El acolchado y la fertilización con nitrógeno (N) son los principales impulsores de la producción agrícola sostenible. El uso exclusivo de fertilizantes nitrogenados amenazó tanto la fisiología como la producción de maíz en áreas de secano. Por lo tanto, propusimos que el acolchado con paja de trigo junto con la fertilización con N aumentaría el rendimiento del maíz al mejorar la fertilidad del suelo, la fisiología y la eficiencia en el uso del nitrógeno. Un estudio de campo de dos años evaluó los efectos de CK (control), N (aplicación de nitrógeno a 172 kg ha), HS (mitad de acolchado de paja de trigo, 2500 kg ha), HS+N (mitad de paja de trigo, 2500 kg ha más 172 kg N ha), FS (paja de trigo completa, 5000 kg ha) y FS+N (paja de trigo completa, 5000 kg ha más 172 kg N ha) sobre el crecimiento, la fisiología y la bioquímica del maíz. En comparación con el control, el tratamiento FS+N resultó en un aumento del 56% en la eficiencia fotosintética, 9.6% en la eficiencia en el uso del nitrógeno, 60% en la absorción de nitrógeno, 80% en azúcares solubles, 59% en almidones, 48% en biomasa y 29% en el rendimiento de grano de maíz. Además, el régimen FS+N aumentó en un 47%, 42% y 106% el carbono orgánico del suelo y el contenido de P y N disponibles en comparación con el control. Los rendimientos de grano y biomasa de maíz estaban correlacionados positivamente con la absorción de N, la fotosíntesis, el carbono orgánico del suelo y los contenidos de N y P disponibles en el suelo. En conclusión, el uso de paja de trigo a 5000 kg ha, junto con 172 kg N ha, es una opción prometedora para construir un sistema de cultivo sostenible de trigo-maíz para lograr un rendimiento óptimo de los cultivos y mejorar la salud de las plantas y del suelo en una región semiárida de China.