La alfalfa (L.), una leguminosa tolerante a la sequía, influye significativamente en el ciclo del carbono y el nitrógeno en regiones áridas y semiáridas. Este estudio investigó la dinámica de almacenamiento y secuestro de carbono y nitrógeno en tierras de pastoreo de alfalfa cultivadas durante 2-7 años bajo condiciones climáticas áridas continentales templadas (110-190 mm de precipitación anual). En general, la biomasa, el secuestro de carbono y nitrógeno en el pasto de alfalfa, y el almacenamiento y secuestro de carbono y nitrógeno en el suelo mostraron un patrón cuadrático con los años de siembra. La biomasa aérea alcanzó su punto máximo en 19.28 t·hm, con el secuestro de carbono y nitrógeno alcanzando el nivel más alto en 10.18 t·hm y 0.511 t·hm, respectivamente, en el año 5. Tanto el secuestro anual de carbono como de nitrógeno de la vegetación subterránea mostró un aumento, alcanzando un pico antes de disminuir con el año de siembra, y de Y3 a Y7, los valores de secuestro fueron consistentemente más altos que los de Y2. El secuestro de carbono y nitrógeno en el suelo alcanzó su punto máximo en el año 3. En comparación con las tierras de barbecho adyacentes, las tierras de pastoreo de alfalfa mantuvieron un secuestro de carbono en el suelo positivo hasta el año 6, pero se volvieron negativas (-8.03 t·hm) para el año 7. Desde los años 2-6, la alfalfa fijó carbono y nitrógeno a tasas comparables, pero devolvió desproporcionadamente menos carbono que nitrógeno al suelo. Para optimizar la sostenibilidad, recomendamos (1) rotar la alfalfa después de 6 años para prevenir el agotamiento de nutrientes del suelo y (2) aplicar fertilizantes ricos en carbono después del año 3 para equilibrar los nutrientes y prolongar la productividad en climas áridos.