② 青海省地理空间信息技术与应用重点实验室, 西宁 810000)
青藏高原被称为“世界屋脊”,平均海拔在4400m,是全球最高的高原,随着海拔升高,氧压力降低,例如在海拔4270m处,氧压力仅有海平面的58%,对人体而言将导致显著的缺氧[1];青藏高原气候寒冷干燥且多变,辐射强,是全球环境最为极端严酷的地区之一。高原体量巨大,东西长约2940km,南北宽约1530km,面积达到257×104km2[2],是亚欧大陆腹部耸立的高地,不仅是亚洲水塔,影响了亚洲水系自腹心向外辐射状等诸多自然环境分布格局;也造就了复杂的地形,高山、沟谷、盆地和高原夷平面等相间分布,这无疑是人类活动天然地理障碍。从另一方面来看,青藏高原位于亚洲的中部,是沟通东亚与西亚,南亚与北亚的中枢;前人在青藏高原广泛发现了旧石器与细石器古人类遗存,说明早在晚更新世晚期人类已经踏足高原[3~8]。近年来,因为全球变暖等气候危机和环境问题,促使人类思考全球变化与人类响应和适应,青藏高原无疑是考验人类面对极端严酷环境响应与适应的典型地区,尤其是史前人类在青藏高原的迁移与扩张的过程和动力受到科学界的广泛关注[9~11]。但是以往研究多是侧重于单个地点的环境变化与人类活动的关系,对于史前人类在青藏高原的迁移过程的研究较为匮乏。本文在分析青藏高原环境特点的基础上,结合史前人类遗存的考古发现,利用GIS分析探讨史前人类在青藏高原迁移与扩张的时空演变。
2 数据与方法 2.1 数据本文所用数据多来自国家地球系统科学数据共享平台(http://www.geodata.cn),包括:青藏高原范围与界线数据;中国1000m分辨率DEM(2000年);中国1 ︰ 250000一级、三级、四级和五级河流分级数据集(2002年);中国1 ︰ 100000湖泊数据库(2000年);中国1 ︰ 100000沙漠(沙地)分布图。植被数据为中国科学院资源环境科学数据中心的中国1000000植被类型空间分布数据(http://www.resdc.cn/data.aspx?DATAID=122);≥0℃积温采用中国农业科学院农业自然资源与农业区划研究所完成的中国生态环境背景层面温度、湿度数据层面建造数据库。
2.2 方法 2.2.1 基本假设(1) 环境适应扩张:人类对新地域的进军与开发,实质是对新环境的适应过程,这种适应包括自身生理的适应,以及生活、生产方式的适应,也与人类行为模式有关。青藏高原是一个相对独立而又复杂多样的地理单元,人类对高原的迁移与扩张,实质是对不同地理环境的适应。如果史前人类适应了高原某地点的环境,则意味着相同或类似的环境都将可以适应,故相同或类似环境地域都可以在同时期或相近时期被人类所占据。因为狩猎采集人群在高原行为有其特殊性,必须采用频繁的流动、长距离迁移来获取资源的行为模式,才能弥补青藏地区资源密度不足[12]。考古发现表明:青海湖JXG1遗址中发现了14.7ka B.P. (如无特殊说明,均为日历年)短时间、小规模宿营活动,以及猎获中小型哺乳动物的人类活动证据[5];高原面积257×104km2,如果狩猎采集人群按照每年新增100km×100km面积计算,则需257年就可以占领全部高原。因此,单从距离而言,人类向高原的迁移与扩张仅需数百年的时间。
(2) 自东向西扩张:本文仅考虑高原上末次冰期-全新世中期的人类扩张过程。该扩张具有东部早,西部晚,存在一个自东向西的扩张过程。理由如下:其一,有学者提出人类进军高原的三级跳模式,即末次盛冰期(Last Glacial Maximum,简称LGM,年龄范围24~16ka B.P.),人类在海拔3000m以下草原地带活动;末次冰消期的15.0~11.2ka B.P.期间,狩猎采集者扩张至3000~4000m海拔地带,留下了短期的和用于搜寻中小型动物的营地遗迹;全新世早中期,人类活动扩张至海拔4000m以上的高海拔地带[13, 14]。其次,基因研究表明,现代藏族人98%左右的母系遗传组份可以追溯至史前时期以来迁入青藏高原的中国北方人群[15]。现在藏族人是东亚蒙古人种,故应存在中国北方人群在高原上自东向西扩张,当然不排除有其他方向人群进入高原的可能性,但其规模有限,且时段可能与本文所讨论时段不同。
基于以上考量,本文所讨论的时段主要指末次冰消期至全新世中期(15~7ka B.P.),经济模式为狩猎采集。
2.2.2 方法本文采用地理因子-遗址考古年代相结合的方法来模拟末次冰消期-全新世中期狩猎采集人群向高原的迁移与扩张。
(1) 地理因子与自然环境综合指数
采用海拔、植被类型、水系等级(河流与湖泊)、≥0℃积温等指标分别代表不同的地理环境因子,借助ArcGIS的空间分析中的重分类和栅格计算器工具,构建青藏高原的自然环境综合指数,用于表征青藏高原自然环境的综合状况,以克服单一指标代表性不足的缺点。人类进军青藏高原,首先面对的是海拔升高,缺氧加重;一般来说,海拔1600~2400m,人体可能会出现缺氧反应,但基本正常,反应不明显;3000~3600m以上,人体的缺氧明显,如果有合理的海拔阶梯和足够的时间,可以逐步适应;海拔4500m以上,大气压近于海平面的1/2,此时人体出现明显的低氧血症,并引起显著生理反应和一系列临床问题;高于5500m以上,人体机能会严重下降,一些损害将不可逆,人类将无法适应与长期生存[1]。据此按照海拔分别赋值0~9(表 1),称为海拔指数,以下类同,赋值愈低,则代表愈难以适应与生存。
按照建国前高原旅行者的文献记录来看,“水流青草干牛粪”为高原旅行三宝[16],可以窥探古代旅行者对河流和植被的需求与依赖。水流(包括湖泊)给人提供了汲水之便,更重要的是河流往往成为早期人类迁移的大通道[17];青草与牛粪则意味着丰富的生物资源,青草说明有茂盛的植被,牛粪可以用做燃料。另外,目前发现狩猎采集者生活的植被类型多选择森林-草原,其次为草原[12],这是因为植被过于茂密(森林)或过于稀疏(荒漠)均不利于人类活动,前者史前人类难以开展生产活动与交通,后者又因生物生产力过低,难以提供支撑人类社会的必要资源;据此温性森林草原赋值最高为9,温性草原各类型大致在6~8,阔叶林-针叶林各类型4~7,灌丛为6,草甸植被为5,高山与荒漠植被1~2,沼泽、无植被地带为0。河流分为Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ共4级(见表 1),各河流又按照距离河流干道5km和10km不等做缓冲区,等级愈高、距离河流愈近的地带赋值愈高。
≥0℃积温是表征高原气候的重要因子,是划分高原气候带的重要指标,≥6500℃为高原热带,<500℃为高原寒带,1500~4200℃为高原温带;目前≥2000℃可以生长温性作物,以下仅能生长偏凉作物[18]。据此积温愈高,赋值愈高。根据假设2,高原按照经度划分为10份,从东向西依次赋值9至0,称为经度因子。按照AHP层次分析法[19],根据各因子重要性不同,得到权重分别为海拔(0.296)、河流-湖泊(0.17)、植被(0.205)、≥0℃积温(0.169) 和经度因子(0.16),构建关系式为:
(1) |
公式(1) 中,I为高原自然环境综合指数(以下简称环境指数),H为海拔指数、R为水文指数、P为植被指数、T为≥0℃积温指数,L为经度指数。环境指数愈高,则意味着愈适于生存,愈易被进军与占领。需要指出的是本文采用的现代地理因子构建环境指数,与过去环境有一定差异,但是自然环境变化具有系统性和连续性,现今的自然环境是历史演变的继承,二者之间存在密不可分的联系,因此本文的模拟无疑也是有意义的。
(2) 打制石器遗址年代
本文打制石器遗址包括旧石器和性质单一的细石器遗址,不包括与陶共存、与金属工具共存的细石器类型,一般来说,性质单一的细石器遗址年代偏早。目前青藏高原发现打制石器遗址100余处,主要为细石器遗址,它们中部分经过了科学测年,本文重点讨论区域内69个打制石器遗址年代,并对其中较早的20个年代进行模拟(表 2)。由假设1,与确定较早年代遗址相同或类似的环境指数区域,其人类占领与进军时间大体相同或接近。例如青海湖盆地的JXG1遗址有诸多测年数据,但其中的14600±431cal.a B.P.是测年数据中最早的[13],因此选用该数据进行讨论。根据同区域遗址最早年代,与环境指数做相关分析和回归,并根据该回归关系确定15ka B.P.、13ka B.P.、11ka B.P.、9ka B.P.和7ka B.P.时的环境指数分级,根据假设1即可得到15~7ka B.P.时期人类在青藏高原的时空扩张。需要注意的是,有些遗址并无准确年代,而是给出一定幅度和范围,可取其中值,例如青藏高原南部雅鲁藏布江中游的CS遗址年代给出的年代范围中,可能早到晚更新世末期,但是原文作者认为8.4~7.4ka B.P.可能性更大[10],故采用后者的中值。
根据构建的青藏高原海拔、河流、植被和≥0℃积温的环境因子分级,由图 1可见:海拔自东向西,自东南向西北分级依次降低;河流分级呈现出明显的东部高,西部低的特征;植被分级表现为高原东北部与南部较高、中部中等,北部较差的格局;≥0℃积温在藏南分级最高,表明热量条件较好,并由高原边缘向腹地逐渐下降。
各环境因子分级按照公式(1) 计算得到环境指数,将典型遗址年代与环境指数对比分析(表 3),发现:从LGM至全新世中期,典型遗址年代和环境指数二者存在一定变化规律,即环境指数愈高,遗址年代相对愈老,换言之,环境愈适宜的区域,人类活动的愈早;LGM时期遗址分布在环境指数>7的区域;末次冰消期出现在海拔较高的青藏高原东北及东部,环境指数在4.5~6.0;全新世伊始的下大武遗址,环境指数在3.5左右,全新世早中期藏北高原腹地诸多细石器遗址环境指数在2~4之间。利用典型遗址年代和所处区域的环境指数,建立二者间的多项式回归关系:
(2) |
公式(2) 中I为环境指数,Y为年代,该关系R2为0.928。回归分析中样本容量过小,难于揭示事物与现象之间的统计内在关系;盲目追求大样本量会增加不必要的数据搜集成本,也可能会造成数据信息上的冲突和干扰,反而不利于得出统计规律。需要指出的是青藏高原早期人类活动研究还较为薄弱,受各种条件限制科学测年的遗址还非常少,故公式(2) 关系可以作为参考。
3.3 人类在青藏高原扩张的时空演变将环境指数和遗址年代关系定性(表 3)与定量(公式2) 分析相结合,并根据假设1,将点问题转化为面,来探讨人类在高原扩张的时空演变。图 2可以看到,末次冰消期至全新世中期,人类活动海拔自低至高,自东向西,自高原边缘向腹地不断扩张。具体说来,高原没有发现LGM时期人类活动遗址,仅在与东北缘毗邻的黄土高原黄河谷地发现了一处下王家遗址[28],但模拟结果表明在东北缘的较低海拔的黄河谷地,及其藏南雅鲁藏布江谷地,不排除存在该时期人类活动,但活动范围非常有限,面积仅占高原面积1%都不到,模拟活动海拔范围62~3180m,平均活动海拔1640m。末次冰消期的15~13ka B.P.,人类活动扩张明显,该时期人类活动范围占整个高原面积的5.5%,模拟扩张区海拔范围88~4179m,平均活动海拔也有所提高,达到2800m;扩张至高原东北缘的黄河-湟水谷地、青海湖盆地、共和盆地、洮河和白龙江上游谷地以及高原东部横断山地河谷,而长江和澜沧江干流可能成为进军青藏高原腹地的重要通道;藏南地区活动范围也迅速扩大,整个藏南地区几乎都能被人类所拓展,并可能顺着雅鲁藏布江干流向高原腹地进军。13~11ka B.P.时期人类在此前的基础有一定扩展,新增扩张面积占高原的11.4%,但扩张区域有限,并可能沿着大河干流(包括黄河、雅砻江、长江、雅鲁藏布江)向上游有所扩张;海拔范围1202~5254m,平均海拔提高至3658m。11~9ka B.P.时期人类活动扩张有限,扩张范围与前期持平,新增扩张面积占高原的11.5%,主要集中在高原东北和东部,在原有基础上稍有扩大;但该时期是人类摆脱海拔3000~4000m,向4000m进军的关键时期,实现了向高原主体进军的跨越,扩张区海拔范围在1693~5946m,人类活动平均海拔3971m。9~7ka B.P.时期人类活动迅速扩张至整个高原腹地,新扩张面积迅速增加,达到高原面积的52.2%,海拔范围在2450~6605m,扩张区平均海拔也达到了4700m,包括藏北高原、青藏高原腹地的长江-黄河源区、昆仑山地等环境较为严酷的区域,但高寒山地、藏北高原寒漠、柴达木盆地盐漠地带等环境极端恶劣难以生存的地区也尚未占领(约占高原面积的19%,这些区域现代也为无人区),可以发现这些扩张区域中有些为现今无人区,也发现有细石器遗址,发现者推测为全新世早中期遗存[32]。因此,该时期是末次冰消期以来扩张最为显著、扩张面积最大的时段,至此人类基本完成了对青藏高原的进军与扩张。
环境记录表明:LGM时期青藏高原自然条件严酷,气温较今低6~9℃,年均降水30~200mm,高原上冰川广布,多年冻土分布范围比现在大40%左右,湖泊萎缩并出现不同程度的盐化,植被以荒漠草原为主,风沙活动盛行[33-35]。因此,目前没有发现此时期的人类活动遗迹,如果有人类活动,推测也应该萎缩在河湟谷地与藏南雅鲁藏布江谷地的极少数低海拔地区。青海湖夏季风指数显示,LGM结束于16ka B.P.,高原季风开始增强,环境逐渐改善[36],冬给措纳、纳木错的总有机碳(TOC)记录显示15~13ka B.P.期间区域植物生产力明显提高[37, 38],Tso Moriri湖沉积物记录也指示湖区有效湿度有一定的增长[39](图 3);LGM结束,末次冰消期的到来促使人类活动开始出现在高原东北部和东部。13.0~11.5ka B.P.时期青海湖夏季风指数、冬给措纳、纳木错的TOC记录均显示高原环境基本持续前期的状况,Tso Moriri湖指示有效湿度有所降低,可能大致与YD事件相对应;高原人类活动也表现为持续扩张,与前期相比扩张面积大1倍,平均活动海拔也升高1000m左右。11~9ka B.P.时期随着全新世的到来,青海湖夏季风指数、冬给措纳TOC、纳木错TOC和Tso Moriri湖有效湿度等环境记录均显示高原环境迅速改善,夏季风、TOC与湖区有效湿度比现今还要强,指示当时高原上降水较多,较湿润,植被生长较旺盛,植物生物量较高;全新世间冰期环境的到来也使得人类活动进一步向高原更广区域扩张,人类拉开了占领4000m海拔高原主体的大幕。9~7ka B.P.时期,夏季风指数和冬给措纳湖TOC等指标显示高原环境持续转好,进入全新世大暖期盛期,是15ka B.P.以来环境状况最佳的时期,人类扩张活动也迈上了新台阶,高原上80%区域变的适于人类生存,扩张面积占高原的52.2%,也是末次冰消期以来,人类活动扩张最显著、扩张面积最大的时段,扩张区平均海拔高达4700m。很显然全新世大暖期优越的环境条件[40, 41],极大驱动了人类对高原的扩张,这就是现今一些无人区发现了细石器遗址的环境背景,如藏北高原近60×104km2范围内发现了40余处细石器地点,多集中在海拔4800~5000m,甚至在格拉丹东海拔6200m处,发现了目前所知最高的细石器点[42]。6ka B.P.之后高原季风开始衰弱,向晚全新世干冷环境转变,再加之新石器文化的产生与发展,高原人类活动开始向水热条件相对较好的河谷地带聚集,就范围而言,人类在高原的活动不仅没有扩张,还有收缩。当然人类向高原的扩张不仅受环境变化影响,也应该受其他社会人文因素作用,例如黄土高原西部在8ka B.P.前后出现了新石器文化(大地湾文化),农业种植者与细石器狩猎采集之间的竞争性排斥,也可能成为狩猎采集者在高原迅速扩张的动力[13];此外,末次冰消期-全新世中期的中国北方人口增长也可能促进了向高原的扩张[43],细石器工具制作水平的进步,便携、高效、狩猎能力提高,促进人类向原先未利用的边缘地区扩张[44]。
目前西藏发现了数处旧石器遗址,包括多格则、苏热、珠洛勒、各听等,但都缺乏科学测年,最近在西藏尼阿木底遗址发现了30ka B.P.时人类的活动遗迹[45]。基因研究表明:青藏高原早期人群的基因具有复杂的遗存结构,是高度遗传混合族群,包括90%左右的现代智人谱系;高原人群遗传起源可以追溯至5万年左右,暗示有多种不同人群曾经踏足高原,并在此交融[46]。此外,现代高原人98%左右的母系遗传组份可以追溯至全新世以来迁入青藏高原的中国北方人群,但高原人也存在特殊的新组份—单倍型类群M16,这可能是晚更新世早期高原人群的遗传标记,同时LGM时期高原可能有人群活动,分布在藏南雅鲁藏布江谷地[46]。因此,基因证据显示人类在LGM之前就可能已经进入了青藏高原。研究也表明现代高原人基因组份主流来自全新世以来迁入的中国北方人群[15],考古证据也显示高原的细石器与中国北方存在密切联系[7]。因此人类在青藏高原活动应该存在多次扩张与迁移过程。本文揭示了15~7ka B.P.时期中国北方人群,自高原东部向西部,自边缘向腹地,自低向高海拔持续扩张与迁移过程;在扩张过程中很可能与先前生活在高原的人群发生交流与融合。
5 初步结论人类对高原的扩张与适应,是自然环境、社会生产方式、技术水平及人类自身机能等综合作用的结果。海拔在人类征服高原中占有重要地位,但并非唯一因素。根据模拟,各时期人类活动和扩张的海拔范围:LGM时期在62~3180m,15~13ka B.P.为88~4179m,13~11ka B.P.为1202~5254m,11~9ka B.P.为1693~5946m,9~7ka B.P.在2450~6605m。考虑到高原的具体情况,海拔<1500m的区域非常少,并没有较好的代表性;>5500m区域人类又难以长期生存,故各时期的海拔范围的两个极值,说服力并不强,而扩张区域海拔平均值相对更有意义。此外,受目前研究限制,本文模拟时从69个年代数据中只选择使用其中20个遗址点年代,仅提出一个新的视角,相信随着研究的不断深入,其模拟精度也必将会不断提高。
本文模拟,取得如下结论:
(1) LGM时期高原人类活动面积和范围非常有限,大概占高原面积的1%都不到,仅局限在高原东北缘与藏南海拔1640m左右的河谷地带;末次冰消期的15~13ka B.P.,狩猎采集活动开始活跃起来,人类活动扩张至高原东北部与东部,扩张面积占高原的5.5%,平均活动海拔2800m;13~11ka B.P.扩张显著,扩张面积占高原的11.4%,扩张区平均海拔3658m;11~9ka B.P.人类开始向海拔4000m高原主体进军,新增扩张面积占高原的11.5%,扩张区平均海拔3971m;9~7ka B.P.向高原腹地进一步扩张,是末次冰消期-全新世中期扩张最为迅速的时段,新增扩张面积达到高原的52.2%,包括现今为无人区的藏北高原等区域都已被扩张,但是条件极端严酷的高寒山地、藏北高原寒漠、柴达木盆地盐漠地带,在该时期未被占据。
(2) 黄河、长江、雅鲁藏布江等大江大河成为史前人类向高原扩张的重要通道,人类向高原的扩张受环境演变驱动明显。
(3) 史前时期存在多次人类向高原迁移与扩张的过程,15~7ka B.P.的扩张是由狩猎采集人群所主导的,自东向西,由低向高海拔,由边缘向高原主体与腹地迁移、扩散过程。
致谢: 感谢编辑杨美芳老师的辛勤付出和帮助,感谢评审专家中肯而严谨的建议与意见,使得文章质量有了很大提升。
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② Key Laboratory of Geographical Spatial Information Technology and Application of Qinghai Province, Xining 810000)
Abstract
Attributed by vast territory, extremely harsh physical environment, and comparatively integrated geographical unit, the Qinghai-Tibet Plateau has become a valuable site to investigate adaptation regime of prehistoric human to extreme environment, which is currently focused on single dependent site in most studies, where an integrated research that coves complete scope the plateau is needed. To better understand expansion logic of prehistoric human moving towards the plateau, this paper build a comprehensive index to indicate the characteristics of natural environment by using GIS software, which is composited with elevation, vegetable type, level of river system, and accumulated temperature of 0℃ etc., combined with the archaeological ages of 69 gathered microlithic sites, followed by environmental adaptation and spreading hypothesis, namely the doctrine of the time of human expansion was broadly consistent in the regions where the natural environments were similar. We simulated the spatial and temporal process of prehistoric human's migration and expansion on the plateau during Last Deglaciation-Middle Holocene. The results of our study indicated that during the Last Glacial Maximum(LGM, 24~16ka B.P.), human activities were very weak, which is mostly likely distributed in the Huang River valley area of northeastern margin of Tibet Plateau and Yarlung Zangbo River valley of southern Tibet, where elevation was 1640 meters on average; during 15~13ka B.P., the microlithic hunter-gatherer activities became strong, which had expanded to Qinghai Lake-Gonghe basin of the northeast of Tibetan Plateau, and Hengduan Mountains valleys in the east, where elevation was 2800 meters on average. The area of activity region accounted for 5.5% in the Tibetan Plateau. Also, during the periods of 13~11ka B.P., prehistoric human expanded towards higher zones along the valleys of Yellow River, Ya-lung River, Yangtze River and Yarlung Zangbo River, where elevation was 3658 meters on average, the increased expansion area accounted for 11.4% in the Tibetan Plateau. The expansion was relatively obvious; during 11~9ka B.P., with the rapid improvement of environmental conditions, hunter-gatherers expanded to the principal part of the Tibetan Plateau. The elevation of expansion area was 3971 meters on average. The increased expansion area accounted for 11.5% in the Tibetan Plateau. During 9~7ka B.P., the human expansion speed was the fastest. During the periods, the expansion area was wide, and the area was maximum in the period. Human activities rapidly expanded to the hinterland of the Tibetan Plateau, including the northern Tibetan Plateau, the source regions of the Yangtze and Yellow Rivers and Kunlun Mountains. Many regions among them were depopulated zones nowadays, but some microlithic sites were found there. The increased expansion area accounted for 52.2%, in the Tibetan Plateau during 9~7ka B.P. and the elevation of expansion area was 4700 meters on average, the expansion and occupation of prehistoric human towards the Tibetan Plateau was basically completed. But regions(accounting for 19% of the plateau)with extreme environmental conditions, such as cold mountain area, desert plateau in northern Tibet, salt desert in Qaidam Basin had not been occupied. Migration and expansion of prehistoric human towards Tibetan Plateau in prehistoric period occurred multiple times. The human expansion during 15~7ka B.P. was oriented by hunter-gatherers, which happened from the west to the east, from low to high, from the margin to the principal part of Tibetan Plateau. The environmental evolution acted as important driver of hunter-gatherers expansion towards the Tibetan Plateau during the Last Deglaciation-Middle Holocene. The Yellow River and Yangtze River valleys were important passages of prehistoric human expansion towards the Tibetan Plateau.