2017, Vol.37
从人类出现，人与自然界的互动便开始产生。人类与自然环境的联系主要体现在对自然资源的利用和改造上，而动植物资源则是维持人类生命最主要的物质基础，并且随着时代的变迁不断发生着变化。人类在旧石器时代对植物的长期采集，以及进入新石器时代后的种植和驯化过程，是我们研究过去人地关系的重要议题之一。由于植物不易保存，探究古人与植物资源的关系受到限制，研究人员便利用一切可能的手段提取考古遗址中的植物遗存，植物考古学便应运而生。
植物大遗存分析、植硅体和淀粉粒分析是植物考古的3种主要研究手段。在淀粉粒分析方法出现以前，利用植物大遗存和植硅体分析的研究已经取得了引人注目的成果[1~4]，但是，受沉积环境或人类行为的影响，植物大遗存在一些考古遗址里保存有限[5]，且很多植物如块根块茎类被人类利用的部位不含或者含有较少的植硅体[6]，导致农作物信息的提取还不够完全。淀粉是所有农作物果实必然含有的物质，以淀粉粒的形式贮藏在植物的根、茎及种子等器官的薄壁细胞细胞质中。由于不同种属的植物淀粉粒具有不同的形态特征，因此可以进行植物种类的鉴定[7, 8]；而作为半晶体的淀粉粒，在古人遗留下来的生产生活工具表层和牙结石中可以保存上百万年，为研究古代植物利用提供了可能[9]。所以，从20世纪80年代末开始，淀粉粒分析逐渐成为一种必要的研究手段，在欧美和澳洲开始发展，弥补了植物大遗存和植硅体分析涉及不到的研究对象和研究领域[10~16]。
虽然淀粉粒分析手段在国内外植物考古领域起步相对较晚，普及程度不高，但却具有自身独特的优势。淀粉粒贮存在植物的种子、根、茎及果实等可食用部位，能够直接反映与人类生产、生活活动相关的信息；同时淀粉粒能在不同的自然环境中长期保存[9]，为我们了解古人类的生计模式[15, 16]及其对环境的适应[17]、器物功能[18~20]等方面提供有用的信息。
淀粉粒分析在考古学中的应用潜力于一百多年前就已经被意识到[21]，但关于古代淀粉粒的研究直到20世纪80年代才真正开始[22]。目前，淀粉粒分析方法已在美洲地区玉米(Zea mays)[23~25]、红薯(Ipomoea batatas)[12]、木薯(Manihot esculenta)[26]、南瓜(Cucurbita moschata)[27]、辣椒(Capsicum spp.)[28]等、西南亚地区的小麦(Triticum aestivum)、大麦(Hordeum vulgare)[29]、大洋洲及新几内亚热带岛屿块根块茎类植物的驯化、传播和种植过程[30, 31]、欧洲尼安德特人食性分析[16, 32]、非洲旧石器时代早中期人类植物利用[33, 34]中取得了一系列重要的研究成果。与此同时，淀粉粒分析方法在中国不断推广，成为植物考古工作必不可少的一部分。
1 中国古代淀粉粒研究概况淀粉粒研究在中国始于20世纪50年代前后，开始主要应用于药用植物学和生药学研究，比如米景森[35]曾对26种用于食用和药用植物的淀粉粒进行详细的形态学统计研究。淀粉粒研究方法在中国考古学中的应用开始较晚，最早的尝试来自20世纪末21世纪初于喜凤[36]、吕烈丹[37, 38]、杨晓燕等[39]和Lu等[40]的工作；在最近10年，快速普及，截至2015年，发表文章70余篇，尤其是最近5年，发表文章总量超过前3个5年(图 1a)，涉及87处考古遗址(图 1b)。
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图 1 中国古代淀粉研究成果概况 (a)中国学者发表的与古淀粉研究相关的文章数量(截止2015)；(b)开展过淀粉粒分析的古代遗址数量LP：旧石器时代晚期(30000~12000a B.P.)；EN：新石器时代早期(12000~9000a B.P.)；MN：新石器时代中期(9000~7000a B.P.)；LN：新石器时代晚期(7000~4000a B.P.)；XSZ：夏商周时期(4000~2221a B.P.)；QH：秦汉时期(2221~1780a B.P.)；ST：隋唐时期(1780~1030a B.P.) Fig. 1 Summary of ancient starch research in China |
已开展过淀粉粒分析的中国考古遗址，在时间上，从旧石器时代晚期直至隋唐，年代跨度比较大，其中，新石器中晚期遗址最多(图 1b)；在空间上，覆盖范围广，除西南地区以外，
其他区域均有涉及(图 2)[17, 40~90]；在研究材料上则包括了各种常见石器类型(石磨盘、石磨棒、石刀、石杵、石斧、石锛、砍砸器、刮削器、石片等)、陶器(残留物、刻槽盆、陶片等)、蚌器、脱水食物(面条、饼、饺子等)、牙结石(人牙、猪牙)，以及文化层堆积(地层、灰坑等)，样本量已达600余例(表 1)。上述部分工作已有学者进行过简单梳理[91]，本文尽可能地搜集相关研究成果并进行全面分析。
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图 2 中国已开展过古代淀粉研究的遗址分布图 Fig. 2 Archaeological sites where ancient starch research was executed in China |
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表 1 中国古代淀粉粒分析样品统计表 Table 1 Type of objects for ancient starch research |
大量的植物学研究表明，利用淀粉粒形态的二维和三维指标有可能将它们进行科、属，甚至种间的区分[7, 8]。一般来说，不同科一级植物的淀粉粒形态相对较为容易区分，比如食用豆类淀粉粒多为肾型[92]，而禾本科(Poaceae)植物淀粉粒多为多面体[42, 43, 93]；但是同一科、属的近缘植物所产生的淀粉粒则较为相似，必须对它们进行统计测量和对比分析才有可能找到差异，从而建立近缘植物间淀粉粒形态的鉴定标准[42, 43, 93, 94]。现代淀粉粒的鉴定标准是进行古代淀粉粒鉴定和研究的基础和前提，对现代植物淀粉粒形态特征的研究程度直接决定了我们对古代淀粉粒的鉴定精度。
由于澳洲、美洲生长的植物与分布在东亚的植物种类差别较大，人类利用的植物种类也不尽相同，中国学者建立了中国常见现代淀粉粒形态数据库(http://cmsgd.igsnrr.ac.cn)，其中收录200多种中国常见的各类农作物及其野生祖本、药用植物以及其他野生经济类植物，并陆续建立了粟类及其近缘植物、小麦族(Triticeae)、坚果类、食用豆类以及块根块茎类植物的鉴定标准[42, 43, 93~97]。
关于粟类植物淀粉粒形态特征，国内多位学者进行过讨论。Yang等[42, 93]和葛威等[94]对中国北方现代粟(Setaria italica)、黍(Panicum miliaceum)及其近缘种青狗尾草(Setaria viridis)、大狗尾草(Setaria faberii)、皱叶狗尾草(Setaria plicata)、金色狗尾草(Setaria pumila)、莩草(Setaria chondrachne)、幽狗尾草(Setaria parviflora)、糠稷(Panicum bisulcatum)、野黍(Eriochlo avillosa)、高粱(Sorghum bicolor)、薏苡(Coixla cryma-jobi)淀粉粒进行了形态和粒径的对比，发现这些植物淀粉粒部分形态特征相互重叠，同时也存在差异，可将它们进行一定程度的区分。此外，综合上述各项特征和系统的判别分析可提高古代粟类淀粉粒的鉴定精度。
Yang等[43]曾对禾本科早熟禾亚科(Pooideae)中的小麦族及其他4个亚科的13属18种植物淀粉粒形态进行了对比，发现小麦族淀粉粒所具有的大粒径、双透镜(铁饼状)形态特征，与其他中小粒径、多面体禾本科淀粉具有非常明显的不同。小麦族的淀粉粒在统计学基础上可以进行进一步的区分，如大麦属(Hordeum)淀粉粒的粒径均在30μm以下，其中近70 %大于20μm，表面常见网状小凹坑，以椭球形、近半球形等形态居多。另外，杨晓燕等[96]还分析了中国北方3属7种主要坚果类植物淀粉粒，发现典型栎属(Quercus)淀粉粒常呈圆角三角形且具深大的径向裂隙，这些特征可以将其与其他科、属进行区分；栎属淀粉粒在一定程度上还可以进行种间的区分。这些标准的建立为探讨早期人类对坚果类植物的利用奠定了基础。
食用豆类淀粉粒具有很多相似的特征，其形状一般为肾形，粒径在15~40μm之间，脐点居中、层纹清晰，有深大径向裂隙、呈“一”字形、“Y”字形。但是不同种间仍然具有可以区分的特性，如红小豆(Vigna angularis)，单体最大值可达56.9μm，为目前已知食用豆类最大者；葫芦形可以作为回回豆(Cicera rietinum)的鉴定依据[92]。
万智巍等[97]将中国南方常见的来自薯蓣科(Dioscoreaceae)、天南星科(Araceae)、百合科(Liliaceae)、睡莲科(Nymphaeaceae)、豆科(Leguminosae)、兰科(Orchidaceae)、莎草科(Cyperaceae)、菱科(Trapaceae)、姜科(Zingiberaceae)等13种块根块茎类植物进行分析后发现，块根块茎类植物淀粉粒脐点多偏心，粒径大于5μm的大多为近球形、椭球形、半球或纺锤形，粒径大于15μm的多见层纹，常伴有草酸钙晶体，这些是不同于其他植物类型的形态特征；至于具体种属的鉴定标准则需要进一步的完善。
2.1.2 基于淀粉粒形态的现代模拟实验现代淀粉在表土和器物上的沉积过程，是解释地层中或考古器物上古代淀粉来源的理论依据。模拟谷物收割、脱粒、研磨、蒸煮、烘烤、发酵、酶解等对淀粉粒形态和结构的影响，借此理解器物使用、废弃和埋藏后的淀粉沉积过程，可为科学解释考古器物上的淀粉残留物提供理论依据。用石片模拟石刀收割现代谷子和小麦的实验，揭示了茎秆与种子里淀粉粒在收割工具的沉积过程[98, 99]。对粟、黍进行的脱壳和研磨实验显示，去壳处理对淀粉粒的大小和形态没有很大的影响，但是研磨可以使淀粉粒的粒径增大至原来的1.2倍，表面形态遭到一定程度的破坏[79]，消光臂宽度增加，消光区域扩大[100]；而水煮容易使小麦、粟、黍的淀粉粒糊化、表面出现褶皱、体积膨胀、消光特征减弱[101, 102]；烘焙虽然可以保持淀粉粒的原有轮廓，但除个别外，淀粉粒的消光特性消失[100]。除了古人的加工会改变淀粉粒的形态特征，现代实验室处理过程也会对其形态造成一些影响，如超声波处理可使小麦淀粉粒粒径增大，但是低温干燥、6 %的稀盐酸和10 %的双氧水的处理对其影响较小[101]。
2.2 关于农业起源和植物利用模式的研究 2.2.1 植物利用模式的时空演变我国旧石器时代晚期进行过淀粉粒分析的遗址集中在北方地区。宁夏水洞沟遗址(33000~20300a B.P.)出土的石器表面，残留了小麦族、块根块茎类、野生豆类、坚果类植物的淀粉，其中以小麦族和野生豆类为主[90]；黄河中游的柿子滩遗址第14地点(23000~19500a B.P.)出土的3个石磨盘表面残留的淀粉粒分析，显示当时先民加工的植物有小麦族、豇豆属(Vigna)、黍族(Paniceae)等耐干旱的禾本科植物以及块根块茎类[47]；稍晚的柿子滩遗址第9地点(13800~8500a B.P.)的植物利用状况与其相似，黍亚科和小麦族为植物组合的主体，栎属亦占一定的比例[48]。类似的植物组合也出现在末次盛冰期时的长江流域，万智巍等[70]分析了长江中游地区仙人洞和吊桶环遗址(20000~19000a B.P.)蚌器表面的残留物，发现可鉴定的淀粉粒主要来自小麦族、黍族等禾草类植物。整体来说，在旧石器时代晚期，由于受到末次盛冰期的影响，我国南北方均呈现出以采集禾谷类植物为主，同时利用豆类、块根块茎类、坚果类等其他多种野生植物资源的植物利用模式。
进入到新石器时代早期，中国北方地区南庄头遗址、东胡林遗址、磁山遗址、转年遗址出土的石磨盘、石磨棒及陶片表层残留物淀粉粒分析结果显示，在万年以前该地区人类就已经开始对粟、黍进行驯化，同时利用小麦族、栎属等其他植物资源[17, 19, 41~44]，相较于旧石器时代晚期人类利用植物资源的多样性，此时期人类植物利用模式则更倾向于集中化。在华中地区，李文成等[88]对坑南遗址的35件石制品表层残留物进行了淀粉粒的提取和分析，同样发现大量黍族、薏苡属(Coix)等禾本科植物以及部分根茎类植物，与华北地区并没有明显差异；在长江流域，刘莉等[63]从属于新石器早期的浙江上山遗址和小黄山遗址(11400~8000a B.P.)出土的磨石残留物中提取出大量橡子淀粉粒，表明全新世早期长江下游地区人类曾集中加工利用过坚果类植物；而Yang等[46]在上山遗址8件石器表层残留物中发现大量作为现代水稻田杂草的稗属(Echinochloa spp.)植物淀粉粒，以及橡子、菱角(Trapa sp.)等其他野生植物。总体来说，以长江流域为代表的华东地区较为明显的特征是大量利用坚果类以及水生禾本科植物，体现出与北方地区不一样的地方特色。在华南地区，万智巍[69]对牛栏洞遗址(约12000a B.P.)出土石器进行淀粉粒分析后发现，该地区先民除了利用黍亚科植物外，同时大量利用姜科等块根块茎类植物以及苏铁科(Cycadaceae)植物茎髓。
已进行过淀粉粒分析的遗址数量在新石器时代中期达到高峰。中原地区的裴李岗遗址(8500~7000a B.P.)[77, 78]、西辽河地区的白音长汗遗址[53](8200~7400a B.P.)以及华北地区的上宅遗址(7500~7000a B.P.)[61]出土的石器表面残留物的分析体现出粟类植物在北方地区人类食谱中的重要地位；同时期在长江下游地区，Yang等[62]对浙江跨湖桥遗址陶釜残片内壁的炭化残留物进行了淀粉粒提取和研究，共鉴定出稻属(Oryza)、薏苡属、豇豆属、栎属等8种植物淀粉粒，表明当时社会人类食物的多样性。从淀粉粒证据上看，中国南北方从旧石器时代晚期以来以禾本科为主要利用对象的植物利用模式一直被延续。
到新石器时代晚期，中国西北地区的淀粉粒研究工作较为突出。甘青地区新石器晚期的马家窑等遗址灰坑土样淀粉粒研究表明，麦类、粟类、坚果类、块根块茎类共同构成了当时的植物组合，其中以小麦族和粟类为主，说明4000a B.P.小麦、大麦和青稞(Hordeum vulgarevar. nudum)等已传入该地区并被人类广泛利用[68]。在华东地区，对赣江中游地区新石器晚期4个遗址出土的13件石器的淀粉粒分析揭示了该地区具有地方特色的多样化植物利用组合，其构成为薏米、稻(Oryza sativa)、豇豆属、小麦族、姜科以及块根块茎类植物等[72, 73]；而Yang等[45]对广东新村遗址的8件石器淀粉粒的提取和分析，从中发现了观音座莲科(Angiopteridaceae)、慈姑属(Sagittaria)、鱼尾葵属(Caryota)、荸荠属(Heleocharis)等大量根茎类植物淀粉粒，显示了岭南地区史前的植物利用模式与黄河流域以粟、黍类为主和长江流域以水稻为主的模式存在明显的区别。
到商周时期，新疆地区关于脱水食物的研究则极富特色。Gong等[56]对苏贝希遗址以及Chen等[57]对洋海墓地出土面条、饼、饺子等食物的淀粉粒分析，证明在距今2000多年前新疆地区先民利用的主要农作物为黍、大麦、小麦等禾本科植物；而在中原地区，根据陶大卫等[89]对二里头文化时期(3600~3400a B.P.)望京楼遗址石杵和石臼的研究，该时期人类主要利用的植物为粟黍类、小麦族、薏苡属、栎属和豆科等，这与北方地区整个新石器时代的植物组合基本一致。
2.2.2 植物驯化和农业起源中国是粟作农业和稻作农业的起源地，研究人类何时、何地、为什么、怎么样驯化这些农作物的野生祖本并将其传播到世界各地，是中国植物考古研究的热点。目前，虽然植物大遗存[103, 104]和植硅体[4, 105, 106]已在粟作农业起源和传播方面做出了重要贡献，但多注重某一时间点上的研究，未能完整揭示粟类植物的驯化过程。Yang等[41]对河北徐水南庄头遗址(早于11000a B.P.)、北京门头沟东胡林遗址(11000~9500a B.P.)出土石器和早期陶器残留物进行了淀粉粒分析，统计了具有野生和驯化性状的粟类淀粉粒在距今11000~9500年间的比例变化，发现人类远在距今11000年前就已经开始对粟类植物的驯化；且在这个时期内，狗尾草一直处于驯化过程中。漫长的驯化过程同样也在西辽河流域从小河沿文化、兴隆洼文化、赵宝沟文化，一直到红山文化出土的磨盘磨棒残留物的粟类淀粉变化中得到了体现[60]；而Liu等[47]对山西柿子滩遗址末次冰期阶段出土磨盘磨棒表层残留物淀粉粒分析，则显示中国北方人类对粟类植物的集中利用可以追溯到旧石器时代晚期。淀粉粒分析和研究为我们成功勾勒出了粟类植物被集中采集到逐步驯化的过程。
水稻淀粉粒粒径较小(平均粒径约5μm)[93]，且其与菰属(Zizania)及一些杂草类似，导致利用淀粉粒分析不能直接对水稻驯化过程进行有效的研究。但是，淀粉粒分析在稻作系统的演化中可以做出自己的贡献，上山遗址石器表层残留物中大量稗属淀粉粒的发现[46]，表明稗属植物曾同水稻一起卷入了驯化过程，反映了在农业发生初期，水稻并不是人类唯一确定进行驯化的植物，人类对待驯化植物的选择，没有明确的目性而具有多样性。
2.2.3 食物加工和石器功能以往对古代遗址出土器物功能的分析多依据其形态和民族学材料进行推测[107, 108]，缺乏直接证据。而石器表面存在大量孔隙可以捕获其使用时残留的淀粉粒，同时陶器与食物的贮藏、加工直接相关，因此对它们表面残留物的淀粉粒分析可以为其功能提供最直接的证据。
国内植物考古学者从大量石磨盘、石磨棒上提取出数量较多、种类丰富的淀粉粒[20, 48, 53, 61, 80]，证明它们与加工多种植物资源存在一定的关系；Guan等[90]和李文成等[88]对砍砸器、刮削器等打制石器的淀粉粒研究得出了与上述相似的结论。然而，对于石磨盘、磨棒的主要功能依然存在争议：从西辽河地区[60, 79]至中原地区[78]、海岱地区[80]的多个遗址的分析结果均表明，粟类植物为淀粉粒组合的主体，结合相关模拟实验，大多数学者认为石磨盘、磨棒的主要功能为研磨粟类植物，为早期农业的标志，但Liu等[19]认为东胡林遗址、牛鼻子湾遗址[65]、莪沟和石固遗址[20]磨盘磨棒表层残留物中还普遍出现橡子的淀粉粒。
也有学者利用淀粉粒分析方法，就其他有争议的器物功能进行了研究。如Ma等[59]通过相关模拟实验以及古代样品的淀粉粒分析，认为青海喇家遗址出土的石刀主要用来收割谷物兼或有切割、刮削根茎类植物；Yang等[44]对东胡林、南庄头遗址出土陶器内的残留物的分析显示，蒸煮粟类植物为早期陶器的主要功能之一；最新的研究成果表明[109]，淀粉粒分析或许可以为贯穿仰韶文化的器物之一--尖底瓶的功能提供证据。
3 存在问题 3.1 小麦族问题一般认为，大麦和小麦起源于西亚，并且在它们起源之前的10000年前就已经被人类利用[29, 110]。但是，随着古淀粉粒分析手段在中国的普遍运用，小麦族植物在很多早期遗址中被大量发现[43, 47, 48]。根据淀粉粒分析结果，小麦族植物在末次冰盛期位于主导地位[47]，粟类植物次之。进入到新石器时代，粟类植物数量开始超过小麦族，成为人类利用的主要对象，同时粟类植物和小麦族植物的淀粉粒发现频率仍然保持前两位[43, 78, 79]。虽然Yang等[43]对小麦族植物进行了属间的区分，并倾向于将古遗址中发现的淀粉粒鉴定为大麦属，但大部分研究并未对小麦族淀粉粒进行进一步区分。越来越多的研究证明大麦是多中心起源[111~113]，中国西藏及其周边地区被认为是其中的一个中心[113]，这就不能排除大麦属植物在中国北方被早期人类利用的可能。
但是，由于在这个时期并没有麦类植物大遗存的发现，且现在小麦在中国北方被广泛种植，很多学者对遗址中发现的小麦族淀粉粒持怀疑态度，尽管各个实验室在实验流程上尽量避免污染，但仍不能让大家信服。总之，小麦族淀粉粒仍将是一个长期困扰植物考古学者的问题。
3.2 现代植物样品和鉴定标准的问题中国有三万多种高等植物，与人类关系密切的禾本科有上万种(http://www.eflora.cn)。中国现代淀粉粒形态数据库(http://cmsgd.igsnrr.ac.cn)包含了中国最多的植物种类，但也仅有200余种，实属九牛之一毛。而古人相较于现代人类，肯定会利用更多的野生植物资源，尤其是农业出现以前。已有的现代淀粉形态数据库，很明显存在：1)样本量不足的问题，即使已有的样本，也缺乏系统的各种、属的鉴定标准；2)数据分析方法不统一的问题，严重影响了鉴定的准确性。
3.2.1 现代样本量与橡子、栝楼的鉴定首先以橡子为例。橡子，一般指壳斗科栎属、柯属(Lithocarpus)(亦称石栎属)、锥属(Castanopsis)(亦称栲属)、青冈属(Cyclobalanopsis)、水青冈属(Fagus)等植物的果实，某些种类在史前时期曾是世界各地人类利用的主要食物之一[114~116]。图 3显示了分布在中国南北主要的5属5种的特征淀粉粒形态，可以看出，各属之间有差异，某些种，如红锥(Castanopsis hystrix)，也具有独特的特征。
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图 3 部分现代植物淀粉粒 (a，b)木姜叶柯(Lithocarpus litseifolius)；(c，d)红锥(Castanopsis hystrix)；(e，f)毛曼青冈(Cyclobalanopsis gambleana)；(g，h)青冈(Cyclobalanopsis glauca)；(i，j)栲(Castanopsis fargesii)；(k，l)薏苡(Coix lacryma-jobi)；(m)粟(Setaria italica)；(n)黍(Panicum miliaceum)；(o，p)何首乌(Fallopia multiflora).比例尺：20μm Fig. 3 Modern starch grains from plants mentioned |
由于壳斗科的现代形态数据今年刚刚完成，回看以前的工作，由于现代样本量的不足，错判了很多古代淀粉粒。造成判别错误的原因主要有两个：
(1) 在亚热带和热带的中国南方，橡子的淀粉粒包含有多面体型(图 3a~3j)
这个特征其实Liu等[19]早就注意到了，所以误将北京东胡林遗址出土磨盘磨棒表层残留物中多面体淀粉粒鉴定为青冈属(Cyclobalanopsis)或者柯属(Lithocarpus)，而这两个属的植物均为热带和亚热带常绿阔叶林的主要组成部分[117]，即使在全新世最适宜期，其北界也不可能到达华北平原--目前花粉证据证明，这个时期青冈属和柯属花粉均发现在长江以南[118]。对比杨晓燕等[96]对北方橡子进行的研究，其典型特征正是Liu等[19]在其图5c和5d所显示的圆角三角形以及径向的深大裂隙。
柯属包含了一定量粒径比较小的多面体淀粉粒(粒径在10μm左右)，而锥属的多面体淀粉粒很多都超过了20μm。柯属里的多面体淀粉粒，脐点开放，表面坑洼不平，造成淀粉粒边缘粗糙(图 3a和3b)，与粟、黍光滑的表面形成鲜明的对比(图 3m和3n)。锥属的多面体淀粉粒，粒径大，表面光滑，但多面体多为不对称形态(图 3c和3d)，与其粒径相近的呈对称型的薏苡淀粉粒形成对比；更重要的是，锥属多面体的消光十字多为Ⅹ型，而薏苡为十字(图 3k和3l)。因此，Yang等[46]将上山遗址石器表层残留物中的部分多面体淀粉粒错误地鉴定为稗属植物的可能性也是存在的，同时也不排除他们将广东台山新村遗址一些粒径较大的锥属淀粉粒鉴定为薏苡[43]。
橡子从石器时代一直到现在都是南方采集的重要资源，但在对南方考古遗址残留物分析中出现的频率却很低[72~75, 119~121]，很可能就是鉴定的问题，所以对这些年在南方开展的古代淀粉研究工作进行“回头看”还是很有必要的。
(2) 中国南方的橡子存在与某些根、茎类相似的淀粉粒
青冈属的几个种，如毛曼青冈(Cyclobalanopsis gambleana)、青冈(Cyclobalanopsis glauca)、扁果青冈(Cyclobalanopsis chapensis)均包括了粒径在25μm上下、脐点偏心的钟型淀粉粒(图 3e和3h)，与块根块茎类很多种属类似(图 3o和3p)。同理，不排除中国南方那些归为块根块茎类的淀粉粒包含南方栎属和青冈属的淀粉粒。
再以最近两、三年古代淀粉研究中频繁出现的栝楼(Trichosanthes kirilowii)为例[47~51, 64, 65, 120]，其鉴定依据描述为：“其形状为钟型、半圆形、圆形、椭圆形和不规则形；有单粒、复粒和多粒，脐点或居中或偏心，消光十字臂往往弯曲，其中较大的颗粒多呈钟型和十分规则的椭圆形。长度范围单粒为9.5~29.2μm，群组为2.7~20.2μm，……，不论是单粒还是群组特征，都与采集于河南偃师的野生栝楼根十分相似”，遂鉴定为栝楼。
在古代孢粉、植硅体和淀粉粒的鉴定中，我们“将今论古”的思路蕴含着这样的逻辑：基于现代大样本量的不完全归纳，也就是从个别到一般；而鉴定就是对这些归纳的演绎，即从一般到个别。文中体现的对栝楼的鉴定过程，是从个别到个别。在中国，栝楼所在的栝楼属有55种，多分布于南方[122](http://www.eflora.cn/)，这55种栝楼属植物之间是否可以有效区分？目前我们还缺少这方面的工作，也就是说还没有样本数据量上的归纳。栝楼的这些特征，很多块根块茎类植物都具有，如石竹科太子参(Pseudostellaria heterophylla)、天南星科疣柄魔芋(Amorphophallus paeoniifolius)、防己科地不容(Stephaniae pigaea)(图 4)，其粒径与表面特征与栝楼大范围重合，所以，就目前来看，将这一类淀粉粒鉴定到种、属甚至科一级都是值得商榷的，将其鉴定到块根块茎类可能是最保险的。
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图 4 栝楼与其他植物淀粉粒形态对比 (a，b)栝楼(Trichosanthes kirilowii)，粒径范围7.6~23.5μm，平均粒径14.5±3.0μm；(c，d)太子参(Pseudostellaria heterophylla)，粒径范围8.9~22.4μm，平均粒径14.1±2.5μm；(e，f)疣柄磨芋(Amorphophallus paeoniifolius)，平均粒径6.6~24.3μm，平均粒径12.3±3.6μm；(g，h)地不容(Stephaniae pigaea)，粒径范围6.2~20.6μm，平均粒径11.6±3.0μm.比例尺：20μm Fig. 4 Modern starch grains from snakegourd and other roots and tubers |
禾本科植物的孢粉、淀粉和植硅体3种微体遗存中，目前只有植硅体可以对某些种、属做到最简单有效的鉴定[4, 123, 124]。在大多数情况下，淀粉粒对这一类植物的鉴定常常建立在统计分析的基础上。一粒种子，其包含的不可计数的淀粉颗粒大小不一，形态也不是完全相同，建立其鉴定标准，就是寻找这些淀粉粒众数所体现的典型特征，通常需要进行统计分析，如对玉蜀黍属(Zea)[125]、狗尾草属(Setaria)和小麦族[42, 43]的鉴定。但这种建立在现代样品基础上的鉴定标准，对考古样品的适用性不是很好。
首先，粒径小的淀粉粒由于比表面积比较大，在埋藏阶段较粒径大的淀粉粒更容易风化，导致大粒径淀粉粒提取到的几率远远大于小粒径淀粉粒，从而造成其粒径平均值的增大，如从磁山遗址窖穴中提取到的黍的淀粉粒，平均粒径达到10.5±2.8μm，而现代数据库中来自全国各地的近10个现代样品，平均粒径最大也才7.9±1.5μm[42]，所以，现代样本中的粒径范围较平均值更具有参考价值。
其次，磨盘磨棒上经过研磨的淀粉粒粒径会增大，这更增加了鉴定的不准确性。以薏苡和粟的鉴定为例。现代样本中，薏苡和粟的淀粉粒都包含了多面体和近球体两种形态，薏苡的粒径可以超过20μm，粒径大于14μm的超过30 %，粟的粒径很少达到20μm，有约4 %超过14μm[42, 94]。根据对粟的模拟实验结果[79]，研磨后其淀粉粒平均粒径增大约1.2倍，这样粟的淀粉粒将有不少超过上述两个界线而被鉴定为薏苡。薏苡属全球约10种，多产于热带亚洲，广布我国南北各省的薏苡应该是被古人在热带或者亚热带种植驯化后向北扩张的结果，而这一过程我们还不清楚，目前能肯定的是新石器时代中期曾在长江流域被利用[126]。
最后，受保存条件限制，经常不能获得足够数量的古代淀粉粒进行统计分析。多数禾本科淀粉粒的鉴定特征是建立在对现代淀粉粒统计分析的结果上的，最少样本数一般是50个[29]，少则30个[127]，多的可以超过100个[43]，统计的样品数越多其误差越小。当只有几颗淀粉粒具有多面体、线形裂隙、粒径10μm的时候，是无法进行种属鉴定的。英文单词millets也许是最好的表达方式，这个词，特指粟、黍、稗、薏苡和高粱等一切小粒的用作食物的禾本科果实[128]。
从现有的现代禾本科样本来看，小麦族淀粉粒明显有别于其他种类，很容易鉴定；大部分野草类的淀粉粒粒径都非常小，几乎不具有在400倍显微镜下鉴定的条件；与人类农业活动有关的禾本科植物，淀粉粒粒径一般都较野草类大，但水稻和菰米(Zizania latifolia)都非常小，使淀粉粒分析一直无法直接应用到水稻的驯化和稻作农业起源与传播的研究中。姚凌[129]近年一直致力于对水稻复粒淀粉形态的研究，有望在稻属淀粉粒鉴定上取得新的进展。
3.3 污染控制淀粉在日常生活中随处可见，因而考古样品容易受到外界的污染。淀粉粒分析中的污染问题主要发生在器物的发掘、存储过程以及实验室处理过程3个环节。为了控制污染，淀粉粒分析的样品处理发展了一套方法进行污染控制，如采集器物上覆和下伏地层堆积土样[41]、库房尘土[41, 45]和器物的非使用面[61]作为对比样品。
但由于部分中国一线考古人员对淀粉粒研究工作不甚熟悉，考古遗址的前期发掘工作和淀粉的后期提取往往存在脱节现象，使得考古出土的遗物有可能受到来自自然界或人类生活的污染，进而造成淀粉粒研究的结果受到一定程度的质疑。但有一点需要明确，1g玉米淀粉里就约有17亿颗淀粉粒[130]，如果器物受到现代污染，提取到的淀粉粒数量会高得异常。
无论如何，古代淀粉研究在中国健康而有效地发展，需要一线考古工作者的通力合作。
4 建议与展望淀粉粒分析方法在中国考古研究中的应用，尤其是2010年以来发展迅速，在早期人类植物利用及生计模式、农业起源、器物功能等许多方面取得了一系列的成果，不断刷新我们对古代人类与植物关系的认识。但是从目前存在的问题来看，古代淀粉研究还需在以下几个方面进行完善和改进。
(1) 进一步充实现代淀粉粒形态数据库
中国科学院地理科学与资源研究所的中国科学院陆地表层格局与模拟重点实验室已经将自己建立的“中国现代植物淀粉粒形态数据库”完全上线，网址为http://cmsgd.igsnrr.ac.cn/。该网站目前包括了30多科100多属200多种植物的淀粉粒形态数据，基本涵盖了各类农作物及其野生祖本、药用植物及其他野生经济作物。这是目前国际上最完整的东亚区淀粉粒形态数据库，供广大科研工作者参考、下载和引用。但是，自然界30多万种植物，被人类利用的有1500种左右，作为古代淀粉鉴定的基础，已经完成淀粉粒形态数据采集的种类与被人类利用的植物种类之间还存在着巨大的差距，所以，进一步充实现代淀粉粒形态数据库是未来工作的重点之一。
(2) 完善采样及样品处理过程以严格控制污染
淀粉粒的污染在样品的采集、发掘及存储过程，以及实验室处理过程中均可能出现。但通过工作人员的主观努力可得到最大限度的避免，比如在采集、发掘和存储过程中，杜绝工作人员使用植物制作或含有植物淀粉颗粒的工具；在实验室处理过程中，要求实验员在每个步骤完成之后更换或彻底清洗所使用的工具以避免不同样品之间的交叉污染。但目前，一线的考古发掘人员对一些自然科学研究方法还不是很熟悉，所以，继续在考古工作人员中普及自然科学研究方法，帮助他们了解各种实验方法的原理与操作过程是避免外来污染的有效途径。
(3) 开展多指标植物考古研究工作
目前，植物考古研究的3个主要手段中，植物大遗存分析集中在经火后炭化的植物种子鉴定，植硅体来源于禾草类植物的茎、叶及种子的颖壳，而淀粉则产生于种子、块根及块茎；在考古遗址里，没有经火或者高温的植物种子不能保存(极端干旱或者饱水环境例外)，可食用的块根块茎里不含有植硅体，淀粉不耐酸碱不耐高温。以上3种研究手段研究的植物部位不同，优缺点各异，正好可以相互补充，相互印证。尺有所短，寸有所长，在考古遗址同时开展多指标相结合的研究，方可增加研究的广度与深度。
致谢: 感谢审稿专家建设性的修改意见。
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Abstract
Ancient starch research has made great progress in China since it was employed to the archaeobotany in late 1990's. In the past ten years, more than 70 publications related to ancient starch research in China have been issued, nearly 90 archaeological sites were involved, and more than 600 archaeological artifacts, plant remains were examined by starch grain analysis. These sites where ancient starch research were carried out distribute almost all over China except the Southwestern China, and aged from late Paleolithic to Sui-Tang Dynasties. Modern reference collections and modern process of starch deposits are basic for ancient starch identification. After a decade development, the dichotomous keys of starch grains from millets, nuts, roots and tubers were set up for identification in terms of modern reference collections, and simulation experiments were executed to study the process of starch deposits for the interpretation of ancient starch data. Taking advantage of starch grain analysis, studies on the evolution of farming systems of millets and rice, tools function, and subsistence strategies have gained new knowledge. China is the domestication centers of millets (including foxtail millet (Setaria italica) and broomcorn millet (Panicum milliaceum)) and rice (Oryza sativa subsp. japonica). Evidences of ancient starches reconstructed the process from wild millet gathering, cultivation to domestication in North China in last twenty thousand years and revealed that barnyard grasses were process with rice in the Lower Yangtze River using the grinding stone tools ten thousand years ago. Ancient starches on the surface of stone tools, potsherds and other artefacts provided the evidence for function of grinding stone tools, early potsherds, and so on. And massive data from 90 archaeological sites provided important evidence for understanding of the changes of subsistence patterns in ancient China. More achievement as this new method made, more problems occurred, however. We have to confront the problems such as 1) How to interpret the starch grains from the tribe Triticeae recovered from Neolithic China; 2) incorrect identification due to the short of modern reference collections; 3) contamination, and so on. Expanding more references in China Modern Starch Grain Morphological Database (http://cmsgd.igsnrr.ac.cn/), improving the skill of sample collection and treatment in the lab, promoting the knowledge of ancient starches among Chinese archaeologists to avoid contamination and multi-line evidences for archeaobotanical work at an archaeological sites, are needed in the future.