1、 河南仰韶村遗址原始农业活动研究 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，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）摘 要：针对从古土壤特征推导不同时间尺度下原始农业信息研究较少的问题，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
2、活动开始增强后，对于生存、生活所需的植物，古人类有选择性的种植和采摘，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。关 键 词：古土壤；原始农业；孢粉；炭屑；有机碳同位素；植硅体 中图分类号：K901.6 文献标识码：A 11.引言近年来，愈来愈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
3、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
4、型植硅体的形态参数能够定量的区分野生稻与栽培基金项目：国家自然科学基金项目（41371226）资助*通讯作者()作者简介：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:。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
5、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。2.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300m，长约900m，面积近30hm 2。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
6、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Fig. 1 Schematic diagram of the study section文化剖面的具体位置为仰韶村进村路西面的低丘缓坡上（344853N，1114636E），海拔633m，坡度5 8，剖面深度为 400 cm。如图2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（020cm ）、文化层1 （2070cm）、灰烬层（70100cm）、文化层2（100140cm）、黏土层（140150cm）、文化层3 （150220cm ）、古土壤层（220400cm）。其中，文化层为古人
7、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。表 1 文化剖面分层概述Tab. 1 Overview of the culture profile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（344851N，1114636E），海拔621 m，坡度 58，剖面深度为400 cm。如图3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四个土层，各层具体描述见表2 ：表土层（040 cm）、黄土层（40220 cm）、过渡层（220300 cm）和古土壤（ 300400 cm）。表 2 自然剖面分层概述Tab. 2 Overview of the nature pr
8、ofile 深度/cm 地层 概述0-20 表土层 浊橙色（7.5YR 6/4，干），棕色（7.5YR 4/3，湿），粉壤土，多量根系，弱发育块状结构，稍硬，孔隙度很高，清晰平滑过渡。20-70 文化层1浅棕灰色（7.5YR 7/2，干），棕色（7.5YR 4/3，湿），粉壤土，中发育块状结构，硬，孔隙度低，清晰平滑过渡。70-100 灰烬层 灰棕色（7.5YR 4/2，干），暗棕色（7.5YR 3/3，湿），粉壤土，粒状结构，松散，孔隙度很高，清晰平滑过渡。100-140140-150文化层2黏土层浊橙（7.5YR 7/3，干），暗棕（7.5YR 3/3，湿），粉壤土，少量根系，弱发育块状结
9、构，硬，孔隙度很低，发现少量陶片，清晰平滑过渡。浊橙（7.5YR 6/4，干），亮棕（7.5YR 5/6，湿），黏土，强发育块状结构，很硬，孔隙度低。150-220 文化层3淡棕灰色（7.5YR 7/2，干），棕色（7.5YR 4/3，湿），粉壤土，中发育块状结构，硬，孔隙度很低，清晰平滑过渡。220-400 古土壤 浊橙色（7.5YR 6/4，干），亮棕色（7.5YR 5/6，湿），黏土，强发育块状结构，很硬，孔隙度低。深度/cm 地层 概述0-40 表土层 淡棕灰色（7.5YR 7/2，干），棕色（7.5YR 4/3，湿），粉壤土，粒状结构，松软，含少量根系，模糊平滑过渡。40-220 黄
10、土层 浊橙色（7.5YR 7/3，干），暗棕色（7.5YR 3/3，湿），粉壤土，弱发育块状结构，稍硬，含中量根系，少量砾石和砂姜侵入体，清晰平滑过渡。220-300 过渡层 浊橙色（7.5YR 7/3，干），亮棕色（7.5YR 5/6，干），黏土，强发育角块状结构，稍硬，很多钙质粉霜和假菌丝体。300-400 古土壤 浊橙色（7.5YR 6/4，干），亮棕色（7.5YR 5/6，湿），黏土，强发育棱块状结构，很硬，含少量钙质结核。图 2 文化剖面土壤分层及年代鉴定 图 3 自然剖面土壤分层及年代鉴定 Fig .2 Soil stratification and age identificat
11、ion Fig .3 Soil stratification and age identification of the cultural profile of the natural profile 3.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 10cm 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 70100cm 附近的灰烬层样品 7 个。在中国科
12、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 5.0147校正日历年龄，所用 14C 半衰期为 5568 年。在中国科学院地质
13、与地球物理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。4.研究结果4.1 土壤剖面年代测定结果文化剖面选取 20cm、70cm 、100cm 、140cm、150cm、220cm 和 400cm 处土样进行测年，结果分别为 3641cal.a B.P.、4891cal.a B.P.、5531cal.a B.P.、5889cal.a B.P.、6400cal.a B.P.、6941cal.a B.P.和 9800cal.a B.P.。如图 2 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
14、期，文化层 3 为仰韶文化早期。自然剖面选择40cm、220cm、300cm 和 400cm 处土样测年，结果分别为 4055cal.a B.P.、5583cal.a B.P.、6898cal.a B.P.和 9248cal.a B.P.。如图 3 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。4.2 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 4 和图 5 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
15、所得结果如图 6 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 Artemisia 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 Castanea、胡桃 Juglans、鹅耳枥属 Carpinus、桦属 Betula、栎属 Quercus、松属 Pinus 花粉为主，含量变化范围分别为02.70%、
16、02.13%、04.90% 、04.35% 、010.50%、010.53% 、，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，其它层位很少出现，含量变化范围为 020.56%，平均值为 2.69%。鉴定统计出的炭屑浓度值介于548438152 粒/g 之间，平均值为 57931 粒/g 。14 Compositae; 59 Artemisia; 1012 Chenopodiaceae; 14 Betula; 5 Carpinus; 6 Juglans; 7 Pterocarya; 8 Carpinus;1323
17、 Gramineae; 2425 Alnus; 26 Corylus 910 Humulus; 11 Carya; 12 Polygonum; 13 Tilia; 1419Quercus图 4 花粉图版 1 图 5 花粉图板 2Fig.4 Pollen plate 1 Fig.5Pollen plate 2 图 6 文化剖面孢粉、炭屑百分比图Fig .6 Percentage of pollen and charcoal in cultural profile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 7 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
18、草被植物花粉中以禾本科 Gramineae、藜科Chenopodiaceae、蒿属 Artemisia 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 Castanea、胡桃 Juglans、鹅耳枥属 Carpinus、桦属 Betula、栎属 Quercus、松属 Pinus 花粉为主，含量变化范围分别为01.03%、01.74%、020.45% 、05.58% 、08.02%、0.94%6.90%，平均值分别为0.38%、0.43%、
19、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，其它层位很少出现，变化范围为 0.00%46.50%，平均值为 12.63%。鉴定统计出的炭屑浓度值介于 829 106376 粒/g 之间，平均值为 14394 粒/g。图 7 自然剖面孢粉、炭屑百分比图Fig .7 Percentage of pollen and charcoal in natural profile4.3 有机碳同位素结果有机碳同位素结果表明（图 8），在文化剖面土壤中的 13C 值介于-16.9-9.6之间，平均值为-12.9，绝大部分值介于 -15.0-11.0，其中灰烬层的
20、13C 值介于-9.1-6.6，相比于该文化剖面其它土层的值偏正。自然剖面中土壤的 13C 值介于-24.4-18.8之间，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 8 文化剖面和自然剖面的土壤有机碳同位素值对比Fig. 8 Comparisons between organic carbon isotope of cultural profile and natural profile4.4 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 9），在这些类型中还发现有粟、黍和水稻等的农作物植硅体(图 10)。其中，鉴定出的粟、黍类植硅体均来自于种子的稃壳，
