Los cultivos de cobertura de invierno han demostrado promover la acumulación de carbono y nitrógeno de la biomasa microbiana, mejorar el ciclo de nutrientes, reducir la erosión, mejorar la estabilidad del ecosistema, etc. En el área de suelo negro del noreste de China, se seleccionaron los cultivos mixtos de L., L., Roth., L. y L., la siembra mixta de L. y Roth., y los campos de barbecho invernal (CK) para investigar los efectos de los cultivos de cobertura de invierno en el carbono total y nitrógeno del suelo y en el carbono y nitrógeno de la biomasa microbiana. Los resultados mostraron que (1) después del ciclo de congelación y descongelación estacional, la tasa de cambio en el SOC (-2.49~6.50%), TN (-1.54~5.44%), y C/N (-1.18~1.16%) fue menor que en SMBC (-80.91~-58.33%), SMBN (-65.03~332.22%), y SMBC/SMBN (-45.52~-90.03%); (2) los cultivos de cobertura de invierno no solo aliviaron los efectos negativos del ciclo de congelación y descongelación estacional, que reduce SMBC y qMBC, sino que también aumentaron SMBN y qMBN; (3) hubo una correlación positiva extremadamente significativa (< 0.01) entre SOC y TN, una correlación negativa significativa (< 0.05) entre SMBC y SMBN, y no hubo correlación significativa entre SOC y SMBC o entre TN y SMBN; (4) el nitrógeno alcalino-hidrolizable tuvo el mayor impacto en SOC y TN, mientras que el grado de saturación del suelo tuvo el mayor impacto en SMBC y SMBN; y (5) el monocultivo de L. fue el más efectivo en la conservación del carbono y nitrógeno microbiano del suelo. En conclusión, los cultivos de cobertura de invierno pueden mitigar la reducción en el carbono de la biomasa microbiana del suelo causada por el ciclo de congelación y descongelación estacional y también aumentar el contenido de nitrógeno microbiano del suelo en la región de suelo negro del noreste de China, de los cuales el monocultivo de L. mostró el mejor rendimiento.