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以西北亚高原地区城市污水处理厂（Municipal Sewage Treatment Plant,MSTPs）活性污泥（Activated Sludge,AS）为研究材料,采用Illumina MiSeq高通量测序技术研究其中微生物群落结构、丰度和代谢功能。探讨进水水质、工艺参数及环境因子与活性污泥中微生物群落结构、丰度的相关性。结合污染物吸附转化、分解代谢过程中的主要功能蛋白种类及丰度、主要功能基因和酶丰度及其在碳、氮、磷等污染物代谢途径中的贡献,从生物化学和分子水平探讨亚高原地区污水净化的微生物学机制,主要结果如下。1.A2O和CAST活性污泥工艺在亚高原地区MSTPs中高效运行,主要污染物（COD、NH4+-N、TP浓度）去除率夏季高于冬季。这与夏季活性污泥沉降性能、污泥浓度及相对微生物量优于冬季、夏季微生物群落丰度及多样性高于冬季的结果一致。MSTPs污染物去除效率与微生物群落物种数目（OTU数目）、多样性（Shannon指数值）及丰度（Chao指数值）呈现正相关关系。因此,通过优化工艺调节生化池NH4+-N浓度、温度及DO提高微生物群落物种数目、多样性及丰度是提高高寒地区污染物去除效率的有效策略。2.西北亚高原地区污水净化微生态系统种群组成:优势细菌门依次是变形菌门（Proteobacteria）26.1%-34.6%、放线菌门（Actinobacteria）13.7%-27.8%、拟杆菌门（Bacteroidetes）18.7%-21.0%、绿弯菌门（Chloroflexi）7.7%-18.5%、厚壁菌门（Firmicutes）4.0%-6.9%、Saccharibacteria（TM7）1.5%-6.1%。优势细菌属包括Candidatus Microthrix、毛球菌属（Trichococcus）、鸟氨酸球菌属（Ornithinibacter）、Terrimonas、黄杆菌属（Flavobacterium）等丰度较高。不同MSTPs、季节、工艺单元间污泥微生物群落组成结构并无显著差异。和高原及平原地区MSTPs活性污泥微生物群落相比较,发现优势群落结构具有生态一致性。但在不同MSTPs、季节、工艺间群落丰度和多样性则有显著差异。另外,线性判别分析（LDA）显示绿弯菌门（Chloroflexi）、变形菌门（Proteobacteria）、暖绳菌目（Caldilineales）和暖绳菌纲（Caldilineae）在夏季活性污泥中富集,并发挥着显著作用;Candidatus Microthrix（属）、A.Incertae sedis（科）、酸微菌目（Acidimicrobiales）、放线菌门（Actinobacteria）在冬季活性污泥中富集且作用更大。这些优势微生物类群是西北亚高原地区污水净化生态系统中主要成员和污染物去除主要贡献者。而且微生物种群共现性网络分析及相关性网络分析结果说明这些优势种群在不同样本中共存度最高,但丰度较低的类群落与其他类群间相关性更好,共同组成稳定的污水净化微生物生态系统,保证了系统的多样性和功能稳定性。3.冗余分析（Redundancy Analysis,RDA）结果表明,对细菌群落物种组成及丰度影响程度大小的环境因子排序依次是NH4+-N、温度（T）、溶解氧（DO）、COD、SRT、TP、海拔和HRT。非度量多维尺度分析（NMDS）进一步揭示温度是形成和改变活性污泥微生物群落结构的最重要因素。排序线性回归（Linear regression）分析证明NH4+-N浓度、温度及溶解氧水平是影响菌群丰度及组成结构的最主要环境因子。可见,当地气候条件（温度/海拔）、进水水质（NH4+-N浓度）及工艺参数（DO）都对活性污泥微生物群落物种组成及丰度产有明显影响,形成了亚高原地区特殊的污泥微生物群落。4.对活性污泥中功能蛋白的COG（Cluster of Orthologous Groups of proteins）预测结果表明,主要功能蛋白质种类及功能都与微生物生长繁殖密切相关。COG功能蛋白在温度更低、海拔更高的污水生态系统中丰度更高。在活性污泥中鉴定1794种酶,主要为裂合酶类、氧化还原酶类、转移酶类和水解酶类等。微生物微生态系统净化污水的主要代谢途径有主动运输途径、嘌呤嘧啶合成及分解代谢、氨基酸降解、氧化磷酸化、糖酵解/糖异生、丁酸及丙酮酸代谢等,这些代谢过程共同完成了污染物的吸附转化、吸收利用,以及碳、氮、磷的有效去除。基因功能分析揭示污水微生态系统中丰度较高的基因功能主要与种群增殖,碳、氮、磷等污染物的吸附转化、分解及环境适应有关,如RNA聚合酶Sigma-70因子（rpoE）、烯酰辅酶A水合酶（paaF,echA）、抗生素转运系统ATP结合蛋白（drrA）和ABC转运系统渗透酶蛋白（ABC.CD.P）等。综上所述,西北亚高原地区MSTPs活性污泥微生态系统富集了独特的微生物群落结构,这些优势微生物群落结构相对稳定,丰度随环境因子和工艺参数有显著变化,和污染物去除效率密切相关。这些微生物群落主要通过由裂合酶类、氧化还原酶类、转移酶类和水解酶类参与催化的物质主动运输、嘌呤嘧啶合成及分解代谢、氨基酸降解、氧化磷酸化、糖酵解、丁酸及丙酮酸等代谢途径共同完成污水净化。