Una fertilización eficiente es vital para la producción de arroz y la agricultura sostenible. La fertilización convencional (CK) sufre de baja eficiencia y contaminación ambiental, mientras que la fertilización lateral profunda (SF) ofrece una alternativa eficiente y respetuosa con el medio ambiente. Los cambios en los genes funcionales del ciclo del carbono microbiano inducidos por SF en suelos de arrozales permanecen poco claros. Este estudio investiga los efectos de SF y CK en el carbono orgánico del suelo (SOC), nitrógeno total (TN), comunidades microbianas y genes de ciclado de carbono y nitrógeno en arrozales de doble cultivo a través de experimentos de campo. Los resultados revelan que SF aumenta significativamente el TN en capas de suelo más profundas (10-20 cm), mejorando la expresión de genes de fijación de nitrógeno (por ejemplo, K02591 y K02588) y vías de metabolismo del nitrógeno, junto con el aumento y la abundancia. En contraste, CK promueve la acumulación de SOC y aumenta la regulación al alza de genes de metabolismo del carbono (por ejemplo, K01179 y K01728) en capas superficiales (0-10 cm). En capas más profundas, SF eleva la abundancia de genes de reducción de nitrógeno (por ejemplo, K02591) mientras suprime la desnitrificación y la reducción asimilatoria de nitrato, mientras que CK mejora la reducción de nitrato disimilatoria (por ejemplo, K02568). El análisis de redundancia (RDA) muestra que las propiedades del suelo (pH, SOC y TN) conducen a la estructura de la comunidad microbiana, con una relación positiva con SOC y TN. Estos hallazgos demuestran que SF optimiza el ciclado de nitrógeno en suelos más profundos al mejorar la eficiencia de uso del nitrógeno y el crecimiento microbiano funcional, mientras que CK favorece la secuestración de carbono en capas superficiales. Este estudio proporciona una base científica para adaptar estrategias de fertilización a la profundidad del suelo, aprovechando la dinámica de los genes de ciclado de carbono y nitrógeno para mejorar la fertilidad del suelo y la sostenibilidad en la producción de arroz.