El uso intensivo a largo plazo de fertilizantes minerales en sistemas de doble cultivo de arroz ha provocado la acidificación del suelo y la degradación del mismo. La fertilización con estiércol se sugirió como una estrategia alternativa para mitigar la degradación del suelo. Sin embargo, los efectos de la fertilización a largo plazo con minerales y estiércol en el rendimiento del grano de arroz, la estabilidad del rendimiento, el contenido de carbono orgánico del suelo (SOC), el contenido total de nitrógeno del suelo (TN) y los mecanismos subyacentes no están claros. Basándonos en un experimento a largo plazo establecido en 1981 en el sur de China, comparamos cuatro tratamientos: sin aplicación de fertilizantes (Control); aplicación de nitrógeno-fósforo-potasio (NPK); NPK más abono verde en arroz temprano (M1); y M1 más estiércol de corral en arroz tardío y retorno de paja de arroz en invierno (M2). Nuestros resultados mostraron que 37 años de NPK, M1 y M2 aumentaron significativamente el rendimiento del grano de arroz en un 54%, 46% y 72%, y la estabilidad del rendimiento en un 22%, 17% y 9%, respectivamente. M1 y M2 aumentaron significativamente el contenido de SOC en un 39% y 23% en comparación con el Control, respectivamente, mientras que no hubo diferencia entre el Control y el NPK. En cuanto al contenido de TN del suelo, aumentó significativamente en un 8%, 46% y 20% por NPK, M1 y M2, respectivamente. Además, M2 aumentó significativamente la riqueza de OTU bacterianas en un 68%, el índice Chao1 en un 79%, y alteró la composición de la comunidad bacteriana. Los cambios en la disponibilidad de nutrientes del suelo y el índice de Simpson bacteriano estuvieron correlacionados positivamente con los cambios en el rendimiento del grano, mientras que los cambios en la comunidad bacteriana estuvieron estrechamente relacionados con la estabilidad del rendimiento. Este estudio proporciona evaluaciones integrales pioneras de las respuestas simultáneas del rendimiento del grano, la estabilidad del rendimiento, el contenido de SOC y TN, la disponibilidad de nutrientes y la composición de la comunidad bacteriana a la fertilización a largo plazo con minerales y estiércol en un sistema de doble cultivo de arroz. En conjunto, este estudio que abarca casi cuatro décadas proporciona nuevas perspectivas para el desarrollo de una agricultura de arroz sostenible pero intensiva para satisfacer las crecientes demandas globales.