马铃薯生产中化学肥料的过量施用和较低的利用效率不仅造成了养分资源的浪费,而且引起了一系列环境和生态问题,威胁着马铃薯可持续发展和生态安全。有机养分替代化学养分,可有效降低化肥的投入、提高肥料利用率,对农业面源污染防控有显著效果,因此在马铃薯产业绿色发展需求背景下,有机肥替代部分化肥成为关注度日益增加的研究领域。内蒙古阴山北麓是我国重要的马铃薯产区,但针对当地马铃薯种植模式、气候条件、土壤环境等条件的有机肥替代化肥研究尚未系统开展。为避免马铃薯连作造成的危害,当地研究形成了马铃薯-小麦轮作模式,而马铃薯可持续发展问题的研究显然不能离开整个轮作体系,而且小麦根系吸收能力、生育特性与马铃薯存在较大差异,有机肥替代对阴山北麓地区小麦生育及产量的影响规律尚未明确。因此,系统研究马铃薯-小麦轮作体系下有机肥替代对农田土壤理化性质、微生物群落结构、作物生长发育及产量的当季影响和持续影响具有重要理论意义和实践价值,不仅是马铃薯减肥增效的基础,更是实现该地区马铃薯-小麦轮作体系化肥减施和健康土壤培养的基本前提。基于上述科学问题,在内蒙古阴山北麓地区马铃薯-小麦轮作体系下,进行定位试验,以腐熟羊粪商品有机肥为化学肥料替代肥,系统研究了 100%化肥(T0)、有机肥替代30%化肥(T1)、有机肥替代60%化肥(T2)、有机肥替代80%化肥(T3)4种施肥处理对该地区马铃薯-小麦轮作体系马铃薯季和后茬小麦季农田土壤理化及生物学性状、作物生长发育、产量及养分吸收利用等的影响。主要研究结果如下:1、与施用100%化肥比较,有机肥替代60%化肥可显著增加马铃薯季块茎膨大期土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量。有机肥替代化肥可稳定小麦季后期土壤速效养分供应,且随轮作年限的增加,土壤有机质含量显著提高。2、与100%化肥处理比较,有机肥替代60%化肥显著提高了土壤细菌多样性和丰富度。在马铃薯季,土壤细菌群落中的优势菌群分属于变形菌门((Proteobacteria))、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)和拟杆菌门(Bacteroidetes)。此外,芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、Patescibacteria、疣微菌门(Verrucomicrobia)、罗卡氏菌门(Rokubacteria)等也能在各年份土壤样品中被检测到。在轮作第二年和第三年小麦季,优势菌门无变化,但有机肥替代化肥增加了绿弯菌门(Chloroflexi)和拟杆菌门(Bacteroidetes)丰富度。3、在轮作第一年马铃薯季,有机肥替代处理与100%化肥处理相比土壤酶活性无显著差异,但在轮作第二年和第三年小麦季,与100%化肥处理相比,有机肥替代60%化肥可提高土壤碱性磷酸酶、脲酶活性,并对土壤蔗糖酶、脱氢酶和过氧化氢酶活性有稳定作用。4、马铃薯季,有机肥替代60%化肥马铃薯单株薯重显著高于100%化肥处理,马铃薯增产8%～12%,产量稳定性最高。小麦季,有机肥替代60%化肥相对于100%化肥显著提高小麦穗粒数和产量,虽然在试验年度范围内随轮作年限的增加,有机肥替代60%化肥较100%化肥处理的增产幅度有所降低,但有机肥替代60%化肥下小麦产量稳定系数始终最高。5、在马铃薯季,与100%化肥处理相比,有机肥替代60%化肥可提高马铃薯块茎膨大期干物质同化速率以及养分的积累量,并显著提高氮、磷和钾肥偏生产力;在小麦季,与100%化肥处理相比,有机肥替代60%化肥可提高小麦成熟期干物质累积量和养分积累量。综上结果可以得出,在阴山北麓地区,实施有机肥替代不仅可以逐渐增加土壤有机质含量,而且在有机肥替代60%化肥的条件下,通过提高马铃薯块茎膨大期、小麦成熟期速效养分供应,增加作物养分吸收,促进干物质积累,进而提高和稳定马铃薯、小麦当季的产量,同时通过增加土壤细菌多样性和丰富度,提高土壤碱性磷酸酶、脲酶活性而不断改善土壤。因此,在阴山北麓地区马铃薯-小麦轮作体系,有机肥替代60%化肥具有良好的当季效应和持续效应,值得推荐。具体推荐方案为:马铃薯季,有机肥施用量为8t/hm2,氮、磷(P2O5)、钾(K2O)施用量分别为124 kg/hm2、110 kg/hm2、135kg/hm2;小麦季,有机肥施用量为5t/hm2,氮、磷(P2O5)、钾(K2O)施用量分别为 76 kg/hm2、62 kg/hm2、75kg/hm2。