El uso eficiente de enmiendas orgánicas (OM) se considera una práctica económica, ambiental y sostenible para mejorar la calidad del suelo, especialmente la acumulación de carbono orgánico (C) y la eficiencia en el uso del agua (WUE) en la agricultura de secano. Sin embargo, el efecto de diferentes OM en los nutrientes del suelo, las fracciones de carbono orgánico, el contenido de agua y el rendimiento de maíz no está claro en regiones áridas y semiáridas con suelo arenoso. Se realizaron experimentos de campo con cuatro OM, turba de hierba (GP), biochar (BC), fertilizante orgánico (OF) y paja de maíz (MS), con una cantidad equivalente de entrada de C en el borde sureste de la Tierra Arenosa de Mu Us en China. Los resultados indicaron que los nutrientes del suelo y las concentraciones de carbono orgánico lábil (DOC, MBC, KMnO-C y POC) fueron más altas bajo tratamientos de OM (GP, BC, OF y MS) que en CK en las capas de suelo de 0-0.10 m. El tratamiento de GP mejoró notablemente los valores del índice del pool de carbono (1.63, 2.51 y 2.24, respectivamente) en todas las capas en comparación con CK (1.00). En las etapas de madurez del maíz, el contenido de agua del suelo (SWC) bajo los tratamientos de GP y OF (11.3-13.4%) fue notablemente mayor que en el tratamiento de CK (alrededor de 10.0%). El rendimiento y la WUE fueron notablemente mayores en los tratamientos de GP y OF en comparación con CK. Los resultados demostraron que la enmienda de GP es superior para suelos arenosos estériles que los tratamientos de BC, OF y MS en la mejora de los nutrientes del suelo, la captura de carbono orgánico, la WUE y el rendimiento de cultivos en China.