Abstract The decline in species richness at higher latitudes is among the most fundamental patterns in ecology. Whether changes in species composition across space (beta-diversity) contribute to this gradient of overall species richness (gamma-diversity) remains hotly debated. Previous studies that failed to resolve the issue suffered from a well-known tendency for small samples in areas with high gamma-diversity to have inflated measures of beta-diversity. Here, we provide here a novel analytical test, using beta-diversity metrics that correct the gamma-diversity and sampling biases, to compare beta-diversity and species packing across a latitudinal gradient in tree species richness of 21 large forest plots along a large environmental gradient in East Asia. We demonstrate that after accounting for topography and correcting the gamma-diversity bias, tropical forests still have higher beta-diversity than temperate analogs. This suggests that beta-diversity contributes to the latitudinal species richness gradient as a component of gamma-diversity. Moreover, both niche specialization and niche marginality (a measure of niche spacing along an environmental gradient) also increase towards the equator, after controlling for the effect of topographic heterogeneity. This supports the joint importance of tighter species packing and larger niche space in tropical forests while also demonstrating the importance of local processes in controlling beta-diversity.

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.

There is evidence to support the links between lead and cadmium exposure with hypertension and also with leukocyte telomere length (LTL). The objective of this study is to investigate the role that LTL may play in the relationship between lead and cadmium exposure and hypertension. This study consisted of 3718 participants from the National Health and Nutrition Examination Survey (NHANES) 1999–2002. Logistic regression was used to analyze the relationship between blood metals with hypertension, and the mediating model was used to evaluate the mediating effect of LTL. In the fully adjusted model, both blood lead and cadmium ln-transformed concentrations were significantly positively associated with hypertension risk, as were all quartiles of blood lead. Additionally, we observed positive linear dose–response relationships with hypertension by restricted cubic spline analysis (both p overall < 0.001, p non-linear = 0.3008 for lead and p non-linear = 0.7611 for cadmium). The ln-transformed blood lead and cadmium concentrations were associated with shorter LTL. LTL was inversely related to hypertension and the OR was 0.65 (95% CI: 0.47 to 0.89). Furthermore, LTL had mediating effects on the associations of blood lead and cadmium with hypertension risk, and the mediation proportions were 2.25% and 4.20%, respectively. Our findings suggested that exposure to lead and cadmium raised the risk of hypertension, while LTL played as a mediating factor.

A comprehensive understanding of nitrogen pollution status, especially the identification of sources and fate of nitrate is essential for effective water quality management at the local scale. However, the nitrogen contamination of surface water across China was poorly understood at the national scale. A dataset related to nitrogen was established based on 111 pieces of literature from 2000 to 2020 in this study. The spatiotemporal variability, source tracing, health risk assessment, and drivers of China's surface water nitrogen pollution were analyzed by integrating multiple methods. These results revealed a significant spatiotemporal heterogeneity in the nitrogen concentration of surface water across China. Spatially, the Haihe River Basin and Yellow River Basin were the basins where surface water was seriously contaminated by nitrogen in China, while the surface water of Southwest Basin was less affected. Temporally, significant differences were observed in the nitrogen content of surface water in the Songhua and Liaohe River Basin, Pearl River Basin, Southeast Basin, and Yellow River Basin. There were 1%, 1%, 12%, and 46% probability exceeding the unacceptable risk level (HI>1) for children in the Songhua and Liaohe River Basin, Pearl River Basin, Haihe River Basin, and Yellow River Basin, respectively. The primary sources of surface water nitrate in China were found to be domestic sewage and manure (37.7%), soil nitrogen (31.7%), and chemical fertilizer (26.9%), with a limited contribution from atmospheric precipitation (3.7%). Human activities determined the current spatiotemporal distribution of nitrogen contamination in China as well as the future development trend. This research could provide scientifically reasonable recommendations for the containment of surface water nitrogen contamination in China and even globally.

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 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.