Люцерна выносит из почвы значительно больше питательных веществ, чем зерновые. При урожае сена 50—60 ц с 1 га вынос азота составляет 120 кг, фосфора — 36, калия — 110, кальция — 145 кг с 1 га.
При оптимальных условиях увлажнения вносят более высокие дозы навоза или торфонавозных компостов (30—40 т на 1 га), при недостатке влаги их снижают в 2 раза. Органические удобрения применяют или под предшествующую культуру, или под покровную культуру и люцерну, заделывая на глубину основной вспашки.
Фосфорные и калийные удобрения высокоэффективны при заделке под зяблевую вспашку или культивацию. В условиях достаточного увлажнения вносят по 60—100 кг действующего вещества фосфора и калия на 1 га, в засушливых районах — по 40—60 кг действующего вещества фосфора и калия на 1 га. В хлопкосеющих районах при возделывании люцерны на орошаемых землях дозы увеличивают до 100—120 кг Р2O5 и 50—90 кг К2O.
В первый год жизни для лучшего роста и повышения урожая первых укосов вносят 20—30 кг азота при чистом посеве люцерны или 50—60 кг на 1 га при посеве ее под покров.
Повышению урожая способствует припосевное внесение в рядки гранулированного суперфосфата из расчета 40—50 кг на 1 га. Эффективными являются и подкормки фосфорно-калийными удобрениями, которые проводят однократно за вегетацию после первого года пользования травостоем. В засушливых районах в подкормку вносят 30—40, а при орошении — 50—60 кг действующего вещества фосфора и калия на 1 га.
Ввиду продвижения зоны люцерносеяния в более северные районы, где преобладают дерново-подзолистые и серые лесные почвы с повышенной кислотностью, обязательным агротехническим мероприятием является известкование. Известковый туф, молотый известняк или доломитовую муку вносят по полной дозе (по гидролитической кислотности) в пару, под предшествующую или покровную культуру.