El retorno de paja (SR) más fertilizante de nitrógeno (N) se ha convertido en un modo práctico de manejo de campo para mejorar la fertilidad del suelo y el rendimiento de los cultivos en el norte de China. Este estudio tiene como objetivo explorar la relación entre los desechos orgánicos, la utilización de nutrientes minerales y el rendimiento de los cultivos bajo el modo SRN. Los tratamientos de fertilizante incluyeron sin fertilizar (CK), SR (pajas de trigo y maíz), fertilizante N (N) y SR más fertilizante N (SRN). El tratamiento SRN no solo aumentó significativamente el rendimiento de grano, la tasa fotosintética neta y la tasa de transpiración, sino que también mejoró los contenidos de clorofila, azúcar soluble y proteína soluble, y aumentó las actividades de las enzimas antioxidantes, pero redujo la concentración de CO intercelular y el contenido de malondialdehído (MDA) en comparación con otros tratamientos. Se identificaron 2572, 1258 y 3395 genes expresados diferencialmente (DEGs) a partir de las comparaciones emparejadas de SRvsCK, NvsCK y SRNvsCK, respectivamente. Los niveles de transcripción de muchos genes prometedores involucrados en el transporte y asimilación de potasio, fosfato y nitrógeno, así como en los metabolismos de azúcar, lípidos y proteínas, fueron regulados a la baja por el retorno de paja bajo el tratamiento N. El tratamiento SRN mantuvo el rendimiento máximo de grano de maíz regulando la expresión de una serie de genes para reducir el estrés por escasez de nutrientes y mejorar la fotosíntesis de las hojas de la mazorca en la etapa de llenado de grano de maíz. Este estudio profundizaría la comprensión de los complejos mecanismos moleculares entre los desechos orgánicos, la utilización de nutrientes minerales, el rendimiento de los cultivos y la calidad.