综述：6PPD与6PPD-醌在陆地及水生环境中的赋存特征与环境归趋

《Environmental Pollutants and Bioavailability》：Occurrence and environmental fate of 6PPD and 6PPD-quinone in terrestrial and aquatic environments

　　

轮胎橡胶抗氧化剂N-(1,3-二甲基丁基)-N'-苯基-对苯二胺（6PPD）及其臭氧化产物6PPD-醌（6PPD-Q）的污染对生态系统构成潜在威胁。近年来，针对6PPD与6PPD-Q在陆地生态系统及水生环境中行为特征的研究呈现快速增长态势。研究人员通过全面的文献计量分析，系统梳理了该领域在跨环境介质中的研究进展。对318篇文献的系统分析表明，自2020年以来该领域研究关注度显著提升，其中中国已成为发文量最高的国家，德国与美国紧随其后。合作网络分析显示，全球共有545家机构参与该领域研究，中国科学院的合作关系最为密切。关键词共现网络识别出四个核心聚类，分别聚焦于6PPD与6PPD-Q的毒理效应、来源、迁移途径及环境归趋。研究进一步明确了五大优先研究方向，涵盖6PPD与6PPD-Q对“水生环境”与“陆地环境”的影响。当前研究热点主要集中于两类污染物在陆地生态系统及水生环境中的赋存规律与毒理效应，但针对土壤-植物系统环境效应及植物毒性机制的研究仍存在显著空白。通过整合文献计量分析与系统文献综述，本研究全面勾勒了6PPD与6PPD-Q的环境赋存、暴露途径及生态风险全景，为未来研究重点的确立与环境风险管理提供了针对性参考。

1. 引言

轮胎磨损颗粒（Tire Wear Particles, TWPs）是环境中微塑料（Microplastics, MPs）的主要来源之一，其通过释放大量污染物进入水、大气及土壤介质，已成为新兴环境风险因子。全球范围内，欧盟、美国及德国的轮胎磨损颗粒年产生量分别约为133万吨、112万吨及13.3万吨，而中国轮胎磨损颗粒对微塑料总排放的贡献率接近54%，是环境微塑料污染的首要来源。轮胎磨损颗粒由轮胎与路面摩擦产生，经雨水径流迁移至路面、土壤、水体等多种环境介质，据估算每年约有6.4万吨轮胎磨损颗粒从陆地进入海洋。橡胶在氧化、臭氧暴露、热、光及机械应力等多重因素作用下发生老化，因此轮胎生产中常添加化学抗氧化剂以延缓降解、延长使用寿命。其中，N-(1,3-二甲基丁基)-N'-苯基-对苯二胺（6PPD）作为关键抗氧化剂被广泛应用于轮胎工业，但其与臭氧反应生成的转化产物6PPD-醌（6PPD-Q）引发了日益严峻的环境关注。两类污染物的来源除轮胎磨损外，还包括橡胶制品使用及废橡胶回收利用过程。随着全球橡胶轮胎产业扩张，6PPD与6PPD-Q在多介质中的赋存特征日益显著，轮胎磨损产生的颗粒物持续通过工业排放、城市径流及大气沉降向废水、沉积物、粉尘及土壤释放这两类物质，形成跨介质持久性污染格局。其环境归趋呈现双重风险属性：既具有直接生物毒性效应，又可通过生态链传递引发级联风险。在水生环境中，6PPD与6PPD-Q可损害生物健康与生存，例如25 μg/L的6PPD-Q暴露即可导致斑马鱼昼夜节律与内质网应激相关基因表达失调，进而影响其早期发育、行为及单胺类神经递质水平；6PPD暴露还会抑制斑马鱼免疫反应、阻碍鳍再生，并通过干扰甲状腺信号通路造成眼部损伤。两类污染物通过食物链营养级传递可能破坏水生食物网稳定性，最终威胁人类健康。在陆地环境中，生菜叶片中已检出6PPD与6PPD-Q的累积，持续暴露不仅影响植物生理指标，还会加剧人体暴露风险，儿童暴露于这两类污染物可能阻碍体格发育，6PPD-Q摄入与儿童BMI降低及流感、腹泻等症状呈正相关。本研究结合系统综述与文献计量分析方法，整合定性与定量数据，总结研究成果、评估发文趋势、构建合作网络并深入解析关键词共现规律，为领域研究热点与进展提供全景式认知，为环境管理与风险防控提供科学依据。

2. 数据收集与研究方法

2.1. 数据来源与筛选标准

研究数据来源于Web of Science与PubMed数据库，检索策略采用关键词组合：(6PPD) OR (N-(1,3-二甲基丁基)-N'-苯基-对苯二胺) OR (6-PPD) OR (6-PPDQ) OR (6PPD-quinone) OR (6PPD-Q) OR (N-(1,3-二甲基丁基)-N'-苯基-1,4-苯二胺醌) AND (environment)。截至2025年，初步筛选出近5年相关文献347篇。筛选标准包括：使用指定关键词跨平台检索、至少报告一项与陆地或水生环境相关的响应变量、排除综述论文、学位论文及会议论文。经去重后最终纳入318篇文献进行文献计量分析。

2.2. 数据分析

采用VOSviewer（v1.620）结合文献计量学方法开展分析，从纳入文献中提取发表年份、作者、通讯作者、国家、机构、期刊来源、共引期刊、文献类型、关键词、共引参考文献及引文数量等信息。数据通过Excel 2021与VOSviewer（v1.620）进行处理，可视化分析采用Origin 2025与R（v4.5.2）完成。研究将纳入文献按主题划分为“水生环境”与“陆地环境”两组：水生环境组涵盖6PPD与6PPD-Q对水生生物（微生物及无脊椎动物等）的效应、水生环境检测方法、污染程度评估及环境归趋研究；陆地环境组涵盖两类污染物在道路与土壤中的赋存特征及其植物毒性效应研究，以此揭示领域整体研究趋势与重点方向。

3. 结果

3.1. 发文量定量分析

近5年共筛选出347篇6PPD与6PPD-Q相关研究，最终318篇符合纳入标准。2020至2025年间，相关研究主要来自30个国家，中国以203篇发文量居首位，美国以46篇次之。2020年该领域实验研究较为稀缺，仅挪威与巴西各发表1篇；2021年起发文量快速增长，2025年达162篇，反映出学界对两类污染物环境行为的关注度持续提升。

3.2. 合作网络分析

机构合作网络分析显示，全球共有545家机构参与该领域研究，中国科学院以43篇发文量成为核心机构，其次为东南大学（27篇）、中国科学院大学（21篇）与南开大学（17篇）。中国科学院的合作网络最为广泛，与国内外高校及科研机构建立了密切合作关系。作者合作网络分析表明，共有1637名作者参与相关文献发表，其中Dayong Wang教授发文量最高（20篇），Markus Brinkmann次之（14篇），Zongwei Cai为领域内高被引作者，总被引次数超过800次。期刊分布分析显示，共有80余种期刊发表该领域论文，载文量最高的期刊为《Journal of Hazardous Materials》（55篇），其次为《Environmental Science & Technology》与《Science of the Total Environment》；领域内期刊平均影响因子超过7（2025年JCR数据），其中《Water Research》影响因子最高（12.4）。

3.3. 关键词共现分析

关键词共现网络识别出四个核心聚类：橡胶抗氧化剂6PPD的毒理效应、6PPD与6PPD-Q的环境归趋及污染源与迁移途径、轮胎磨损颗粒的归趋与检测、橡胶抗氧化剂衍生物6PPD-Q的毒理效应。当前研究主要聚焦于水生系统中的毒理效应，针对陆地环境尤其是陆地植物的毒性研究相对匮乏，明确6PPD与6PPD-Q对陆地植物的毒性机制与影响对于准确评估陆地环境风险及制定污染管控策略具有重要意义。

3.4. 6PPD与6PPD-Q对陆地及水生环境影响的研究热点与进展分析

基于研究主题识别出五大优先方向，分别归属于“水生环境”与“陆地环境”两大范畴。水生环境相关研究占比57%，其中分析方法研究占比最高（34.1%），聚焦于两类污染物在水生环境中的检测、来源、分布与归趋，旨在评估污染水平并识别污水处理厂排放、地表径流等污染源；水生生物毒理效应研究占比18.9%，重点关注两类污染物对藻类、植物、无脊椎动物及脊椎动物等水生生物的相互作用。陆地环境相关研究占比47%，其中陆地环境分析方法研究占比34.1%；陆地动物毒理效应研究占比7.6%，关注两类污染物对人类及其他哺乳动物的毒性及联合暴露健康效应；陆地植物毒理效应研究占比最低，仅为5.3%。

4. 讨论

4.1. 6PPD与6PPD-Q在水生环境中的研究趋势与进展

4.1.1. 水生环境中6PPD与6PPD-Q的赋存与归趋

6PPD与6PPD-Q在水生环境中的研究占比显著，其赋存与归趋研究发展迅速。作为新兴污染物，两类污染物的环境归趋及其对水生生态系统的潜在影响已引发广泛关注。目前已在地表径流、地表水、降雨及污水处理厂出水等介质中检出两类污染物，由于污水处理厂对苯基对苯二胺类（PPDs）物质的去除效率有限，出水成为水生环境中6PPD的主要来源之一。德国莱比锡污水处理厂进出水中6PPD-Q浓度达105±37 ng/L，加拿大安大略省南部四家污水处理厂进出水中也检出6PPD-Q，表明污水处理厂排放对下游水生生物构成风险。除污水处理厂外，径流也是重要来源，广州雨水中6PPD-Q最高检出浓度为0.84 ng/L，降雨后地表径流中6PPD-Q浓度约为降雨前的2倍，降雨条件下城市径流中两类污染物浓度可达干旱条件下的10倍，表明雨水输入的贡献超过稀释效应。不同区域地表水中6PPD-Q浓度存在差异，加拿大多伦多河段浓度为210±20 ng/L，显著高于澳大利亚（88 ng/L）与中国烟台（15.8–39.5 ng/L），可能与采样地气候、水文条件、城市规模及交通强度有关。6PPD-Q对鱼类具有高毒性，其环境释放对水生生物健康构成严重威胁。

4.1.2. 水生环境中6PPD与6PPD-Q的生态毒理风险

6PPD与6PPD-Q对水生生物的毒理效应已成为研究热点，目前毒理学研究主要聚焦于鲑鱼、斑马鱼等可作为环境危害指示物种的鱼类。斑马鱼因发育、细胞、信号通路及生理特征与哺乳动物高度相似而被广泛应用，研究显示6PPD-Q对斑马鱼的24 h半数致死浓度（LC₅₀）为308.67 μg/L；6PPD-Q对虹鳟鱼、溪红点鲑、北极红点鲑及白鲟的急性毒性存在显著种间差异，溪红点鲑24 h LC₅₀为0.59 μg/L，虹鳟鱼72 h LC₅₀为1.00 μg/L，而北极红点鲑与白鲟在14.2 μg/L暴露96 h后未出现死亡，种间敏感性差异源于不同鱼类生物转化酶基础表达水平及6PPD-Q生物转化谱的差异。除致死毒性外，高浓度暴露还可诱导水生生物发育毒性、行为毒性、心脏毒性及氧化应激，例如斑马鱼暴露于6PPD及其代谢物后表现出活动减弱、运动轨迹紊乱、焦虑样行为及运动失衡，6PPD-Q暴露还可导致斑马鱼幼鱼肠道血细胞聚集及肠腔增厚、变形等结构损伤。两类污染物对水生细菌、浮游生物、两栖动物等非鱼类生物也具有广泛毒性，例如6PPD-Q可降低费氏弧菌酯酶活性、损伤细胞膜并诱导胞内氧化应激；7–8 μg/L的6PPD-Q即可显著抑制刻肋海胆与紫海胆早期发育；枝角类与轮虫对6PPD的敏感性高于桡足类；0.1与10 μg/L的6PPD及6PPD-Q暴露21天可导致黑斑蛙肝脏生物累积并显著降低肝体指数。此外，6PPD与6PPD-Q可与其他污染物产生联合毒性效应，例如与Zn²⁺共暴露可显著增强对大型溞的生殖毒性，Zn²⁺可能通过提高细胞膜通透性促进6PPD胞内累积；氯化钠与6PPD在低浓度单独暴露时影响有限，但共暴露可产生协同抑制效应；聚乙烯纳米塑料（PE-NPs）对6PPD-Q的吸附可提升其生物累积水平并增强神经毒性与生物富集效应。当前两类污染物的精确毒理机制尚未完全阐明，长期低剂量暴露风险研究仍处于起步阶段，需进一步开展分子水平机制解析与长期生态风险评估。

4.2. 6PPD与6PPD-Q在陆地环境中的研究趋势与进展

4.2.1. 陆地环境中6PPD与6PPD-Q的赋存与归趋

陆地环境中两类污染物的赋存与归趋研究已广泛开展，不同介质中其来源与浓度存在显著差异。道路粉尘、室内粉尘、电子废弃物粉尘、耕地及PM_2.5中均可检出6PPD与6PPD-Q，东京道路粉尘中6PPD（45–1175 ng/g）与6PPD-Q（116–1238 ng/g）浓度显著高于广州道路粉尘（6PPD：4.1–238 ng/g；6PPD-Q：3.0–88.1 ng/g）。中国城市PM_2.5污染较为严峻，郑州隧道内PM_2.5浓度分别为城市区域的3.83倍与8.73倍，且6PPD-Q浓度与相对湿度呈负相关、与温度呈正相关。土壤与沉积物是两类污染物的重要赋存介质，轮胎磨损颗粒可通过大气沉降与径流迁移在路边土壤累积，其环境归趋受土壤pH、有机质含量及水动力条件影响，而轮胎磨损颗粒的老化程度、表面形貌、粒径分布、Zeta电位、疏水性及密度等理化性质显著影响其赋存形态与污染物释放行为。欧美及中国等国的污水污泥约48%被用作农用土壤改良剂，导致受6PPD污染的河流沉积物可能进入农业生态系统，引发二次污染风险。此外，微塑料可作为6PPD-Q的吸附载体，其吸附-迁移效应将进一步加剧两类污染物的环境暴露风险。

4.2.2. 陆地环境中6PPD与6PPD-Q的生态毒理风险

6PPD与6PPD-Q在陆地环境中广泛赋存，可通过植物根系吸收进入食物链，威胁粮食安全与人体健康。目前已在孕产妇及脐带全血中检出6PPD-Q，儿童因发育未成熟、污染物清除能力较弱而成为易感人群，电子废弃物拆解区儿童尿液中两类污染物浓度高于成人，非污染区孕妇体内6PPD与6PPD-Q浓度显著高于非妊娠成人及儿童，儿童6PPD-Q摄入与BMI降低及流感、腹泻发生率呈正相关，其潜在健康危害不容忽视。植物对两类污染物的吸收存在两条潜在途径：叶面气孔或角质层吸收，以及根系从土壤吸收后转运。目前已在空气颗粒物中检出6PPD与6PPD-Q，提示其可能通过气孔或茎部孔隙进入植物；水培实验证实生菜可吸收6PPD，叶片中最高浓度达0.75 μg/g，且根系中浓度高于叶片，根细胞壁对两类污染物具有强吸附能力，其从根系向地上部的转运率较低。两类污染物对水生与陆生植物均具有显著毒性，主要表现为生长抑制、光合作用受阻、氧化损伤加剧及代谢通路紊乱，例如6PPD与6PPD-Q可通过抑制光合作用、诱导氧化损伤及干扰碳水化合物代谢抑制水葫芦生长，6PPD暴露可干扰白三叶草的三羧酸循环、碳水化合物代谢及有机酸代谢，引发代谢组紊乱与氧化损伤。当前关于农作物对两类污染物的吸收、转运及植物毒性研究仍十分匮乏，水稻、小麦、青菜等主粮与蔬菜的吸收、转运及累积特征尚未见报道，植物体内代谢产物的追踪与定量分析技术也有待完善，相关机制研究亟待加强。

5. 结论

本研究通过文献计量分析系统梳理了6PPD与6PPD-Q在陆地及水生环境中的研究现状与未来方向。近年来该领域研究快速增长，但两类污染物在陆地环境尤其是土壤生态系统中的潜在影响仍存在显著不确定性，土壤-植物系统环境效应与植物毒性机制研究存在大量空白。未来研究应重点关注以下方向：建立6PPD与6PPD-Q的环境质量标准；评估长期低剂量暴露的生态风险；阐明橡胶抗氧化剂衍生物的植物毒性机制与多维效应特征；解析6PPD与6PPD-Q与共存污染物的相互作用机制。上述研究将为明确两类污染物在陆地与水生环境中的行为效应提供科学基础，支撑后续环境管理与风险防控工作。