微生物多样性和生物地球化学潜在地与农艺管理紧密相关,作物轮作可以提高产量和改善环境。适当的轮作模式可克服连作自毒效应,使微生物群落结构更为合理和具有更强的抵御病害的能力。本研究设计连续5年6种轮作模式试验：S1-马铃薯(1a)、苜蓿(2a)、燕麦(2a)；S2-燕麦(1a)、苜蓿(2a)马铃薯(2a)；S3-燕麦苜蓿混作(1a)、苜蓿(1a)、燕麦(1a)、马铃薯(2a)；S4-燕麦苜蓿混作(1a)、苜蓿(1a)、马铃薯(3a)；S5-燕麦(2a)、苜蓿(3a)：S6-马铃薯(2a)、苜蓿(3a),探究轮作模式影响土壤理化性质、土壤呼吸、土壤有机碳以及微生物的机理。此外,基于16S rDNA序列多样性,通过使用Ⅱ lumina公司MiSeq下一代测序技术,更精确的生物系统信息来检测不同轮作模式的微生物多样性。结果表明：(1)越冬后,土壤20cm以上土层水分丧失严重,含水量呈随土层深度加深而增加。S2和S3能显著提高土壤越冬保水能力,在秋收后大部分处理的土壤含水量能达到14%,在越冬后还能保持在8%-10%的水平上,而其他处理均降到5%以下；同时,S2和S3能保持土层的不同深度的含水量都在较高水平,均匀稳定,其它处理水分含量较低。(2)土壤地表温度最高峰出现在8月上旬,S3的地表温度(约25℃)显著低于其它处理(30-35℃),而在50cm深层土壤又高于其他处理,该处理温度的全生育期也较稳定。(3)土壤呼吸值在全年总体水平上表现为S9<S2<S3<S4<S8<S10<S1<S5<S6<S7,轮作处理能明显降低表层土的有机碳矿化的散失,保持土壤碳汇能力；S3和S4显著提高土壤微生物量碳的含量,且S4的微生物量碳在全生育旺期最高,收获后表层土达到了324mg/kg.土壤呼吸和土壤地表温度呈显著相关。(4)蔗糖酶、pH、团聚体结构和脲酶与微生物结构的相关性较大,糖类、pH和团粒结构这3个指标对细菌结构的影响最大。主坐标分析显示样本按相似性被分为4组：① S1.S2.S3. S4；②S6.S7.S9.S10；③S5 和④S8.Pearson相关性分析表明,S5和S8与其他模式之间的相关系数约为60%。土壤细菌群落分析表明S4与其他轮作处理差异显著。热图聚类分析显示两个不同的簇,表明禾本科、豆科与茄科3种作物轮作的细菌群落和其他处理差异显著。芽孢杆菌在S5和S8处理中含量最大,说明此土壤利于该类微生物活动。S6和S10中几乎没有Chitinophaga；在S4中Ramlibacter,Lysobacter,Rhodanobacter 和 Nonomuraea含量最高,且分布相对均匀。S4可增加纤维素分解菌,自生固氮菌,共生固氮菌的含量；S5和S8使氨化细菌含量增加。轮作显著增加了变形菌门含量丰富度。(5)从CCA来看,x和y轴贡献率之和CCA较细菌稍高一些,表明所测影响样本分布的理化因子在总因子中占较重要的地位,且影响最大的是SOC,其次是温度、水分、蔗糖酶和脲酶。5年轮作对真菌的影响较为显著,3种作物不同组合之间差异不大,较连作差异显著。该样品可以分为3组：① S1、S3、S4、S7、S9; ②S6、 S5、S8、S5、S10; ③S2。土壤中主要的真菌菌群是子囊菌门、球囊菌门、壶菌门、担子菌门,其中子囊菌门门是土壤真菌群落最丰富的门(52.88-86.09%)。散囊菌纲在S3中增加显著(43.64%),是其他处理的十几倍,甚至几十倍。在各处理中粪壳菌纲均占子囊菌纲的主要地位(25%-50%)。综上所述,在苜蓿前种植燕麦可增加微生物的物种多样性,与连作苜蓿相比可提高固氮细菌的数量。土壤理化因子对真菌活性影响较大,对细菌影响较弱,而不同作物轮作对细菌及真菌的影响作用都非常大。S3和S4这两种模式可以有效增加土壤碳汇能力,改良土壤理化性质,保持微生物活性及多样性,从而更好地抵御气候变化。