中文摘要：

随着我国建设生态家园、促进可持续发展、建设节约型社会的不断推进，各地都在大力发展沼气建设，但由于我国北方冬季、山区、高海拔地区气温偏低致使沼气池产气量很低甚至不产气，这极大的打击了农、牧民使用沼气的积极性，也限制了沼气技术的推广。针对这一现象和不足，本项目从西藏各种生境中采取菌样在人工培养基中富集培养以获得高效嗜冷的产甲烷菌群，对菌群的生理生化性质、菌群中各优势菌群的种类、相互关系以及在甲烷发酵过程中的作用进行分析，同时对菌群进行分离纯化以获得纯的高效嗜冷产甲烷菌。通过将高效嗜冷产甲烷菌群和纯的高效嗜冷产甲烷菌种分别接种进沼气发酵系统，考察发酵过程中微生物群落结构的演替规律、产甲烷菌在沼气反应器中的丰度以及该菌是否能迅速成为优势种群，同时对投加菌种进行实时监测，对投加菌种的效能进行综合评估并确定最佳投菌方案和最佳沼气发酵运行参数，从而为高效嗜冷产甲烷菌在沼气反应器中的应用提供科学依据。

结论摘要：

本项目针对我国北方冬季、山区、高海拔地区气温偏低致使沼气池产气量很低甚至不产气这一现象和不足，从西藏各种生境中采取菌样进行高效嗜冷产甲烷功能菌群的富集培养，研究低温低压下菌群发酵产沼气的相关参数及沼气发酵过程中微生物群落结构的演替规律和各种优势菌群间的相互关系，取得了以下结果（1）通过富集培养获得了高效的嗜冷产甲烷功能菌群；（2）获得了高效嗜冷产甲烷功能菌群在低温15℃和低压70.4kPa下的最佳产气参数。在接种量与底物的比例为21（以VS记）时可以获得较高的沼气产率，单独以猪粪、牛粪和青稞秸秆都不能获得较好的沼气产量，只有在粪便与青稞秸秆比为1:1（以VS记）时可以获得较好的产气效果。对底物的利用效果表明发酵过程中消耗的物质主要为水溶性的有机物。（3）获得了相对于中温下低温沼气发酵的规律。低温下沼气的发酵周期较长，约为90天，沼气的产生主要集中在前40天。低温下沼气产量略低于中温下的，但甲烷浓度却略高于中温下的。两种温度条件下发酵过程中pH和氨氮都呈先降低后增加并逐渐稳定的趋势，而SCOD则都呈逐渐降低的趋势，产生的有机酸都主要为乙酸和丙酸，其次为异丁酸和异戊酸，中温条件下各种有机酸的含量都分别明显高于低温条件下的。（4）用基于细菌和古菌16srRNA基因的PCR-DGGE测序技术对发酵过程中的微生物相进行了分析，结果表明在沼气发酵过程中出现了菌群的演替，生物相中梭菌和芽孢杆菌与沼气的产量密切相关，主要负责有机大分子化合物的水解和酸化，古菌中甲烷八叠球菌和甲烷鬃菌负责甲烷的产生。温度、SCOD和NH4+-N是影响微生物群落结构的三大主要因素，其次是VFA和pH。温度不是影响细菌菌落结构的最大因素，但确是影响古菌菌落结构的最大因素。VFA、温度、SCOD和NH4+-N与沼气产量都呈正相关关系，但SCOD是决定沼气产量的最大因素。