Aumentar la riqueza de especies a través de la rotación se considera una medida prometedora para mejorar las funciones y servicios del agroecosistema. Sin embargo, los efectos heredados de la introducción de leguminosas en una rotación trigo-maíz en la Llanura del Norte de China en la microecología del suelo, especialmente en el metaboloma del suelo, en la temporada de trigo siguiente no han sido dilucidados. Este estudio estableció tres sistemas de cultivo: (1) una rotación continua de trigo de invierno-maíz de verano (M), (2) una rotación de trigo de invierno-cacahuete de verano (maíz de verano) (PM) y (3) una rotación de trigo de invierno-soja de verano (maíz de verano) (SM). Las propiedades fisicoquímicas del suelo, las comunidades microbianas y los metabolomas fueron analizados en la etapa del cultivo de trigo siguiente. Introducir cacahuetes o soja en una rotación trigo-maíz redujo significativamente la abundancia de bacterias del suelo e incrementó el índice de Shannon fúngico del suelo. Este ajuste de rotación tuvo un impacto sustancial en la estructura y composición de taxones de la comunidad microbiana del suelo. La diversificación de cultivos aumentó el número de bordes totales, el grado promedio y el número promedio de vecinos en la red de co-ocurrencia microbiana del suelo. Diferentes rotaciones de cultivos afectaron significativamente los perfiles metabólicos del suelo en los modos de iones positivos y negativos. La diversificación de cultivos redujo significativamente la abundancia de cumarina y ácido cumárico en los suelos. En conclusión, la introducción de cacahuetes o soja en una rotación trigo-maíz podría aumentar la diversidad de la comunidad fúngica del suelo, cambiar la estructura de la comunidad microbiana del suelo y la composición de taxones, aumentar la complejidad de la red ecológica microbiana del suelo y reducir la abundancia de aleloquímicos del suelo. Nuestro estudio demostró la continuidad del impacto de la rotación de cultivos en la ecología del suelo y reveló las ventajas ecológicas de la diversificación de cultivos desde la perspectiva de la microbiología del suelo y la metabolómica.