6月5日，珠江水產(chǎn)研究所謝駿團(tuán)隊(duì)在國(guó)際期刊《Frontiers in Microbiology》發(fā)表了題為“Water treatment effect, microbial community structure, and metabolic characteristics in a field-scale aquaculture wastewater treatment system”的研究論文。該研究應(yīng)用池塘工程思維構(gòu)建了規(guī)模化養(yǎng)殖尾水多級(jí)處理系統(tǒng)，通過(guò)優(yōu)化系統(tǒng)水動(dòng)力條件獲得了較好的水處理效果；從微生物活性和功能角度，闡明了尾水處理單元中生物膜固定化微生物脫氮的微生態(tài)機(jī)制，為集中連片池塘尾水綜合治理及池塘工程學(xué)科提供了新的工藝模式方案和理論指導(dǎo)。

圖1 Water treatment process in the field-scale aquaculture wastewater treatment system

創(chuàng)建了適應(yīng)連片集約化養(yǎng)殖池塘尾水處理模式。本研究始于2013年，對(duì)珠三角東江流域的惠州養(yǎng)殖基地600畝連片集約化養(yǎng)殖小區(qū)進(jìn)行工程化升級(jí)改造，因地制宜將廢棄排水渠和池塘改造成多級(jí)水處理系統(tǒng)，形成了沉淀池、生態(tài)溝渠、生物膜過(guò)濾池（生態(tài)基水處理、生物浮床、生物刷過(guò)濾等）多級(jí)水處理生態(tài)單元。應(yīng)用工程系統(tǒng)思維，通過(guò)優(yōu)化系統(tǒng)水動(dòng)力條件（水體流速、固體顆粒沉降速率、生物膜表面剪切力等）獲得了較好的水處理效果，污染物去除率為COD (74.4- 91.2%)、總氮(66.9- 86.8%)、總磷(76.2- 95.9%)，為集中連片集約化池塘尾水綜合治理提供了新的工藝方案。

闡明了尾水處理系統(tǒng)中生物膜固定化微生物脫氮的微生態(tài)機(jī)制。研究團(tuán)隊(duì)采用宏基因組測(cè)序和微生物功能評(píng)價(jià)技術(shù)對(duì)尾水處理系統(tǒng)各單元水體及生物膜微生物群落活性與功能進(jìn)行高通量分析，從微生物代謝微觀層面發(fā)現(xiàn)了生物膜固定化微生物增強(qiáng)對(duì)水體污染物質(zhì)的同化能力，其中反硝化菌和聚磷菌群落豐度和代謝活性增強(qiáng)顯著。同時(shí)，通過(guò)氮、磷代謝通路功能基因測(cè)定發(fā)現(xiàn)大多數(shù)的反硝化功能基因在生物膜上有不同程度的上調(diào)，證明了生物膜微生物群落通過(guò)增加反硝化的細(xì)菌數(shù)量和代謝能力來(lái)強(qiáng)化養(yǎng)殖尾水氮的去除。該研究將為養(yǎng)殖尾水處理系統(tǒng)生物膜微生物群落脫氮強(qiáng)化調(diào)控提供了理論依據(jù)。

圖2 Alpha-diversity indices (A) and dominant phylum compositions (B and C) of microbiota in the different sections of thefield-scale aquaculture wastewater treatment system

圖3 Nitrogen metabolism pathways showing the changes of relative abundance of functional genes in the microbiota from the different sections of the field-scale aquaculture wastewater treatment system

該研究成果可為廣東乃至全國(guó)推進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)綠色發(fā)展“五大行動(dòng)”的實(shí)施提供重要支撐和指導(dǎo)。該研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省省級(jí)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展專項(xiàng)等項(xiàng)目的資助。珠江水產(chǎn)研究所李志斐為該論文第一作者，謝駿、王廣軍研究員為通訊作者。全文鏈接：https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2020.00930