Establishing artificial sand-fixing shrubs is a key measure to curb dune flow and drive changes in the soil stocks and cycling of carbon and nitrogen. But our understanding of these dynamics across years of sand-fixing afforestation and the factors influencing them remains inadequate, making it hard to accurately assess its capacity to sequester carbon. To fill that knowledge gap, this study investigated soil organic carbon (SOC) and soil total nitrogen (STN) stocks in Mu Us Desert under artificial sand-fixing shrub stands of different ages (10, 30, 50, and 70 years old) vis-à-vis a mobile sand dune, to determine whether Caragana korshinskii afforestation improved stock characteristics and whether SOC and STN stocks were correlated during the restoration processes. The results showed that the pattern observed is consistent with an increase over time in the stocks of both SOC and STN. At 10, 30, 50, and 70 years, these stocks were found to be 1.8, 2.3, 3.2, and 5.5 times higher for SOC, and 1.3, 1.6, 2.1, and 2.7 times higher for STN, respectively, than those of the control (mobile sand) dune. Stocks of SOC and STN mainly increased significantly in the 0–10 cm soil layer. The SOC stock was correlated positively with the STN stock as well as the C:N ratio. The slope of the regression for the C:N ratio against stand age was positive, increasing slightly faster with afforestation age. Additionally, our findings suggest that during the establishment of artificial stands of shrubs, the size of the STN stock did not expand as fast as the SOC stock, resulting in an asynchronous N supply and demand that likely limits the accumulation of soil organic matter. This research provides important evidence for the sustainable development of desertified ecosystems.

The relation and interaction of rhizosphere microbial communities with local environmental factors and root traits is currently a vibrant research hotspot. Yet little is known about how the morphological and functional properties of roots in steppe plants affect microbial community structure. Hence, this study investigated the rhizosphere soil of six Stipa species across the Ningxia steppe in China to examine how the composition of their microbial communities responds to both root traits as well as surrounding environmental factors. Our results reveal significant differences (p < 0.001) in the composition of rhizosphere microbial communities among different Stipa species. The dominant bacterial and fungal phyla are Proteobacteria and Ascomycota, respectively; further, Mortierellomycota plays a key role in the fungal community and is closely associated with other fungal taxa. According to the functional gene predictions for bacteria and fungi, the rhizosphere microbes associated with Stipa species are mainly related to organic matter metabolism and nitrogen cycling. We find that soil physicochemical properties (SOC, TN, TP, AP, SWC, FL, SL) and root traits (RTD, Rtn) are pivotal factors which directly influence the structure of microbial communities dwelling in the rhizosphere of Stipa species. The dominant phyla of fungi and bacteria can respond to those properties in two contrasting ways. One group, consisting of bacteria such as Acidobacteria and fungi like Mortierellomycota, has a relative abundance that is positively correlated with soil nutrients (SOC, TN, AN, TP), whereas the second group, which includes bacteria such as Bacteroidetes and fungi like Ascomycota, is characterized by a negative correlation. More importantly, our results show that root traits significantly impact (p < 0.001) fungal diversity, whereby the morphological and functional properties indirectly affect the composition of bacterial and fungal communities by modulating soil properties. Altogether, the findings suggest that the morphological and functional properties of Stipa roots play a prominent role in shaping the community structure of rhizosphere microbes in steppe, providing a theoretical basis for exploring changes in these communities across space and time, as well as offering insights for grassland conservation and sustainable management.