杜凯闯，王文静，吴克宁, 4*，查理思



河南仰韶村遗址原始农业活动研究①

杜凯闯1，王文静2，吴克宁1, 4*，查理思3

(1中国地质大学(北京)土地科学技术学院，北京 100083；2河北民族师范学院资源与环境科学学院，河北承德 067000； 3广东财经大学公共管理学院，广东 510320；4国土资源部土地整治重点实验室，北京 100035)

分析古土壤特征是获取古环境信息的重要手段，通过研究文化遗址区古土壤特征来推导不同时间尺度下原始农业信息日益成为国内外研究的热点。本文选取河南仰韶文化遗址区内的文化剖面和自然剖面为研究对象，通过对两者的孢粉、炭屑、有机碳同位素、植硅体等古土壤特征定量分析，推测当时的粮食作物等原始农业信息。结果表明：通过分析两者的孢粉、炭屑，发现当古人类活动开始增强后，对于生存、生活所需的植物，古人类有选择性地种植和采摘，导致禾本科含量增加明显，藜科含量也较高，而利用价值不大的植物则因居住、耕作需要而被砍伐、焚烧，导致木本、蕨类含量减少。通过有机碳同位素和植硅体分析，发现在古人类活动的影响下，以C3植物为主的自然植被类型转变为以C4植物为主的人工植被类型，其遗址区内农作物以粟、黍为主，并发现有水稻，推测该遗址在仰韶晚期处于“北粟南稻”交错地带。

古土壤；原始农业；孢粉；炭屑；有机碳同位素；植硅体

近年来，越来越多的专家学者开始关注考古遗址区的古文化生态环境重建，以此研究古人类居住、生活对环境的影响，重新建立起人类社会对环境变化之间的响应与适应过程[1-6]。孢粉、炭屑、有机碳同位素和植硅体等指标作为有效手段越来越广泛应用于早期农业活动及其环境影响的研究中，孢粉[7-18]和炭屑[19-24]可以用来恢复植被，并指示古人类“刀耕火种”等活动造成的生态环境改变；有机碳同位素可以用来恢复植被类型，揭示古人类活动对植被类型的影响[25-28]；植硅体可推断其母源植物的种类和产量，反映该地区的古环境信息和农业生产状况[29-37]。其中水稻植硅体因其独特的形态特征能够更加细微地反映古人类对栽培作物种类的选择，且通过水稻扇形植硅体的形态差异可以区分野生稻和栽培稻；利用稻壳中产生的双峰型植硅体的形态参数能够定量地区分野生稻与栽培稻，这可为我国史前稻作农业的发展提供线索[38-44]。

仰韶遗址文化是黄河中游地区影响最深的一种典型的原始文化，1921年瑞典科学家安特生等在河南省三门峡市渑池县仰韶村第一次发现该遗址。通过前人对该遗址的研究发现得出仰韶村遗址含有仰韶和龙山两种考古学文化，这其中包含了4个不同阶段的文化层叠压[45-46]。然而该遗址自1981年最后一次考古挖掘后，研究基本处于停滞状态，已有的研究也只是局限于考古遗存与文化面貌方面。本文将在仰韶文化遗址区域内选取两个土壤剖面作为研究对象，即一个受到古人类活动影响的土壤剖面(简称文化剖面)和一个没有受到古人类活动影响的土壤剖面(简称自然剖面)，通过对两者土壤样品进行孢粉、炭屑、有机碳同位素分析，并对文化剖面的分层样品和灰烬层样品进行植硅体分析，从而推测出当时的粮食作物等原始农业信息。

1 材料与方法

1.1 遗址区概况和土壤剖面分层概述

仰韶文化遗址区位于河南省三门峡市渑池县城北韶山脚下仰韶村南的台地上，据测量可知该遗址宽约 300 m，长约 900 m，面积近 30 hm2。如图 1 所示，本文的两个研究剖面位于仰韶村遗址区内。两个研究剖面相距很近，就是以保证各层之间年代相近，便于同时代进行对比。

图1 研究剖面具体位置示意图

文化剖面的具体位置为仰韶村进村路西面的低丘缓坡上(34°48′53″N，111°46′36″E)，海拔633 m，坡度5° ~ 8°，剖面深度为400 cm。如图2 A所示，按照土壤剖面形态特征和发生特点将剖面自上而下分为7 个土层，各层具体描述见表1：表土层(0 ~ 20 cm)、文化层1(20 ~ 70 cm)、灰烬层(70 ~ 100 cm)、文化层2(100 ~ 140 cm)、黏土层(140 ~ 150 cm)、文化层3(150 ~ 220 cm)、古土壤层(220 ~ 400 cm)。其中，文化层为古人类居住、生活而留下来的遗迹，灰烬层为古人类用火焚烧而留下来的遗迹。

自然剖面的具体位置为仰韶村安特生路东面的低丘缓坡上(34°48′51″N，111°46′36″E)，海拔621 m，坡度5° ~ 8°，剖面深度为400 cm。如图2 B所示，按照土壤剖面形态特征和发生特点将剖面自上而下分为 4个土层，各层具体描述见表2：表土层(0 ~ 40 cm)、黄土层(40 ~ 220 cm)、过渡层(220 ~ 300 cm)和古土壤(300 ~ 400 cm)。

图2 文化剖面(A)和自然剖面(B)的土壤分层及年代鉴定

表1 文化剖面分层概述

表2 自然剖面分层概述

1.2 研究方法

本文所选的两个研究剖面的深度均为400 cm，按照密集采样的方法从下到上以10 cm为间隔连续采样，共采集80个密集样品，包括40个文化剖面样品和40个自然剖面样品。按照土壤剖面形态特征及发生特点进行分层，并对每一层进行采样，共采集11个分层样品，包括7个文化剖面样品和4个自然剖面样品。此外，采集文化剖面70 ~ 100 cm附近的灰烬层样品7个。在中国科学院地质与地球物理研究所对采集的80个密集样品进行孢粉、炭屑、有机碳同位素测定和分析，采用常规的氢氟酸(HF)处理方法提取样品中的孢粉，对炭屑的提取同样采用孢粉流程法，孢粉鉴定和炭屑统计在同一张载玻片上进行，统计采用Clark的点接触法。使用Thermo公司Flash HT 2000元素分析仪与Dleta V稳定同位素质谱仪采用静态灼烧氧化的方法进行有机碳同位素分析。对采集的11个分层样品采用AMS14C进行年代测定，由北京大学考古文博学院提供的常规14C数据及利用软件CALIB 5.01[47]校正日历年龄，所用14C半衰期为5 568 a。在中国科学院地质与地球物理所研究对采集的文化剖面的7个分层样品和7个灰烬层样品采用湿式灰化的方法进行植硅体分析。

2 研究结果

2.1 土壤剖面年代测定结果

文化剖面选取20、70、100、140、150、220和400 cm处土样进行测年，结果分别为3 641、4 891、5 531、5 889、6 400、6 941和9 800 cal.aB.P.。如图2A所示。根据测年结果，大致可知文化层1为中原龙山文化，灰烬层为仰韶文化晚期形成，文化层2为仰韶文化中期，文化层3为仰韶文化早期。自然剖面选择40、220、300和400 cm处土样测年，结果分别为4 055、5 583、6 898和9 248 cal.aB.P.，如图2B所示。根据两个剖面测年结果，从年代角度大致可知，两者古土壤层对应较好，自然剖面的过渡层大致对应文化剖面的文化层2和3，自然剖面的黄土层大致对应文化剖面的灰烬层和文化层1。

2.2 孢粉和炭屑结果

孢粉鉴定和统计在Leica生物显微镜下完成，其鉴定出的典型孢粉图片如图3所示。对在文化剖面收集的40个密集样品经分析鉴定和统计后所得结果如图4所示，文化剖面样品中的孢粉百分含量以草本植物花粉为主，推测当时呈现出为温带草原植被景观。鉴定出的草本植物花粉中以禾本科Gramineae、藜科Chenopodiaceae、蒿属花粉为主，其含量变化范围分别为3.50% ~ 72.64%、1.49% ~ 32.81%、4.37% ~ 61.39%，平均值分别为24.81%、9.43%、37.85%；经鉴定发现木本植物花粉出现在多数层位中，其中以栗属、胡桃、鹅耳枥属、桦属、栎属、松属花粉为主，含量变化范围分别为0 ~ 2.70%、0 ~ 2.13%、0 ~ 4.90%、0 ~ 4.35%、0 ~ 10.50%、0 ~ 10.53%，平均值分别为0.58%、0.57%、0.91%、1.50%、4.39%、3.09%；蕨类植物花粉主要出现在文化剖面的上部，其他层位很少出现，含量变化范围为0 ~ 20.56%，平均值为2.69%。鉴定统计出的炭屑浓度值介于548 ~ 438 152粒/g之间，平均值为57 931粒/g。

对在自然剖面收集的40个密集样品经分析鉴定和统计后所得结果如图5所示，自然剖面样品中的孢粉百分含量也以草本植物花粉为主。鉴定出的草被植物花粉中以禾本科Gramineae、藜科Chenopodiaceae、蒿属花粉为主，含量变化范围分别为1.46% ~ 24.41%、2.50% ~ 20.28%、3.47% ~ 78.00%，平均值分别为9.69%、7.45%、41.02%；经鉴定发现木本植物花粉出现在多数层位中，其中以栗属、胡桃、鹅耳枥属、桦属、栎属、松属花粉为主，含量变化范围分别为0 ~ 1.03%、0 ~ 1.74%、0 ~ 20.45%、0 ~ 5.58%、0 ~ 8.02%、0.94% ~ 6.90%，平均值分别为0.38%、0.43%、2.25%、1.13%、3.35%、2.74%；蕨类植物花粉主要出现在自然剖面的上部，其他层位很少出现，变化范围为0 ~ 46.50%，平均值为12.63%。鉴定统计出的炭屑浓度值介于829 ~ 106 376粒/g之间，平均值为14 394粒/g。

(A：1 ~ 4. Compositae; 5 ~ 9. Artemisia; 10 ~ 12. Chenopodiaceae; 13 ~ 23. Gramineae; 24 ~ 25. Alnus; 26. Corylus;B：1 ~ 4. Betula; 5 Carpinus; 6. Juglans; 7. Pterocarya; 8. Carpinus; 9 ~ 10. Humulus; 11. Carya; 12. Polygonum; 13. Tilia; 14 ~ 19. Quercus)

图4 文化剖面孢粉、炭屑百分比图

2.3 有机碳同位素结果

有机碳同位素结果表明(图6)，在文化剖面土壤中的13C值介于 -16.9‰ ~ -9.6‰，平均值为-12.9‰，绝大部分值介于-15.0‰ ~ -11.0‰，其中灰烬层的13C值介于-9.1‰ ~ -6.6‰，相比于该文化剖面其他土层的值偏正。自然剖面中土壤的13C值介于-24.4‰ ~ -18.8‰，平均值为-21.5‰，绝大部分值介于 -22.0‰ ~ -20.0‰，相比于文化剖面其值偏负。

图5 自然剖面孢粉、炭屑百分比图

图6 文化剖面和自然剖面的土壤有机碳同位素值对比

2.4 植硅体结果

为研究针对古人类活动对周围区域的影响，共选取14个土壤样品进行植硅体分析，包括文化剖面分层样品7个和灰烬层样品7个。通过对样品的分析鉴定发现在该区域有二十多种典型的植硅体类型，其中以棒型、哑铃型、十字型、导管型、扇型和方型为主(图7)，在这些类型中还发现有粟、黍和水稻等的农作物植硅体(图8)。其中，鉴定出的粟、黍类植硅体均来自于种子的稃壳，鉴定出的水稻植硅体主要来自茎叶组织的扇型和并排哑铃型。所有样品鉴定出的植硅体类型绝大多数为禾本科类，并以哑铃型和棒型为主。值得注意的是，在仰韶晚期样品中发现较多的水稻植硅体，共13粒。

3 讨论

3.1 古人类活动对植被类型的影响

通过比较文化剖面和自然剖面的孢粉、炭屑、有机碳同位素特征(表3)，发现文化剖面密集样品的孢粉浓度明显高于自然剖面的孢粉浓度，通过观察发现禾本科的含量变化最为明显，其文化剖面的平均含量约为自然剖面含量的3倍，已鉴定出的粟、黍和水稻等的农作物植硅体均属于禾本科类植物。且除禾本科外文化剖面的藜科含量也明显高于自然剖面的含量，藜科类植物中的菠菜、厚皮菜、甜菜和猪毛菜等均可供人类食用。鉴定出的其他主要种属如蒿属、鹅耳枥属、中华卷柏等非粮食作物在自然剖面中有大量发现，其含量远高于文化剖面。根据美国科学家Smith和Epstein的研究结果可知C3植物的13C值主要介于-24‰ ~ -37‰，C4植物的13C值主要介于-9‰ ~ -19‰[48]，而从图6所示的有机碳同位素结果可知自然剖面的有机碳同位素值指示该剖面的主要植被类型为C3，而文化剖面的有机碳同位素值较自然剖面偏正，尤其是涉及古人类活动土层表现明显，其指示该剖面的主要植被类型为C4，而禾本科属C4植物。这表明当古人类活动开始增强后，对于生存、生活所需的植物，古人类有选择性地种植和采摘，导致禾本科和藜科含量增加明显，而利用价值不大的植物则因居住、耕作需要而被砍伐、焚烧，导致木本、蕨类植物的含量减少。

(1. 刺棒型；2.光滑棒型；3.哑铃型；4.十字型；5.尖型；6.导管型；7.扇型；8.方型；9.长方型)

Fig. 7 Main phytolith types in cultural site

(1.水稻扇型；2.水稻双峰型；3.水稻并排哑铃型；4、5. 粟稃壳Ω型；6、7. 黍颖壳η型)

表3 文化剖面和自然剖面的孢粉、炭屑、有机碳同位素等特征对比

3.2 “北粟南稻”交错地带分析

据有关资料表明，1934年瑞典科学家安特生等在调查研究仰韶文化遗址区时发现陶片上有稻谷压痕，后由瑞典植物学家Ardmon和Sodeber用植物硅酸体分析方法分析鉴定后证实该陶片上的稻谷压痕为栽培水稻的稻壳[49]。现将本研究所发现仰韶文化后期的水稻植硅体和现代水稻植硅体相比(图9)，可证实该遗址所发现的水稻属于人工种植。

在我国的北方以粟、黍为主的旱作农业比较发达，南方则是以稻作农业为主，然而有关资料表明“北粟南稻”并非泾渭分明，从新石器时代的早期至晚期，在黄河和淮河之间旱作农业和稻作农业地域范围都不断向周围扩散，形成一个稻粟种植的混作原始农业区[50-53]。在仰韶中期晚期、龙山早中期的土壤样品中均发现丰富的粟、黍植硅体，表明该地区以旱作农业为主，但在仰韶晚期的样品中，发现较多的水稻植硅体，而此时气候暖湿，为水稻种植提供了有利的气候条件，推测该遗址在仰韶晚期处于“北粟南稻”的交错地带。

4 结论

1)通过分析两者的孢粉、炭屑，发现当古人类活动开始增强后，对于生存、生活所需的植物，古人类有选择性地种植和采摘，导致禾本科和藜科含量增加明显，而利用价值不大的植物则因居住、耕作需要而被砍伐、焚烧，导致木本、蕨类含量减少。

2)通过有机碳同位素和植硅体分析，发现在古人类活动的影响下，以C3植物为主的自然植被类型转变为以C4植物为主的人工植被类型，其遗址区内农作物以粟、黍为主，并发现有水稻，推测该遗址在仰韶晚期处于“北粟南稻”交错地带。

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Study on Primitive Agricultural Activities of Yangshao Village Cultural Site in Henan Province

DU Kaichuang1, WANG Wenjing2, WU Kening1,4*, ZHA Lisi3

(1 School of Land Science and Technology, China University of Geosciences, Beijing 100083, China; 2 School of Resources and Environmental Sciences, Hebei Normal University for Nationalities, Chengde, Hebei 067000, China; 3 Institute of Public Administration, Guangdong University of Finance and Economics, Guangzhou 510320, China; 4 Key Laboratory of Land Consolidation and Rehabilitation, MLR, Beijing 100035, China)

Yangshao culture was a typical primitive culture which had profound influence in the middle reaches of Yellow River, the cultural site covers an area of 300 000 square meters, approximately 900 meters long and 300 meters wide. In order to speculate the primitive agricultural information of the cultural site, two soil profiles in the cultural site were compared, one containing obvious evidence of ancient human activities (i.e. the cultural profile) and the other free of any ancient human disturbance (i.e. the natural profile), in sporopollen, charcoal, organic carbon isotope and phytolith. The analyses of the sporopollen and charcoal found that the ancient human beings selectively planted and picked up the plants for the survival and living when the human activities began to increase, which led to the increasing levels of Gramineae and Chenopodiaceae obviously, while the low-value plants were cut down and incinerated for living and farming, which resulted in the decrease of the contents of wood and fern. The analyses of organic carbon isotope and phytolith found that the natural vegetation types dominated by C3plants were transformed into C4plant-based artificial vegetation types under the influence of ancient human activities, and the main crops in Yangshao village cultural site were Setariaitalica and panicummiliaceum, in addition, oryza sativa phytoliths are found in samples of late period Yangshao culture. It was concluded that Yangshao village was belonged to the blended zone of rice and millet at that time, indicating that the climate was becoming more humid and new ways of agricultural activities were emerged.

Paleosol; Primitive agriculture; Sporopollen; Charcoal; Organic carbon isotope; Phytolith

国家自然科学基金项目(41371226)资助。

(wukening@cugb.edu.cn)

杜凯闯(1989—)，男，河北邢台人，硕士研究生，主要从事土地评价和土壤地理研究。E-mail: 1126399446@qq.com

10.13758/j.cnki.tr.2018.04.025

K901.6

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