中國(guó)河西走廊東灰山和西灰山作物遺存研究

魏益民,楊誼時(shí),張影全,趙 博,李 明,張 波,郭波莉

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100193;2.甘肅省文物考古研究所,甘肅蘭州 730050)

史前時(shí)期的人類生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn),特別是人類賴以生存的糧食和動(dòng)物產(chǎn)品的種類和數(shù)量,以及從事食物生產(chǎn)的工具和生活用品,是評(píng)價(jià)史前社會(huì)和了解人類文明發(fā)展階段的重要證據(jù)。中國(guó)河西走廊是古代中原文化和西域文化的交叉地帶,也是古絲綢之路的重要通道,當(dāng)?shù)爻鐾恋脑缙谖幕z存,包括大量農(nóng)作物遺存,為研究古代當(dāng)?shù)氐淖魑锓N類以及外來(lái)農(nóng)作物的引入年代、傳播途徑、進(jìn)化過(guò)程等提供了寶貴的原始資料;對(duì)研究古絲綢之路的物質(zhì)和文化交流在中國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展史上的作用,提供了大量的證據(jù)。

東灰山遺址位于甘肅省民樂縣六壩鎮(zhèn)，被甘肅省博物館于1958年開展文物普查時(shí)發(fā)現(xiàn)。寧篤學(xué)[1]發(fā)表了《民樂縣發(fā)現(xiàn)兩處四壩文化遺址》的考古論文,使東灰山和西灰山為人所知。李水成等[2-3]在東灰山遺址發(fā)現(xiàn)少量炭化小麥籽粒[2-3]。李 璠等[4-5]兩次對(duì)河西走廊農(nóng)作物種質(zhì)資源和古農(nóng)業(yè)遺存進(jìn)行考察,發(fā)現(xiàn)了小麥、谷子(粟)、糜子(黍、稷)、黑麥籽粒和胡桃殼,比較分析了炭化小麥籽粒特征,并依據(jù)文化年代和年紀(jì)鑒定推測(cè)了小麥籽粒距今年代。甘肅省文物考古研究所與吉林大學(xué)北方考古研究室對(duì)東灰山遺址進(jìn)行了科學(xué)發(fā)掘，發(fā)現(xiàn)了大量炭化小麥籽粒[6]。Flad等[7]和蔣宇超等[8]在東灰山遺址剖面采樣,均浮選鑒定出小麥、大麥、谷子、糜子、小麥穗軸、大麥穗軸和雜草種子[7]。Wei等[9-10]和魏益民等[11-12]在東灰山新發(fā)現(xiàn)了蕎麥、燕麥籽粒和棗核。據(jù)東灰山炭化小麥籽粒碳同位素測(cè)年數(shù)據(jù)顯示，其距今約為3 613～3 808年[7,13]。西灰山位于甘肅民樂縣新天鎮(zhèn),在東灰山西北方向,兩地垂直距離15 km。楊誼時(shí)[14]研究了西灰山的炭化作物籽粒,發(fā)現(xiàn)了小麥、大麥、谷子和糜子。西灰山炭化小麥籽粒碳同位素測(cè)年數(shù)據(jù)距今約為3 697～3 828年[15]。東灰山屬于“四壩文化”;西灰山屬于西城驛文化,早于東灰山,晚期屬于四壩 文化。

本研究在對(duì)東灰山和西灰山炭化作物籽粒研究結(jié)果的基礎(chǔ)上,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)考察取樣、實(shí)驗(yàn)室樣本處理,開展作物遺存年代測(cè)定,并與當(dāng)?shù)胤N植的現(xiàn)代作物籽粒性狀進(jìn)行比較，分析東灰山和西灰山作物種類、籽粒特征特性的差異,以期展現(xiàn)人類在作物訓(xùn)化和改良方面所取得的進(jìn)展。

1 材料與方法

1.1 材料來(lái)源

1.1.1 炭化作物籽粒

2016年在東灰山東側(cè)保護(hù)區(qū)外玉米地水渠兩岸文化層(0～200 mm)取土樣,每個(gè)點(diǎn)取土樣1.0 kg以上(圖1A)[12]。2019年在西灰山東南側(cè)文化層(0～150 mm)取土樣,每個(gè)土樣1.0 kg以上(圖1B)。土樣經(jīng)浮選法獲得漂浮物,從漂浮物中分揀出形態(tài)完整的炭化作物籽粒和植物遺存(木炭)。經(jīng)去離子水清洗、風(fēng)干后,在離心管內(nèi)密封保存,備用[16]。

A1:東灰山地貌;A2:東灰山土樣剖面;B1:西灰山地貌;B2:西灰山土樣剖面。

1.1.2 現(xiàn)代小麥和蕎麥籽粒

現(xiàn)代小麥樣品A 采自2016年民樂縣六壩鎮(zhèn)四壩堡子村三組張戶家收獲的小麥,1 kg,作為對(duì)照A;樣品B采自民樂縣六壩鎮(zhèn)四堡村六組鄭戶家,5 kg,作為對(duì)照B。對(duì)照品種均為當(dāng)?shù)刂髟孕←溒贩N永寧15號(hào)[12]?，F(xiàn)代蕎麥樣品為2017年收獲的陜北定邊紅花蕎麥,1 kg[9]。

1.2 分析方法

1.2.1 炭化籽粒的鑒定和拍照

2016年樣品在立體顯微鏡(MZ62,廣州)下鑒定作物種類，并在冷場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(HITACH,SU-8010,日本)下拍照。2019年樣品在立體顯微鏡(MZ62，廣州)下鑒定作物種類,并在立體顯微鏡下拍照。

1.2.2 單籽粒重量及長(zhǎng)寬的測(cè)定

炭化作物籽粒(東灰山65粒，西灰山29粒)用1/10 000天平(BSA224S-CW,北京)稱重;對(duì)照小麥和蕎麥100粒用1/1 000天平(BSA323S-CW,北京)稱重。炭化作物、對(duì)照小麥和蕎麥籽粒的長(zhǎng)寬均用游標(biāo)卡尺(II-601-01,哈爾濱)測(cè)量。

1.2.314C、13C及年代測(cè)定

挑選典型作物籽粒及同區(qū)域發(fā)現(xiàn)的其他植物遺存(木炭),送美國(guó)佛羅里達(dá)州碳同位素測(cè)年實(shí)驗(yàn)室測(cè)定14C、13C及樣品校正年代,使用數(shù)據(jù)庫(kù)為INTCAL13[17-18]。

2 結(jié) 果

2.1 東灰山和西灰山發(fā)掘的作物種類

東灰山遺址從1958年發(fā)現(xiàn)炭化小麥籽粒至今,已陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了谷子、糜子、大麥、黑麥和胡桃殼。魏益民等[12]從2016年采集的土壤樣本中首次分離出了蕎麥、大麥(圖2A)和棗核。西灰山遺址從1958年被發(fā)現(xiàn)、1960年被公開報(bào)道后，直到近幾年才有作物遺存報(bào)道。楊誼時(shí)[14]報(bào)道在西灰山遺址發(fā)現(xiàn)了炭化小麥、大麥、谷子、糜子籽粒,以及小麥穗軸和大麥穗軸。筆者在2019年采集的土壤樣本中浮選鑒定出了炭化小麥、大麥和谷子籽粒(圖2B)。

A1～A4:東灰山作物種子電子顯微鏡掃描照片,2016;B1～B5:西灰山作物種子或植物遺存立體解剖鏡照片(放大1.5～3.0倍),2019。

2.2 東灰山和西灰山炭化小麥籽粒形態(tài)比較

對(duì)東灰山采集到的形態(tài)完整、無(wú)破損的炭化小麥籽粒樣品(東灰山65粒，西灰山29粒)稱重。從表1可以看出，東灰山單籽粒籽平均為9.52 mg,變化范圍為3.01～17.40 mg,變異系數(shù)為 30.56%；西灰山單籽粒平均為8.90 mg,變化范圍為 3.00～16.00 mg,變異系數(shù)為31.60%。西灰山小麥籽粒稍輕于東灰山小麥籽粒。與2016年當(dāng)?shù)卦耘嗟男←溒贩N永寧15號(hào)(對(duì)照A和B)相比,變異系數(shù)較大,說(shuō)明炭化小麥粒重差異較大。根據(jù)Fraser等[19]的模擬試驗(yàn)，人工炭化小麥的重量損失為50.4%。由此推測(cè),還原后東灰山炭化小麥當(dāng)時(shí)的平均粒重為18.89 mg,為對(duì)照小麥樣品的44.57%和47.25%;西灰山炭化小麥當(dāng)時(shí)的平均粒重為17.66 mg,為對(duì)照小麥樣品的41.67%和44.17%。

表1 東灰山和西灰山炭化小麥籽粒的重量

從表2可以看出，東灰山炭化小麥單籽粒平均長(zhǎng)度為4.62 mm,變化范圍為3.80～5.36 mm,變異系數(shù)為 8.78%;單籽粒平均寬度為3.26 mm,變化范圍為 2.48～4.80 mm,變異系數(shù)為14.01%;籽粒寬/長(zhǎng)比例均值為0.71。西灰山炭化小麥單籽粒平均長(zhǎng)度為4.51 mm,變化范圍為3.53～5.68 mm,變異系數(shù)為12.43%;單籽粒平均寬度為 3.15 mm,變化范圍為2.35～3.84 mm,變異系數(shù)為 10.15%;籽粒/寬長(zhǎng)比例均值為0.70。與2016年當(dāng)?shù)卦耘嗟男←溒贩N永寧15 號(hào)(對(duì)照A和B)單籽粒平均長(zhǎng)度分別為5.57和5.54 mm，變化范圍分別為4.08～6.84 mm 和4.42～7.00,變異系數(shù)分別為8.17%和9.18%;單籽粒平均寬度分別為3.30和3.39 mm,變化范圍分別為2.24～3.86 mm和 2.32～4.92 mm,變異系數(shù)分別為 10.10%和12.10%;籽粒寬/長(zhǎng)比例均值分別為0.59和0.61。

表2 東灰山和西灰山炭化小麥籽粒的長(zhǎng)度和寬度

炭化小麥比現(xiàn)代小麥籽粒長(zhǎng)度明顯較短(東灰山和西灰山；炭化籽粒長(zhǎng)度分別為現(xiàn)代小麥的83%和81%)，寬度比現(xiàn)代小麥籽粒略小(東灰山炭化籽粒寬度為現(xiàn)代小麥的96%～99%;西灰山炭化籽粒寬度為現(xiàn)代小麥的93%～95%)。說(shuō)明通過(guò)漫長(zhǎng)的自然選擇和人工培育,現(xiàn)代小麥籽粒變長(zhǎng),均勻性提高。

2.3 東灰山炭化蕎麥籽粒形態(tài)比較

東灰山炭化蕎麥籽粒平均寬度為2.48 mm,平均長(zhǎng)度為3.99 mm,寬/長(zhǎng)比為0.62;現(xiàn)代陜北定邊紅花蕎麥籽粒的平均寬度為3.64 mm,平均長(zhǎng)度為4.61 mm,寬/長(zhǎng)比為0.75。東灰山蕎麥籽粒的寬度和長(zhǎng)度分別只有現(xiàn)代陜北定邊紅花蕎麥籽粒的72%和87%?？梢?新石器晚期至青銅器時(shí)代的蕎麥籽粒明顯較現(xiàn)代蕎麥籽粒小(圖2A4)。

2.4 東灰山和西灰山發(fā)掘作物的年代鑒定結(jié)果

從表3可以看出，東灰山炭化小麥籽粒距今3 463～3 361年(cal.BP,95.4%閾值);炭化蕎麥籽粒距今3 610～3 458年;炭化谷子籽粒測(cè)定結(jié)果出現(xiàn)了2個(gè)峰,分別顯示距今3 562～3 440年和3 400～3 434年;木炭距今3 592～3 453年。炭化小麥籽粒的測(cè)定結(jié)果和Flad等[7]對(duì)東灰山炭化小麥籽粒的測(cè)定結(jié)果比較接近(3 573～ 3 402 cal.BP)。根據(jù)測(cè)定年代的變幅可以認(rèn)為,東灰山文化層大約經(jīng)歷了150年。

表3 東灰山和西灰山作物和植物遺存的年代(14C測(cè)定)

西灰山炭化小麥籽粒出現(xiàn)了兩個(gè)年齡段,分別為距今3 515～3 388年和3 522～3 360年;炭化大麥籽粒距今3 700～3 568年;炭化谷子籽粒測(cè)定出現(xiàn)了3個(gè)峰,分別顯示距今 3 649～3 556年、3 691～3 659年、3 533～3 495年;木炭距今 3 694～3 560年和3 521～3 515年(表3)。13C含量測(cè)定結(jié)果為作物種類的鑒定提供了佐證，如谷子和小麥的13C含量在兩個(gè)出土地點(diǎn)比較接近。

3 討 論

東灰山遺址從1958年發(fā)現(xiàn)至今,經(jīng)多次考古人員和農(nóng)學(xué)家的發(fā)掘,已陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了炭化小麥、谷子、糜子、大麥、黑麥、蕎麥和燕麥籽粒,以及胡桃殼、棗核等。魏益民等[12]從2016年采集的土壤樣本中首次分離出了蕎麥籽粒，是中國(guó)蕎麥起源和種植歷史上一次重要發(fā)現(xiàn)。這一結(jié)果使中國(guó)蕎麥的種植歷史追溯到新石器晚期至青銅器時(shí)代,也為中國(guó)蕎麥的起源中心學(xué)說(shuō)提供了重要的實(shí)物證據(jù)[9-10]。西灰山遺址從公開報(bào)導(dǎo)以來(lái),一直鮮有作物樣本遺存的報(bào)道。楊誼時(shí)[14]在西灰山遺址發(fā)現(xiàn)了炭化小麥、大麥、谷子和糜子籽粒，并發(fā)現(xiàn)西灰山2個(gè)炭化小麥籽粒樣本距今3 828～ 3 697年和3 809～3 643年;谷子籽粒距今 3 606～3 511年(AMS方法,1σ)。該研究小麥籽粒的測(cè)定年代早于本研究的結(jié)果,而谷子籽粒的測(cè)定年代比較接近。本研究在西灰山采集的土壤樣本中，鑒定出了炭化小麥、大麥和谷子籽粒，并對(duì)西灰山大麥炭化籽粒首次做了14C測(cè)年分析，通過(guò)對(duì)比兩個(gè)遺址發(fā)現(xiàn)的作物種類，認(rèn)為兩個(gè)遺址的作物種類基本相同?？梢?在新石器晚期至青銅器時(shí)代,小麥和大麥已在祁連山北麓大量種植,谷子和糜子已從中原和華北引入到了河西走廊。本研究結(jié)果認(rèn)為,小麥、大麥在東灰山和西灰山的種植歷史可能稍早于谷子和糜子。

東灰山和西灰山遺址發(fā)掘出土了大量的植物遺存。早期所測(cè)的一年生作物年代結(jié)果與近年來(lái)所測(cè)年代有差異。原因可能是受樹木“老木效應(yīng)”的影響,導(dǎo)致年代明顯偏早200～300年；或早期傳統(tǒng)測(cè)年方法受儀器和方法精度的限制,年代也偏早[14]。目前,東灰山炭化小麥籽粒14C 測(cè)年數(shù)據(jù)距今最遠(yuǎn)為3 808～3 613年,屬于四壩文化[13]。西灰山炭化小麥籽粒碳同位素測(cè)年數(shù)據(jù)距今最遠(yuǎn)為3 828～3 697年[14]，屬西城驛文化地層。本研究新發(fā)現(xiàn)的西灰山炭化小麥籽粒距今 3 610～3 458年(95.4%);首次鑒定的西灰山炭化大麥籽粒距今3 700～3 568年(95.4%)，和目前發(fā)現(xiàn)的作物遺存和植物遺存(木炭)距今年代比較一致。西灰山發(fā)現(xiàn)的炭化谷子籽粒年紀(jì)出現(xiàn)3個(gè)時(shí)段,這可能與樣品所處文化層的不同有關(guān)。為了不破壞自然形成的斷面,樣品是從河流沖刷形成剖面浮土中采集的,樣品可能來(lái)自不同文化層。這也正好反映了西灰山形成的過(guò)程或經(jīng)歷的時(shí)段。從現(xiàn)有結(jié)果來(lái)看,西灰山作物種植史稍早于東灰山。

考古學(xué)團(tuán)隊(duì)每次挖掘任務(wù)重點(diǎn)不同,關(guān)注點(diǎn)不同;考古團(tuán)隊(duì)也常常缺少植物考古和作物鑒定的專業(yè)人才,有些大范圍的挖掘竟然不包括作物或植物遺存的任何信息。例如,西灰山的炭化小麥籽粒,1958年修水渠時(shí)大量發(fā)現(xiàn),直到農(nóng)學(xué)家和植物考古學(xué)家介入后,才開始受到重視,并有較多作物種子被發(fā)現(xiàn)和系統(tǒng)性地研究。筆者相信,如果對(duì)東灰山和西灰山開展系統(tǒng)、周密地作物和植物遺存挖掘,可能還會(huì)有更多發(fā)現(xiàn),或?qū)沤z綢之路在中華民族發(fā)展過(guò)程的作用有新的認(rèn)知。