La multifuncionalidad del suelo está estrechamente relacionada con la salud del suelo, sin embargo, falta una comprensión integral de este vínculo en suelos agrícolas. El objetivo de este estudio fue comprender cómo las prácticas de fertilización a largo plazo afectan la provisión de múltiples servicios al comparar la multifuncionalidad de los suelos. Los tres objetivos eran (i) determinar si el efecto de la fertilización es consistente entre los tipos de suelo, (ii) describir el efecto de los diferentes fertilizantes en la multifuncionalidad del suelo y (iii) identificar las propiedades químicas del suelo que pueden ser utilizadas fácilmente como proxies de la multifuncionalidad del suelo. Los descriptores pertenecen a tres índices de funcionamiento asociados con la disponibilidad de nutrientes, la transformación del carbono y el mantenimiento de la estructura del suelo. Este estudio es el primero en investigar el efecto de una variedad de fertilizantes orgánicos en la salud de tres tipos de suelo mediante la combinación de indicadores físicos, químicos y biológicos en agroecosistemas de caña de azúcar. Se obtuvo un aumento en la multifuncionalidad del suelo, sin efecto en el rendimiento. El efecto de los fertilizantes fue consistente entre los tipos de suelo. El filtro de lodo y el compost de residuos verdes aumentaron significativamente la multifuncionalidad y los índices de funcionamiento en comparación con el fertilizante mineral. Las modificaciones en las propiedades del suelo no explicaron completamente las variaciones observadas. Nuestros resultados confirman el alto potencial de la fertilización orgánica para mejorar la multifuncionalidad y proporcionar servicios ecosistémicos.