Pequeños cambios en el carbono orgánico asociado a los agregados del suelo y el nitrógeno del suelo (N) pueden inducir grandes fluctuaciones en las emisiones de gases de efecto invernadero y la fertilidad del suelo. Sin embargo, existe una brecha de conocimiento con respecto a las respuestas a sistemas de rotación continua a largo plazo, especialmente en cultivos de trigo fijadores y no fijadores de N en términos de la distribución de los agregados del suelo y el almacenamiento de carbono (C) y N en agregados en el suelo calcáreo semiárido de China Central. Esta información es crítica para avanzar en el conocimiento sobre la fijación de C y N de los agregados del suelo en sistemas de rotación de cultivos de secano. Nuestro objetivo fue determinar qué leguminosa (soja () o frijol mungo ()-trigo ()) es más propicia para la formación de una buena estructura del suelo y la fijación de C y N. Se llevó a cabo un experimento de campo de 10 años, incluyendo una rotación de soja ()-trigo de invierno () con incrementos de rendimiento del 2020 en comparación con el 2010 logrando 18.28% (soja) y 26.73% (trigo), respectivamente, y una rotación de frijol mungo ()-trigo de invierno (MWR) logrando 32.66% (frijol mungo) y 27.38% (trigo), así como barbecho, en la provincia de Henan, China. Se investigó el carbono orgánico del suelo (SOC), el contenido de N en el suelo y los agregados del suelo. El cultivo de rotación de leguminosas-trigo mejoró la proporción de las fracciones de suelo >2 mm y redujo las fracciones de agregados de 2 mm que el MWR. Dos rotaciones de leguminosas-trigo mejoraron la fijación de C y N que varió con las profundidades del suelo y las fracciones de tamaño del agregado. En contraste, el MWR tenía mayores existencias de SOC en todas las fracciones de todos los tamaños en las capas de suelo de 0-40 cm. Además, se observó un mayor almacenamiento de N en las fracciones de macro-, micro- y limo + arcilla en las capas de 0-30 cm; el MWR mejoró las relaciones C/N en la mayoría de los tamaños de agregados en comparación con el SWR. El sistema de cultivo MWR es más beneficioso para la formación de una buena estructura del suelo y el aumento de las reservas de C y N en el suelo. Por lo tanto, estos hallazgos muestran que el frijol mungo, en contraste con la soja en el sistema de rotación de leguminosas-trigo de una zona templada semiárida, puede ofrecer una mejora en la calidad del suelo.