Los niveles elevados de dióxido de carbono (eCO) pueden aumentar los rendimientos de los cultivos, pero pueden reducir simultáneamente la calidad, afectando tanto las concentraciones de macronutrientes como de micronutrientes, y potencialmente disminuyendo el contenido de proteínas en los granos de cereal. Este estudio examinó los efectos del eCO y la fertilización con nitrógeno (N) en el crecimiento de los cultivos, el rendimiento y el ciclo de nitrógeno en el suelo a través de un experimento en invernadero de vidrio utilizando suelo Eutric Regosol. El diseño experimental incorporó dos gradientes de CO: CO ambiental (aCO) a aproximadamente 410 ppm durante el día y 460 ppm por la noche, y eCO a aproximadamente 550 ppm durante el día y 610 ppm por la noche. Además, se aplicaron dos tratamientos de fertilización con nitrógeno: sin fertilizante (N0) y 100 mg de N por kg de peso seco (DW) de suelo (N100). Los cultivos se cultivaron bajo dos sistemas de cultivo: el monocultivo de habas (L.) o trigo (Yunmai) y el cultivo intercalado de ambas especies. Los resultados demostraron que el eCO mejoró significativamente el crecimiento y el rendimiento tanto de las habas como del trigo, particularmente cuando se aplicó la fertilización con nitrógeno. La aplicación de fertilizante nitrogenado no siempre mejoró el rendimiento de los cultivos, considerando la complejidad de la gestión del nitrógeno bajo condiciones de eCO. Además, el cultivo intercalado de habas y trigo presentó múltiples ventajas, incluyendo rendimientos de cultivos mejorados, salud del suelo mejorada y aumento de los servicios ecosistémicos. Estos hallazgos sugieren que el cultivo intercalado puede servir como una estrategia sostenible para aumentar la productividad y la resiliencia del ecosistema frente al cambio climático. Los cambios en la aplicación de nitrógeno y la concentración de CO afectan el número de copias del gen de las bacterias y arqueas oxidantes de amoníaco, lo que puede afectar el proceso de ciclo de nitrógeno en el suelo. Existen interacciones complejas entre la biomasa de los cultivos, la acumulación de nitrógeno, la tasa de transpiración, la tasa fotosintética y la conductancia estomática con las propiedades del suelo (por ejemplo, pH, materia orgánica, contenido de nitrógeno) y la estructura de la comunidad microbiana. La interacción entre la concentración de CO, el nivel de aplicación de nitrógeno y el patrón de cultivo intercalado tuvo efectos significativos en el crecimiento de los cultivos, las propiedades del suelo y las comunidades microbianas. La investigación futura debería priorizar la investigación de los efectos a largo plazo del cultivo intercalado en la productividad del suelo y el desarrollo de estrategias de gestión que optimicen los beneficios de este sistema de cultivo.