马铃薯(Solanum tuberosum L.)是中国贫困地区促进粮食生产和脱贫致富的重要作物,由于农耕面积限制和马铃薯集约化生产,连续种植模式在中国某些地区变得越来越普遍。然而,长期连作会降低土壤微生物群落的多样性,改变微生物群落结构,导致土壤养分比例失调,从而影响作物生长发育和产量。大量研究发现,轮作是缓解土壤连作障碍的有效措施,但关于马铃薯-藜麦轮作和马铃薯-玉米轮作如何影响马铃薯根际土壤微环境,以及轮作模式下土壤与根系间的相互作用鲜见报道。因此本文研究了马铃薯-藜麦和马铃薯-玉米轮作对土壤微生物群落结构、土壤理化质量、马铃薯生长发育以及产量的影响,以期为减轻马铃薯连作障碍,实现更好的轮作模式提供理论支持。主要结论如下:(1)轮作对土壤细菌群落结构产生了显著影响。相较于连作,马铃薯-藜麦轮作,马铃薯-玉米轮作明显提高了马铃薯根际土壤中细菌Chao1指数、ACE指数、Shannon指数。轮作处理土壤中变形菌门、酸杆菌门和芽单胞菌门相对丰度较连作显著增加,而放线菌门相对丰度显著降低。连作马铃薯田轮作后,根际土壤细菌优势属Sphingomonas、Gemmatimonas、Pyrinomonas、Aridibacter和Lysobacter相对丰度显著升高,其中轮作藜麦处理较连作分别提高了28.98%、2.79%、35.96%、28.86%和166.49%,轮作玉米处理较连作分别提高了70.40%、11.57%、56.54%、42.18%和90.37%。轮作后大部分与C、N相关的功能菌(Pseudolabrys、Sphingobium、Nocardioides、Arenimonas和Gaiella等)相对丰度显著升高。(2)相较细菌而言,轮作对于土壤真菌群落结构的影响更大。轮作较连作显著提高了根际土壤真菌群落多样性指数(Simpson、Shannon)和丰富度指数(Chao1、ACE)。连作马铃薯根际土壤中子囊菌门相对丰度占绝对优势;轮作处理土壤中子囊菌门相对丰度较连作显著降低,而担子菌门相对丰度显著增加。各处理根际土壤真菌优势属中,马杜拉分枝菌属、炭疽菌属和杯伞属分别仅存在于马铃薯连作、马铃薯-藜麦轮作和马铃薯-玉米轮作土壤中;轮作处理根际土壤中被孢霉属和金孢属相对丰度较连作显著升高,而赤霉属和镰刀菌属显著降低。连作马铃薯田轮作后,土壤中大部分有益菌(Metarhizium、Chaetomium、Mortierella、Clonostachys和Penicillium等)相对丰度显著升高,而大部分致病菌(Gibberella、Fusarium、Alternaria、Sarocladium和Ustilago等)相对丰度显著降低。(3)马铃薯-藜麦、马铃薯-玉米轮作明显降低土壤pH,提高土壤中有机质、碱解氮和有效磷含量,增强土壤肥力相关酶的活性,增加土壤细菌、放线菌数量和细菌与真菌数量比值(B/F),降低真菌数量,改善马铃薯根际土壤微环境,对植株生长发育起到促进作用,具体表现在马铃薯的株高、茎粗、地上部干重、根干重、单株薯重均有一定程度的增加。轮作藜麦、玉米使得马铃薯根系超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性上升,超氧阴离子产生速率下降,丙二醛(MDA)含量减少,渗透调节物质含量增加,表明通过轮作藜麦和玉米使得连作对马铃薯植株造成的胁迫得到了一定程度缓解。轮作藜麦、玉米显著提高了马铃薯根系总根长、根表面积、根体积、根平均直径和根尖数,说明轮作藜麦及玉米促进了马铃薯根系的生长发育,这与轮作藜麦及玉米改善土壤理化性质、生物学性质及促进马铃薯地上部分的发育相对应。比较轮作藜麦及轮作玉米的整体表现,以轮作玉米调控马铃薯连作障碍的效果较好。