El nitrógeno (N) es un nutriente esencial para el crecimiento de los cultivos, ya que la aplicación de fertilizantes nitrogenados regula la absorción de nitrógeno por las plantas, afectando las tasas fotosintéticas de las hojas, el crecimiento de los cultivos y la formación del rendimiento. Sin embargo, tanto la deficiencia como el exceso de N pueden reducir los rendimientos del maíz. Por lo tanto, optimizar la estrategia de aplicación de fertilizantes nitrogenados es crucial para la producción de cultivos. En este estudio, se realizó un ensayo en parcelas de campo con cinco estrategias de aplicación de fertilizantes nitrogenados en el campo de maíz desde 2021 hasta 2022 en el Distrito de Irrigación Amarillo de Ningxia, en el noroeste de China. Estas estrategias incluyen tasas de aplicación de N cero (CK, 0 kg ha), la estrategia práctica de aplicación de fertilizantes nitrogenados del agricultor (FP, 420 kg ha), la estrategia optimizada de aplicación de fertilizantes nitrogenados (OPT, 360 kg ha), la aplicación combinada de fertilizantes orgánicos y químicos (ON, 300 kg ha) y la aplicación de fertilizantes nitrogenados de liberación controlada y 33 de urea (CN, 270 kg ha). Se investigaron el rendimiento del maíz y el balance de N bajo cada tratamiento para proponer la estrategia optimizada de aplicación de N. Los resultados mostraron que el rendimiento de grano del tratamiento CN (15,672 kg ha) fue el más alto en ambos años, lo que fue un 109.97% y un 8.92% más alto que los tratamientos CK y FP, respectivamente. La tasa de utilización aparente y la productividad parcial del fertilizante nitrogenado disminuyeron con el aumento de la tasa de aplicación de N. Además, la tasa de utilización aparente del fertilizante nitrogenado en CN fue un 23.02%, 19.41% y 13.02% más alta que en FP, OPT y ON, respectivamente. La aplicación de urea de liberación controlada y fertilizantes orgánicos mejoró las propiedades físicas y químicas del suelo, aumentó el contenido de materia orgánica y la fertilidad del suelo, y, en última instancia, aumentó el rendimiento del maíz de primavera. Mientras tanto, las concentraciones de TN, NO-N y NH-N en el agua de lixiviación se correlacionaron significativamente con la tasa de aplicación de N. Con la extensión del período de crecimiento del maíz, las concentraciones de TN, NO-N y NH-N en el agua de lixiviación disminuyeron gradualmente. La cantidad de lixiviación de N en FP fue la más alta, mientras que en CN fue la más baja. El NO-N es la forma principal de lixiviación de N, representando entre el 46.78% y el 54.68% de la cantidad de lixiviación de TN. En comparación con CN, el ON aumentó significativamente el contenido de N inorgánico en la capa de suelo de 0-40 cm, y redujo el contenido residual de N inorgánico por debajo de los 40 cm de profundidad en comparación con los tratamientos FP y OPT. Considerando el rendimiento relativamente alto del maíz de primavera y la eficiencia de utilización de N, así como la cantidad de lixiviación de N relativamente baja y los residuos de N inorgánico en el suelo, los tratamientos ON y CN con una tasa de aplicación de N de 270-300 kg ha fueron las estrategias optimizadas de aplicación de N en el campo de maíz de primavera en el área de estudio.