低溫沼氣發酵系統中細菌和古菌的群落結構與多樣性沼氣技術由于可以利用多種多樣的有機廢棄物、生產清潔高效的沼氣以及富含養分的沼肥，因而被世界各國廣泛應用于環境污染、能源危機和農業可持續發展等問題的解決。但在高緯度地區和高原地區，低溫是沼氣大規模推廣的主要限制因素;有研究表明我國75%以上的戶用沼氣池受到低溫的影響；因而高效低溫沼氣技術的研究與設計成為關注的熱點。由于沼氣發酵是生物代謝的過程，因而其性能與微生物密切相關;眾多研究人員對低溫沼氣發酵系統這一“灰箱”所蘊藏的微生物進行了深入的研究，并初步揭示了低溫沼氣發酵微生物的群落組成與功能;但在低溫沼氣發酵系統中，諸如微生物優勢種群的演替（時間動態）、環境因子（生物因子和非生物因子）對微生物群落結構與多樣性的影響、環境因子之間的相互關系等生態學基本問題，還不是很清楚，有待進一步研究、闡明。為此，本研究分別在15°C、9°C和4°C低溫條件下馴化沼氣發酵接種物;然后采用批量發酵工藝,將馴化得到的15C低溫接種物、9C低溫接種物和4C低溫接種物，分別接種至豬糞原料中，進行9C低溫發酵,形成3個低溫沼氣發酵系統（對應為A系統、B系統、C系統），并綜合應用非生物因子分析法、生物因子分析法（16SrDNA擴增子測序）和SPSS相關性分析法，對供試低溫沼氣發酵系統中的微生物生態學基本問題進行研究，以期為優良低溫沼氣發酵微生物資源的挖掘和高效低溫沼氣發酵接種物的獲得提供指導。結果顯示:⑴A系統、B系統和C系統的沼氣發酵時間分別為120d、160d及160d;總產氣量分別為68,650mL、61,750mL及19,150mL,CH4產量分別為31,191mL、20,906mL及3,031mL;A系統的總產氣量分別是B系統和C系統的1.1倍和3.6倍,A系統的CH4產量分別是B系統和C系統的1.5倍和10.3倍。⑵A系統不同發酵時期的細菌OTU平均值和古菌OTU平均值分別為1,215個和787個,B系統的分別為968個和758個,C系統的分別為732個和720個;A系統的細菌OTU數目和古菌OTU數目分別是B系統的1.3倍和1.0倍，是C系統的1.7倍和1.1倍。⑶在門分類水平上,A系統、B系統和C系統的優勢細菌門均為Firmicutes、Bacteroidetes、Proteobacteria和Synergistetes，優勢古菌門均為Euryarchaeota、MCG、Thaumarchaeota和Woesearchaeota。在屬分類水平上,A系統和B系統的優勢水解細菌基本都為Clostridium、Streptococcus、Vibrio,優勢的發酵產酸菌基本均為Terrisporobacter、Turicibacter、vadinBC27_wastewater-sludge_group,優勢的產氫產乙酸菌為Syntrophomonas,優勢的產甲烷菌為Methanobacterium和Methanocorpusculum;而在C系統中，優勢的細菌屬為Pseudomonas、Clostridium、Terrisporobacter，優勢的古菌屬為Methanosphaera。⑷在A系統中,Clostridium的相對豐度在發酵第60d時達到最高峰，其后在發酵第90~100d時再次達到高峰;Streptococcus的相對豐度在發酵第20d時達到高峰;Vibrio的相對豐度最高峰出現在發酵第10d;Turicibacter的相對豐度高峰主要出現在發酵第20d和40d時;Methanobacterium的相對豐度在發酵第20d、50d及70d達到高峰。在B系統中,Clostridium的相對豐度最高峰出現在發酵第100d時,次高峰出現在發酵第140~150d;Streptococcus的相對豐度出現在發酵啟動后至第30d時;Terrisporobacter相對豐度的第一個高峰期在發酵啟動后至第60d之間,最高峰出現在發酵第110d,次高峰在發酵第140d時;Methanocorpusculum的相對豐度分別在發酵第30d、50d及150d時達到高峰。得出的結論為:⑴在9°C低溫沼氣發酵環境中，15°C低溫馴化接種物的產氣性能明顯優于9°C低溫馴化接種物的，顯著優于4°C低溫馴化接種物的;分別采用15C和9C馴化接種物的低溫沼氣發酵系統能夠正常運行,而采用4C馴化接種物的低溫沼氣發酵系統的運行是失常的。⑵在運行正常的低溫沼氣發酵系統中，纖維素（半纖維素）水解菌、蛋白質水解菌和脂肪水解菌是優勢的水解細菌，單糖分解菌和氨基酸分解菌是優勢的發酵產酸細菌，氫營養型產甲烷菌是優勢的產甲烷菌，這些沼氣發酵微生物構成了穩定的低溫沼氣發酵食物鏈。在運行失常的低溫沼氣發酵系統中，水解發酵過程、產氫產乙酸過程和產甲烷過程均受到嚴重抑制;而反硝化細菌是該系統優勢的細菌類群,系統所產氣體以N2為主。⑶在運行正常的低溫沼氣發酵系統中，纖維素、半纖維素、蛋白質及脂肪等非水溶性大分子有機基質的水解順序為脂肪>蛋白質>半纖維素>纖維素，即脂肪和蛋白質主要在發酵初期被水解，半纖維素主要在發酵中期被水解,纖維素的水解則發生在發酵末期;單糖