随着人们生活水平的不断提高和我国产业结构的升级优化,我国的畜禽养殖业发展愈加迅速,规模化养殖水平不断提高。大量畜禽养殖产生的不经有效处理的排泄物也给环境带来了严重负担。厌氧消化工艺可以将畜禽粪污资源化,把有机物转化为甲烷燃料。利用厌氧消化技术处理有机废弃物净化环境并回收绿色能源沼气成为当前世界各国的理想选择之一,厌氧消化工艺大规模被应用于废水处理。随着工程上的厌氧消化工艺应用越来越广泛,其过程中的氮转化在全球生物氮循环中扮演的角色也愈发重要。然而,大多数研究者对厌氧消化过程关注的焦点在于如何提高产甲烷效率,却鲜有人关注不同温度条件下厌氧消化过程中的氮转化微生物与功能基因以及表达情况。比如,一氧化二氮是氮的赋存形态之一,有着比甲烷更强烈的温室效应作用,厌氧消化过程会释放一氧化二氮,其释放量与生成过程却鲜见报道。本研究采用升流式碳纤维固定床厌氧反应器构建低温（15℃）、中温（37℃）和高温（55℃）厌氧消化体系,稳定运行160d,监测运行过程中的氮赋存形态与产气,提取挂膜污泥和悬浮污泥总DNA和总RNA,通过16S扩增子测序和宏转录组技术,分析高、中、低温包含氮循环相关微生物在内的群落组成及差异,对氮转化相关过程进行代谢通路预测,并测定氮转化功能基因的表达情况。研究结果如下:（1）在构建高中低温厌氧消化体系的培养过程中,随着进水有机负荷的提升,P15（15℃）、M37（37℃）、T55（55℃）各反应器的产气量逐步增加,氨氮浓度总体呈上升趋势,硝酸盐与亚硝酸盐浓度在启动初期迅速下降,中后期稳定,一氧化二氮浓度在整个厌氧消化过程较为稳定。在40000mg/L有机负荷下,低温产气稳定在7.5L/d,中温产气稳定在25L/d,高温产气稳定在32L/d。低温产甲烷浓度最高,稳定在80%左右,其次是高温产甲烷浓度,稳定在77%左右,中温则稳定在75%左右。后期稳定阶段,低温P15、中温M37、高温T55反应器氨氮含量分别在880 mg/L、1588 mg/L、1871 mg/L上下波动;硝酸盐稳定在3.3mg/L、7.82 mg/L、14.3mg/L左右;亚硝酸盐稳定在0.11mg/L、0.43 mg/L、1.6 mg/L左右。（2）在高、中温度条件下,反应器中占绝对主导地位的是厚壁菌门（Firmicutes）,低温下广古菌门（Euryarchaeota）相对丰度最高其次是厚壁菌门（Firmicutes）。厚壁菌门（Firmicutes）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、广古门（Methanomicrobia）是各反应器的主要组成微生物,除此之外,变形菌门（Proteobacteria）、螺旋体门（Spirochaete）、互养菌门（Synergistetes）也有较高的相对丰度。温度对反应器微生物的产甲烷菌组成影响最大,细菌组成的差异性次之。挂膜污泥与悬浮污泥形成了有差异的微生物菌群结构。低温和高温挂膜污泥的古菌丰度高于悬浮污泥中的古菌丰度,中温差异不明显。（3）低温厌氧消化反应器的固氮作用微生物的数量,相比中温数量更高（比对到的OTU数量更多,即相对丰度更高）。在厌氧消化反应器中的氨氧化微生物的主要是氨氧化细菌（AOB）,属于γ-变形菌纲（Gammaproteobacteria）,此外,还发现了数量较少的属于氨氧化古菌（AOA）的Nitrososphaeria。低温厌氧消化反应器中发现了较多的AOB,且主要分布在挂膜污泥中,与中温AOB分布情况一致,与高温AOB分布情况相反。未比对到各温度条件下的厌氧消化反应器内存在厌氧氨氧化微生物。反硝化微生物主要分布在悬浮污泥中,高中低温挂膜污泥内的反硝化微生物丰度接近,低温悬浮污泥的反硝化微生物丰度更高,主要属于γ-变形菌纲（Gamaproteobacteria）,高温反应器内的反硝化微生物主要属于芽孢杆菌纲（Bacilli）。（4）固氮作用是厌氧消化反应器中氮转化的主要途径。其次为Nitrite转化成Ammonia的异化还原成铵作用,然后是反硝化作用。在厌氧消化反应器中未发现存在厌氧氨氧化作用。本研究通过16S扩增测序与宏转录组技术阐释了高中低温厌氧消化系统中氮素转化相关微生物的组成,功能基因的表达情况,揭开了氮素在厌氧消化过程中不同温度条件下的转化差异,丰富了全球生物氮循环过程环节,为厌氧消化技术的工程应用提供了重要的理论指导。