间作种植模式对玉米和大豆干物质积累与产量组成的影响

玉米/大豆间作是中国北方地区常见的一种种植模式。本文通过2个生长季的大田试验,研究了间作种植模式对玉米和大豆的干物质积累与产量组成的影响。试验结果表明,生育前期（播后第79d以前）,不同种植模式下玉米的单株干物质量之间没有显著差异;生育后期,玉米/大豆1:3间作模式下（I1处理）玉米的单株干物质量高于单作玉米,达到极显著水平;玉米/大豆2:3间作模式下（I2处理）玉米的单株干物质量高于单作玉米,达到显著水平,1:3和2:3间作模式下玉米的单株干物质量也存在显著差异。生育期内不同种植模式下大豆的单株干物质量之间没有显著差异。利用Logistic方程拟合了单作和间作条件下玉米和大豆单株干物质积累的动态,相关性均达到极显著水平（P<0.01）。由于边际效应的影响,间作群体内玉米各器官干物质积累量高于单作。不同种植模式下大豆各器官的干物质积累差异不明显。间作玉米的干物质转换率高于单作,单作大豆的转换率高于间作。I1和I2处理间作总籽粒产量比单作玉米的籽粒产量增加约6%,比单作大豆的籽粒产量增加约320%。     

氮磷配施对玉米-大豆带状套作系统中土壤酶活性及速效养分的影响

为了探究玉米-大豆带状套作体系下不同施肥处理对玉米养分积累、土壤酶活性及土壤速效养分的影响,应用田间小区试验设置不同供氮(0, 120, 180, 240 kg/hm~2,记为N0、N1、N2、N3)和供磷水平(0, 35, 70, 105 kg/hm~2,记为P0、P1、P2、P3),以单作玉米(施氮水平:N0、N2,施磷水平:P0、P2)为对照。结果表明,玉米-大豆带状套作模式较玉米单作施氮磷的增效作用更明显,分别提高了20.16%和20.60%。套作玉米中,各氮磷处理对土壤酶活性及速效养分有影响,相同磷素水平下,土壤脲酶活性和碱解氮含量随施氮量的增加先增后减,于施氮180 kg/hm~2时最高,土壤磷酸酶活性则受到抑制,有效磷含量较不施氮降低;相同氮素水平下,随施磷量的增加,土壤脲酶、土壤酸性磷酸酶活性及土壤有效磷含量呈增加趋势,碱解氮含量先增后减。相关分析表明,氮磷互作下土壤脲酶活性与土壤碱解氮含量呈极显著正相关关系(r=0.636～0.812),与玉米氮磷积累呈正相关;土壤酸性磷酸酶活性与土壤有效磷及植株吸磷量呈正相关,尤其与有效磷含量存在极显著关系(r=0.634～0.851)。综上,玉米-大豆带状套作模式下,由于种间效应和氮磷互作共同作用,活化了根际土壤脲酶、酸性磷酸酶,提高土壤碱性氮含量和土壤有效磷含量,利于玉米植株氮、磷素的累积。本试验研究范围内,套作模式下玉米氮磷配施以氮减至180 kg/hm~2、磷减至70 kg/hm~2时,效应最佳。     

机械化条件下“豆玉”不同行距配置和减肥对作物产量及大豆光合特性的影响

研究大田机械化条件下不同玉米-大豆间作模式下的群体产量及大豆的光合特性,为筛选适合河南省玉米-大豆的行距配置和减肥施用提供理论基础。设置行比和减肥2个因素,玉米单作、大豆单作为对照,其中行比设置玉米大豆行比2:4间作(2/4J)、玉米大豆行比4:4间作(4/4J)2个处理,减肥处理在上面行比处理上减量20%(2/4N、4/4N),研究了不同行距配置及减肥条件下的作物产量及大豆LAI、干质量、SPAD值及叶片光合速率的影响。2年试验结果表明,玉米处理2/4J、4/4J、2/4N、4/4N比单作减产,LAI、干物质、SPAD值和叶片光合速率均显著低于单作,但减氮前后比较,除LAI指标外,干质量、叶片光合速率(Pn)和SPAD值没有显著差异。建议河南玉米-大豆间作模式行距配置和施肥管理中,玉米大豆间作行比2:4(2/4J)减氮20%处理2/4N更增加光合产物积累,从而提高大豆产量,提高间作效益。     

旱地红壤长期定位施肥养分下移特征及作物产量效应研究

为了给合理施肥与面源污染防治提供科学依据,以玉米为试材,试验设4个处理,研究了旱地红壤长期施肥养分在剖面中的下移特征和作物产量效应。结果表明长期施用N、P肥和有机肥显著增加0~20 cm碱解氮、速效磷、速效钾和有机质含量;N与P或有机肥配施明显减少20~60 cm碱解氮含量,60~80 cm碱解氮含量差异较小;P与有机肥配施减少20~40 cm速效磷含量;40~60 cm速效磷含量差异极小;40 cm以下速效钾差异不明显,有机质60~80 cm以下无差异。低产红壤经28年改良培肥,生产性能达到中上等肥力水平。长期施N和NP,玉米籽粒分别在第8、24年绝收,NMP处理比NP处理显著增产。     

玉米-豆科作物带状间套作对养分吸收利用及产量优势的影响

为明确玉米大豆套作、玉米花生间作养分吸收利用对产量优势贡献的差异。本研究开展了2年大田试验,通过比较间套作与相应单作成熟期植株氮磷钾养分吸收量和利用效率,综合分析了玉米大豆套作、玉米花生间作中养分吸收和利用效率的变化。结果表明:玉米大豆套作土地当量比(land equivalent ratio, LER)为1.16～1.72,具有套作产量优势,玉米花生间作LER为0.89～1.13,无明显间作产量优势。玉米大豆套作体系中,植株氮、磷、钾养分吸收总量比相应单作提高32.60%～54.22%、27.35%～34.64%和17.74%～24.42%,氮素利用效率低于相应单作21.99%～42.07%。氮、磷、钾吸收效率对LER的贡献分别为0.34～0.62、0.31～0.46和0.22～0.32,利用效率的贡献分别为–0.11～–0.35、–0.03～–0.31和–0.11～0.22。玉米花生间作体系中,氮、磷、钾养分吸收总量分别高出相应单作–7.86%～31.58%、23.09%～46.52%和1.60%～55.48%,氮素利用效率高出相应单作7.55～26.60。氮、磷、钾吸收效率对LE...     

施氮量和玉米-花生间作模式对氮磷吸收与利用的影响

2004—2005年在山东泰安研究了施氮量与种植方式对玉米和花生产量、生物量、氮磷吸收与利用以及蛋白质产量的影响。结果表明, 与单作相比, 玉米-花生间作显著提高了玉米产量和氮、磷吸收量, 但降低了花生产量和氮吸收量。2行玉米4行花生间作模式(2∶4间作模式)的产量、生物量、蛋白质产量、氮磷吸收量以及氮磷吸收利用效率均高于2行玉米8行花生间作模式(2∶8间作模式); 2∶4间作模式的氮、磷吸收效率均显著高于单作模式, 土地当量比(LER)和蛋白质土地当量比(PLER)均大于1, 土地利用率提高8%~17%, 间作优势明显。与不施氮处理相比, 施氮处理显著提高间作玉米产量, 间作花生增产不显著, 促进玉米-花生间作体系氮、磷积累, 提高了氮、磷吸收总量及磷吸收利用效率, 从而显著提高了间作体系的产量和蛋白质产量, 间作优势却随施氮量的增加而降低。     

施肥对不同种植模式下春玉米光合特性的影响

建立了一种密度与单作相同的超大宽窄行种植模式。通过小区试验,研究了该模式下施肥对春玉米单株叶面积、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)及光响应曲线的影响,比较了该模式与单作模式玉米光合特性的异同。结果表明,随着施肥量的增加,Pn、Gs、Ci和单株叶面积都有增加趋势。间作玉米与单作玉米相比,玉米的单株叶面积表现为间作在生育前期小于单作,但在灌浆期及以后的生育时期单作下降较快,表现出间作明显大于单作;玉米叶片Pn生育前期单作较高,但生育后期间作明显高于单作。叶片光响应曲线及其拟合结果也表明,间作前期的最大净光合速率和表观量子效率均小于单作,生育后期大于单作。本试验表明,超大宽窄行种植模式有助于玉米生育后期光合条件的改善。     

黄淮海农区超高产种植模式下玉米氮营养特性的研究

初步研究了探讨了黄淮海农区冬小麦Ⅱ早春玉米／夏玉米（简称间作玉米）、春玉米单作、冬小麦－夏玉米（简称单作夏玉米）轮作3种超高产种植模式下玉米的氮营养特性，结果表明，间作提高了玉米产量，但在高脂水平氮吸收效率却低于当量面积单作，在中肥和无肥水平下，间作氮利用效率高于单作，吸收效率低于单作。在作物共生期间，养分吸收存在着竞争和补偿作用，使得间作玉米氮吸收量在每个生育期都不同同于单作。间作提高了夏玉米氮素向籽粒的转移强度，而春玉米只在不施肥时有种趋势。     

氮磷钾施用方式对夏玉米植株和土壤养分及产量的影响

采用大田试验，研究等氮水平下不同肥料、分配方式及与磷、钾配施对夏玉米植株氮磷钾和土壤速效氮磷钾含量及产量的影响。结果表明：在常规施氮（底施和大口追施）、常规优化施氮（底施和大口、吐丝2 次追施）和控释氮素配施2 种磷钾水平用量（P2O5 105-K2O 120 kg/hm2和P2O5 157.5-K2O 180 kg/hm2）组合中，各处理大口期前植株干质量、氮磷钾含量、氮磷钾累积量以常规施氮高于控释尿素；成熟期穗粒数、千粒重和产量以控释尿素处理高于常规优化施氮处理，后者又高于常规施氮处理。等氮处理下，增施磷钾提高了植株磷、钾含量和累积量，植株含氮和氮累积量明显增加。各处理土壤速效氮、磷含量随生育进程不断降低，速效钾含量表现为“V”字型特征；土壤速效养分与植株养分含量表现趋势相反，生育后期控释尿素低于常规优化施氮，后者又低于常规处理。增施磷钾明显提高各时期土壤速效磷、钾含量，但使土壤氮含量降低。与对照相比，各处理单位氮、磷、钾生产籽粒能力降低；各处理中，单位养分生产籽粒以常规施氮高于常规优化施氮，后者又高于控释尿素。肥料养分利用率以控释尿素处理最高，其次为常规优化施氮，常规施氮最低。表明与常规施氮相比，控释尿素结合磷钾底施，能协调生育期间养分供应，改善植株中后期氮磷钾吸收、积累和物质生产，是改善养分利用效率、穗部性状和产量的优化施肥技术。     

水肥耦合对基质栽培辣椒前期产量和光合作用的影响

【研究目的】为了明确辣椒新型有机基质栽培水肥精确管理技术。【方法】本研究以辣椒品种‘苏椒5号’为试材,以前期筛选的最优基质配方T8为栽培基质,采用4因素5水平二次回归正交设计试验方案,研究不同水肥组合对辣椒前期产量、品质和光合参数等的影响,分析氮(N)、磷(P2O5)、钾(K2O)肥和水分的耦合效应。【结果】结果表明,低水平氮肥量和高水平基质含水量能增强光合作用、提高辣椒前期产量;磷肥量对辣椒生长发育的影响不大。氮、磷、钾肥、水对于辣椒产量交互效应大小顺序为：氮水＞钾水＞磷水＞磷钾＞氮钾＞氮磷。通过对建立的辣椒产量二次多项式回归模型分析,可知每株辣椒施入基肥N 0.88 g、P2O5 0.40 g、K2O 3.31 g、基质含水量63.53%,辣椒前期产量最高。【结论】验证实验表明构建的模型准确可靠。     

玉米/辣椒间作复合群体生理效应研究Ⅰ.不同间作方式对玉米/辣椒光合速率和产量的影响

为了确定玉米/辣椒间作不同种植方式下,对玉米/辣椒光合速率和产量的影响,设置3种玉米/辣椒间作带型结构,带比分别为P/M2:3、P/M2:5、P/M2:7。从光合速率上看,在3种间作2:3、2:5、2:7中,玉米光合速率均为最高,其次是单作,辣椒光合速率最低,辣椒间作比单作光合速率降低6.78%～20.4%;从产量上看,3种间作方式在产量上均高于单产,且达到极显著水平,并以2:3间作方式的总产量最高,比对照高84.7%。综合来看,2:5间作方式产值效应最好。     

玉米/辣椒间作对玉米和辣椒光合特征、 生物量和产量的影响

通过大田试验,研究玉米和辣椒间作对玉米、辣椒的光合指标、生物量和产量的影响。结果表明：在间作方式下,玉米、辣椒的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度、水分利用效率及气孔限制值均表现为较单作不同程度的增大趋势;玉米/辣椒间作条件下,玉米和辣椒的生物量和产量显著高于单作。因此,间作方式改善了玉米、辣椒的光合作用条件,提高了玉米和辣椒的生物量或产量。     

玉/豆和玉/薯模式下玉米氮素吸收利用差异及氮肥调控效应

研究西南地区玉米主要2种套作模式下氮素吸收利用差异及氮肥调控效应, 为氮素高效利用提供科学依据。在四川2个玉米主产区, 通过连续4年的大田试验, 对比研究了玉/豆和玉/薯模式下玉米氮素吸收利用差异和不同供氮水平对玉米氮素吸收的调控效应。结果表明, 玉/豆模式下玉米收获期植株中的氮素积累2个试验点平均较玉/薯模式增加7.11%, 氮收获指数增加2.00%左右, 氮素吸收效率增加7.83%, 成熟期籽粒中氮素的分配比例增加1.76%, 而叶、茎鞘中氮素的分配比例分别减少5.85%和2.75%。分带轮作后, 由于不同前茬对土壤养分影响不同, 再加上套作优势, 玉/豆模式下玉米在生长前期就表现出明显的优势, 到收获期植株氮素积累2个试验点平均较玉/薯增加11.85%, 氮素吸收效率增加11.84%。在玉米氮素积累关键时期, 玉/豆模式在低氮处理下玉米植株氮素的积累量显著高于玉/薯模式相同施氮处理, 而在高氮处理下2种模式间差异不大或者表现相反, 氮肥偏生产力、氮素农艺效率和氮肥利用率也有相似的结果; 玉/豆模式在180 kg hm^-2施氮量下较其他处理显著提高了玉米氮素农学利用率、氮素吸收利用率和籽粒中氮素的分配量, 玉/薯模式下玉米氮素农学利用率和氮肥利用效率, 在180~270 kg hm^-2施氮量处理下较高; 花后氮素同化量玉/豆模式显著高于玉/薯; 2种模式均以施纯氮180~270 kg hm^-2处理有利于氮素转运和花后氮素同化量积累。     

套作对太子参生物量和产量的影响

研究套作对太子参生物量和产量的影响,为这种重要中药材的合理栽培提供参考。通过连续 2个生长季的盆栽试验,以太子参单作为对照,设置大豆和玉米2种套作处理,考察套作对太子参生物量和产量指标的影响。与太子参单种相比,套作处理降低了太子参的地上生物量,增加了总生物量,显著地提高了产量,极显著地提高了根茎比;套作促进了光合产物向根系的分配,有助于太子参产量的提高,且套作大豆和玉米对提升太子参产量的效果相当;套作对太子参的单根重指标表现出了一定的促进作用,但其对太子参的增产作用主要是通过增加太子参的分根数来实现的。实际生产中可选择合适的作物与太子参套作,提高太子参产量,并获取更大的综合收益。     

玉米–大豆带状套作行距配置对作物生物量、根系形态及产量的影响

空间配置是影响间作套种作物生长和产量构成的关键因素之一。本研究固定玉米–大豆套作带宽200 cm,玉米采用宽窄行种植,设置4个玉米窄行行距为20 cm(A1)、40 cm(A2)、60 cm(A3)和80 cm(A4)套作处理,2个玉米和大豆净作对照处理,研究行距配置对套作系统中玉米和大豆生物量、根系及产量的影响。结果表明,套作大豆冠层光合有效辐射和红光/远红光比值均低于净作,且随着玉米窄行的增加而降低。套作系统中大豆地上地下生物量、总根长、根表面积和根体积从第三节龄期(V3)到盛花期(R2)逐渐增加,但随着玉米窄行的增加而降低。套作玉米地上地下生物量从抽雄期到成熟期逐渐增加,根体积却逐渐降低,但这些参数随玉米窄行的变宽而增加。玉米和大豆在带状套作系统中产量均低于净作,且随玉米窄行的变宽,玉米产量逐渐增加,2012和2013两年最大值平均为6181 kg hm–2,而大豆产量逐渐降低,两年最大值平均为1434 kg hm–2,产量变化与有效株数和粒数变化密切相关。此外,玉米–大豆带状套作群体土地当量比(LER)大于1.3,最大值出现在A2处理,分别为1.59(2012年)和1.61(2013年),且最大经济收益也出现在A2处理(2年每公顷平均收益为1.93万元)。因此,合理的行距配置对玉米–大豆带状套作系统中作物的生长、产量构成和群体效益具有重要的作用。     

玉米–大豆带状种植中套作高光效玉米窄行穂位叶光合特性对弱光胁迫的响应

玉米–大豆带状套作模式下,宽窄行种植玉米,窄行叶片存在着明显的光限制现象。采用低(A1:众望玉18)、中(A2:川单418)、高(A3:荣玉1210)光效玉米品种,玉米–大豆带状套作种植模式,带宽固定为2 m,每带种植2行玉米2行大豆,设置大豆行距40 cm和玉米不同的窄行行距(B1:20 cm; B2:40 cm; B3:单作)。探究套作高光效玉米窄行穂位叶在不同窄行光胁迫下的光合指标差异。结果表明,与低光效和中光效品种玉米相比,套作常规行距(40cm)下,高光效玉米品种(荣玉1210)窄行穗位叶光合速率、PEPCase活性分别显著高出46.9%、230.1%和11.8%、13.98%;对弱光(10:00前、16:00后)的利用效率及叶绿体结构完整程度较高,而叶绿素初始荧光(Fo)和最大荧光(Fm)较低;随套作窄行行距减小,3类品种玉米窄行穗位叶光合速率、光合作用关键酶活性均呈下降趋势,叶绿素初始荧光(Fo)、最大荧光(Fm)及有效光化学量子产量(Fv'/Fm')均呈现不同程度的升高,但均以套作高光效玉米变化幅度最小。套作高光效玉米在套作环境中窄行穗位叶的光合速率、光合作用关键酶活性、产量与单作差异均未达显著水平,而低光效玉米和中光效玉米套作与单作相比,光合速率、PEPCase活性显著降低28.9%、24.2%和7.4%、5.5%。因此,不同玉米品种适应套作窄行光胁迫的能力差异显著,套作高光效玉米(荣玉1210)在套作条件下仍具有相对理想的光合生理指标,这为其适应套作光环境并获得高产提供了理论依据。     

施磷对不同间作体系间作优势与磷肥利用的影响

为了探明施磷水平对不同间作体系产量间作优势和磷肥利用的影响,在河北曲周主要研究了施磷对玉米‖蚕豆、玉米‖大豆和玉米‖油菜3种间作体系土地当量比(LER)、磷吸收量、磷肥吸收效率和磷间作优势的影响。结果表明：玉米‖蚕豆的LER是1.24~1.31,玉米‖油菜的LER是1.20~1.24,玉米‖大豆的LER是1.11~1.15,均大于1,具有明显的间作优势;3个磷水平下,吸磷量表现为玉米‖大豆>玉米‖蚕豆>玉米‖油菜,除玉米‖油菜间作体系外,比单作玉米分别高21.5%%~40.2%和13.3%~22.9%,且均随着施磷量的增加而增加,但增加幅度降低;3种间作体系均具有明显的磷间作优势,除玉米‖大豆间作体系外,施磷后均降低;磷肥吸收效率除玉米‖蚕豆在施磷90 kg/hm²外均低于单作玉米,并且随着施磷量的增加而降低。这表明,通过活化磷能力强的作物与玉米间作可以提高土壤难溶性磷的利用,玉米‖大豆和玉米‖蚕豆比玉米‖油菜效果好,适宜的施磷量为90 kg/hm²。     

马铃薯/玉米套作对马铃薯品种光合特性及产量的影响

以马铃薯品种中薯5号(早熟, 株型直立)和米拉(中晚熟, 株型扩散)单作为对照, 在大田条件下, 调查马铃薯/玉米套作模式中2个品种光合指标的变化、块茎形成期至块茎增长期不同叶位气体交换参数的变化, 分析光合指标对产量的影响。结果表明, 整个生育期马铃薯叶绿素含量(Chl a+Chl b)套作高于单作, 叶面积指数(LAI)、比叶重(SLW)和叶绿素a/b值(Chl a/b)套作低于单作。从块茎形成期至块茎增长期, 群体光合有效辐射(PAR)、水分利用效率(WUE)、气孔限制值(L_s)呈下降趋势, 净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、胞间二氧化碳浓度(C_i)、蒸腾速率(T_r)呈上升趋势。PAR、P_n、G_s、T_r均随叶位的降低显著下降, 套作下降幅度低于单作。套作中、下层叶片P_n的下降受气孔因素和非气孔因素限制。套作降低了马铃薯上层叶P_n, 提高了中、下层叶P_n。套作中薯5号的Chl a+Chl b生育前期高于米拉, 生育后期低于米拉, SLW则相反; LAI和Chl a/b整个生育期高于米拉。套作中薯5号上层叶PAR高于米拉, 中、下层叶PAR低于米拉; 套作中薯5号上层叶P_n与米拉相近, 中、下层叶P_n高于米拉; 各层叶WUE、L_s高于米拉, G_s、C_i、T_r低于米拉。总之, 套作改变了马铃薯的光合特性, 并显著降低了马铃薯块茎产量; 套作恶化了中薯5号/玉米复合群体的光环境, 改善了米拉/玉米复合群体的光环境, 米拉/玉米套作体系土地当量比(1.40)大于中薯5号/玉米体系(1.24), 显示了较强的套作优势, 宜在生产中优先推广。     

不同青贮玉米品种与紫花苜蓿的间作效应

不同青贮玉米品种与紫花苜蓿的间作表明,间作青贮玉米边际效应显著,并因品种和生育时期的不同而异。大喇叭口期,间作青贮玉米光照强度和透光率比单作的提高,在基部为15.3%～88.1%和15.1%～89.0%,在中部为52.1%～74.1%和51.2%～73.0%。全生育期内,间作青贮玉米平均透光率比单作的提高,在基部为49.5%～62.1%,中部为40.7%～56.6%。5～30 cm土层地温从上到下呈递减趋势,同一土层温度均为间作高于单作;5 cm土层生育期内的平均地温间作比单作提高了1.0%～1.8%。收获期,间作青贮玉米株高、茎粗和叶面积指数比相同种植面积的单作玉米分别提高了2.3%～20.9%、0.4%～7.6%和2.2%～19.6%。间作复合群体的粗脂肪和粗蛋白含量比单作玉米分别提高了30.8%～59.1%和99.4%～137.5%,而鲜草和干草产量比单作玉米分别降低了22.7%～32.3%和17.6%～28.2%,比单作紫花苜蓿分别提高了156.7%～202.4%和176.5%～197.5%。间作紫花苜蓿初花期鲜草和干草产量及粗脂肪和粗蛋白含量表现出边行劣势,但差异不显著。综合分析表明,间作复合群体可充分利用田间光照和地温条件,并且紫花苜蓿是多年生豆科牧草,具有覆盖地面、防风固沙、培肥地力的作用,第2年5～6月份即可收获第一茬,不仅可以解决内蒙古因缺草而影响养殖业发展的问题,而且为间作青贮玉米提供了较大的生长空间。     

Intercropping maize and wheat with conservation agriculture principles improves water harvesting and reduces carbon emissions in dry areas

In arid and populated areas or countries, water shortage and heavy carbon emissions are threatening agricultural sustainability with food security severely, and becoming a major issue. It is unclear whether improved farming systems can be developed to tackle those issues through a sustainable agriculture. Here three farming practices that have proven to be essential and successful, which were: (a) crop intensification through strip intercropping, (b) water harvesting through conservation tillage; and (c) carbon sequestration through improved crop residue management options, were integrated in one cropping system. We hypothesize that the integrated system allows the increase of crop yields with improved water use efficiency, while reducing carbon emissions from farming. The hypothesis was tested in field experiments at Hexi Corridor (37°96′N, 102°64′E) in northwest China. We found that the integrated system increased soil moisture (mm) by 7.4% before sowing, 10.3% during the wheat–maize co-growth period, 8.3% after wheat harvest, and 9.2% after maize harvest, compared to the conventional sole cropping systems. The wheat/maize intercrops increased net primary production by 68% and net ecosystem production by 72%; and when combined with straw mulching on the soil surface, it decreased carbon emissions by 16%, compared to the monoculture maize without mulch. The wheat/maize intercrops used more water but increased grain yields by 142% over the monoculture wheat and by 23% over the monoculture maize, thus, enhancing water use efficiency by an average of 26%. We conclude that integrating strip intercropping, conservation tillage as well as straw mulching in one cropping system can significantly boost crop yields, improve the use efficiency of the limited water resources in arid areas, while, lowering the carbon emissions from farming. The integrated system may be considered in the development of strategies for alleviating food security issues currently experienced in the environment-damaged and water-shortage areas.