近日，华南师范大学环境学院应光国教授、赵建亮研究员团队与中国科学院南海海洋研究所徐向荣研究员、刘珊副研究员团队联合培养2022级硕士研究生韦丽妮等人在《Environmental Science & Technology》上发表了题为“First Evidence of the Bioaccumulation and Trophic Transfer of Tire Additives and Their Transformation Products in an Estuarine Food Web”的论文（DOI：10.1021/acs.est.3c10248）。该研究定量分析了15种轮胎添加剂及其转化产物（Tire Additives and their Transform products, TATPs）在珠江口不同环境介质和典型河口物种中的浓度和组成，探讨了TATPs在河口食物网中的生物富集特征及食物网传递规律，揭示了调控TATPs生物富集和食物网传递的关键驱动因子，并基于多标准评分方法明确了需优先关注的轮胎添加剂物质。该研究被选为当期副封面论文。
图文摘要
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本研究首先对珠江口环境中15种TATPs浓度和组成进行了定量分析，研究其在21种河口物种体内的生物富集特征和食物网传递规律，并确定了优控污染物。在虾、海参、螺和鱼类样品中分别检测到8、6、7和10种TATPs，总平均浓度分别为45、56、64和67 ng/g（湿重）。其中，N，N′-二苯基对苯二胺（DPPD）和N，N′-双（2-甲基苯基）-1,4-苯二胺（DTPD）表现出较高的生物富集性（log BAF>3.7）。苯并噻唑（BTH）的对数浓度（Log BTH浓度）与营养级之间存在显著的负相关(p<0.05)，表明BTH在珠江口食物网中呈现营养级稀释现象。经过蒙特卡罗模拟拟合，DPPD和DTPD 的营养级放大因子(TMF)均大于1，说明这两种物质在河口食物网中呈现生物放大趋势。此外，还发现化合物的疏水性、分子量和代谢速率调控了TATPs在食物网的生物富集和营养级迁移。基于多标准评分方法，DPPD、DTPD 和 6PPD-Q 被确定为优控污染物。上述研究结果强调了生物监测的重要性，特别是对于某些疏水性轮胎添加剂。
引言
轮胎添加剂转化产物6PPD-Q对银鲑鱼的低浓度致死作用引起了全球关注，其在地表径流、河流、污水处理厂和道路灰尘中均可频繁检出。河口作为一种典型的海洋生态系统，不仅是水生动物重要的栖息地，也是各种陆源污染物的重要“汇”。珠江口连接着工业化程度较高的粤港澳大湾区，交通繁忙，降雨充足。许多城市河流、道路径流、以及城市和工业废水最后会通过粤港澳大湾区进入珠江口，这说明大量的轮胎添加剂可能已经进入珠江口，其中的水生生物将会面临严重威胁。因此，系统研究TATPs在珠江口食物网中的生物富集特征和营养级迁移规律，解析其主要控制因素，明确优控污染物，有助于我们更加准确评估TATPs其对水生生物和人类健康的带来的潜在危害。
图文导读
珠江口水和沉积物中分别发现9种和8种TATPs，总浓度分别为119-942 ng/L和2.3-42 ng/g。首次在虾、海参、螺和鱼类样品中发现8、6、7和10种TATPs，总平均浓度分别为45、56、64和67 ng/g（湿重），这表明TATPs在河口环境中普遍存在，并可能对河口生物构成潜在危害。其中鱼类组织中检出的总PPDs+PPDQs浓度显著高于虾和螺类（P<0.05），意味着鱼类可能对PPDs+PPDQs具有更大的生物富集能力。
Figure 1. Concentrations (A, B) and composition profiles (C, D) of tire additives and their transformation products in estuarine water, sediment, and biota samples. The boxes represent the 25th and 75th percentiles; the black lines represent the median; and the dots represent all data. The asterisk represents significant differences at the levels of p < 0.05. Concentrations and proportions of biota samples were expressed on a wet weight basis.
不同生物样品中TATPs的log BAF（生物富集因子）为1.1-5.8，其中DPPD和DTPD表现出较高生物富集性（log BAF>3.7），目前备受关注的6PPD-Q 的log BAF为1.3−1.9，低于其母体化合物6PPD（log BAF，3.4−4.2），这两种物质对水生生物的毒性及生物转化潜力可能会影响其生物富集性。对于其他轮胎添加剂，如BT、BTH、DPU和2-Me-S-BTH，在河口生物样品中的生物富集能力较低（log BAF<3.3）。
Figure 2. Bioaccumulation factors (Log BAF) of tire additives and their transformation products in shrimp (A), sea cucumber (B), snail (C), and fish (D) samples based on wet weight.
首次研究了轮胎添加剂及其转化产物在河口食物网中的营养转移，如图3所示，DPPD和DTPD的TMF>1，表明这两种物质在珠江口食物网中呈现生物放大趋势，更易在高营养级生物体内富集，并可通过食物链进入人体，对人体健康构成威胁。苯并噻唑（BTH）对数浓度（Log BTH浓度）与营养级之间存在显著的负相关(p<0.05)，表明BTH在珠江口食物网中呈现生物稀释现象，可能与高营养级物种拥有高效代谢污染物的肝脏有关。
Figure 3. Relationships between log-transformed levels (ng/g, lw) of DPPD (A), DTPD (B), BT (C), BTH (D), and 2-Me-S-BTH (E) in estuarine species.
log BAF、TMF 均与化合物的疏水性（log KOW）、分子量（molecular mass）呈显著的正相关(p<0.05)，而与代谢速率（log KM）呈显著的负相关(p<0.05)，说明了化合物的疏水性、分子量和代谢速率是调控TATPs的生物富集特征及食物网传递规律的关键驱动因子。
Figure 4. Correlation between Log BAFs of tire additives and transformation products in the biota samples with their log KOW (A), log KM (B), and log molecular mass values (C), and correlation between simulated TMFs of tire additives and transformation products in the biota samples with their log KOW (D), log KM (E), and log molecular mass values (F).
本研究利用多标准评分技术筛选并确定了TATPs优控污染物。其中，DPPD和DTPD属于高等级优控污染物，6PPD-Q则属于中等级优控污染物。建议优先考虑对高等级和中等级优控污染物进行管控。
Figure 5. Total scores of priority contaminants obtained from multicriteria scoring method (A). High, median, and low represent high-, medium-, and low-priority contaminants, respectively. The score for each criterion responsible for prioritization (B).
结论与研究意义
本研究结果证实，除6PPD-Q以外，DPPD和DTPD等TATPs在河口食物网表现出较高的生物富集潜力和营养级放大趋势，并可通过食物链进入人体，威胁人类健康。因此，需要更多关注此类新污染物的环境行为及归趋，评估多种TATPs共存情况下对水生生物和人类的潜在危害，并寻求更为安全的轮胎添加剂替代品。
致谢
本研究受到国家自然科学基金联合基金重点项目等基金支持。
论文链接:
Wei, L.N., Wu, N.N., Xu, R., Liu, S., Li, H.X., Lin, L., Hou, R., Xu, X.R., Zhao, J.L., Ying, G.G. First Evidence of the Bioaccumulation and Trophic Transfer of Tire Additives and Their Transformation Products in an Estuarine Food Web. Environmental Science & Technology, 2024, 58, 14, 6370–6380. https://doi.org/10.1021/acs.est.3c10248