2019, Vol.39
2 中国科学院脊椎动物演化与人类起源重点实验室, 中国科学院古脊椎动物与古人类研究所, 北京 100044;
3 中国科学院生物演化与环境卓越创新中心, 北京 100044)
早期现代人起源、扩散与演化是当今古人类学界关注的热点话题。随着研究的深入，更新世中晚过渡期环境变化对现代人起源与扩散的影响逐渐成为国际古人类学和第四纪环境学研究领域关注的热点[1~4]。长期以来，距今约4万年前的周口店田园洞遗址是早期现代人在东亚出现最早代表[5]，古人类生活在深海氧同位素第三阶段(MIS 3)[6]。近年来，一系列发现和研究改变了东亚现代人起源和演化的历史，湖北郧西黄龙洞[7]、广西崇左智人洞[8]和湖南道县福岩洞[9]等古人类化石的发现(图 1)，表明早期现代人在东亚出现的时间大致为距今约10万年左右的深海氧同位素第5阶段(MIS 5)。然而，环境因素在现代人起源、扩散和演化过程中的具体影响方式和作用机制尚不清楚，因此，重建关键时期重要古人类遗址的环境背景，进而探讨环境变化对现代人扩散和演化的影响，是学术界普遍关注的科学问题[10]。
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图 1 中国重要早期现代人及与本文相关的古老型人类遗址地理位置图 福岩洞(Fuyan cave)[9]、黄龙洞(Huanglong cave)[7]、田园洞(Tianyuan cave)[5, 6, 13]、柳江(Liujiang)[14~15]、陆那洞(Luna cave)[16~17]和智人洞(Zhiren cave)[8]为早期现代人地点(early modern human sites)；建始(Jianshi)[18]、白龙洞(Bailong cave)[19]和华龙洞(Hualong cave)[20]为古老型人类遗址(archaic Homo sites) Fig. 1 Geographical location of important early modern human and related archaic Homo sites in China |
湖南省道县福岩洞位于乐福堂乡塘碑村，地理坐标为25°39′02.7″N，111°28′49.2″E；海拔约232 m(图 1)。该遗址地处湖南、广西和广东三省(自治区)接壤地带，南岭北麓、湘江支流潇水自南向北在遗址东边穿境而过。1984年10月，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所(以下简称中科院古脊椎所)、湖南省文物考古研究所和道县文化局联合组成工作组，曾在该洞穴进行第四纪哺乳动物和古人类化石的考察工作，试掘面积约10 m2，获得24种(属)哺乳动物化石[11]。2010年，中科院古脊椎所吴秀杰、刘武等在道县文物管理局的协助下再次来到福岩洞，同时对该洞穴进行考察和试掘，获得少量哺乳动物化石。2011年至2013年秋冬季节，中科院古脊椎所、湖南省文物考古研究所和道县文物管理局联合组成工作队对该洞穴进行了正式发掘，共出土47枚古人类牙齿和大量哺乳动物化石[12]。对发现人类牙齿化石堆积物的年代研究表明，道县福岩洞的古人类生活在距今约8~12万年前，人类化石提供了迄今最早的现代人在华南地区出现的化石证据[9]，对于探讨早期现代人在东亚地区的出现和扩散具有重要意义。
目前，有关该遗址材料的研究主要集中在人类演化、遗址年代等方面，有关古人类生存的环境背景亟待展开。福岩洞为一大型管道型溶洞，地貌部位清楚，地层剖面保存完好，堆积物顶部被钙质结核覆盖，出土人类化石和动物化石的层位保留了遗址形成后的原始状态，其埋藏环境方面的信息对探讨当时古人类的生活环境具有非常重要的科学价值。本文结合发掘积累的资料以及对洞穴堆积物和动物化石牙齿釉质的碳氧同位素的测试与分析，尝试解释洞穴充填的环境变化过程，进而复原古人类活动的环境背景。
1 遗址地貌、地层与年代 1.1 地质、地貌与洞穴发育福岩洞古人类遗址地处华南板块腹地南华活动带，遗址周围主要出露上古生界(泥盆系、石炭系)、白垩系以及第四系。其中中下泥盆统主要为一套滨海至陆相的碎屑岩沉积，岩性以紫红、紫灰色至灰绿、浅灰绿色等中厚及厚层状石英砂岩、粉砂岩为主；上泥盆统和石炭系主要为一套浅海相碳酸盐岩沉积，岩性主要为灰色、浅灰、灰黑色厚层或中厚层状灰岩、白云质灰岩夹白云岩，深灰、灰黑色中厚至厚层状生物碎屑灰岩，夹紫灰色薄层泥灰岩或钙质泥岩；白垩系主要为陆相湖盆沉积，零星分布于碳酸盐岩地层之间，岩性主要为砂砾岩、灰泥质砂岩、灰质砂质泥岩等；第四系主要分布于湘江支流潇水两岸一至四级阶地以及山间河流两岸阶地内，以砂砾石层、粘土层和泥质粉砂层居多，呈松散或半固结状态[21~22]。
该区域大地构造位置处于南华活动带武功-诸广褶皱带，受加里东期、印支期与燕山期构造运动影响，区内主要发育纬向构造、经向构造、扭动构造和旋卷构造。新生代喜马拉雅期主要表现为地壳的上升、掀斜、坳褶和强烈的侵蚀作用，导致区内缺失第三系，最后形成当今地形地貌特征1)
1)湖南省地质调查院.道县幅(G49C003003)1/ 25万区域地质调查报告. 2004。
福岩洞地处北亚热带南部，位于道县西北部，处于乐福堂乡和寿雁镇之间(图 1)，这里年均气温18.6 ℃，年均降雨量1513 mm。福岩洞发育于上古生界上泥盆统和石炭系的海相碳酸盐岩系内，岩性以灰-灰黑色厚层或中厚层状灰岩、白云质灰岩为主。受地质历史时期构造运动的影响，岩层内发育水平状和近水平状节理和裂隙，提高了岩石的透水性，为岩溶的发育提供了便利条件。遗址所处的道县地区属于热带亚热带湿润气候型侵蚀及溶蚀区的华南褶皱系晚古生代及中生代碳酸盐岩系岩溶区，处于粤桂溶原-峰林平原亚区至湘赣溶盆-丘峰山地亚区的过渡地带[23]。该区域气候湿润，中生代以来的多次沉积间断使该区域发育古溶原，随着晚新生代以来构造的抬升，古溶原解体逐渐向丘峰、峰林及溶盆方向发展，并最终演化成溶洼。福岩洞一带目前属于丘峰、峰林和溶盆地貌，处于岩溶发育的后期(图 2a)。该洞穴属于大型管道型溶洞，洞穴主体呈北-南向延伸，洞内堆积的近水平状层理和冲积构造显示洞穴后期发育特点为水平状溶蚀。洞穴主洞口开口向南，北侧较高处有两个支洞口，较主洞口高出约10 m，主洞口外5 m以下即为河流，北面峰林岩溶水自北-北东方向向南-西南向流经洞穴西侧，洞口南50 m为北东至南西流向的小溪。
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图 2 道县福岩洞地貌(a)与地层剖面图(b) Fig. 2 Geomorphology (a) and stratigraphic section (b) of Fuyan cave |
福岩洞洞穴发育目前基本停止，仅少数区段有零星岩溶水现象。洞内堆积以砂砾石层和红粘土为主，其间包含丰富的动物化石和古人类化石。经发掘后的地层大致可分为4层(图 2b)，厚约3.0 m，自上而下依次为：
1.厚度为0~20 cm。褐灰色-褐黄色钙质结核(钙板)层，层内局部夹泥砂，呈钙质胶结，覆盖在下伏地层之上；
2.厚度为30~50 cm。褐黄-土灰色砂质粘土，粘土质地细腻，局部发育水平层理，呈条带状分布，层内夹钙质胶结条带。本层结构疏松，偶夹钙质结核(板)角砾和泥砾；不整合覆盖于下伏地层之上。本层出土47人类牙齿化石和大量动物化石；
3.厚度为100~120 cm。灰褐色碎屑层(砂砾石层)，砾石成分以灰岩、泥岩、板岩、粉砂岩、石英岩、片岩、石英为主，分选差，砾经以2~4 cm居多，个别可达10 cm以上；磨圆好，以次圆状和圆状为主；层内偶见泥砾。砾石局部呈叠瓦状排列，指示水流搬运冲刷的迹象。与下伏地层不整合接触，界面凸凹不平；
4.厚度为>120 cm。灰黄-褐黄色(粉砂质)粘土，自上而下粉砂含量逐渐降低，并过渡为粘土，层内发育水平层理，层理以颜色显示。本层底部偶夹灰岩角砾，分选差、磨圆好。未见底。
在发掘过程中，发掘队员在第2层堆积物中采集8件次生碳酸盐沉积(颗粒)碎屑测试样品，在第1层和第3层分别采集2件和1件同类型的测年样品。238U-234 U-230 Th测年结果显示，福岩洞包含人类化石的堆积物形成年代在120~80 ka B.P.，处在晚更新世早期的MIS 5阶段[9]。
2 环境指标分析我们在2013年发掘剖面上，选择保存完好且连续沉积的部位，自上而下以5~10 cm为间隔采集19个测试样品，采用粘土矿物和氧化物(主量元素)等指标，并结合哺乳动物化石和动物牙齿釉质的碳氧稳定同位素信息，探讨洞穴堆积物充填过程所蕴含的古环境信息。
2.1 粘土矿物粘土矿物在各种类型的沉积物和沉积岩中都有分布，其形成和分布受气候和环境条件的影响，因此，堆积物中粘土矿物组合的变化，可以作为古气候变迁的重要指标之一[24~25]。利用Panalytical X'Pert PRO MPD型号X射线衍射仪，依据SY/ T5163-2010《沉积岩中粘土矿物和常见非粘土矿物X射线衍射分析方法》[26]进行样品的粘土矿物X衍射分析，其分析结果见表 1。
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表 1 福岩洞堆积物粘土矿物分析结果* Table 1 The results of clay minerals analysis in sediments at Fuyan cave |
福岩洞堆积物上部的第一层为后期的钙板层，下部2~4层为原生堆积物，其粘土矿物主要为伊利石-高岭石-绿泥石和伊蒙混层组合，以伊利石和伊蒙混层为主要粘土矿物，平均含量分别为49.82 %和33.35 %，高岭石和绿泥石相对较少，平均含量分别为9.82 %和7.00 %，为未鉴别出蒙脱石矿物。相关研究表明，蒙脱石在温带半湿润区沉积物中的含量较高，高含量的蒙脱石常与比较寒冷的气候联系在一起，其含量随气候变暖而减少[27]，伊利石和绿泥石一般代表比较干冷的气候，而高岭石一般是温暖湿润的气候条件下富集[28]。关于伊利石和伊/蒙混层矿物，研究显示，当气候发生变化时，伊利石和伊/蒙混层含量的变化趋势相反，当气候转为潮湿，水分条件优越时伊/蒙混层含量增多[29]。福岩洞堆积物粘土矿物组合中缺乏蒙脱石，且绿泥石含量相对较低，表明其气候处于相对温暖的气候条件下，符合其地理位置处于北亚热带南部的气候特点。从伊利石和伊/蒙混层含量的变化来看，它们的变化趋势呈反相关关系，当水分条件恶劣或者相对较干时，部分或绝大部分伊/蒙混层将会转变为伊利石[30]，因此，从福岩洞堆积物中伊/蒙混层一直表现为较高的含量值推测，堆积物形成时气候是比较温暖湿润的。
2.2 氧化物分析沉积物中化学元素含量不仅与搬运分选、风化作用等自然过程密切相关，同时与一个地区的气候与环境条件具有一定的关系[31~33]，因此常被用来对考古地层学的相关研究中[19, 34~35]。硅在地层中含量最多，并以SiO2的形式存在，易在湿热条件下富集；铝元素的化学性质稳定，水介质为酸性，沉积物中易溶元素溶解迁移，Al2O3相对富集，在干旱气候条件下相对含量降低[36]；铁是变价元素，多以Fe2O3和FeO形式出现，若在风化作用较强或湿热气候条件下，则地层中Fe2O3相对含量越高，反之FeO含量则相对增高[37~38]；钛属稳定氧化物，不易淋滤流失，在温暖湿润的气候条件下TiO2含量较高[39]；钙和镁活动性中等的元素，在半干旱-半湿润的气候条件下，CaO和MgO常较多地被溶解和迁移，一般来说，CaO的含量越高指示气候环境相对要干冷[40]；钾和钠属碱性元素，化学性质最为活跃，在干旱气候条件下K2O和Na2O最易富集[41]。
在风化作用过程中，化学风化指数(CIA)[CIA=[Al2O3/(Al2O3+CaO*+N2O+K2O)]×100]能有效反映沉积物中易迁移元素和难迁移元素的比例，可以有效用来反应沉积物的化学风化程度；CIA值越大，表明风化作用越强，说明其形成于温暖湿润的气候条件，反之，表明该时期气候条件较为干冷[42]；此外，沉积物的Ba值[Ba=(K2O+N2O+CaO*+MgO)/Al2O3]反映了活动组分与惰性组分之间的关系，与气候条件有关，比值越小，表明活动组分迁出程度越高，指示气候条件愈温湿，反之气候则偏干凉[43]。相关研究表明，烧失量(loss-on-ignition，简称LOI)是高温燃烧之后沉积物中有机质的损失量，LOI值的大小与沉积物中有机质的含量存在密切关系[44~45]，较高的LOI值常表示在湿润的气候条件下植被发育，有机质大量积累，而气候相对干凉的条件下，植被相对稀少，有机质表现为降解，LOI值降低[41, 46~47]。作者利用帕纳科Axios mAX X射线荧光光谱仪，采用GB/T14506.14-2010《硅酸盐岩石化学分析方法第14部分：氧化亚铁量测定》[48]和GB/T14506. 28-2010《硅酸盐岩石化学分析方法第28部分：14个主次成分量测定》[49]，对堆积物的样品进行了氧化物主、次元素量测试，结果见表 2。
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表 2 福岩洞堆积物氧化物(%)和相关指标分析 Table 2 Analysis of oxides content and related index of the sediments at Fuyan cave |
福岩洞2~4层堆积物主要化学成分(表 2)为SiO2(平均64.35 %)、Al2O3(平均9.16 %)和Fe2O3(平均9.03 %)，其次为CaO和Na2O，平均含量分别为5.72 %和1.91 %，其余元素包括MgO(平均0.11 %)、Na2O(平均0.11 %)、MnO(平均0.11 %)、TiO2(平均0.61 %)和P2O5(平均0.45 %)等含量均为1 %以下。其中SiO2、Al2O3和Fe2O3三者的平均含量之和可达82.54 %；这种显著的富硅铝铁现象突出表明了福岩洞总体以湿热为主的气候特点[35, 41]。沉积物烧失量(LOI)在3.61至31.68之间波动，第2~4层平均值达到7.47(表 2)，高于北方的泥河湾盆地油房剖面的4.0[46]，稍高于安徽巢湖凌家滩剖面的LOI平均值6.64[35]和宣城向阳剖面的南方红土堆积的平均值7.16[41]，显示沉积物有机质相对富集，气候温暖湿润；同时烧失量在某种程度上指示了福岩洞堆积物自下而上脱硅富铝铁的程度增强，LOI值自下而上增大，铝硅率和铝硅铁率值降低，表明脱硅富铝铁程度越强[35]。TiO2的平均值达到0.61 %，明显大于处于温带的北京周口店田园洞0.17 % [13]的含量，略小于湖北郧西白龙洞堆积物的0.97 % [19]和纬度更低的广西陆那洞堆积物的1.13 % [16]的含量，而与出土北亚热带的湖北建始龙骨洞堆积物0.62 % [18]和安徽东至华龙洞堆积物的0.62 % [20]接近，同样表明相对温暖湿润的气候条件。剖面中Si2 O3、Al2O3和Fe2O3含量存在一定的波动，指示气候存在微弱的波动，其中后者在古人类活动的第2层有减小的趋势，指示气候可能略微转凉。堆积物的CaO含量在堆积物开始的第4层，处于不足1 %的极低值，显示湿热的气候条件[31, 41]，随着堆积物的充填，CaO值逐渐升高，至古人类活动的第2层甚至超过了Al2O3和Fe2O3的含量，预示着气候条件向相对偏凉过渡[35, 41]。同时，反映堆积物风化程度的CIA值自下而上至第2层逐渐减小，表明在堆积物形成的第4和3层气候温暖湿润，风化作用较强[31]，至古人类活动时期的第2层，气候有转偏凉的趋势。而剖面的Ba值统计表明，在剖面形成的第4和3层，Ba值一直在一个极低的值波动，至后期古人类活动的第2层，逐渐升高，预示着气候条件由温湿逐渐向相对偏凉转变[41]。剖面的LOI值自下而上逐渐增加，预示着气候总体温湿的条件下湿度并未降低，有增加的趋势。总的来看，剖面主量元素分析显示该堆积物总体处于温暖湿润环境，上部较下部要相对偏凉一些。
2.3 动物牙齿釉质C、O稳定同位素分析相比黄土-古土壤序列中碳酸盐和有机碳的碳同位素组成易受成岩作用的影响[50~52]，哺乳动物牙齿化石的釉质在成岩作用过程中能较好地保存动物生活时期的碳同位素组成；同时，食草类动物在体内以固定的比例浓缩碳同位素，可以据此恢复地质时期草本植物的同位素组成及其光合作用途径，进而重建古气候[53~54]；而氧同位素组成可用来恢复古温度[55]。
在自然界，C3植物包括高纬度和高海拔的草本植物，生长在寒冷、温凉的湿润气候中；C4植物常包括热带和亚热带的草本植物，比C3植物更适应相对干旱的强烈季节性气候[56~57]。C3植物的δ13C值分布范围为-23 ‰ ~-34 ‰，平均为-27 ‰；C4植物的δ13C值分布范围为-9 ‰ ~-17 ‰，平均为-13 ‰ [54, 56~57]。当动物取食C3或C4植物时，δ13C将在动物的骨骼组织中以- 12 ‰ ~- 15 ‰的比例浓缩，这样，纯粹取食C3植物的动物组成骨骼和牙齿的羟基磷灰石所含δ13C为- 15 ‰ ~- 12 ‰，平均为- 13 ‰，而纯粹取食C4植物的动物δ13C为- 1 ‰ ~+2 ‰，平均+1 ‰ [58]。就食物而言，食草类动物羟基磷灰石的δ13C值约富集- 14 ‰ ~- 15 ‰ [59]，而δ13C值聚集在- 14 ‰，是判断环境是否为密闭或开放森林的临界值，即动物牙齿釉质δ13C若在- 14 ‰以下则其偏好于栖息在闭合度较高的森林中[60]。
我们选取遗址常见的4枚食草类哺乳动物牙齿(分别属犀牛、水鹿、水牛和野猪等)，进行釉质的碳氧稳定同位素测试，它们均来自古人类活动的同一层位，即第2层。实验过程大致为：首先对样品进行清洗晾干，用牙钻在牙齿釉质部分钻取10~15 mg的粉末，并使用玛瑙研磨盘磨至200目以下，保存在5 ml的离心管内，加入50 %次氯酸钠(NaClO)溶液去除样品中的有机质。离心清洗后加入1 mol/L的冰醋酸溶液，以去除成岩作用产生的碳酸盐，蒸馏水离心清洗至中性后，冷冻干燥，最后送往实验室进行分析测试。使用的仪器是Isoprime 100稳定同位素质谱仪，标样为IAEACO-8和NBS19，NBS18为仪器测试稳定性参考。C、O同位素的分析精度为± 0.2 ‰，C、O同位素的分析结果均以相对PDB的值δ13C和δ18O来表示。有关测试结果如表 3和图 3。
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表 3 福岩洞哺乳动物牙齿釉质稳定同位素分析结果 Table 3 The stable isotope analysis of tooth enamel of mammalian fossils from Fuyan cave |
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图 3 福岩洞遗址哺乳动物牙齿釉质δ13C和δ18O值散点图 Fig. 3 Scatter plot of δ13C和δ18O values of tooth enamel of mammalian fossils from Fuyan cave |
福岩洞遗址4枚食草类动物牙齿釉质δ13C值分布在- 12.2 ‰ ~- 15.1 %，平均值- 13.9 ‰。显然，这些动物生活在以C3植物为主的植被中，同时其值处在相对密闭和开放的森林的临界值以上，表明道县福岩洞所在的区域古环境为相对开放的森林环境。需要指出的是，牙齿釉质的δ18O值分布在- 5.6 ‰ ~-8.1 ‰之间，平均值为- 6.9 ‰，且存在一定的偏差，可能与其分属不同的属种所引起的饮水环境相关。
2.4 哺乳动物群道县福岩洞的动物化石类别丰富，不同学者[11~12]对历次发掘出土的化石标本进行了鉴定，报道的种类全部为哺乳动物遗存，共计39种，可归入8目，分别为食虫目、翼手目、灵长目、啮齿目、食肉目、长鼻目、奇蹄目和偶蹄目。动物群以现生属种为主，绝灭属种较少，目前已确定的灭绝种类有最后斑鬣狗(Crocuta ultima)、东方剑齿象(Stegodon orientalis)、华南巨貘(Megatapirus augustus)、巴氏大熊猫(Akluropoda melanoleuca baconi)和南方猪(相似种)(Sus cf. australis)共5种，另还有本地灭绝种类，如虎(Panthera tigris)、苏门犀(Dicerorhinus sumatrensis)及大额牛(Bos(Bibos)gaurus)。福岩洞出土的动物化石的种类较多，但完整化石很少，最常见的仍是哺乳动物的单个牙齿化石。
在福岩洞动物群中，有一些动物可以指示环境，如，水獭(Lutra lutra)一般居住在河流和湖泊周围，尤其喜欢生活在两岸林木繁茂的溪河地带，短尾鼩(Anourosorex squamipes)和长尾鼩(Soriculus)常栖息于山地森林、林缘、灌丛及草丛中；黑叶猴(Trachypithecus sp.)、猕猴(Macaca sp.)和长臂猿(Hylobates sp.)一般生活在低山沟谷地带的茂密树林之中；竹鼠(Rhizomys sp.)和豪猪(Hystrix sp.)的存在表明周围有竹林分布，华南巨貘一般不会离开湿热的灌丛和草地[61~64]；而且，巴氏大熊猫、苏门犀、爪哇豺(Cuon alpinus javanicus)、猪獾(Arctonyx collaris rostratus)、虎(Panthera tigris)、水鹿(Rusa unicolor)等典型的大熊猫-剑齿象动物群中的成员都生活在暖湿的森林环境中[65]；大额牛和鬣羚(Capricornis sumatraensis)则主要在林间山地活动。另外，福岩洞动物群中也出现了一些能够适应凉爽气候的动物类型，如梅花鹿(Cervus nippon)等。总的来说，福岩洞动物群所体现的环境主要是湿热的亚热带森林环境，其间既有林地也有草地，附近应有水体；植被类型有森林、竹林和草原。从气候环境方面来看，应该主要是温暖潮湿的。
3 结论道县福岩洞发育于上古生界上泥盆统和石炭系的海相碳酸盐岩系内，属大型管道型溶洞，处在岩溶发育的后期；洞穴堆积物主要为红色粘土和砂砾石胶结物。本文通过多学科重建早期现代人生活时期的古环境。与古人类伴生的哺乳动物群和堆积物富含的粘土矿物、氧化物(主量元素)以及食草类动物牙齿釉质碳氧稳定同位素分析表明，洞穴堆积形成于温暖湿润的气候环境，上部古人类活动期较下部洞穴充填早期要相对略显偏凉；但总体环境较为稳定，且表现为北亚热带-暖温带过渡区以C3为主森林环境。
距今13~8万年前的深海氧同位素第5阶段(MIS 5)，气候总体特点是由温暖湿润的末次间冰期逐渐转向相对偏凉的末次冰期[66]，尽管该时期存在气候的波动，但总体的气候特点是相对温暖湿润的。相关研究表明，该阶段是早期现代人在旧大陆迁徙和扩散的重要时期，近年来我国中部和南方一系列的发现和研究，如：湖北郧西黄龙洞[7]、广西崇左智人洞[8]、陆那洞[17]、柳江[14~15]等，表明早期现代人于大约10万年前在华南已经出现，比传统认为的早期现代人在距今约5~6万年后进入中国[4~5]大大提前。应该说中国的材料对揭示早期现代人扩散和演化具有不可替代的优势。然而我们对环境和气候背景对早期现代人的迁徙和适应的影响关注较少。道县福岩洞古人类遗址处在华南核心位置，洞穴充填期间气候总体相对稳定，但由早到晚呈现由相对温湿转向略显偏凉的趋势，是否同MIS 5阶段总体气候变化吻合[66~67]，尚需多方面的验证。本文的研究对重建我国华南早期现代人演化的环境背景，进而揭示华南乃至周边环境背景对古人类扩散和适应行为的影响等，均具有重要的科学意义。
致谢: 感谢审稿专家和编辑部杨美芳老师对论文的审阅并提出宝贵的修改意见；化石釉质的碳、氧稳定同位素测试在中国科学院大学考古学与人类学系稳定同位素实验室进行，粘土矿物和氧化物测试在核工业北京地质研究院分析测试研究中心进行，在此一并感谢。
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2 Key Laboratory of Vertebrate Evolution and Human Origins, Institute of Vertebrate Paleontology and Paleoanthropology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100044;
3 CAS Center for Excellence in Life and Paleoenvironment, Beijing 100044)
Abstract
The origin of modern humans and associated environmental background continue to intrigue the scientific community and broader public attentions. The recent discovery and morphological analysis of the early Late Pleistocene hominin fossils from several sites of China indicate that early modern humans appear as early as 100 ka B. P. in some regions of East Asia. However, little is known about the relationship between the modern human evolution, dispersal and environmental background. This paper presents the paleoenvironmental reconstructions of a newly discovered modern human site at Fuyan Cave, Daoxian County, Hunan Province.Fuyan Cave site (25°39'02.7"N, 111°28'49.2"E; 232 m above sea level), which was discovered in 1984, is an important early Late Pleistocene cave which hominin teeth were discovered in China. It is located in Tangbei village, Lefutang town, Daoxian County, Hunan Province. A new investigation was conducted by a joint team from the staff of Institute of Vertebrate Paleontology and Paleoanthropology (Chinese Academy of Sciences), Institute of Cultural Relics and Archaeology of Hunan Province, and Office for Cultural Relics Administration of Daoxian County from 2011 to 2013. Forty-seven hominin teeth and a large number of mammalian fossils were unearthed. U-series dating indicate that early human occupied the site most probably took place between 120~80 ka B. P., a period that spans Marine Isotope Stages 5.The Fuyan Cave, developed in the limestone series of Upper Paleozoic, is located in the hinterland of South China Plate, and south margin of North Subtropical Zone. The karst development of the cave belongs to the late stage of the karst developing system, which shows the peak forest karst and karst basin of the geomorphological feature in the adjacent regions. The cave, with main subject extent from north to south, belongs to large size pipeline type cave. The Fuyan Cave was formed by the vertical vadose fracture water dissolution and transferred to horizontal vadose water corrosion which became the dominant resorption pattern of the karst development. Sand gravel and red clay was developed in the cave which was rich in hominin fossil and mammalian fossils.In order to interpret the possible environmental background especially the impact on human occupation at Fuyan Cave, the systematic analysis of the mammalian fauna, stable isotopes, clay minerals, as well as oxides from sediments were carried out by the authors in the current paper. The study indicates that the climate and environment were optimal as a warm and humid to some degree which shows the area belongs to north subtropical zone. Stable carbon and oxygen isotope of fossil tooth enamel suggest that the Fuyan Cave dominated by C3 plants was in a region belong to forest but not so closed, indicating the climate was relatively mild. It should be noted that the human fossils and mammalian fossils were mainly distributed in upper part of the deposits which environment were exhibited relatively cool and dry than the lower part of the depositional profile. Overall, the relative mild and stable climate were optimal as a warm temperature with flourished of forest, as well as animals, which may lead to the intensified occupation of early hominins during later stage of formation processes of the cave.Early Late Pleistocene or MIS 5 is the important period which witnessed the evolution and dispersal of the anatomically modern humans in East Asia. Our results suggest that the relatively mild and stable climate condition in South China probably provide a suitable environmental background for the evolution and adaptation of early modern humans in East Asia.