Debido al rendimiento relativamente bajo, así como a la baja eficiencia en el uso de recursos con los sistemas de doble cultivo de arroz ( Oryza sativa L.) (RR), explorar nuevos sistemas de cultivo para aumentar el rendimiento y la eficiencia en el uso de recursos simultáneamente se ha convertido en un gran desafío en la zona media del río Yangtsé (MRYR). Nuestro estudio anterior demostró que el sistema de cultivo de maíz ( Zea mays L.)-arroz (MR) exhibía una mayor superioridad en rendimiento y eficiencia en el uso de recursos en comparación con el sistema convencional de doble cultivo de arroz. Sin embargo, la razón de los aumentos de rendimiento tanto en maíz como en arroz y los procesos fisiológicos involucrados en esos dos cultivos bajo MR no se comprenden bien. Se realizó un experimento de campo de 3 años en dos sitios (Wuxue y Jingmen) desde 2016 hasta 2018 para examinar las diferencias en la acumulación de materia seca (DM), propiedades del suelo y eficiencia en el uso de recursos entre los sistemas de cultivo MR y RR. En comparación con RR, el rendimiento anual de MR fue 18.2-26.3% y 15.4-31.5% más alto a lo largo de tres años en Wuxue y Jingmen, respectivamente. El rendimiento promedio de maíz en MR fue 36.5% y 21.9% más alto que el del arroz temprano en RR en Wuxue y Jingmen, respectivamente. El aumento de rendimiento para el maíz se atribuyó principalmente a los aumentos del 29.7% (Wuxue) y 28.5% (Jingmen) en la acumulación de DM después de la polinización debido a la mayor tasa de crecimiento de las plantas promovida por la mayor tasa de asimilación neta y eficiencia en el uso de la radiación. Para el arroz tardío en MR, el rendimiento promedio fue 10.9% y 14.5% más alto que el del arroz tardío en RR en Wuxue y Jingmen, respectivamente, lo cual fue promovido por el aumento del 7.8-23.3% en la acumulación de DM antes de la antesis debido a la mejora de las propiedades del suelo. En comparación con RR, el sistema de cultivo MR exhibió un aumento en el pH del suelo, carbono orgánico total y nitrógeno mineral, y disminuyó la densidad aparente en la temporada de arroz tardío. Como resultado del mayor rendimiento en ambas temporadas bajo MR, la temperatura acumulada anual y la eficiencia en el uso de la radiación, la productividad parcial del nitrógeno aplicado y la eficiencia en el uso del agua de MR fueron 17.7-26.4%, 22.2-25.5%, 5.5-7.8% y 33.6-48.7% más altas que las de RR, respectivamente. Concluimos que el mayor rendimiento en el sistema de cultivo MR que en el sistema de cultivo RR se debió principalmente a la acumulación de biomasa después de la polinización debido al uso maximizado de la radiación en la temporada de maíz, y la acumulación de biomasa antes de la antesis debido a la mejora de los nutrientes del suelo en la temporada de arroz tardío.