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.

Freeze-thaw (FT) events profoundly perturb the biochemical processes of soil and water in mid- and high-latitude regions, especially the riparian zones that are often recognized as the hotspots of soil-water interactions and thus one of the most sensitive ecosystems to future climate change. However, it remains largely unknown how the heterogeneously composed and progressively discharged meltwater affect the biochemical cycling of the neighbor soil. In this study, stream water from a valley in the Chinese Loess Plateau was frozen at -10°C for 12 hours, and the meltwater (at +10°C) progressively discharged at three stages (T1 ∼ T3) was respectively added to rewet the soil collected from the same stream bed (Soil+T1 ∼ Soil+T3). Our results show that: (1) Approximately 65% of the total dissolved organic carbon and 53% of the total NO

Mineral associated organic carbon (MAOC) accounts for a substantial portion of soil organic carbon (SOC) due to its tendency for physicochemical bonding with mineral surfaces. However, the mechanisms controlling MAOC stability and sequestration upon erosion and deposition remain unclear. We collected samples from topsoil (0–20 cm) and subsoil (60–80 cm) in an eroding loess landscape in Northwest China. SOC was fractionated into particulate organic carbon (POC) and MAOC, and OC retained by reactive mineral phases (calcium, iron, and aluminum) were studied. Adsorption-desorption experiments were performed to quantify the OC capture capacity, and thermogravimetric techniques were used to determine the thermal stability of MAOC. Although POC dominated in the soil mass distribution (>60 %) in both sites, the MAOC in the topsoil and subsoil in the depositional sites was characterized by 1.38–3.88 times higher OC contents than the eroding sites. Furthermore, depositional sites featured 1.19–1.45, 1.43–1.72, and 1.28–1.96 times higher maximum adsorption capacity, specific mineral surface area, and silt + clay contents, respectively, than these of the eroding sites, indicating high OC sequestration capacity in the soils of depositional sites. Erosion directly transports soil materials (e.g., OC and fine particles) to the depositional sites, when coupled with the high OC capture capacity, this leads to an increase in the OC content from 0.50 to 1.37 at the eroding sites to 2.19–3.28 mg g−1 at the depositional site. The content and chemical structure of organic-metal complexes had minor differences, however, MAOC in the depositional sites was observed to have excellent thermal stability. Calcium-, and silt + clay-associated OC (Ca-OC and CS-OC) were positively correlated with the MAOC stability and content. Overall, our findings highlight the important role of Ca-OC and CS-OC in determining the stability and sequestration of MAOC in eroding loess landscapes.