La aplicación combinada de estiércol y fertilizante mineral representa una estrategia efectiva para mejorar el rendimiento de los cultivos. Sin embargo, la relación entre la fertilidad del suelo y el rendimiento de los cultivos sigue siendo poco clara en suelos salinos-alcalinos. Aquí, se llevó a cabo un experimento de campo de 9 años (2015-2023) para investigar los efectos de la aplicación de estiércol y las rotaciones de cultivos en el rendimiento de los cultivos y la eficiencia económica, así como los posibles mecanismos asociados en el Distrito de Irrigación de Hetao. Los resultados mostraron que en el tercer ciclo de rotación de cultivos, la aplicación combinada de estiércol y fertilizantes minerales (NPKO) causó un aumento del 6.2%, 38.9%, 65.3% y 132.2% en el rendimiento de trigo, girasol, rendimiento equivalente de trigo y el ingreso económico del girasol, respectivamente. El rendimiento promedio de granos tuvo una correlación positiva con la materia orgánica del suelo y el suministro de nutrientes. Esto sugiere que la materia orgánica del suelo tuvo un efecto positivo en el rendimiento de los cultivos debido a su impacto en el suministro de nutrientes. Al mismo tiempo, la tasa de establecimiento de semillas de girasol aumentó en un 65.2% bajo NPKO. El modelo de regresión lineal reveló que cada aporte adicional de 20 Mg ha de estiércol resultó en un aumento de 3.56 kg ha en la cosecha de fósforo de los cultivos y un aumento de 0.05 kg ha en el rendimiento equivalente de trigo en comparación con NPK. En conclusión, nuestros resultados destacaron que la aplicación de estiércol promueve las propiedades del suelo y mejora el rendimiento de los cultivos.