El acolchado de paja es una estrategia importante para regular la humedad del suelo, la disponibilidad de nutrientes y las condiciones térmicas en los sistemas agrícolas. Sin embargo, los mecanismos por los cuales el período de acolchado, el grosor y la densidad de siembra interactúan para influir en la formación del rendimiento en los sistemas de rotación trigo-soja siguen siendo insuficientemente comprendidos. En este estudio, examinamos sistemáticamente los efectos combinados del acolchado de paja en las etapas de plántula y unión del trigo de invierno, así como los diferentes grosores de acolchado y densidades de siembra de soja, sobre las propiedades del suelo y los rendimientos de los cultivos a través de experimentos de campo. El diseño experimental incluyó tratamientos de acolchado de paja durante la etapa de plántula (T) y la etapa de unión (T) del trigo de invierno, con densidades de siembra de soja clasificadas como baja (D, 1.8 x 10 plantas·ha) y alta (D, 3.6 x 10 plantas·ha). Los grosores de acolchado se establecieron en bajo (S, 2830.19 kg·ha), medio (S, 8490.57 kg·ha) y alto (S, 14,150.95 kg·ha), además de un control sin acolchado (CK) para cada tratamiento. Los resultados demostraron que (1) el acolchado de paja aumentó significativamente el contenido de agua en el suelo en el orden S > S > S > CK y ejerció un efecto de amortiguación de temperatura. Esto resultó en aumentos en el carbono orgánico del suelo, fósforo disponible y potasio disponible del 1.88-71.95%, 1.36-165.8% y 1.92-36.34%, respectivamente, mientras que disminuyó el contenido de nitrógeno disponible en un 1.42-17.98%. (2) Los tratamientos T aumentaron los rendimientos de trigo en un 1.22% en comparación con el control, mientras que los tratamientos T resultaron en un aumento del 23.83% en el rendimiento. Los rendimientos de soja aumentaron en un 23.99% bajo D y en un 36.22% bajo tratamientos D. (3) La modelización de ecuaciones estructurales indicó que el acolchado de paja influenció los rendimientos al modificar las interacciones entre el carbono orgánico del suelo, el nitrógeno disponible, el fósforo disponible, el potasio disponible, la densidad aparente, la temperatura del suelo y el contenido de agua del suelo. Los rendimientos de trigo fueron regulados principalmente por los efectos sinérgicos de la temperatura del suelo, el contenido de agua y el potasio disponible, mientras que los rendimientos de soja fueron determinados por el equilibrio dinámico entre el carbono orgánico y el potasio disponible. Este estudio proporciona evidencia empírica para informar la optimización de las prácticas de retorno de paja en los sistemas de rotación trigo-soja.