Este estudio tuvo como objetivo explorar las trayectorias de impacto en el carbono orgánico del suelo y el rendimiento de los cultivos al sustituir completamente o parcialmente el fertilizante de N químico con fertilizantes orgánicos. Un experimento de campo de cuatro años se llevó a cabo e incluyó cuatro tratamientos: (i) N0, sin aplicación de fertilizante de N; (ii) NF, solo aplicación de fertilizante de N sintético; (iii) 1/2OF, fertilizante orgánico sustituido por el 100% del fertilizante de N sintético, con la cantidad total de aplicación de N equivalente a la mitad de NF; y (iv) 1/3OF + 2/3NF, fertilizante orgánico sustituido por 1/3 del fertilizante de N sintético con la cantidad total de aplicación de N de fertilizante orgánico y sintético siendo equivalente a la de NF. Se determinaron el carbono orgánico total del suelo (TOC), las fracciones de carbono orgánico lábil (carbono de biomasa microbiana (MBC), carbono orgánico disuelto (DOC), carbono orgánico particulado (POC) y carbono orgánico fácilmente oxidable (EOC)), el índice de gestión del pool de carbono (CPMI), la distribución agregada del suelo y el carbono orgánico asociado a agregados estables al agua. Se utilizó el modelado de ecuaciones estructurales (SEM) para aclarar las trayectorias de impacto de los cambios en TOC y el rendimiento de ajo bajo diferentes tratamientos de fertilizantes de N. Los resultados mostraron que en comparación con N0 y NF, 1/2OF y 1/3OF + 2/3NF aumentaron significativamente los contenidos de TOC en un 14,1-20,6%. El MBC, DOC y EOC del suelo bajo 1/2OF fueron significativamente mayores que bajo N0, mientras que el tratamiento 1/3OF + 2/3NF tenía significativamente más POC. El CPMI se mejoró con el tratamiento de fertilizantes orgánicos, siendo el tratamiento 1/2OF significativamente mayor que N0 y NF. La proporción de masa de agregados del suelo con tamaños de partícula >2 mm fue significativamente mayor bajo N0, mientras que 1/3OF + 2/3NF aumentó significativamente la proporción de tamaños de partícula de 0,5-2 mm. El carbono orgánico asociado a agregados estables al agua mostró una tendencia de aumento y luego disminución, siendo los tamaños de partícula más grandes de 1-2 mm. Además, el fertilizante orgánico aumentó significativamente el carbono orgánico asociado a agregados estables al agua en comparación con N0 y NF. De manera similar, el rendimiento de ajo aumentó con el tratamiento de fertilizantes orgánicos, mientras que 1/3OF + 2/3NF aumentó significativamente el rendimiento en un 37,2% y 15,3%, respectivamente, en comparación con N0 y NF. Además, el análisis SEM indicó que los regímenes de fertilización podrían afectar directamente al TOC y a los componentes de carbono orgánico lábil al afectar al carbono orgánico asociado a agregados. En particular, los agregados con tamaños de partícula de 0,5-2 mm jugaron un papel importante, afectando indirectamente el rendimiento de ajo y el CPMI. Estos resultados indican que la aplicación de fertilizantes orgánicos tiene el potencial de mejorar el contenido de carbono orgánico del suelo y el rendimiento de ajo; además, aplicar completamente fertilizante orgánico puede reducir la entrada de fertilizante de N manteniendo aún un aumento en el carbono orgánico del suelo y el rendimiento de los cultivos a corto plazo. Sin embargo, aún se necesita precaución en cuanto al tipo y cantidad de fertilizante orgánico agregado en diferentes sistemas de cultivo y con diferentes texturas de suelo.