在获得高产的同时改善土壤质量是农业生产的主要挑战。小麦（Triticum aestivum L.）–玉米（Zea mays L.）轮作（W–M）是黄淮海平原的主要种植模式，对保障中国粮食安全具有重要意义。然而，由于长期、集中、连续栽培，W–M轮作系统土壤质量正在退化。我们推测在W–M轮作系统中引入豆科作物可能是改善土壤质量的有效途径，本研究旨在验证这一假设，并探索小麦–花生（Arachis hypogaea L.）轮作（W–P）和小麦轮作玉米/花生间作（W–M/P）的高效种植系统，以实现黄淮海平原农业的高效生产。研究以传统的W–M轮作为对照，基于3年定位试验，系统研究了作物产量、净收益、土壤微生物和土壤碳库特征。结果表明：与W–M相比，W–P和W–M/P处理显著提高了小麦产量（分别提升382.5–579.0和179.8–513.1 kg ha–1）和净收益（分别提高58.2和70.4%）；在0 ~20 cm土层，W–M/P和W–M土壤有机碳储量比W–P分别增加了25.46–31.03%和14.47–27.64%；W–M/P改善了土壤活性碳组分，其中，20–40 cm土层的潜在可矿化碳、10–40 cm土层的微生物量碳和10–20 cm土层的可溶性有机碳的敏感指数分别达31.5%、96.5–157.2%和17.8%；细菌群落组成和功能随土壤深度和种植系统的不同而变化，W–M/P和W–M在0–20和20–40 cm土层分别具有相似的细菌群落组成和功能；与W–P相比，W–M的10–20 cm土层和W–M/P的0–20 cm土层具有较高的移动元件（contains mobile elements）和耐胁迫（stress tolerant）功能基因丰度、较低的潜在致病（potentially pathogenic）基因丰度；土壤有机碳和微生物量碳是影响土壤细菌群落的主要因素，其含量与Sphingomonadales和Gemmatimonadales正相关、与Blastocatellales负相关；作物有机物料输入是影响土壤有机碳和微生物群落变化的主要因素，并反馈作用于作物产量。综上，与传统的W–M系统相比，W–M/P系统可提高作物产量、净收益，改善土壤有机碳库，在设计高产种植系统时应考虑植物-土壤-微生物的相互作用。
中国是世界上糖尿病患者最多的国家，促进健康饮食对控制中国糖尿病的流行至关重要。大米（主要是精米）是中国近60%人口的主食。虽然精米的膳食纤维、微量营养素和多酚含量较低，而碳水化合物（淀粉）和无机砷（iAs）含量较高，但没有一致的证据表明中国糖尿病风险与精米摄入量有关。不过，中国低直链淀粉含量水稻品种的开发应用及气候变暖会导致米饭的血糖指数上升和稻米中iAs含量增加，进而可能促使与精米消费相关的糖尿病风险增加，这一点值得进一步研究。
马铃薯是中国北方主要的粮食作物之一。然而，降水量少且年际波动大严重威胁着北方雨养马铃薯的高产和稳产。在水分限制条件下，优化水分管理措施可有效提升马铃薯的产量和水分利用效率，从而能保证粮食安全。但当前较少研究定量了不同水分管理措施对中国北方马铃薯产量和水分利用效率的贡献。本文基于多源大田试验数据和作物模型，使用Meta分析方法定量了中国北方大兴安岭区、燕山丘陵区、阴山北麓区和黄土高原区马铃薯的潜在、灌溉和雨养产量及其水分利用效率。结果表明，APSIM-Potato模型模拟的马铃薯潜在干重产量在燕山丘陵最高（12.4 t ha-1），其次为阴山北麓（11.4 t ha-1）、大兴安岭（11.2 t ha-1）、和黄土高原（10.7 t ha-1）。大兴安岭、燕山丘陵、阴山北麓和黄土高原实测的雨养马铃薯干重产量分别占各区潜在产量的61、30、28和24%。潜在条件下燕山丘陵马铃薯的水分利用效率最高，其次为大兴安岭、阴山北麓和黄土高原，对应的水分利用效率分别为2.2、2.1、1.9和1.9 kg m-3。在北方马铃薯种植区，沟垄种植的马铃薯产量和水分利用效率可较平作提升8-49%和2-36%，而沟垄种植搭配覆膜的马铃薯产量和水分利用效率可较平作提升35-89%和7-57%。在水资源有限的马铃薯种植区，通过沟垄种植、覆膜和补灌相结合的水分管理方式能协同提高马铃薯的产量和水分利用效率。
中国65%人口以大米为主食。随着生活水平的不断提高，国人对优质食味（低直链淀粉含量）大米的消费和需求不断增加。但大米直链淀粉含量越低，其血糖指数往往越高，对糖尿病等慢性非传染性疾病的防治就越不利。基于中国已成为世界上糖尿病人最多的国家，我们呼吁应将低血糖指数作为水稻生产的一个目标。
