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.     

DESIGN OF AN INDEX OF WATER QUALITY1

ABSTRACT: This paper describes the formulation of an Index of Water Quality to evaluate the level of pollution in fresh water. A Four-Round Delphi equation, using a panel of seven nationally recognized water scientists, was performed to ascertain the pollutants to be included in the index, the relationship between the quantity of these pollutants in the water and the resulting quality of the water, and the importance of each pollution variable to each water use as well as to overall pollution. A multiplicative index was used to bring the pollutants together into one system.     

土地整治对工业区周边土壤微生物多样性和群落结构影响分析

为探究土地整治对重金属污染环境下土壤理化性质及其中微生物的影响,本文基于Illumina高通量测序技术,对比分析了工业区周边土地整治区内外的土壤微生物群落结构和多样性.结果表明:①从土壤性质来看,土地整治区重金属污染状况和土壤质量均优于非整治区.②从土壤微生物群落结构来看,水田土壤微生物群落主要的菌门为变形菌门、绿弯菌门、酸杆菌门,而土地整治可能降低了变形菌门相对丰度,提高了绿弯菌门和酸杆菌门的相对丰度,同时在属水平上也提高了鞘脂单胞菌属、地杆菌属的相对丰度.③从土壤微生物多样性来看,土地整治区中土壤微生物多样性和功能性明显得到改善,但随着重金属污染程度的升高,改善效果逐渐减弱.④Spearman相关性分析表明,Cd、Hg、Pb、pH、AP是影响微生物群落的主要环境因子,而硫杆菌属、芽孢杆菌属、鞘脂单胞菌属与多种重金属元素表现出显著的正相关关系.本研究证实了土地整治有助于改善土壤微生物多样性和功能性,并提升土壤质量.     

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.     

激励相容理论视角下生态公益林补偿对农户的增收效应——以福建三明为例

基于福建三明499户农户的实地调查数据,用倾向得分匹配法测算了生态公益林现金直接补偿和岗位性补偿对农户的增收效应,结果表明：现金直接补偿和岗位性补偿对生态保护和农户增收都是正效应。现金直接补偿对农户增收效应不显著,而岗位性补偿对农户家庭总收入和家庭人均收入的净效应分别达55.4%和57%。进一步研究发现,两种补偿方式对贫困户和非贫困户的增收效应也不尽相同,其中现金直接补偿不利于贫困户增收,而岗位性补偿对不同收入的农户都具有正向显著增收效应。此外,从生态公益林的根本使命出发,可以发现现金直接补偿和岗位性补偿对生态保护的净效应也存在较大差异。故此,科学规划生态补偿方式和补偿标准是实现生态保护和农户增收双重效应的根源所在。     

农户分化、技术约束与耕地保护技术选择差异——基于不同约束条件下的农户技术采纳理论分析框架

在不完全要素市场和农户分化背景下,探索不同类型农户、耕地保护技术约束与技术选择之间内在行为逻辑,以期为保障我国耕地质量可持续发展提供参考。利用Probit和Logit方法,通过微观数据剖析不同类型农户技术选择意愿、行为逻辑及不同约束条件下的技术选择差异。研究表明：纯农户、I类兼业户和II类兼业户在耕地保护意愿方面具有统一性,但随着非农收入的增加农户耕地保护意愿逐渐降低;在行为逻辑方面,异质性农户耕地保护技术选择上差异显著,不同类型农户的禀赋特征与不同耕地保护技术间存在非对称性和偏差,主要受不同技术属性和风险偏好的约束。因此在耕地保护技术实施与推广应用时,应当更多地考虑不同农户禀赋优势与农户风险偏好程度。     

黑河流域底栖动物群落结构及水质评价

为了解黑河流域上中游底栖动物群落结构特征及其与环境因子之间的关系,于2018年8月对研究区域17个采样点的底栖动物和水体理化指标进行调查研究.共鉴定出底栖动物43种,其中节肢动物34种（79.1%）,软体动物7种（16.3%）,环节动物2种（4.6%）;就整个研究区域而言,优势种为大蚊（Tipulidae）、豆娘幼虫（Damselfly）、水蜘蛛（Argyroneta）、耳萝卜螺（Radix auricularia）、琥珀螺（Suecinea sp.）、白旋螺（Gyraulusalbus）,干、支流优势种分布趋势为干流（6种）优于支流（5种）;底栖动物平均密度和平均生物量分别为77ind/m²和3.7423g/m²现存量存在显著空间差异,整体上干流（1032ind/m²、60.0963g/m²）大于支流（276ind/m²、3.5233g/m²）,物种数干流（36种）大于支流（15种）;单因素方差分析显示,Shannon-Wiener多样性指数、Margalef丰富度指数及Pielou均匀度指数分布特征为干流大于支流.黑河流域上游支流和中游干流不同河段底栖动物物种组成呈空间异质性,而多样性指数对物种组成依赖性强,但因黑河流域底栖动物物种组成受自然因素和人类活动双重影响程度差异较大,使得Shannon-Wiener多样性指数、Margalef丰富度指数及Pielou均匀度指数不适合黑河水质评价.依据BI指数和综合污染指数评价表明,黑河上游支流水质优于中游干流.根据底栖动物与环境因子之间的相关矩阵分析并结合RDA分析表明：BOD₅、水温（WT）、电导率（EC）、DO、溶解性总固体（TDS）、COD_Mn及盐度是影响底栖动物群落结构的主要环境因子.     

船舶排放及不确定性对中国空气质量的影响

船舶排放是我国沿海地区重要的人为排放源,但现有的船舶排放评估研究大多只关注区域尺度的影响分析,而且忽视了排放清单的不确定性,这在一定程度上削弱了评估结果的可靠性.为此,本文利用WRF-SMOKE-CAMQ空气质量模型,定量评估了船舶排放及其不确定性对我国七大沿海港口城市夏季空气质量的影响,结果表明：船舶排放对我国主要沿海港口城市的SO₂、NO_x和PM_2.5浓度贡献范围分别为16.5%~62.5%、21.9%~72.9%和5.9%~26.0%,尤其对宁波、青岛和深圳等港口城市空气质量的影响显著,主要是由于港口较高的船舶排放以及气象传输两方面原因造成的;如果考虑船舶排放清单的总量不确定性,船舶排放对沿海港口城市夏季SO₂、NO_x和PM_2.5的影响分别呈现1.0~3.1,2.1~5.5,0.3~0.9μg/m³的波动;考虑船舶排放清单的时空分配不确定性,船舶排放对沿海港口城市夏季SO₂、NO_x和PM_2.5的影响分别呈现1.9~15.7,5.1~29.3,0.6~2.5μg/m³的波动.可见,船舶排放清单的不确定性对沿海城市船舶排放贡献影响量化有明显的影响.所以在评估船舶排放对港口城市空气质量的影响时,要考虑船舶排放清单的不确定性,尤其是时空分配的不确定性.而合理的时空分配能够提高船舶排放清单的质量和对沿海空气质量模拟的准确性.     

基于全过程治理的环境规制减排机制研究——来自长江经济带数据的实证检验

基于2007~2017年长江经济带11个省市的面板数据,利用中介效应模型探究全过程治理视域下政府主导型和市场激励型2类环境规制的减排机制.研究发现,政府主导型环境规制和市场激励型环境规制对SO₂排放均具有显著的抑制作用,其影响系数分别为-0.154和-0.209.其中政府主导型环境规制在源头防控、过程控制和末端治理的全过程都起到显著的减排效应,而市场激励型环境规制只通过末端治理实现减排.因此,尽管市场激励型环境规制具有低成本、高效率的优点,但考虑到源头防控和过程控制在生态环境保护中发挥的根本性作用,对于经济结构和经济发展方式较为落后的地区和行业,仍要重视以政府为主导的环境规制,通过因地制宜、合理科学地运用环境规制工具以实现高效的全过程污染治理.