：
利益冲突声明
作者声明不存在已知的经济利益冲突或个人关系可能影响本文所报告的工作。
致谢
本研究得到湖南省教育厅科学项目（23B0299）、湖南省水利科研项目（XSKJ2025056-31）和湖南省土地资源的评估与利用重点实验室（SYS-ZX-202503）的资助。
刘媛媛|谢伟杰|熊莹|夏秀成|杨晨|孟一方|罗帅|袁杰
