La creciente escasez de recursos hídricos y de suelo, combinada con una gestión ineficiente del agua y los fertilizantes, plantea desafíos significativos para la agricultura en regiones áridas. Este estudio tuvo como objetivo determinar un modelo óptimo de regulación de agua y nitrógeno para aliviar la escasez de agua y mejorar la productividad y calidad agrícola. En este estudio, se llevó a cabo un experimento de dos años para investigar los efectos de diferentes niveles de riego y nitrógeno en el ambiente del suelo y el crecimiento de cultivos en un sistema de alfalfa. El experimento involucró cuatro gradientes de humedad y cuatro niveles de aplicación de nitrógeno (utilizando urea como fuente de nitrógeno). Los resultados indicaron que la humedad del suelo disminuyó durante el desarrollo del cultivo, seguida de un aumento lento, con variaciones significativas en las profundidades del suelo. La temperatura del suelo alcanzó su punto máximo durante la etapa de fructificación en julio, disminuyendo significativamente con la profundidad del suelo. Se registraron temperaturas más altas en N0 bajo el mismo nivel de riego y en W3 bajo el mismo nivel de nitrógeno. Los niveles de carbono orgánico del suelo (COS) aumentaron en un 16.24% en W3N0 y en un 18.05% en W2N1, en comparación con W0N3. Los niveles de carbono orgánico fácilmente oxidizable (COE) y carbono orgánico soluble (COS) mostraron variaciones significativas dependiendo de los tratamientos de riego y nitrógeno. El riego y el nitrógeno tuvieron un impacto individual más fuerte en la altura de la alfalfa y el grosor del tallo que sus efectos combinados. La regulación del agua y el nitrógeno influyó significativamente en el rendimiento, su peso de 100 frutos y la eficiencia económica (< 0.05). El tratamiento W0N2 produjo el mayor rendimiento (3238 kg·ha), superando a otros tratamientos en hasta un 29.52%. En conclusión, el modelo óptimo de regulación de agua y nitrógeno para el sistema de alfalfa es el riego completo (75-85%) con una tasa de aplicación de nitrógeno de 300 kg·ha. Estos hallazgos ofrecen información crítica para mejorar las estrategias de gestión del agua y el nitrógeno en regiones áridas.