2020, Vol.40
2 复旦大学科技考古研究院, 上海 200433;
3 中国科学院古脊椎动物与古人类研究所, 中国科学院古脊椎动物演化与人类起源重点实验室, 北京 100044;
4 中国科学院大学考古学与人类学系, 北京 100049;
5 中国国家博物馆, 北京 100006;
6 中山大学社会学与人类学学院, 广东 广州 510275;
7 陕西省考古研究院, 陕西 西安 710054)
动物的驯化与饲养，为人类提供了稳定的肉食资源，极大地促进了人类心智的发育，为人类社会的发展乃至文明的形成奠定了坚实的物质基础。故此，探讨家养动物的产生与饲养模式，了解家养动物对先民肉食资源的贡献程度，自始至终是动物考古学研究的重要组成部分之一[1]。
目前，通过对考古遗址中出土动物骨中骨胶原的C、N稳定同位素分析，在揭示不同种属动物食物结构的基础上，了解家养动物与野生动物食物来源的差异，是国际生物考古界探讨家养动物饲养模式的主要研究方法[2]。该方法，已在我国多个考古遗址中得到成功运用[3~4]，揭示了不同家养动物的饲养模式及可能的社会和文化机制[5~8]。
庙底沟文化，也称为仰韶文化庙底沟类型，该文化以河南、山西、陕西为中心，涵盖了整个黄河中游及其周边地区，是距今5500年前后分布范围最广的考古学文化[9]。陕西关中地区是其中的一个核心分布区[10]。兴乐坊遗址(34.54°N，109.99°E)，位于陕西关中地区东部的华阴县兴乐坊村南部(图 1)，2009年，为配合潼(关)西(安)高速公路改扩建工程的建设，陕西省考古研究院对该遗址进行了发掘，发掘面积约1000m2，共清理仰韶文化庙底沟时期灰坑52个、窑址3座、墓葬1座[11]。遗址的文化面貌与泉护村一期文化相近，属于庙底沟文化范畴，可分为两期[11]。兴乐坊遗址出土的动物标本，主要包括以下种类：中华圆田螺(Cipangopaludina cathayensis)、圆顶珠蚌(Unio douglasiae)、鱼类(Pisces)、环颈雉(Phasianus colchicus)、乌鸫(Turdas merula)、狗(Canis familiaris)、家猪(Sus domesticus)、獐(Hydropotes inermis)、梅花鹿(Cervus nippon)、青羊(Naemorhedus goral)。其中，以猪、狗为主的家养动物占全部出土动物骨骼数量的89.28 % (猪为85.71 %，狗为3.57 %)，而以獐和梅花鹿等为代表的野生动物，仅占10.71 % [12]。这表明，家养动物的饲养业，在先民肉食资源中占有举足轻重的地位[12]。然而，兴乐坊遗址家养动物的饲养模式以及对先民肉食资源的贡献，仍缺乏深入研究。为此，本文首先对兴乐坊遗址动物样品进行AMS-14C测年，了解其年代；再通过多种动物种属和人骨的C、N稳定同位素分析，揭示家养动物的饲养模式，并借此探讨不同动物对先民肉食资源的贡献程度，为了解关中地区庙底沟文化时期人类社会的物质基础提供科学证据。
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图 1 兴乐坊遗址地理位置(星号标识) Fig. 1 Geographic location of the Xinglefang site marked with star symbol |
从遗址中选择庙底沟文化不同时期猪的骨骼4块，在中国科学院地球环境研究所西安加速器质谱中心测定年代。样品出土单位和文化分期如表 1所示。
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表 1 猪骨的14C年代* Table 1 The 14C dating results of pig bones |
从兴乐坊遗址选择不同种属的动物(包括野生动物与家养动物)与人骨，共24例。样品的编号及种属特征如表 2所示。
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表 2 样品种属特征以及骨胶原的C、N含量和同位素比值* Table 2 The animal species and their elemental(C, N) contents and isotopic data |
机械去除样品骨样内外表面的污染物质。称取2g左右的骨样，0.5mol/L的盐酸(HCl)溶液中4℃下浸泡脱钙，每隔两天换新鲜酸液，直至骨样松软，溶液无明显气泡。去离子水洗至中性，0.125mol/L的NaOH溶液中浸泡20 h。洗至中性，置于0.001mol/L的HCl溶液中70℃加热48 h，趁热过滤，冷冻干燥得骨胶原。称重，计算骨胶原的得率，等于骨胶原质量除于骨样质量。结果如表 2所示。
1.4 测试分析骨胶原的C、N元素含量及稳定同位素比值，在中国科学院大学考古学与人类学系考古同位素实验室进行测试。仪器为元素分析仪(Elementar Pyro Cube)联用的稳定同位素质谱分析仪(Isoprime 100)。测试C、N元素含量所用的标准物质为磺胺(Sulfanilamide)；C、N稳定同位素比值，分别以IAEA-600、IAEA-CH-6标定碳钢瓶气(以VPDB为基准)和IAEA-600、IAEA-N-2标定氮钢瓶气(以AIR为基准)。此外，每测试10个样品中插入一个实验室自制胶原蛋白标样(δ 13C值为-14.7±0.1 ‰，δ15 N值为7.0±0.1 ‰)。样品的同位素比值，以δ 13C和δ15N值表示，分析精度均小于±0.2 ‰。测试数据亦见表 2。
1.5 数据统计分析运用Sigmaplot 12.5和SPSS22.0软件，对所测数据进行统计和绘图。
2 结果与讨论 2.1 年代如表 1所示，4个猪骨的年代，约为距今5500~4000年。值得注意的是，其中1例猪(H2：48-1)年代明显偏晚。舍弃这个样品后，其余3个猪的年代，约为距今5449~5300年，属于庙底沟文化时期。
2.2 污染鉴别由表 2可看出，除2例獐未提取出骨胶原以及1例猪骨胶原提取率小于0.1 %外，其余样品的骨胶原得率在0.1 % ~10.3 %，均值为4.2±3.0 % (n=21)，远低于现代样品(约含20 %骨胶原)[13]，表明在长期的埋藏过程中绝大部分骨胶原已发生了不同程度的降解。然而，欲判断骨胶原是否保留其最初的生物学特性和化学组成，当属其C含量、N含量和C/N摩尔比[13]。22个样品的骨胶原C含量(18.9 % ~44.0 %)及N含量(5.7 % ~16.2 %)，与现代胶原C含量(41 %)和N含量(15 %)基本相似[13]。作为判断骨胶原是否污染的最重要指标——C/N摩尔比值，当其落在2.9~3.6范围内，可视为未污染样品[13~14]。据此，在表 2中除1例猪(C/N摩尔比值为3.8)外，其余样品提取出的骨胶原，皆可视为未受污染，可开展以下稳定同位素分析。
2.3 稳定同位素分析由图 2可见，不同动物和先民的δ13C和δ15N值存在较大差异，表明它们的食物来源非常多元化。需要指出的是，家养动物(如猪、狗)与野生动物(如梅花鹿、青羊、獐)的确具有不同的δ13C和δ15 N值，反映了家养动物的饲养模式强烈受到先民有意识的控制。
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图 2 动物与人骨胶原δ13C和δ15 N值的散点图 Fig. 2 The scatter plot of δ13C and δ15 N values from animal and human collogen |
在具体分析同位素数据之前，先简述稳定同位素分析的基本原理[15]。因光合作用途径的差异，植物具有不同的δ13C值。C3植物，如：稻、麦、豆以及适于温润环境生长的草类等，其δ13C平均值为-26.5 ‰；C4植物，如：粟、黍、高粱、甘蔗及适于高温干燥环境的草类，其δ13C平均值为-12.5 ‰ [15]。在以植物为底层的食物链中的物质和能量流动过程中，该差异将会始终存在。动物(包括人)组织的同位素组成，直接取决于其食物中的同位素组成，但在此过程中存在着同位素的分馏。与所吃食物的δ13C值相比，消费者的肌肉大约有1 ‰的富集，骨骼中的骨胶原则富集约5 ‰ [15]。如此，通过对动物(人)骨胶原的δ13C值分析，就可辨析其食物类型。与C不同，N在不同营养级之间存在着明显的同位素富集现象，即：食草类动物骨胶原中的δ15 N值，较其所吃食物富集3 ‰ ~5 ‰，以食草类动物为食的食肉类动物又比食草类动物富集3 ‰ ~5 ‰。一般认为，植食类动物的δ15 N值约为3 ‰ ~7 ‰，杂食类约为7 ‰ ~9 ‰，而食肉类则常大于9 ‰ [15]。通过人和动物骨中的δ15 N值，即可基本判断其营养级级别。
在图 2中，作为食草类动物的獐，具有最低的δ13C和δ15 N值，其δ13C和δ15 N平均值，分别为-19.6±0.6 ‰ (n=3)和4.6±1.6 ‰ (n=3)，表明獐主要以C3类植物为食；青羊具有与獐相似的δ13C和δ15 N值，表明其食物也以C3类植物为主；对于梅花鹿而言，1例的δ13C和δ15 N值与以上两种食草类动物相似，另一例却显现出较高的δ13C值(-13.2 ‰)，表明其摄取了相当量的C4类植物。
根据动物考古资料[12]，兴乐坊遗址可认定的家养动物，主要为猪和狗。从图 2可以看出，除1例猪(T1H2：48-1)具有与野生动物相似的δ13C和δ15 N值外，其余猪的δ13C和δ15 N值均较高，其平均值分别为-8.6±1.3 ‰ (n=11)和8.1±0.5 ‰ (n=11)，表明这些猪摄取了大量C4类的动物蛋白；另一种家养动物代表——狗，其平均δ13C值(-11.￣1±0.￣0 ‰，n=2)和δ15 N值(8.1±0.6 ‰，n=2)与以上这些猪极为接近，表明两者的食物来源基本一致。
兴乐坊遗址仅出土1例墓葬。由图 2可见，先民具有高δ13C(-8.4 ‰)和δ15 N值(10.0 ‰)，表明先民的食物中包含了大量的C4类动物蛋白。
2.4 家养动物的饲喂模式庙底沟文化时期多个考古遗址的植物考古研究显示，陕西关中地区广泛存在着粟类作物(粟和黍)的种植，同时也存在少量的稻作农业[16~19]。与之相似，兴乐坊遗址炭化植物遗存的浮选结果，也发现该遗址的农作物主要包括粟(Setaria italica)、黍(Panicum miliaceum)、稻(Oryza sativa)；其中，粟和黍具有较高的出土概率，显示兴乐坊遗址具有较为发达的粟作农业[20]。
粟和黍均为典型的C4类植物，其δ13C值分别为-12.5 ‰和-13.1 ‰ [21]。考虑到化石燃烧对现代大气δ13C值的影响(约贫化1.5 ‰)以及自食物至骨胶原的同位素富集效应(约富集5 ‰)[22]，若忽略δ13C值在营养级上的分馏(约1 ‰)[22]，那么，以100 %粟类作物或其副产品等为食的动物和先民，其骨胶原的δ13C值，则约为-6.6 ‰ ~-6.0 ‰。故此，通过动物或人骨胶原δ13C值的分析，即可直接揭示其是否摄取了大量的粟作作物或其副产品。
兴乐坊遗址的野生食草动物，如獐和青羊，其δ13C值均显现为典型的C3类特征，表明这两种动物主要以自然生态环境中C3类植物为食。梅花鹿虽也被认为是野生动物，但其中1例的δ13C值明显偏正(-13.2 ‰)，表明其食物中包含了相当量的C4类植物。尽管此时的粟作农业较为发达[20]，但先民用其谷粒直接饲喂动物，显然不太现实。我们推断，该鹿骨胶原中出现的C4同位素信号，更可能与其摄取了较多的粟类作物副产品(如秸秆、谷壳等)相关。该样品取自鹿角，由于鹿每年都要脱角[23]，故其中提取出的角蛋白，仅代表了该梅花鹿在1年内鹿角生长过程中摄取食物的平均水平。故此，我们有理由推断：先民可能为了获取鹿角的需要，在短时间内对梅花鹿进行了有意识的饲喂活动。此外，我们在河南新砦遗址(约4000年前)也发现了2例梅花鹿具有偏正的δ13C值(分别为-14.7 ‰和-12.3 ‰)[6]。由此，这两处遗址梅花鹿较高的δ13C值，提示我们，需对我国新石器时代晚期是否已存在鹿的管理抑或驯养活动，进行更为细致的探索。
根据动物考古学研究成果，兴乐坊遗址出土的猪骨，绝大部分年龄偏小，被认为是家猪[12]。由图 2可以看出，绝大部分的猪，较野生动物具有高的δ13C和δ15 N值，反映了其食物中包含了大量粟类副产品的动物蛋白，很可能来源于先民饲喂的残羹冷炙或先民的粪便等残留物。此外，有1例猪(T1H2：48-1)具有与野生动物相似的δ13C和δ15 N值，表明其主要生存于自然环境，很有可能为野猪[24]。尤其值得一提的是，该个体的年代也明显晚于其他个体(表 1)，表明该个体属于典型的异常值，在以下的统计和讨论中应予以剔除。狗的δ13C和δ15 N值，与猪相似，表明两者的食物来源基本一致。
兴乐坊遗址唯一的1例先民，具有高δ13C和δ15 N值，表明其主要食物为大量的C4类动物蛋白，来源于粟类作物和/或以粟类作物副产品为食的动物。
2.5 家养动物对先民肉食资源的贡献因不同动物骨骼形态的不同，就可能造成动物在长期的掩埋过程中存在保存程度上的差别。这可能对动物遗存的数量统计造成一定的偏差，影响对先民肉食资源的认识。而根据不同动物与先民在δ13C和δ15 N值之间的差异，即可较为准确地估算先民的主要肉食来源[6]。
根据同位素分馏机理，相较作为食物的生产者而言，消费者的δ13C和δ15 N值，将富集约1 ‰和3 ‰ ~5 ‰ [25]。故此，若将生物骨胶原与其潜在的食物来源进行δ13C和δ15 N值进行比较，计算出其差值，即可较为准确地判断生物的主要食物组成，揭示不同动物对先民肉食资源的贡献程度。
在本研究中，将所有獐、青羊以及1例梅花鹿(具有低δ13C和δ15 N值)作为野生动物的代表，将绝大部分的猪(排除低δ13C和δ15N值的1例)和所有狗作为家养动物的代表，结合人的δ13C和δ15N值数据，作动物与人δ13C和δ15N值的误差棒图，如图 3所示。
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图 3 动物与人骨胶原δ13C和δ15 N值的误差棒图 Fig. 3 The error bar plot of δ13C and δ15 N values from animal and human collagen |
由图 3可见，先民与野生动物之间的δ13C和δ15 N值相差甚远，两者之差分别高达11.0 ‰和5.4 ‰，远远超出营养级的同位素分馏效应(1‰和3‰~5‰)，表明野生动物(以獐、青羊、梅花鹿为代表)并不是先民的主要肉食资源。野生动物在兴乐坊遗址的出现，应该为先民的狩猎活动而得。与之相反，家养动物与先民之间的δ13C和δ15 N值，则明显较为接近(图 3)。经计算，家猪与先民之间的δ13C和δ15 N平均值之差，为0.2 ‰和1.9 ‰，而狗与人之间的δ13C和δ15 N平均值之差，则为2.7 ‰和2.0 ‰。两者，都落于食物至骨胶原间的同位素分馏效应范围内，表明两者都可能是先民的主要肉食资源。然而，考虑到狗具有较小的肉食量以及与人之间较大的C同位素分馏效应，其对先民肉食资源的贡献，要远远小于猪。故此，从动物与人类同位素分馏效应的角度，可以发现，兴乐坊遗址的猪，是先民最为重要的肉食资源。这也验证了该遗址出土动物骨骼中猪占大部分的动物考古研究结果[12]。
目前，因庙底沟文化墓葬发现偏少，导致对该段时期人骨稳定同位素分析的研究，也较为缺乏。表 3汇总了已有发表的庙底沟文化若干遗址人骨的稳定同位素数据[26~27]。这些先民，皆具有较高的δ13C值，充分反映了粟作农业在先民的生活方式中占有主导地位。由此，可以看出，在关中地区庙底沟文化中晚期，存在着极为发达的粟作农业以及以此为支撑的家畜饲养业。其中，猪的大规模驯化、饲养和管理，为陕西关中地区庙底沟文化的先民提供了相当稳定的肉食资源，也为该文化的传播、兴盛、辐射乃至中华文明曙光的出现奠定了深厚的经济基础[28~30]。此外，本研究还发现，粟作农业的高度发展，也为先民尝试驯养更多种类的野生动物以满足特定需求提供了可能。
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表 3 各遗址人骨胶原的稳定同位素数据 Table 3 The isotopic data of human collagen from several sites dated to Miaodigou culture |
庙底沟文化，是中国北方地区史前最为发达的文化之一。迄今为止，对该文化时期家养动物的饲喂方式及对先民肉身资源的贡献，仍然知之甚少。本文对关中地区陕西华阴兴乐坊遗址出土动物和人骨开展了C、N稳定同位素分析和AMS-14C测年。4例猪，除1例年代偏晚(4089~3985 cal.aB.P.)外，其余猪的年代为5449~5300cal.aB.P.，属于庙底沟文化时期。野生动物獐、青羊、梅花鹿的平均δ13C和δ15 N值，分别为-19.6±0.6 ‰ (n=3)和4.6±1.6 ‰ (n=3)、-19.6 ‰ (n=1)和4.0 ‰ (n=1)、-18.7 ‰ (n=1)和5.3 ‰ (n=1)(除1例异常值)，表明它们主要以自然环境中的C3类植物为食。家养动物猪和狗，其平均δ13C和δ15 N值，分别为-8.6±1.3 ‰ (n=11)和8.1±0.5 ‰ (n=11)(除1例异常值)、-11.1±0.0 ‰ (n=2)和8.1±0.6 ‰ (n=2)，反映了它们主要依赖于粟作农业的副产品抑或先民的残羹冷炙(或粪便)为食。唯一的先民，其δ13C和δ15 N值，分别为-8.4 ‰和10.0 ‰，表明该先民摄取了大量粟类植物和/或以粟类作物副产品为食的动物。根据食物链的同位素分馏效应，即δ13C和δ15 N值约富集1 ‰和3 ‰ ~5 ‰，人与野生动物与家养动物同位素数据的比较分析，发现家猪是人类最为重要的肉食资源。结合之前发表的庙底沟文化时期人骨同位素数据，可以看出，基于粟作农业发展起来的家猪饲养业，为庙底沟文化的发展、辐射和扩张，提供了必要的物质和经济基础。
需指出的是，本文猪骨的1例异常值，其年代明显有别于其他猪骨。这启示我们，在今后的研究中，倘若发现动物的同位素值异常，不妨进一步对其年代进行测定，试图找到不匹配的原因，从而为更好地诠释同位素数据、了解该类动物与先民的关系提供科学证据。
致谢: 感谢两位审稿者和杨美芳编辑对本文修改的帮助。
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2 Institute of Archaeological Science, Fudan University, Shanghai 200433;
3 Key Laboratory of Vertebrate Evolution and Human Origins of Chinese Academy of Sciences, Institute Vertebrate Paleontology of Paleoanthropology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100044;
4 Department of Archaeology and Anthropology, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049;
5 National Museum of China, Beijing 100006;
6 School of Sociology and Anthropology, Sun Yat-Sen University, Guangzhou 510275, Guangdong;
7 Shaanxi Academy of Archaeology, Xi'an 710054, Shaanxi)
Abstract
Miaodigou culture, ca. 5500 a B.P., is one of the highly developed prehistoric cultures during the Neolithic in North China. To date, the raising patterns of domestic animals and their contributions to human meat resources during this period remain unclear. In this paper, we undertook the stable isotope(C, N)analysis of animal and human bones or antler and AMS-14C dating measurements of four pig bones from the Xinglefang site(34.54°N, 109.99°E), Huayin County, Shaanxi in the Guangzhong Basin, one of core areas of Miaodigou culture geographic distribution. The dating result shows that three pigs were dated to 5449~5300 cal.a B.P. except one dating to 4089~3985 cal.a B.P. The δ13C values of roe deer (Hydropotes inermis) and goral (Naemorhedus goral) are -19.6±0.6‰ (n=3) and -19.6‰ (n=1) while the δ15N values are 4.6±1.6‰ (n=3) and 4.0‰ (n=1) respectively, indicating that they mainly inhabited in C3 vegetation. Two sika deer(Cervus nippon)had different isotopic data, one close to those from the roe deer and goral and the other from antler enriched with carbon isotope ratios substantially. On the other hand, the domestic animals and the human individual have higher δ13C and δ15N values than the above wild animals. The δ13C values of domestic pigs(Sus scrofa domesticus)and dogs(Canis lupus familiaris)are avarged by -8.6±1.3‰ (n=11)except one outlier with the late date and low isotopic values and -11.1±0.0‰ (n=2)while the mean δ15N values are 8.1±0.5‰ (n=11)and 8.1±0.6‰ (n=2) respectively. The human individual has the δ13C and δ15N values of -8.4‰ and 10.0‰. In combination with the archaeobotanic evidence indicating that the millets, including the foxtail millet(Setaria italica)and common millet(Panicum miliaceum), were dominant in the flora assemblage at the site, we can infer that the domestic animals consumed large quantity of millet byproducts-based fodders or refuse and that the human individual relied heavily on millets and/or millets-based animal protein. Based on the principle that the δ13C and δ15N values are enriched by 1‰ and 3‰~5‰ between the producers and the consumers, the smallest isotopic spacing between the human and pigs(0.2‰ for δ13C and 1.9‰ for δ15N)strongly suggests that the pigs contributed largely to human meat resources. Combining the previously published data of humans during the Miaodigou culture period, we believe that the domestic pig husbandry raised by the millet byproducts or human leftover provided the necessary material and economic bases for the development of Miaodigou culture. In addition, the millet agriculture made it possible for humans to control or tame other wild animals, such as sika deer, for specific purpose.