Инновационная система «Четыре пруда и две дамбы» повышает эффективность очистки аквакультурных стоков
Сточные воды аквакультуры, богатые органическими веществами, азотом и фосфором, представляют серьёзную угрозу для окружающей среды, приводя к эвтрофикации и деградации качества воды.
Исследование, опубликованное в Microorganisms, представляет новое решение — систему искусственных водно-болотных угодий «Четыре пруда и две дамбы». Эта инновационная технология очистки сточных вод аквакультуры была разработана группой учёных под руководством профессора Се Юнхона из Института субтропического сельского хозяйства Китайской академии наук.
«Эта технология не только оптимизирует процессы очистки воды в системах интенсивной аквакультуры, но и углубляет наше понимание синергетического взаимодействия между водными растениями и эпифитными биоплёнками, раскрывая их ключевую роль в удалении загрязнителей из сточных вод при разведении лягушек-быков», — заявил профессор Се, автор-корреспондент исследования.
Эффективная многоступенчатая система включает пруд-отстойник, первую фильтрующую дамбу, аэрационный пруд, вторую фильтрующую дамбу, пруд с биологическим фильтром и пруд стабилизации с погружённой растительностью, формируя комплексную экологичную систему очистки. Демонстрационная площадка была создана на ферме по разведению лягушек-быков в районе озера Датун города Иян.
Результаты показали, что система искусственных водно-болотных угодий достигла высокой эффективности удаления загрязнителей — более 60% для общего азота (TN) и общего фосфора (TP). Однако эффективность варьировалась в зависимости от сезона: удаление TN оставалось стабильным, а удаление TP — колебалось.
Аэрационный пруд сыграл ключевую роль в повышении уровня растворённого кислорода, что создало оптимальные условия для удаления фосфора в июле и азота в ноябре. В аэрационном пруду и пруду с биологическим фильтром α-разнообразие эпифитных бактерий было значительно выше, чем в других прудах, что указывает на обогащённую микросреду, благоприятную для колонизации и активности бактерий.
Состав бактериального сообщества также демонстрировал выраженные сезонные изменения. В июле доминирующим типом были Firmicutes, тогда как в ноябре микробный ландшафт сместился в сторону доминирования Nitrospiraceae и Acidobacteriota, что отражает динамические паттерны микробной сукцессии под влиянием сезонных факторов.
Кроме того, функциональные гены, связанные с метаболизмом серы, фиксацией азота и окислительным фосфорилированием, демонстрировали выраженные временные вариации в аэрационном пруду, что подчёркивает прямое влияние сезонной динамики роста и оптимизации процессов на экспрессию функциональных генов в биоплёнках.
Эти результаты подчёркивают жизненно важную роль аэрации и водных растений, особенно погружённых видов, в повышении эффективности очистки сточных вод аквакультуры.
«Синергетическое взаимодействие между водной растительностью и эпифитными биоплёнками является основополагающим для улучшения удаления питательных веществ и поддержания долгосрочной производительности системы», — сказал доктор Чао Чуансинь, первый автор исследования.
«С точки зрения применения, стратегическое управление водными растениями и непрерывная аэрация являются ключевыми техническими мерами для полного раскрытия потенциала системы искусственных водно-болотных угодий «Четыре пруда и две дамбы».