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近年来，我国氮污染严重。传统自养硝化-缺氧反硝化是目前应用最为广泛与经济有效的废水脱氮手段。然而，自养硝化菌生长速度缓慢并对温度的敏感，使硝化过程通常成为脱氮环节瓶颈。 本研究针对硝化菌群低温下硝化效果下降的问题，通过考察温度直接骤降、20℃驯化6天后骤降、温度缓慢降低条件下硝化菌群在降解功能、能量代谢、防御系统与菌群结构四方面的关联响应机制，得到结果包括以下几点: (1)温度直接骤降产生的低温胁迫下硝化菌群的硝化作用受抑制最明显，其次为温度缓慢降低，20℃驯化6天后骤降下受抑制最低。其中，20℃驯化6天后骤降组硝化菌群在遭受低温胁迫后氨氮去除速率和硝氮积累速率的恢复速率最高，达到0.69mg/L·h·d和0.66mg/L·h·d，自第20天稳定后氨氮去除速率和硝氮积累率都最高，平均比温度直接骤降组和温度缓慢降低组高出3.41mg/L·h、0.60mg/L·h和76.75％、61.33％。 (2)能量代谢方面，硝化菌群底物氧化活性越高，表征ATP水平的相对光单位（RLU）指标越高，其中20℃驯化6天后骤降组硝化菌群在遭受低温胁迫后RLU水平比温度直接骤降组和温度缓慢降低组分别平均高出73.32和78.70。 (3)防御系统方面，硝化菌群的底物氧化活性受抑制越明显，超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)酶活波动越大，其中20℃驯化6天后骤降组的上述各酶活波动范围最小。 (4)菌群结构方面，发现偏爱低温、变温的Nitrosospira（相对丰度1.40％）相比偏爱中温、恒温环境的Nitrosomonas(0.39％)为占优势的AOB，偏爱中温、恒温环境的Nitrospira(2.65％)为占优势的NOB，这最终导致氨氧化活性相比亚硝氮氧化活性更敏感，但恢复性更高。中温驯化有助于提高硝化菌群的耐低温性能与长期胁迫下恢复性能。 (5)以降解功能指标为核心指标，与能量代谢、防御系统和菌群结构方面指标进行关联，发现硝化菌群在不同低温胁迫方式下的响应根本上由菌群结构决定;硝化菌群的整体降解效果与能量代谢RLU指标密切相关;硝化菌群的最终降解效果中NOB的亚硝氮氧化过程为主要限制环节。 在此基础上，综合分析硝化菌群与异养硝化-好氧反硝化菌在低温、高盐、重金属胁迫下的降解过程响应，发现其在能量代谢与菌群结构方面具有共性响应，在以耐低温硝化菌群为核心的低温胁迫下生物强化技术研发中NOB应当作为重点关注对象，能量代谢方面应作为重点调控方向。最终，据此研发出耐低温硝化菌群快速制备技术与硝化菌群快速增殖技术。通过前者获得的耐低温硝化菌群在10℃下氨氧化速率可达到20℃水平，对生活污水、制药废水与猪粪发酵沼液在10℃下氨氮去除速率为10～12mg/L·h;通过后者获得的增殖硝化污泥在20℃对生活污水、豆制品生产废水和猪粪发酵沼液的氨氮去除速率可6～16mg/L·h。最后，将上述两种技术结合起来，初步开发出耐低温硝化菌群快速增殖技术。本文可为耐低温硝化菌群的实际低温氨氮废水生物强化处理工程应用提供技术参考。