La siembra de un abono verde de raíces profundas (más de 1.0 m de profundidad) mejora enormemente la fertilidad del suelo y reduce la pérdida de nutrientes. Sin embargo, pocos estudios han examinado la respuesta de la distribución de nitrógeno (N) en el perfil del suelo y la recuperación de N en el subsuelo ante la siembra e incorporación a largo plazo de abonos verdes de raíces profundas. Basado en un experimento de 12 años (2009-2021) de rotación de maíz de primavera con abonos verdes de invierno en la Llanura del Norte de China (NCP), este estudio investigó los efectos de diferentes abonos verdes que se sembraron durante el invierno, incluyendo el pasto de centeno (RrG, L.) (>1.0 m), Orychophragmus violaceus (OrV, L.) (>0.8 m) y veza peluda (VvR, Roth.) (>1.0 m), sobre el rendimiento del maíz de primavera, la distribución de N en el perfil profundo del suelo, las eficiencias de uso de N, las abundancias de genes funcionales involucrados en los procesos de nitrificación-desnitrificación del suelo y la producción de NO. En comparación con el barbecho invernal, el rendimiento del maíz aumentó significativamente en un 11.6% después de 10 años de abono verde, y el almacenamiento de agua en el perfil del suelo de 0-200 cm aumentó significativamente entre un 5.0-17.1% en la etapa de plántula de maíz. El contenido total de N en la capa de suelo de 0-90 cm aumentó entre un 15.8-19.7%, mientras que el contenido de nitrato en la capa profunda del suelo (80-120 cm) disminuyó entre un 17.8-39.6%. La siembra de abono verde aumentó significativamente la tasa de recuperación de N (10.4-32.7%) y la productividad parcial del N de fertilizante (4.6-13.3%). Además, los genes funcionales de N en la capa superior del suelo (arqueas oxidantes de amoníaco y bacterias oxidantes de amoníaco) disminuyeron significativamente sin aumentar el potencial de producción de NO. Estos resultados indicaron que la siembra a largo plazo de abonos verdes de raíces profundas reduce efectivamente la acumulación de nitratos en el suelo profundo y mejora el rendimiento de los cultivos y las eficiencias de uso de N, demostrando un gran valor en el abono verde para mejorar la fertilidad del suelo, aumentar el rendimiento de los cultivos y reducir el riesgo de pérdida de N en la NCP.