La incorporación de paja de arroz (PA) y trébol chino (TC) con fertilizantes químicos (FC) reducidos es una solución viable para reducir la dependencia de los FC. Sin embargo, se ha realizado poca investigación para investigar el impacto del TC y la PA con FC reducidos en la producción de arroz. Se llevó a cabo un ensayo de campo desde 2018 hasta 2021 con seis tratamientos: CK (sin fertilizante), F100 (100% de fertilizante NPK (FC)), MSF100 (100% FC + incorporación de TC y PA), MSF80 (80% FC + TC + PA), MSF60 (60% FC + TC + PA) y MSF40 (40% FC + TC + PA). Los resultados revelaron que, en comparación con el F100, el tratamiento MSF80 mantuvo un rendimiento medio de grano significativamente más alto durante los cuatro años, con un aumento del 5.8~24.5%. El tratamiento MSF80 también mejoró las eficiencias de uso de nitrógeno (N), fósforo (P) y potasio (K), el índice de rendimiento sostenible y la productividad del factor parcial. La materia orgánica del suelo (MOS), el nitrógeno total (NT), el nitrógeno amoniacal (NH-N), el nitrógeno nitrato (NO-N), el fósforo disponible (FD) y el potasio disponible (PD) se mejoraron significativamente bajo MSF80 en diferentes etapas de crecimiento en las temporadas de 2020 y 2021 en comparación con F100. El análisis de correlación de Pearson reveló una fuerte correlación positiva entre MOS, NT, NH-N, FD, PD y el rendimiento del arroz. Además, el Modelado de Caminos de Mínimos Cuadrados Parciales (PLS-PM) demostró relaciones significativas entre enmiendas orgánicas, nutrientes del suelo, absorción de nutrientes y rendimiento. Los hallazgos anteriores sugieren que combinar el retorno de PA con la incorporación de TC es una estrategia sostenible a largo plazo para mantener la salud del suelo, y podría reducir la adición de fertilizantes en un 20% sin perjudicar el rendimiento del grano de arroz en un sistema de rotación de arroz-abono verde.