Modeling Parent and Metabolite Fate and Transport in Subsurface Drained Fields With Directly Connected Macropores1

Abstract: Few studies exist that evaluate or apply pesticide transport models based on measured parent and metabolite concentrations in fields with subsurface drainage. Furthermore, recent research suggests pesticide transport through exceedingly efficient direct connections, which occur when macropores are hydrologically connected to subsurface drains, but this connectivity has been simulated at only one field site in Allen County, Indiana. This research evaluates the Root Zone Water Quality Model (RZWQM) in simulating the transport of a parent compound and its metabolite at two subsurface drained field sites. Previous research used one of the field sites to test the original modification of the RZWQM to simulate directly connected macropores for bromide and the parent compound, but not for the metabolite. This research will evaluate RZWQM for parent/metabolite transformation and transport at this first field site, along with evaluating the model at an additional field site to evaluate whether the parameters for direct connectivity are transferable and whether model performance is consistent for the two field sites with unique soil, hydrologic, and environmental conditions. Isoxaflutole, the active ingredient in BALANCE^® herbicide, was applied to both fields. Isoxaflutole rapidly degrades into a metabolite (RPA 202248). This research used calibrated RZWQM models for each field based on observed subsurface drain flow and/or edge of field conservative tracer concentrations in subsurface flow. The calibrated models for both field sites required a portion (approximately 2% but this fraction may require calibration) of the available water and chemical in macropore flow to be routed directly into the subsurface drains to simulate peak concentrations in edge of field subsurface drain flow shortly after chemical applications. Confirming the results from the first field site, the existing modification for directly connected macropores continually failed to predict pesticide concentrations on the recession limbs of drainage hydrographs, suggesting that the current strategy only partially accounts for direct connectivity. Thirty‐year distributions of annual mass (drainage) loss of parent and metabolite in terms of percent of isoxaflutole applied suggested annual simulated percent losses of parent and metabolite (3.04 and 1.31%) no greater in drainage than losses in runoff on nondrained fields as reported in the literature.     

城市游憩空间结构优化研究——以大连市为例

鉴于我国城市化的快速发展．城市居民游憩需求与供给的矛盾日益突出。本文选择城市游憩空间结构作为研究对象．综合分析现有的城市游憩空间结构和典型游憩功能区的研究成果，探讨了城市游憩需求的空间结构特征、游憩供给的空间结构特征．分析了城市游憩需求和供给空间结构特征的形成因素,提出理想的城市游憩空间结构模式。通过调研大连市主城区游憩场所的分布情况、使用情况以及大连城市游憩者的游憩需求特征,分析了大连市游憩供给和需求之间的矛盾及城市游憩空间的等级结构和整体结构。     

全程自养颗粒污泥快速启动及混合营养型脱氮性能分析

在连续流条件下,基于颗粒污泥全程自养脱氮（CANON）工艺的快速启动和混合营养条件下高效脱氮,是CANON工程应用的重要环节.本研究在气提内循环反应器（AIR）中,以老化的CANON颗粒污泥经机械破碎至0.3 mm作为种泥,实现混合营养型单级颗粒污泥同步脱氮除碳.启动26 d,通过控制DO,系统出现稳定的部分硝化,再缩短HRT提升氨氮负荷至5.65 kg ·（m³ ·d）^-1,促进颗粒化和厌氧氨氧化;第68 d,总氮去除率达到58%之后,进水加入有机物,C/N从0提升到0.25和0.5,促进AOB、AMX和异养微生物的协同,氨氮去除率达95%,总氮去除率达85%,COD去除率达80%左右.COD浓度增加,能较好地抑制Nitrospira菌属等NOB的活性,q（NH₄⁺-N）和q（TN）稳定在0.4 g ·（g ·h）^-1和0.34 g ·（g ·h）^-1,q（NO₃^--N）约为0.02 g ·（g ·h）^-1.采用MiSeq高通量测序对微生物多样性分析,表明有机物对污泥中Nitrosomomas和Candidutus_Kuenenia丰度未产生显著影响,增加了Candidutus_Brocadia菌属以及具有反硝化功能Denitratisoma等菌属的丰度.这对于快速启动连续流CANON颗粒污泥工艺处理低C/N比废水提供思路.     

不同轮作模式下作物根际土壤养分及真菌群落组成特征

为研究宁夏中部干旱带不同轮作模式下土壤养分及真菌群落组成的特征,以谷子轮作大豆（MRG）、轮作籽粒苋（MRA）、轮作藜麦（MRQ）及谷子连作（CK）为对象,测定了土壤养分含量,并利用Illumina MiSeq高通量测序平台测定了土壤真菌的ITS变异区序列.结果表明,不同轮作模式对土壤养分的影响存在差异.3种轮作模式下土壤pH和电导率均有所下降,土壤全氮、全钾、全磷和有机质含量均上升,OTUs数和α多样性指数均高于连作.真菌群落组成研究结果显示,子囊菌门（Ascomycota）为4种模式下的优势菌群.聚类分析显示MRA和MRG的真菌属组成最为相似,其次是MRQ,CK与3种轮作模式相差较大.相关性分析显示,土壤养分与几种优势真菌属呈显著相关性（P<0.05或P<0.01）,土壤全氮、全钾、硝态氮和有机质含量是影响土壤真菌群落最主要的因子.主成分分析（PCA）表明,MRG轮作模式优于MRA和MRQ模式.综上所述,轮作提高了真菌群落多样性指数,改变了土壤真菌群落结构,改善了土壤肥力状况,其中以谷子与大豆轮作效果最佳,建议将谷豆轮作作为中部干旱带杂粮产业中主要的轮作模式之一进行推广.     

不同空间划分方式下袁河流域景观结构对水质的影响

近年来景观结构的水文效应受到关注,研究不同空间划分方式下景观结构对河流营养盐、重金属变化的影响机制对于流域生态保护具有重要意义.本文于2018年7月和2019年1月在袁河干流及支流38个采样点采集水样,测定水体营养盐类污染指标（DO、NO₃^--N、NH₄⁺-N、TP和DOC浓度）和重金属类污染指标（Cr、Mn、Fe、Cu、Zn、As、Cd和Pb浓度）.基于前向变量选择、冗余分析等方法,筛选景观结构指标,量化其在不同尺度下对水体营养盐、重金属变化的影响.结果表明：①农田、斑块密度（PD）、斑块聚集指数（COHESION）及散布与并列指数（IJI）是影响水体营养盐变化的主要指标.林地、建设用地（Res）、平均最近邻体距离（ENN_MN）和最大斑块指数（LPI）的组合是影响重金属变化的主要指标.②在河岸缓冲带与圆形缓冲区划分方式下,景观结构均在100 m尺度对营养盐变化解释能力最强,平均解释率分别为31.5%、24.3%,均在1000 m尺度对重金属变化解释能力最强,平均解释率分别为32.0%、42.6%.③100 m河岸缓冲带和子流域尺度分别是景观结构影响水体营养盐、重金属变化的最佳空间尺度,平均解释率分别为31.5%、42.8%.以上结果表明,针对水体不同的污染类型,采用对应的划分方式及缓冲尺度有助于提高定量分析精度,为流域水环境保护、景观优化与管理提供科学依据.     

2006—2018年中国省级以上开发区的空间分布特征变化

以新的国土空间规划语境为背景,基于核密度估计、标准差椭圆法和分类统计对我国2006—2018年省级以上开发区的密度分布特征变化、发展重心轴向的变化和主体功能区视角下的分布变化做了分析。研究表明：该阶段我国省级以上开发区空间分布的东西差距得到一定缓解,仍存在东部连片集聚、西部据点集中的模式差异。开发区分布的总体重心已经向西北方向移动,发展轴向则由原来的南北轴向转向了东南—西北轴向。从主体功能区视角来看,开发区空间分布格局呈现出外围扩散与局部缩减的动态调整。开发区规模的增长主要集中在重点开发区域,缩减主要发生在生态功能区域。这些新变化将为我国国土空间土地利用优化和国土空间管控实践提供重要参考。     

泗顶矿区6种土地利用类型土壤微生物群落结构特征

以广西柳州泗顶铅锌矿区的玉米地、菜地、灌木、尾矿库、森林和柑橘园6种不同利用类型土壤为研究对象,采用高通量测序技术,分析了不同土地利用类型土壤微生物群落结构特征及土壤环境因子对微生物群落结构的影响.结果表明,变形菌门（Proteobacteria）是6种土壤的优势菌门,所占比例为31.34%~53.47%,γ-变形菌纲（Gammaproteobacteria）为优势菌纲.冗余分析表明,在重金属含量最高的灌木区,厚壁菌门（Firmicutes）和拟杆菌门（Bacteroidetes）的丰度与土壤中铅、锌、镉、铜的含量呈现显著正相关;在土壤钠和钾含量较高的玉米地和菜地,浮霉菌门（Planctomycetes）的丰度有所增加,而厚壁菌门和拟杆菌门的丰度则有所下降.在土壤有机质含量较高而总氮、总磷含量较低的柑橘园,酸杆菌门（Acidobacteria）和疣微菌门（Verrucomicrobia）的丰度较高.芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）和浮霉菌门的丰度与土壤pH值呈显著正相关.研究结果表明土地利用类型及土壤环境因子对土壤微生物群落结构多样性有显著的影响.     

浙江典型海湾潮间带沉积物污染及生态风险评价

基于浙江4个典型海湾潮间带表层沉积物重金属元素Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Hg、As和多氯联苯（PCB）的调查结果,探究其污染特征、潜在生态风险和来源.结果表明,海湾潮间带表层沉积物Cd、Hg、As、PCB含量均符合国家海洋沉积物质量Ⅰ类标准;42%、9%、3%、12%站位的Cu、Zn、Pb、Cr符合国家海洋沉积物质量II类标准,1%站位的Cu和Zn符合国家海洋沉积物质量III类标准.区域污染程度（PLI_zone）依次为乐清湾 > 三门湾 > 象山港 > 杭州湾,乐清湾潮间带沉积环境为中等污染,杭州湾、象山港和三门湾潮间带沉积环境无污染.区域生态风险（RI）依次为乐清湾 > 杭州湾 > 三门湾 > 象山港,乐清湾和杭州湾潮间带沉积物为中潜在生态风险,三门湾和象山港潮间带沉积物为低潜在生态风险.Cd是首要的潜在生态风险因子,Cd对杭州湾、象山港、三门湾、乐清湾潜在生态风险指数（RI）的贡献分别为63%、54%、58%和55%.生活污水、工农业和交通污染是浙江典型海湾潮间带重金属和PCB的主要来源.     

核壳结构KNbO3@Co(OH)2的制备及其活化过一硫酸盐降解帕珠沙星的研究

制备了以KNbO₃为载体材料的Co（OH）₂复合材料并对其进行了详细的表征,分析了材料的组成成分、组成形态进而确定了其为核壳结构形貌的KNbO₃@Co（OH）₂.利用合成的样品作为催化剂活化过一硫酸盐（peroxymonosulfate,PMS）来降解帕珠沙星（pazufloxacin,PZF）,结果表明制备的催化剂对PZF的去除效率显著增加.讨论了不同初始PMS剂量对降解效率的影响,发现随着PMS增加可活化生成更多的硫酸根自由基（sulfate radicals,SO₄^·-）和羟基自由基（hydroxyl radicals,HO^·）来降解PZF,但继续增大PMS用量降解效率未见明显提升.酸性和中性pH值条件下利于反应活化PMS降解PZF,而碱性体系减缓反应,甚至强碱体系更易形成Co（OH）₂沉淀不利于反应体系中活性组分CoOH⁺的形成,大大抑制了催化性能.此外,在体系中加入淬灭剂叔丁醇（tert-Butanol,TBA）或者乙醇（ethanol,ETOH）进行自由基的淬灭实验,结果表明SO₄^·-自由基为体系降解PZF过程中主要贡献的自由基,而HO^·自由基的贡献较少.催化剂具有较好的稳定性5次循环之后仍能在10 min之内完全去除PZF.本研究提出了新的思路为制备其他载体的Co（OH）₂核壳结构提供参考依据,同时将该催化剂结合高级氧化技术应用到水体新兴有机污染物净化领域具有很好的应用前景.     

高原高寒污水处理系统的微生物群落特征

为研究高原高寒污水处理系统活性污泥的微生物群落结构及多样性,以拉萨、云南、四川的3座高原污水厂作为实验组,同时以重庆2座非高原污水厂作为对照,采用PCR-DGGE技术对比分析了高原与非高原污水厂的微生物特性.研究表明：高原污水厂样品与非高原样品在聚类中展现出了较为疏远的关系,微生物群落区别明显.受强紫外线辐照的抑制,高原高寒污水处理系统微生物多样性的平均水平显著低于非高原污水厂,较低的微生物多样性是导致高原高寒地区污染物去除效果不佳的一项重要原因.群落构成方面,共鉴定出16个优势菌属,对应Proteobacteria、Bacteroidetes、Firmicutes、Verrucomicrobia 4个门.组间差异分析结果发现,高原组中丰度显著偏高的菌属只有Prosthecobacter,该菌在污水厂内分布广泛,且能够适应高原低温的条件.对于大多数活性污泥微生物而言,高原强紫外线是不利的生存条件.因此,减少高原露天污水处理系统的紫外辐照,是提升污水处理效能的一个潜在措施.