本发明属于生态与环境保护领域，涉及农田片区低负荷河水净化领域，尤其涉及一种利用自然生物膜反应器净化低负荷低温河水的方法，包括如下步骤：（1）自然生物膜富集和培养：直接用河道水体为“种源”进行藻、菌等微生物的富集和培养；（2）低温自然生物膜驯化：对预培养好的自然生物膜再分阶段降低培养温度，温度降低梯度为每2天降低1度，直到降低到培养温度在0-4℃之间；（3）低温自然生物膜接种至反应器；（4）自然生物膜反应器调试运行：通过调节浮体和反应器重量，调节反应器的水力负荷和停留时间；（5）自然生物膜反应器水质净化。本发明简单易行，对农田片区河道水质净化效果好，便于推广，同时解决了冬季污染物去除效率不高的问题。