针对内蒙古部分矿区镉污染农田小麦籽粒镉超标问题,本试验设置小麦与向日葵套作（WS）、小麦与玉米套作（WM）、向日葵单作（S）、玉米单作（M）以及小麦单作（W）5个处理,研究不同套作模式下土壤理化性状变化及土壤镉形态及有效态的变化,以及对植株各器官富集转运系数的影响。结果表明:1.不同套作模式下小麦、玉米、向日葵产量均有所提高,WS、WM套作模式下小麦籽粒产量较单作W分别提高了26.4%和16.7%;WS模式下向日葵产量较S处理提高了16.2%,WM模式下玉米产量较M处理提高了26.0%;同时,WS、WM套作模式相对于单作模式,经济效益提高1000-1200元/hm~2。2.不同套作模式可一定程度改变土壤镉形态及有效态含量。WS套作模式土壤有效态镉含量较单作S降低了23.5%,WM套作模式较单作W降低了11.5%;WS、WM处理套作模式土壤有机结合态镉含量比例较单作S降低了16.4%,WM套作模式较单作M降低了14.3%;残渣态镉含量比例增加了15.0%和12.8%。3.不同套作模式下,两年小麦植株各器官镉含量较单作W均有所降低;与单作W相比,2020年、2021年WS套作模式籽粒镉含量分别降低了40.8%和21.8%,WM套作模式分别降低了22.8%和13.5%。不同套作模式下小麦籽粒的镉转运系数均小于小麦单作处理,WM处理叶部转运系数增加了10.0%,WS处理籽粒转运系数降低了35.7%。4.不同套作模式下土壤过氧化氢酶、脲酶和蔗糖酶活性较单作W分别显著提高了16.4%-17.8%、12.8%-27.6%和21.9%-41.3%（p＜0.05）;WS和WM模式下土壤微生物量碳、氮分别较单作W提高了13.4%和15.7%。WS模式真菌α多样性Chao1指数较单作S和W,分别提高了82.5%和72.8%,WM模式较与单作M、W相比,真菌α多样性Chao1指数分别提高了57.9%和31.1%;Observed species指数、Shannon指数和Simpson指数均以WS套作模式下最大,且显著高于单作W处理;细菌α多样性Chao1指数,以WM套作模式下数值最大,分别较单作M和W处理提高了6.8%和4.9%。5.不同套作模式下,WS模式p H较单作W提高了1.7%-6.8%、有机质提高了7.9%-34.9%和容重提高了4.2%-6.0%（p＜0.05）,WM模式p H较单作W提高了1.6%-3.7%、有机质提高了13.2%-17.2%和容重提高了2.8%%-5.4%;WS套作模式下土壤速效钾、速效磷、碱解氮含量分别提高了10.5%、25.8%和27.6%和WM套作模式下分别提高了9.8%、50.2%和30.7%;WS套作模式对于全氮、全磷、全钾分别提高了16.4%、7.1%和5.8%和WM套作模式分别提高了11.5%、2.0%和11.8%。综上所述,不同套作模式下改善了土壤理化性状、微生物多样性等生物学性状,进而影响了土壤中镉形态转变及有效态镉含量的降低,减少了土壤镉向籽粒的富集,其中以小麦套作向日葵模式更优;同时套作模式对于作物产量及经济效益有明显的提高。综上,小麦套作向日葵模式可作为中轻度镉污染农田的安全利用的技术选择。