The Loess Plateau of China is a region with one of the most severe cases of soil erosion in the world. Since the 1950s, there has been afforestation measure to control soil erosion and improve ecosystem services on the plateau. However, the introduction of exotic tree species (e.g., R. pseudoacacia, P. tabulaeformis and C. korshinskii) and high-density planting has had a negative effect on soil moisture content (SMC) in the region. Any decrease in SMC could worsen soil water shortage in both the top and deep soil layers, further endangering the sustainability of the fragile ecosystem. This study analyzed the variations in SMC following the conversion of croplands into forests in the Loess Plateau. SMC data within the 5-m soil profile were collected at 50 sites in the plateau region via field survey, long-term in-situ observations and documented literature. The study showed that for the 50 sites, the depth-averaged SMC was much lower under forest than under cropland. Based on in-situ measurements of SMC in agricultural plots and C. korshinskii plots in 2004–2014, SMC in the 0–4 m soil profile in both plots declined significantly (p < 0.01) during the growing season. The rate of decline in SMC in various soil layers under C. korshinskii plots (−0.008 to −0.016 cm3 cm−3 yr−1) was much higher than those under agricultural plots (−0.004 to −0.005 cm3 cm−3 yr−1). This suggested that planting C. korshinskii intensified soil moisture decline in China’s Loess Plateau. In the first 20–25 yr of growth, the depth-averaged SMC gradually decreased with stand age in R. pseudoacacia plantation, but SMC somehow recovered with increasing tree age over the 25-year period. Irrespectively, artificial forests consumed more deep soil moisture than cultivated crops in the study area, inducing soil desiccation and dry soil layer formation. Thus future afforestation should consider those species that use less water and require less thinning for sustainable soil conservation without compromising future water resources demands in the Loess Plateau.

While soil erosion drives land degradation, the impact of erosion on soil microbial communities and multiple soil functions remains unclear. This hinders our ability to assess the true impact of erosion on soil ecosystem services and our ability to restore eroded environments. Here we examined the effect of erosion on microbial communities at two sites with contrasting soil texture and climates. Eroded plots had lower microbial network complexity, fewer microbial taxa, and fewer associations among microbial taxa, relative to non-eroded plots. Soil erosion also shifted microbial community composition, with decreased relative abundances of dominant phyla such as Proteobacteria, Bacteroidetes, and Gemmatimonadetes. In contrast, erosion led to an increase in the relative abundances of some bacterial families involved in N cycling, such as Acetobacteraceae and Beijerinckiaceae. Changes in microbiota characteristics were strongly related with erosion-induced changes in soil multifunctionality. Together, these results demonstrate that soil erosion has a significant negative impact on soil microbial diversity and functionality.

This study aimed to preliminarily explore the composition and diversity of intestinal bacteria in

Revegetation has been widely implemented throughout the world for controlling soil loss, conserving biodiversity, increasing ecosystem productivity, mitigating climate change, and contributing to soil carbon (C) sequestration. However, systematic knowledge is still lacking regarding the variations, mechanisms, and challenges in soil C sequestration after revegetation despite its crucial role in resolving the ongoing C sink/source debate and achieving the C neutrality targets. In this review, we summarize the spatiotemporal patterns and drivers of soil organic carbon (SOC) sequestration in restored ecosystems based on existing studies at multiple spatial and temporal scales and the mechanisms associated with C stabilization in soils after revegetation, and suggest future research into soil C in restored ecosystems. Revegetation, i.e. grassland restoration or afforestation/reforestations, significantly increases the SOC sequestration by 21.4% with rapid SOC accumulation in the initial few years (generally within 30 years), followed by a relatively stable stage. We also clarified the three key mechanisms (including physical protection within soil aggregates, chemical protection by interacting with organo-mineral associations, and inherent biological recalcitrance protection) associated with SOC stabilization in soils after revegetation. Revegetation re-carbonizes soil by increasing new inputs of C and decreasing the ratio of soil C outputs to new inputs of C (i.e., increasing the decomposition of SOC and reducing erosional SOC loss), both of which promote SOC sequestration. Based on the key issues identified in this review, future research should focus on the fate of C sequestrated in soils after revegetation, and feedback to environmental changes and human activities in order to achieve C neutrality by around 2050.

Although the effects of plastic residues on soil organic carbon (SOC) have been studied, variations in SOC and soil carbon-enzyme activities at different plant growth stages have been largely overlooked. There remains a knowledge gap on how various varieties of plastics affect SOC and carbon-enzyme activity dynamics during the different growing stages of plants. In this study, we conducted a mesocosm experiment under field conditions using low-density polyethylene and poly (butylene adipate-co-terephthalate) debris (LDPE-D and PBAT-D, 500-2000 μm (pieces), 0%, 0.05%, 0.1%, 0.2%, 0.5%, 1%, 2%), and low-density polyethylene microplastics (LDPE-M, 500-1000 μm (powder), 0%, 0.05%, 0.1%, 0.5%) to investigate SOC and C-enzyme activities (β-xylosidase, cellobiohydrolase, β-glucosidase) at the sowing, seedling, flowering and harvesting stages of soybean (Glycine Max). The results showed that SOC in the LDPE-D treatments significantly increased from the flowering to harvesting stage, by 12.69% to 13.26% (p<0.05), but significantly decreased in the 0.05% and 0.1% LDPE-M treatments from the sowing to seedling stage (p<0.05). However, PBAT-D had no significant effect on SOC during the whole growing period. For C-enzyme activities, only LDPE-D treatments inhibited GH (17.22-38.56%), BG (46.7-66.53%) and CBH (13.19-23.16%), compared to treatment without plastic addition, from the flowering stage to harvesting stage. Meanwhile, C-enzyme activities and SOC responded nonmonotonically to plastic abundance and the impacts significantly varied among the growing stages, especially in treatments with PBAT-D (p<0.05). These risks to soil organic carbon cycling are likely mediated by the effects of plastic contamination and degradation soil microbe. These effects are sensitive to plastic characteristics such as type, size, and shape, which, in turn, affect the biogeochemical and mechanical interactions involving plastic particles. Therefore, further research on the interactions between plastic degradation processes and the soil microbial community may provide better mechanistic understanding the effect of plastic contamination on soil organic carbon cycling.

Numerous shelter forests have been established to combat desertification in the Mu Us Sandy Land, China. Shelter forests modify the characteristics of the underlying surface and affect the regional water cycle by altering rainfall partitioning. Understanding the rainfall partitioning process and its controlling factors for indigenous and exotic species is crucial for vegetation restoration and sustainable soil water management. This study developed an event-based rainfall partitioning process for three typical shelter forests. Indigenous vegetation, Amygdalus pedunculata Pall. (A. pedunculata), and two exotic species, Amorpha fruticosa L. (A. fruticose) and Pinus sylvestris var. mongholica Litv. (P. sylvestris), were observed during the rainy seasons (July and August) of 2021 and 2022. The results showed that throughfall, stemflow, and interception loss constituted 71.01 %, 8.23 %, and 20.76 % of rainfall, respectively, for A. pedunculata. The corresponding values were 74.65 %, 8.47 %, and 16.88 % for A. fruticose and 73.27 %, 1.44 %, and 25.29 % for P. sylvestris. Compared with the introduced P. sylvestris, the shrub canopy showed a greater funneling ratio and was conducive to recharging soil water by precipitation. The amount and intensity of rainfall were significantly correlated with the rainfall partitioning characteristics, whereas the correlation between rainfall duration and partitioning was insignificant. Based on the results of the revised Gash model, the stemflow was primarily influenced by the percentage of rainfall diverted to the stemflow. The interception loss for P. sylvestris was primarily influenced by the canopy storage capacity. However, the canopy storage capacity and the ratio of mean evaporation rate to mean rainfall intensity had significant effects on the interception loss in A. pedunculata and A. fruticose. It is necessary to comprehensively consider the vegetation type (tree/shrub and indigenous/exotic species) and the corresponding rainfall partitioning characteristics of shelter forests for the scientific construction and management of shelter forests in the Mu Us Sandy Land.

Female sociosexual behaviors, essential for survival and reproduction, are adaptively modulated by ovarian hormones. However, the neural mechanisms integrating internal hormonal states with external social cues to guide these behaviors remain poorly understood. Here we identified primary estrous-sensitive Cacna1h-expressing medial prefrontal (mPFCCacna1h+) neurons that orchestrate adaptive sociosexual behaviors. Bidirectional manipulation of mPFCCacna1h+ neurons drives opposite-sex-directed behavioral shifts between estrus and diestrus females. In males, these neurons serve opposite functions compared to estrus females, mediating sexually dimorphic effects via anterior hypothalamic outputs. Miniscope imaging reveals mixed-representation of self-estrous states and social target sex in distinct mPFCCacna1h+ subpopulations, with biased-encoding of opposite-sex social cues in estrus females and males. Mechanistically, ovarian hormone-driven upregulation of Cacna1h-encoded T-type calcium channels underlies estrus-specific activity changes and sexual-dimorphic function of mPFCCacna1h+ neurons. These findings uncover a prefrontal circuit that integrates internal hormonal states and target-sex information to exert sexually bivalent top-down control over adaptive social behaviors.