Este conjunto de dados contém os resultados de um experimento de campo conduzido ao longo de três ciclos produtivos de cana-de-açúcar (cana-planta e duas socas, safras 2015/16 a 2017/18) no município de Ibitinga, São Paulo, Brasil. O objetivo foi avaliar o impacto da interação entre sistemas de preparo do solo e espécies de plantas de cobertura na qualidade físico-química de um Argissolo Vermelho distrófico. O experimento foi delineado em blocos casualizados em esquema de faixas (fatorial 3x4), com três repetições. Os tratamentos consistiram na combinação de três sistemas de preparo: (1) Plantio Direto (sem revolvimento), (2) Cultivo Mínimo (subsolagem a 0,40 m) e (3) Preparo Profundo (subsolagem a 0,70 m); com quatro espécies de plantas de cobertura antecessoras ao plantio: (a) Amendoim forrageiro (Arachis hypogaea), (b) Milheto (Pennisetum americanum), (c) Crotalária (Crotalaria juncea) e (d) Sorgo forrageiro (Sorghum bicolor). O dataset inclui dados brutos e processados de atributos do solo, abrangendo: Atributos Físicos: Densidade do solo, macroporosidade, microporosidade, porosidade total, diâmetro médio ponderado de agregados (DMP) e resistência do solo à penetração (RP). Atributos Químicos: pH (CaCl₂), matéria orgânica, fósforo (P), potássio (K), cálcio (Ca), magnésio (Mg), acidez potencial (H+Al), soma de bases (SB), capacidade de troca catiônica (CTC) e saturação por bases (V%). Estoque de Carbono: Calculado para as diferentes camadas do solo. Estes dados subsidiaram a tese de doutorado "Cana-de-açúcar: preparo de solo e plantas de cobertura num Argissolo Vermelho", demonstrando como a interação entre o revolvimento do solo e as espécies de cobertura modula a qualidade edáfica em agroecossistemas tropicais.