现代集约化农业高投入、高产出，尽管为实现农产品有效供给和粮食安全做出了巨大贡献，但同时也因其作物种类单一，过度依赖化肥农药，导致资源利用率低、土壤肥力退化、生物多样性降低等一系列严峻的生态和环境问题。农田土壤退化所导致的有机质含量降低，土壤生产力下降，温室气体排放增加已严重威胁着农业的可持续发展。为了降低碳排放，我国提出 2030 碳达峰，2060 碳中和的目标。西北灌漠土区农田土壤肥力低、结构差、盐碱化、保水能力弱等主要障碍因子突出，中低产田比例接近 80%，构建既能够保证粮食安全、提升土壤的保墒培肥能力，又能降低环境代价的可持续农业生产体系已成为我国乃至全球的重大和迫切需求。

作物多样化种植（如：间套作、复种和轮作等）是我国传统耕作方式的精髓，在我国西北和其它粮食主产区的农业生产中发挥着重要作用并受到研究广泛关注。如：中国农业大学在作物多样化种植对地上部产量优势、地下部作物种间相互作用、土壤肥力和氮磷养分高效利用方面进行了深入系统研究，甘肃农业大学在种间相互作用对作物增产、水氮高效利用和土壤碳减排的调控作用方面开展了大量研究。

欧洲和美国也已经开始重视作物多样化种植，例如：欧盟的“地平线 2020（Horizon 2020）”计划资助了 6 个与作物多样性相关的大项目（2014-2020），即将实施的 IntercropValuES 项目（2023-2026）旨在通过间套作增加农田的生物多样性和农业的可持续性。美国近年来覆盖作物发展极为迅速，康奈尔大学在通过覆盖作物的种植，增加农田作物多样性，提升农田生态系统功能，进一步提升农业可持续性的研究方面取得了长足的进步。

国内外大量研究发现，多样化种植能够增加土壤有机质含量，减少作物耗水量，提升产能和可持续性。这主要有四个机制：（1）通过优化不同作物间的时序和空间配置，提高作物对光热、水分和养分的互补利用，减少水分蒸腾损失，并利用其资源需求及根系形态特征之间的差异，提高资源利用率；（2）多样化种植能够增加作物的根系生物量，增加输入到土壤中的有机物料，从而增加土壤有机质含量；（3）多样化种植，尤其是豆科/禾本科间作体系能够通过生物固氮和对土壤物理结构的改善，增加土壤大颗粒水稳性团聚体含量和土壤持水能力，从而起到保护土壤有机质，强化土壤抗旱保墒的作用；（4）多样化种植通过影响根系互作进一步改善微生物群落组成和功能，增强植物-土壤正向反馈，消减土壤障碍因子，提升土壤肥力。此外，不同耕作措施，如免耕、秸秆还田、绿肥翻压和有机肥添加等农艺措施也能够通过增加有机物料的输入、改善土壤结构，进而起到保墒减蒸、增碳培肥、提升耕地质量的目的。