6PPD和6PPD-Q的全球多介质分布与传输：源-汇连续体

《Environment International》：Global multi-media distribution and transport of 6PPD and 6PPD-Q: a source-to-sink continuum

　　

研究人员在全球范围内汇编了九种环境介质中的6PPD和6PPD-Q浓度。在大多数介质中，6PPD-Q的检出频率高于6PPD。6PPD-Q的比例从空气到受纳水体逐渐上升，推断出一条源-汇路径。沿着该路径，6PPD和6PPD-Q的浓度、耦合关系以及人为印记逐渐减弱。降雨增强了水环境中6PPD-Q的浓度，并增加了阈值超标风险。

**论文解读：6PPD和6PPD-Q的全球多介质分布与传输——从源到汇的连续体**

**研究背景与问题**
随着全球城市化和机动化加速，轮胎磨损颗粒（TWPs）及其添加剂的环境释放日益引起关注。N-(1,3-二甲基丁基)-N′-苯基对苯二胺（6PPD）是最广泛使用的轮胎抗臭氧剂，年产量约13万吨，被经济合作与发展组织（OECD）列为高产化学品。在环境中，6PPD可被臭氧氧化为6PPD-醌（6PPD-Q），后者被证实是美国普吉特海湾银大麻哈鱼急性死亡的关键诱因。尽管6PPD和6PPD-Q已在空气、灰尘、土壤、雪、道路径流、废水、河流和沉积物等多种介质中被检出，但现有研究多局限于单一介质或特定区域热点，缺乏对全球尺度上跨介质分布、环境归趋和传输路径的综合理解。此外，6PPD与6PPD-Q的理化性质差异显著：6PPD更易氧化降解（半衰期约4.5小时），而6PPD-Q更持久（半衰期194小时）且更易随水迁移。研究人员假设，在传输过程中6PPD-Q占总负荷的比例（FQ）会逐渐升高，且人为活动印记会从源近端介质向远端介质减弱。

**研究内容与结论**
研究人员通过在Web of Science数据库中系统检索，建立了包含9种环境介质（空气、室内灰尘、室外灰尘、土壤、沉积物、雪、道路径流、污水处理厂（WWTP）水和受纳水体）的全球数据集，共纳入94篇文献、1548个6PPD采样点和1773个6PPD-Q采样点。研究表明，6PPD-Q的检出频率普遍高于6PPD，且浓度跨介质呈现显著梯度：从室外灰尘、雪和道路径流等高浓度源近端介质，向受纳水体、沉积物等远端介质递减。基于FQ值分析，研究人员发现FQ从空气（0.40）和室内灰尘（0.32）经土壤（0.57）和室外灰尘（0.61）逐步升高至雪（0.73）、道路径流（0.87）、WWTP进水和出水（0.84-0.89）以及受纳水体（0.92），表明6PPD-Q在沿源-汇路径传输过程中逐渐富集。同时，6PPD与6PPD-Q的浓度相关性从空气（r=0.92）向受纳水体（r=0.48）显著减弱；6PPD-Q浓度与GDP、人口密度和道路运输二氧化碳（CO?）排放等宏观人为指标的相关性也从源近端介质（如雪、道路径流）向远端介质（如受纳水体、沉积物）降低。降雨事件进一步加剧了水环境中6PPD-Q的污染：受纳水体在湿条件下中位数浓度较正常流条件下升高4.41倍，且美国、加拿大和澳大利亚部分样本超过美国环保局（EPA）急性水生生物筛选值（11 ng L?1）的比例显著增加。该研究发表在《Environment International》。

**主要技术方法**
研究人员采用以下关键方法：（1）**文献检索与数据集构建**：在Web of Science中检索2025年10月前发表的同行评审研究，严格筛选包含定量现场测量、明确环境介质和充分质量保证/质量控制（QA/QC）信息的文献，最终纳入94篇，覆盖9种介质，并使用WebPlotDigitizer提取数据；（2）**宏观人为指标获取**：从公开数据库获取区域级GDP（2015年购买力平价美元）、人口密度（2022年人/km2）以及制造业燃烧和道路运输的部门CO?排放（2023年吨/年）；（3）**6PPD-Q分数（FQ）计算**：对每对样本计算FQ = C_6PPD-Q / (C_6PPD + C_6PPD-Q)，以描述净母体-产物组成；（4）**统计分析**：采用Mann-Whitney U检验、Wilcoxon符号秩检验、Kruskal-Wallis H检验（Dunn事后检验）和Spearman秩相关，并通过Benjamini-Hochberg程序校正多重比较的假发现率（FDR）。样本来源涵盖全球，亚洲占多数（6PPD: 81.56%, 6PPD-Q: 55.78%），其次为北美和欧洲，南美洲和非洲数据缺失。

**研究结果**
**3.1 6PPD和6PPD-Q在全球环境介质中的分布**
通过全球监测数据汇编，发现6PPD-Q的检出频率（50.78–100.00%）普遍高于6PPD（31.25–95.04%）。亚洲表现出高颗粒物污染，如中国空气中6PPD达9340.00 pg m?3，6PPD-Q达7250.00 pg m?3；北美在道路径流和湿天气受纳水体中浓度极高（6PPD-Q最高达20,000 ng L?1）；欧洲雪中6PPD-Q检出率100%，中位浓度194.67 ng L?1。不同水文条件下，湿天气使受纳水体中6PPD-Q浓度热点从东亚转向北美。

**3.2 6PPD和6PPD-Q在不同环境介质中的浓度差异**
路边样本浓度显著高于非路边背景（6PPD: 2.49–46.30倍，6PPD-Q: 6.40–46.11倍）。全球尺度上，固体介质中位数浓度从室外灰尘到室内灰尘、土壤和沉积物递减；水介质中从雪、道路径流、WWTP进出水到受纳水体递减。降雨使受纳水体中6PPD-Q中位数升高4.41倍（p<0.001），而6PPD仅升高2.56倍（不显著），表明6PPD-Q对径流更敏感。

**3.3 6PPD和6PPD-Q在不同环境介质中的相关性**
空气（r=0.92, p<0.001）和室内/室外灰尘（r=0.63-0.65）中6PPD与6PPD-Q呈显著正相关；水介质中相关性较弱（r=0.48-0.78），其中正常流受纳水体最弱（r=0.48）；土壤无显著相关（r=0.09），沉积物仅弱相关（r=0.22）。湿天气受纳水体相关性（r=0.71）强于正常流，表明径流输入增强了母体-产物耦合。

**3.4 宏观人为指标与6PPD-Q浓度的关联**
GDP与所有介质中6PPD-Q浓度显著正相关（r=0.18-0.80），在室内灰尘、土壤、雪和道路径流中较强，在受纳水体和沉积物中较弱。人口密度和道路运输CO?排放呈现类似模式，但制造业燃烧CO?排放几乎无显著关联。湿天气下道路运输CO?与受纳水体6PPD-Q显著相关（r=0.30），正常流下不显著。

**3.5 6PPD-Q对总负荷的贡献**
空气和室内灰尘中6PPD浓度高于6PPD-Q（中位数比值2.09-2.44倍），而水介质中6PPD-Q浓度显著高于6PPD（2.71-20.98倍）。FQ值从空气（0.40）和室内灰尘（0.32）经土壤（0.57）和室外灰尘（0.61）升至雪（0.73）、道路径流（0.87）、WWTP进出水（0.84-0.89）和受纳水体（0.92），受纳水体正常流下FQ最高（0.92）。沉积物FQ较低且变异性大（0.48±0.33）。

**讨论与结论**
讨论部分指出，跨介质FQ变化支持了轮胎衍生抗氧化剂的源-汇连续体：空气代表新鲜源排放，土壤和室外灰尘为中间混合态，雪捕获区域和远距离传输的颗粒，径流和受纳水体中6PPD-Q高度富集。沿该连续体，浓度、母体-产物耦合和人为印记均从源近端向远端介质减弱，归因于转化、降解、分配、稀释和环境混合。降雨通过径流增强水文连通性，加剧了水环境中6PPD-Q污染和生态风险阈值超标。管理上，应优先在道路灰尘、城市雪堆、雨水管道和排放口进行拦截与处理，并采用事件导向监测。

**结论**：本研究整合了全球多介质配对测量数据，6PPD-Q广泛检出且频率高于母体，FQ从空气和陆地储库向水文连通水体逐步升高，形成源-汇连续体。沿该连续体，浓度下降、耦合减弱和人为关联降低表明近源信号逐渐模糊。降雨进一步增强了水文连通性，显著提高了多区域的6PPD-Q浓度和筛选级超标率。该研究的关键优势是整合了全球多介质配对测量，无量纲FQ指标为其他轮胎衍生化学品的研究提供了可转移方法。管理上，浓度和FQ梯度识别了道路灰尘、城市雪堆、雨水系统和排放口作为重要监测和拦截节点，支持从静态单介质监测向事件导向和路径导向管理的转变。局限性包括数据地理分布不均（非洲和南美洲缺失），以及跨介质连续体基于不同站点和时间的推断，无法定量区分各过程贡献。未来应加强欠发达区域标准化监测，并在典型城市流域开展同步源-受体采样研究。