Abstract Nowadays, capacitive deionization (CDI) has emerged as a prominent technology in the desalination field, typically utilizing porous carbons as electrodes. However, the precise significance of electrode properties and operational conditions in shaping desalination performance remains blurry, necessitating numerous time‐consuming and resource‐intensive CDI experiments. Machine learning (ML) presents an emerging solution, offering the prospect of predicting CDI performance with minimal investment in electrode material synthesis and testing. Herein, four ML models are used for predicting the CDI performance of porous carbons. Among them, the gradient boosting model delivers the best performance on test set with low root mean square error values of 2.13 mg g −1 and 0.073 mg g −1 min −1 for predicting desalination capacity and rate, respectively. Furthermore, SHapley Additive exPlanations is introduced to analyze the significance of electrode properties and operational conditions. It highlights that electrolyte concentration and specific surface area exert a substantially more influential role in determining desalination performance compared to other features. Ultimately, experimental validation employing metal–organic frameworks‐derived porous carbons and biomass‐derived porous carbons as CDI electrodes is conducted to affirm the prediction accuracy of ML models. This study pioneers ML techniques for predicting CDI performance, offering a compelling strategy for advancing CDI technology.

Mangroves are among the most carbon-rich ecosystems in the world. However, they have experienced widespread loss due to climate change and have been reclaimed for coastal cropland and aquaculture ponds. Studying the impact of climate change on the potential distribution and carbon benefits of mangroves is crucial for their conservation and restoration. Currently, there is limited research on the potential distribution of mangroves in China under future climate change scenarios using ensemble models. Furthermore, there is a relative scarcity of studies that apply simulation results to the restoration and protection of mangroves. Therefore, based on 15 dominant mangrove species, we constructed high-precision species distribution models to simulate the potential distribution of mangroves in China during the current period (1981–2010) and predicted their potential distribution under three climate scenarios (SSP1-2.6, SSP3-7.0, and SSP5-8.5) in the late 21st century (2071–2100). Our study showed that 1) the four most crucial drivers of mangrove suitability in China are: air temperature in the coldest quarter, sea surface temperature range, isothermality, and annual precipitation amount. 2) mangroves tend to expand northward by 2–2.5 degrees of latitude in the end of the 21st century. Meanwhile, the potential distribution of Spartina alterniflora is expected to expand rapidly and pose a significant competitive threat to native mangrove species; 3) by restoring coastal cropland and aquaculture ponds to mangroves in the potential mangrove distribution area, the potential carbon stocks of mangroves would increase by 178.22–296.44 % and 170.31–277.13 % compared to the current carbon stocks of mangroves, the annual blue carbon would increase by 242.64–262.70 % compared to the current blue carbon of mangroves. Our research could provide valuable information for the future conservation and restoration of mangroves in China.

Host specialization plays a critical role in the ecology and evolution of plant-microbe symbiosis. Theory predicts that host specialization is associated with microbial genome streamlining and is influenced by the abundance of host species, both of which can vary across latitudes, leading to a latitudinal gradient in host specificity. Here, we quantified the host specificity and composition of plant-bacteria symbioses on leaves across 329 tree species spanning a latitudinal gradient. Our analysis revealed a predominance of host-specialized leaf bacteria. The degree of host specificity was negatively correlated with bacterial genome size and the local abundance of host plants. Additionally, we found an increased host specificity at lower latitudes, aligning with the high prevalence of small bacterial genomes and rare host species in the tropics. These findings underscore the importance of genome streamlining and host abundance in the evolution of host specificity in plant-associated bacteria along the latitudinal gradient.

Eco-engineering is an important tool for wetland restoration, but there are still large theoretical and application gaps in the knowledge of the effects of eco-engineering implementation on the interactions between environmental conditions and organisms during wetland restoration processes. In this study, we investigated water quality parameters and plankton communities in a national wetland park to clarify the mechanism of changes in plankton community structure and their ecological networks before and after the eco-engineering project. Undoubtedly, we found water quality was significantly improved with increased metazooplankton diversity after the implementation of eco-engineering. Ecological engineering reduced the effect of farmland drainage on the restored wetland and changed the phytoplankton community structure, which significantly reduced the relative abundance of Cyanobacteria and increased the relative abundance of Bacillariophyta. The structural equation modeling revealed that the total effect of metazooplankton on phytoplankton was significantly enhanced and associated with weakened relationships between phytoplankton and environmental variables after eco-engineering. In addition, the ecological network analysis also showed that the network connection between phytoplankton and metazooplankton was stronger after the eco-engineering implementation, leading to an enhanced biotic interactions in different trophic levels. These results indicate that the main approach to regulating primary producers in wetland ecosystems changed from “bottom-up” control to a combination of “bottom-up” and “top-down” control under the intervention of artificial recovery measures. Our findings shed new light on the effects of eco-engineering on the interactions between water quality and organisms and provide a scientific basis for the sustainable management of wetland ecosystems.

Abstract Plant-associated microbes are essential for promoting plant well-being, maintaining biodiversity, and supporting ecosystem function. However, little is known about the geographic distribution of plant-microbe symbioses and how they are formed and change along latitudinal gradients. Here we identified leaf bacteria for 328 plant species sampled from 10 forests along a tropical to temperate gradient in China. We analyzed the diversity and composition of plant leaf-associated bacteria and quantified the contributions of hosts, habitats, and neighborhood plants to the plant-bacterial symbiosis. We found a strong latitudinal gradient in leaf bacterial diversity and composition. Bacterial assemblages on leaves were most strongly selected by host plants, and the selection pressure increased with latitude. In contrast, at low latitudes and at large geographical scales multiple factors were found to jointly regulate bacterial community composition. Our result also showed that plant-bacteria symbiotic networks were structured by network hub bacteria taxa with high co-occurrence network centrality, and the abundance of temperate hub taxa was more influenced by host plants than that in tropical forests. For the first time, we documented a previously unrecognized latitudinal gradient in plant-bacterial symbioses that was regulated by a joint effect of multiple factors at low latitudes but mostly by host selection at high latitudes, implying that leaf microbiomes are likely to respond differently to global change along the latitudinal gradient.

Abstract Ecosystem stability reveals how ecosystems respond to global change over time. Yet, the focus of past research on small spatial grains and extents overlooks scale dependence and how broad-scale environmental gradients shape stability. Here, we use forest inventory data covering a broad latitudinal gradient from the temperate to the tropical zone to examine cross-scale variation in stability of aboveground biomass and underlying stabilizing mechanisms. While stability did not shift systematically with latitude at either spatial grain, we found evidence that species asynchrony increased towards the tropics at the small spatial grain while species stability decreased at both spatial grains. Moreover, latitude stabilized forest communities via its effects on both stabilizing mechanisms, which compensated for the weak and destabilizing effects of species richness. Yet, the trade-off in the relative importance of species stability and species asynchrony for stability was not mediated by latitude, suggesting that context-dependent factors - to a greater extent than macroecological ones - underlie large-scale patterns of stability. Our results highlight the crucial role of species asynchrony and species stability in determining ecosystem stability across broad-scale environmental gradients, suggesting that conserving biodiversity alone may not be sufficient for stabilizing naturally-assembled forest ecosystems.

Foundation species play important roles in structuring forest communities and ecosystems. Foundation species are difficult to identify without long-term observations or experiments and their foundational roles rarely are identified before they are declining or threatened. We used new statistical criteria based on size-frequency distributions, species diversity, and spatial codispersion among woody plants to identify potential ("candidate") foundation species in 12 large forest dynamics plots spanning 26 degrees of latitude in China. We used these data to identify a suite of candidate foundation species in Chinese forests; test the hypothesis that foundation woody plant species are more frequent in the temperate zone than in the tropics; and compare these results with comparable data from the Americas to suggest candidate foundation genera in Northern Hemisphere forests. We identified more candidate foundation species in temperate plots than in subtropical or tropical plots, and this relationship was independent of the latitudinal gradient in overall species richness. Two species of Acer , the canopy tree Acer ukurunduense and the shrubby treelet Acer barbinerve were the only two species that met both criteria in full to be considered as candidate foundation species. When we relaxed the diversity criteria, Acer, Tilia , and Juglans spp., and Corlyus mandshurica were frequently identified as candidate foundation species. In tropical plots, the tree Mezzettiopsis creaghii and the shrubs or treelets Aporusa yunnanensis and Ficus hispida had some characteristics associated with foundation species. Species diversity of co-occurring woody species was negatively associated with basal area of candidate foundation species more frequently at 5- and 10-m spatial grains (scale) than at a 20-m grain. Conversely, Bray-Curtis dissimilarity was positively associated with basal area of candidate foundation species more frequently at 5-m than at 10- or 20-m grains. Our data support the hypothesis that foundation species should be more common in temperate than in tropical or boreal forests, and suggest that in the Northern Hemisphere that Acer be investigated further as a foundation tree genus.

Abstract The search for simple principles underlying the complex spatial structure and dynamics of plant communities is a long-standing challenge in ecology 1-6 . In particular, the relationship between the spatial distribution of plants and species coexistence is challenging to resolve in species-rich communities 7-9 . Analysing the spatial patterns of tree species in 21 large forest plots, we find that rare species tend to be more spatially aggregated than common species, and a latitudinal gradient in the strength of this negative correlations that increases from tropical to temperate forests. Our analysis suggests that latitudinal gradients in animal seed dispersal 10 and mycorrhizal associations 11,12,13 may jointly generate this intriguing pattern. To assess the consequences of negative aggregation-abundance correlations for species coexistence, we present here a framework to incorporate the observed spatial patterns into population models 8 along with an analytical solution for the local extinction risk 14 of species invading from low abundances in dependence of spatial structure, demographic parameters, and immigration. For example, the stabilizing effect of the observed spatial patterns reduced the local extinction risk of species when rare almost by a factor of two. Our approach opens up new avenues for integrating observed spatial patterns into mathematical theory, and our findings demonstrate that spatial patterns, such as species aggregation and segregation, can contribute substantially to coexistence in species-rich communities. This underscores the need to understand the interactions between multiple ecological processes and spatial patterns in greater detail.