La utilización excesiva de fertilizantes químicos en los campos de arroz exacerba la degradación del suelo y representa una amenaza para la seguridad alimentaria. Alcanzar un aumento en la producción de arroz y minimizar los costos ambientales son requisitos inevitables para lograr una producción de arroz sostenible. La utilización sinérgica de paja de arroz (RS) y veza china (MV) es una medida sostenible para mejorar la calidad del suelo en el sur de China. Cómo esta estrategia de gestión impacta en la productividad agrícola y la secuestración de carbono (C) del suelo bajo diferentes condiciones de fertilización no está claro. Varios tratamientos, incluyendo solo fertilizante químico (F), F + MV (FM), F + RS (FS) y F + MV + RS (FMS) bajo una tasa estándar de nitrógeno (N) y niveles de nitrógeno (N) reducidos en un 40% fueron diseñados para explorar cambios en los rendimientos de arroz y las concentraciones de carbono orgánico del suelo (SOC), existencias y fracciones de carbono orgánico lábil del suelo (C permanganato oxidizable) durante 2018-2020 en un sistema de doble cultivo de arroz. Los resultados muestran que el tratamiento FMS redujo la densidad a granel del suelo para aliviar la compactación del suelo y mejoró el índice de gestión del carbono del suelo. La utilización sinérgica de MV y RS reemplazando el 40% del fertilizante químico de N aún podría mantener el rendimiento de arroz. En comparación con el tratamiento F, el rendimiento promedio anual de grano se incrementó significativamente en un 9,82% y un 5,84% en el tratamiento FMS; la concentración de SOC se incrementó en un promedio del 16,05% y el 19,98% ( < 0,05), y la existencia de SOC se incrementó en 1,78 Mg C ha y 2,37 Mg C ha bajo los niveles de N y N, respectivamente. El modelo de regresión de bosque aleatorio y el análisis de correlación demostraron que los insumos de N químico, N y C orgánico, y una relación C/N apropiada promovieron la acumulación de C en el suelo. Además, el análisis del modelo de ecuaciones estructurales mostró que la entrada de C afecta al carbono orgánico altamente lábil (HLOC) y al carbono orgánico lábil total (LOC); el HLOC tuvo un efecto positivo en el SOC ( < 0,05). La entrada de N tuvo un efecto significativo en el LOC y el rendimiento. Nuestros resultados sugieren que la utilización sinérgica de MV y RS juega un papel importante en garantizar una producción de granos estable, mejorar la capacidad de secuestro de C del suelo y mantener la salud ambiental del suelo en el sur de China.