El uso de fertilizantes orgánicos y paja de maíz como medidas amigables para enmendar es efectivo para alterar el ciclo del nitrógeno (N) del suelo en tierras de cultivo. Sin embargo, los efectos sintéticos del fertilizante orgánico combinado con la devolución de paja en la calidad del suelo siguen siendo desconocidos, especialmente en respuesta a los microorganismos de nitrificación y desnitrificación del suelo. Establecimos un experimento en un suelo brunisólico del noreste de China, que incluía principalmente cuatro tratamientos: CK (sin adición sin fertilizante químico tradicional), O (aplicación de fertilizante orgánico), S (devolución de paja) y OS (fertilizante orgánico combinado con devolución de paja). Los microorganismos de nitrificación y desnitrificación del suelo fueron investigados más a fondo utilizando secuenciación de alto rendimiento. Nuestros resultados muestran que, en comparación con CK, el contenido de agua del suelo, capacidad de campo, macroagregados con un diámetro > 0.25 mm, diámetro medio ponderado, carbono total, nitrógeno total, amonio, nitrato, carbono de biomasa microbiana y nitrógeno de biomasa microbiana mejoraron significativamente, y la resistencia a la penetración se redujo en una capa de suelo de 0-20 cm bajo los tratamientos O, S y OS. Además, el tratamiento OS aumentó efectivamente el contenido de potasio disponible y fósforo disponible y disminuyó el valor de la R de tres fases. La aplicación de fertilizante orgánico y paja optimizó efectivamente la estructura del suelo, especialmente el tratamiento OS. En comparación con CK, los tratamientos O, S y OS tuvieron una mayor abundancia de arqueas oxidantes de amonio (AOA) y mejoraron aún más la diversidad alfa y la menor abundancia de bacterias oxidantes de amonio (AOB) y microbios desnitrificantes de tipo -. AOA y fueron los impulsores clave del proceso de oxidación de amonio y del proceso de reducción de nitrito, respectivamente. Mientras tanto, la aplicación de fertilizante orgánico y paja reguló la abundancia relativa de Nitrososphaeria (AOA), Gammaproteobacteria ( y ), Alphaproteobacteria (), y Betaproteobacteria () en el suelo. El fertilizante orgánico y la devolución de paja regulan la estructura del suelo al mejorar la abundancia de Alphaproteobacteria, Betaproteobacteria y Gammaproteobacteria en las comunidades de microorganismos nitrificantes y desnitrificantes. En conjunto, el tratamiento OS fue una práctica adecuada de devolución de paja para optimizar el equilibrio de nutrientes del ecosistema agrícola en el noreste de China. Sin embargo, este estudio no determinó cómo reducir las aplicaciones tradicionales de fertilizantes nitrogenados bajo la aplicación de fertilizantes orgánicos y la devolución de paja; por lo tanto, nuestro objetivo es llevar a cabo investigaciones relacionadas en trabajos futuros.