Распространение азоттрансформирующих бактерий в искусственном водоеме с высшими водными растениями

Данная статья посвящена исследованию распространения азоттрансформирующих бактерий в искусственном водоеме с высшими водными растениями. Сконструированы искусственные водоемы (пруды) с высшими водными растениями тростника обыкновенного (Phragmites australis) и рогоза (Typha) для очистки свиноводческих сточных вод. В пруду с Phragmites australis выделено 7 штаммов аммонийокисляющих и 14 денитрифицирующих бактерий, а в пруду с Typha – 6 штаммов аммонийокисляющих и 19 денитрифицирующих бактерий. В результате сравнительного анализа численности бактерий в разных точках отбора образцов выявлено их снижение вдоль искусственного водоема. Больше всего аммонийокисляющих штаммов бактерий было идентифицировано в образцах, отобранных в поверхностном слое пруда, в то время как денитрифицирующие бактерии доминировали в донном слое. Выделенные микроорганизмы установлены методом определения последовательности нуклеотидов 16 SrRNA, они относятся к родам Pantoea, Enterobacter, Bacillus. Показано, что искусственный водоем с высшими водными растениями обладает разнообразной микробиотой, состав которой сильно зависит от источника сточных вод и не зависит от видов посаженных растений. Проведено определение способности трансформации аммиака и денитрификации выделенными штаммами бактерий. Наибольшая эффективность превращения аммиака (до 56%) показана для бактерий Enterobacter cloacae, выделенных из поверхностного слоя пруда. Денитрифицирующие бактерии, отобранные из донного слоя, способны снижать содержание нитрата с 20 до 10 мг/л за 72 ч. Полученные результаты подтверждают роль бактерий в очистке сточных вод от азотсодержащих загрязняющих веществ, а средняя эффективность удаления неорганических соединений азота составляет 50%.

1. Vymazal J. The historical development of constructed wetlands for wastewater treatment. Land. 2022;11(2):174. https://doi.org/10.3390/land11020174.

2. Vymazal J. Constructed wetlands for wastewater treatment: five decades of experience. Environmental Science & Technology. 2011;45(1):61-69. https://doi.org/10.1021/es101403q.

3. Kadlec R., Wallace S. Treatment wetlands. Boca Raton: CRC Press; 2008. 1016 p. https://doi.org/10.1201/9781420012514.

4. Torrens A., Folch M., Salgot M. Design and performance of an innovative hybrid constructed wetland for sustainable pig slurry treatment in small farms. Frontiers in Environmental Science. 2021;8:577186. https://doi.org/10.3389/fenvs.2020.577186.

5. Dias S., Mucha A. P., Crespo R. D., Rodrigues P., Almeida C. M. R. Livestock wastewater treatment in constructed wetlands for agriculture reuse. International Journal of Environmental Research and Public Health. 2020;17(22):1-21. https://doi.org/10.3390/ijerph17228592.

6. Klomjek P. Swine wastewater treatment using vertical subsurface flow constructed wetland planted with Napier grass. Sustainable Environment Research. 2016;26(5):217-223. https://doi.org/10.1016/j.serj.2016.03.001.

7. Bresciani E., Kang P. K., Lee S. Theoretical analysis of groundwater flow patterns near stagnation points. Water Resources Research. 2019;55(2):1624-1650. https://doi.org/10.1029/2018WR023508.

8. Zhang Y., Carvalho P. N., Lv T., Arias C., Brix H., Chen Z. Microbial density and diversity in constructed wetland systems and the relation to pollutant removal efficiency. Water Science and Technology. 2016;73(3):679-686. https://doi.org/10.2166/wst.2015.542.

9. Vassallo A., Miceli E., Fagorzi C., Castronovo L. M., Del Duca S., Chioccioli S., et al. Temporal evolution of bacterial endophytes associated to the roots of Phragmites australis exploited in phytodepuration of wastewater. Frontiers in Microbiology. 2020;11:1652. https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.01652.

10. Zhao Y., Song X., Cao X., Wang Y., Zhao Z., Si Z., et al. Modified solid carbon sources with nitrate adsorption capability combined with nZVI improve the denitrification performance of constructed wetlands. BioresourceTechnology. 2019;294:122189. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2019.122189.

11. Zhang Y., Li Y., Wang J., Wang X., Liu Y., Wang S., et al. Interactions of chlorpyrifos degradation and Cd removal in iron-carbon-based constructed wetlands for treating synthetic farmland wastewater. Journal of Environmental Management. 2021;299:113559. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.113559.

12. Rajan R. J., Sudarsan J. S., Nithiyanantham S. Microbial population dynamics in constructed wetlands: review of recent advancements for wastewater treatment. Environmental Engineering Research. 2018;24(2):181190. https://doi.org/10.4491/eer.2018.127.

13. Calheiros C. S. C., Teixeira A., Pires C., Franco A. R., Duque A. F., Crispim L. F. C., et al. Bacterial community dynamics in horizontal flow constructed wetlands with different plants for high salinity industrial wastewater polishing. Water Research. 2010;44(17):5032-5038. https://doi.org/10.1016/j.watres.2010.07.017.

14. Calheiros C. S. C., Pereira S. I. A., Brix H., Rangel A. O. S. S., Castro P. M. L. Assessment of culturable bacterial endophytic communities colonizing Canna flaccida inhabiting a wastewater treatment constructed wetland. Ecological Engineering. 2017;98:418-426. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2016.04.002.

15. Ibekwe A. M., Ma J., Murinda S., Reddy G. B. Microbial diversity in continuous flow constructed wetland for the treatment of swine waste. Hydrology: Current Research. 2017;8:277. https://doi.org/10.4172/21577587.1000277.

16. Shirdashtzadeh M., Chua L. H. C., Brau L. Microbial communities and nitrogen transformation in constructed wetlands treating storm water runoff. Frontiers in Water. 2022;3:751830. https://doi.org/10.3389/frwa.2021.751830.

17. Baptista J. D. C., Davenport R. J., Donnelly T., Curtis T. P. The microbial diversity of laboratory-scale wetlands appears to be randomly assembled. Water Research. 2008;42(12):3182-3190. https://doi.org/10.1016/j.watres.2008.03.013.

18. Duan S., Zhang Y., Zheng S. Heterotrophic nitrifying bacteria in wastewater biological nitrogen removal systems: a review. Critical Reviews in Environmental Science and Technology. 2022;52(13):2302-2338. https://doi.org/10.1080/10643389.2021.1877976.

19. Yang X.-P., Wang S.-M., Zhang D.-W., Zhou L.-X. Isolation and nitrogen removal characteristics of an aerobic heterotrophic nitrifying-denitrifying bacterium, Bacillus subtilis A1. Bioresource Technology. 2011;102(2):854-862. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2010.09.007.

20. Vidal G., de Los Reyes C. P., Sáez O., Stefanakis A. I. The performance of constructed wetlands for treating swine wastewater under different operating conditions. Constructed Wetlands for Industrial Wastewater Treatment. 2018;203-221.

21. Wylensek D., Hitch T. C., Riedel T., Afrizal A., Kumar N., Wortmann E., et al. A collection of bacterial isolates from the pig intestine reveals functional and taxonomic diversity. Nature Communications. 2020;11(1):126. https://doi.org/10.1038/s41467-020-19929-w.

22. Isaacson R., Kim H. B. The intestinal microbiome of the pig. Animal Health Research Reviews. 2012;13(1):100-109. https://doi.org/10.1017/S1466252312000084.

23. Ha H. P., Huy N. Q., Yen H. T. Investigation of suitable conditions for the growth and producing biofilm of denitrifying bacteria. Vietnam Journal of Biotechnology. 2016;14(1):191-196. https://doi.org/10.15625/18114989/14/1/9309.