Un desequilibrio entre la oferta y la demanda de nutrientes dentro del sistema cultivo-suelo ha resultado de la práctica prevalente de la fertilización excesiva en la agricultura. Para aumentar el crecimiento de los cultivos, mejorar la eficiencia en el uso de recursos y reducir la contaminación agrícola de fuentes no puntuales, son esenciales técnicas de manejo de cultivos adecuadas. Este estudio examinó los efectos de cuatro tasas de aplicación de nitrógeno (0 kg·ha (C0), 80 kg·ha (C1), 160 kg·ha (C2) y 240 kg·ha (C3)) y tres sistemas de cultivo de alfalfa (plantación plana tradicional, FP; acolchado biodegradable cubierto de cresta, JM; y acolchado convencional cubierto de cresta, PM) sobre el transporte de nitrógeno inorgánico en el suelo, la asignación de nitrógeno dentro de las plantas de alfalfa y las emisiones de NO del suelo. A lo largo de la fase de crecimiento de la alfalfa, se examinaron cuantitativamente las dinámicas del balance de nitrógeno dentro del sistema suelo-planta-atmósfera. Los hallazgos mostraron: (1) Las concentraciones de NO-N y NH-N en el suelo aumentaron con la tasa de aplicación de nitrógeno, pero disminuyeron con la profundidad del suelo. El tratamiento PMC3 tuvo las mayores reservas de nitrógeno inorgánico al final del período de crecimiento de la alfalfa. (2) El patrón de PM > JM > FP para la absorción de nitrógeno y la acumulación de nitrógeno en la biomasa en las hojas y tallos de alfalfa alcanzó su punto máximo en la tasa de tratamiento de nitrógeno C2. (3) A medida que aumentaron las tasas de aplicación de nitrógeno, el flujo de emisión de NO en pastizales y las emisiones totales también siguieron el patrón PM > JM > FP. (4) El tratamiento PMC2 mostró balances de nitrógeno aparentes de 9.73 kg·ha y 1.84 kg·ha durante la temporada de crecimiento de dos años, con tasas de pérdida de nitrógeno aparentes de 6.08% y 1.15%, respectivamente, ambas significativamente más bajas que otros tratamientos, según el análisis de balance de nitrógeno. En resumen, el patrón de aplicación de nitrógeno que combina acolchado plástico convencional cubierto de cresta con niveles moderados de aplicación de nitrógeno puede lograr un balance de nitrógeno en los sistemas de pastizales de alfalfa dentro del distrito de riego del río Amarillo en la provincia de Gansu, China, y zonas ecológicas similares.