《Journal of Hazardous Materials》：Biogenic maturation of mineral-encrusted plastispheres overrides ecological drift to orchestrate multi-kingdom assembly and nitrogen reprogramming in agroecosystems
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•风化的聚乙烯薄膜演变为具有反应活性的矿物结壳代谢岛。•在多界塑料圈的组装中，生态位选择克服了生态漂变。•Candidatus Nitrososphaera在互作组中作为主要功能枢纽发挥作用。•原生生物群落表现出显著的拓扑结构致密化与调控作用。•代谢滞后触发对原生土壤有机碳的
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风化的聚乙烯薄膜演变为具有反应活性的矿物结壳代谢岛。
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在多界塑料圈的组装中，生态位选择克服了生态漂变。
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Candidatus Nitrososphaera在互作组中作为主要功能枢纽发挥作用。
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原生生物群落表现出显著的拓扑结构致密化与调控作用。
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代谢滞后触发对原生土壤有机碳的正向激发效应。
引言
合成聚合物在农业土壤中的扩散从根本上改变了农业生态系统的物理化学架构与生态轨迹[1]、[2]。在集约化烟草栽培中，超薄聚乙烯（PE）地膜的长期施用造成了一种持续的外源碳储库，扰乱了既有的矿物-有机质平衡[3]。在强烈的紫外线辐射、机械耕作和热循环作用下，这些难降解聚合物持续发生氧化和机械降解[2]、[4]。这一过程促进了一种被称为陆生塑料圈的稳定界面的形成——一个合成表面化学与土壤代谢过程交汇的新兴微栖息地[5]、[6]。与原始矿物表面不同，该界面通过形成复杂的有机-矿物复合体来促进空间微异质性，其特征是富含氧和硅的矿物膜经过生物成因熟化，重新配置了聚合物的表面自由能[6]、[7]、[8]。
塑料圈生态学中的一个核心挑战在于解析控制这一合成支架的多营养级同步性和确定性组装规则[9]、[10]。当前的研究范式过度侧重于细菌群落，往往忽视了古菌和微型真核生物在土壤功能景观中的关键生态作用[11]、[12]、[13]。烟草栽培土壤提供了一个独特的环境，其中尼古丁和酚酸等专门化化感物质施加了选择性压力[14]、[15]。在这些系统中，根际衍生化合物可能作为表面活性剂来改变风化薄膜的表面能，从而促进能够代谢聚合物碎片和次生代谢物的类群的招募[16]、[17]。缺乏严格的跨界分类学框架，特别是未能区分功能性腐生真菌和非真菌原生生物，限制了我们对支撑土壤韧性的生态过滤器的识别能力[11]、[18]。新兴证据表明，塑料圈微生物组的形成并非随机过程，而是一条确定性轨迹[19]、[20]。聚合物表面深刻的物理化学蜕变——以氧化官能化和微观地形重塑为标志——为专门化功能类群提供了主要生态筛子[20]、[21]。调控层级以及这些修饰表面在多大程度上克服了中性组装规则仍有待解决，需要整合古菌、细菌、真菌和原生生物群落的整体研究[22]。
本研究旨在阐明连接聚合物风化与土壤功能重编程的因果路径。我们假设，风化界面促进了跨界的代谢接力，其中矿物-聚合物复合体的结构稳定性催化了生化级联反应——尤其是在氮代谢途径中——而这些反应在周围体土中处于潜伏状态[23]、[24]、[25]。我们进一步提出，这种接力不仅由原核生物先锋者介导，还由真核微型捕食者参与，它们的出现稳定了有机-矿物界面，并通过捕食或共生作用促进养分周转[26]、[27]、[28]。先锋细菌对这些表面的定殖可能改变了微环境的氧化还原电位，随后触发参与硝化作用的特定古菌的招募[29]、[30]。鉴于微塑料的积累可以通过调节有机质矿化和细胞外酶活性（如过氧化氢酶和脲酶）来重新校准碳固存，这些过程可能触发激发效应，加速原生土壤有机质的损失[31]、[32]、[33]。
本研究在中国四川凉山烟草集中种植区开展，结合多界高通量测序与非靶向外代谢组学，刻画了相对于相邻非塑料圈土壤（NPSS）的塑料圈土壤（PSS）特征。我们采用斯隆中性群落模型和归一化随机性比率定量评估生态位选择超越生态漂变的阈值[10]、[34]、[35]。这一框架从多样性的描述性评估转向对组装规则的机制性探究，检验塑料圈独特的物理化学模板是否施加了足够强的确定性选择以克服随机生态过程。通过整合机器学习回归与结构方程模型（PLS-SEM），我们识别了定义塑料圈效应的因果级联。该方法考察了多界互作枢纽、氧化性外代谢物轮廓与养分循环动态之间的关系，为理解合成基底如何重定向陆地生物地球化学通量并影响人类世农业生态系统的生态韧性提供了机制蓝图。
节选摘要
场地表征与时空采样框架
田间调查战略布局于中国四川铁流镇的集约化烟草种植带，这是一个以慢性塑料地膜污染为特征的典型区域[36]、[37]、[38]。为严格评估生态位分割效应，我们实施了一个稳健的采样框架，将矿物结壳的塑料圈土壤（PSS）——定义为紧密封存于风化PE残体微界面中的土壤基质——与非塑料圈土壤（NPSS）进行区分，后者作为
环境风化驱动PE薄膜界面蜕变与表面重塑
多尺度探查揭示，长期环境暴露从根本上重新校准了PE地膜的物理化学特征与界面性质。场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）与能量色散X射线光谱（EDS）的联用揭示了原始聚合物与田间回收塑料圈样品之间在形貌和组成上的显著差异（图1a）。原始PE保持了其特征性的无特征疏水表面，而
界面蜕变：生物成因岩石化与矿物膜效应
PE地膜在集约化烟草栽培体系中的长期整合触发了一场深刻的物理化学演化，标志着塑料圈的生物成因岩石化[54]、[55]。多尺度分析证据表明，风化的PE薄膜超越了其作为惰性人为碎片的初始状态，演变为复杂的矿物装饰支架[56]、[57]。能量色散光谱中碳信号的近乎完全衰减，被
结论
本研究对从烟草集约化农业生态系统中回收的PE地膜的物理化学和微生物变化进行了多尺度分析。我们的结果将塑料圈刻画为一种经历生物成因岩石化过程的独特微栖息地，从惰性疏水聚合物到矿物结壳支架的转变构成了主要的环境过滤器。整合多组学和生态建模表明，该界面
环境意义
农业生态系统中风化塑料残体的出现代表了成土过程的根本性转变。这些合成基底充当工程化催化剂，通过生物成因岩石化和确定性生态位选择重塑土壤微生物组。关于古菌守门人占主导地位及其引发的代谢接力的发现表明，塑料圈的成熟启动了一个异步的体制转变，可能危及长期生态
CRediT作者贡献声明
刘一萍：可视化、验证、软件。郑明昊：可视化、验证。韩琼逸：初稿撰写、可视化、验证、软件、调查、形式化分析。云克明：资金获取。严江伟：监督指导、资金获取。尚靖波：验证。邵娟：验证。蒲国培：初稿撰写、可视化、验证、软件、资源、方法学、调查、形式化分析、数据管理。郭忠元：撰写——
利益冲突声明
作者声明不存在已知的竞争经济利益或个人关系可能影响本文所报告工作的情况。
致谢
感谢所有为本研究做出贡献的参与者。本研究得到了中国山西省学位委员会（2024-084）、山西省基础研究计划（202303021211131）以及山西省高等教育"亿元项目"科技引导项目的资助。
蒲国培|韩琼逸|刘一萍|郑明昊|尚靖波|邵娟|云克明|严江伟|郭忠元
