Devolver la paja y el abono verde al campo es una práctica agronómica vital para mejorar los rendimientos de los cultivos y garantizar la seguridad alimentaria. Sin embargo, la investigación existente se centra principalmente en tierras secas y campos de arroz de baja fertilidad. Falta una discusión sistemática sobre los mecanismos de aumento de rendimiento y los patrones de respuesta del suelo a la fertilización orgánica a medio y largo plazo en campos de arroz subtropicales con alto contenido de materia orgánica. Este estudio realizó un experimento de campo de seis años (2019-2024) en una zona típica de producción de arroz de alta fertilidad, donde el contenido inicial de materia orgánica de la capa superior del suelo (0-20 cm) era de 44.56 g kg. Se establecieron cuatro tratamientos: PK (sin nitrógeno, solo fertilizante de fósforo y potasio), NPK (fertilizante convencional de nitrógeno, fósforo y potasio), NPKM (NPK + retorno completo de veza de invierno) y NPKS (NPK + retorno completo de paja de arroz). Se recolectaron muestras de suelo de 0-20 cm durante las etapas clave de crecimiento del arroz para monitorear los cambios dinámicos en el nitrato y el nitrógeno amoniacal. También se midieron el SPAD del arroz, el índice de área foliar (LAI), la altura de la planta y el número de macollas durante el período de crecimiento. Después de la cosecha de arroz de seis años, determinamos las propiedades del suelo superficial, incluyendo su materia orgánica, pH, nitrógeno total, fósforo, potasio, fósforo y potasio disponibles, y nitrógeno hidrolizable alcalino. Los resultados mostraron que, en comparación con NPK, el contenido de materia orgánica del suelo superficial (0-20 cm) aumentó en un 6.36% y un 5.16% (aumento promedio anual del 1.06% y 0.86%, menor que en áreas de baja fertilidad) en los tratamientos NPKS y NPKM, respectivamente; el contenido total de nitrógeno, fósforo y potasio aumentó en un 16.59%, 8.81% y 10.37% (NPKS) y 6.70%, 5.12% y 11.62% (NPKM), respectivamente; el contenido de fósforo disponible aumentó en un 21.87% y un 8.42%, respectivamente; el contenido de potasio disponible aumentó en un 47.38% y un 11.56%, respectivamente; y el contenido de nitrógeno hidrolizable alcalino aumentó en un 3.24% y un 2.34%, respectivamente. Sin embargo, el pH disminuyó en 0.07 en el tratamiento NPKS mientras que aumentó en 0.17 en el tratamiento NPKM, respectivamente, en comparación con el tratamiento PK. NPKS y NPKM mejoraron indicadores clave del crecimiento del arroz como el SPAD, LAI, altura de la planta y macollaje. En particular, el macollaje del tratamiento NPKS mostró una ventaja sostenida en la madurez, aumentando hasta un 13.64% en comparación con NPK, lo que también llevó a un aumento en el número efectivo de espigas. En comparación con NPK, NPKS y NPKM aumentaron el rendimiento promedio en un 9.52% y un 8.83% durante los seis años, respectivamente, siendo NPKM el que tuvo el mayor rendimiento en los primeros tres años (2019-2021) y NPKS el que tuvo el mayor rendimiento a partir del cuarto año (2022-2024). Estos resultados confirman que la incorporación de materiales orgánicos como la paja y el abono verde puede mejorar la fertilidad del suelo y la productividad del arroz, incluso en sistemas de arroz con altos niveles de materia orgánica. La investigación futura debería priorizar el monitoreo a largo plazo de la dinámica de los ciclos de carbono y nitrógeno y las emisiones de gases de efecto invernadero para evaluar de manera integral la sostenibilidad de estas prácticas.