当方ではdefai;tsの使用で問題なく32と64-bitが切り替わりますがお仰せのようにPLIST本来の形式とは違います。
sudo defaults write /Library/Preferences/SystemConfiguration/com.apple.Boot Kernel\ Flags -string arch=x86_64
sudo systemsetup -setkernelbootarchitecture x86_64
それは最後に正しいコマンドで上書きしているからです。
sudo systemsetup -setkernelbootarchitecture x86_64
だけで設定できるのですから defaults write の実行は不要だと思います。