1 引言

残留物分析是探讨动植物资源利用、先民食物结构、生业经济状况以及器物功能的重要途径之一^[1]。20世纪80年代淀粉粒分析方法兴起之后，植物淀粉粒成为残留物分析的重要研究对象，特别是Barton等^[2]的研究表明利用淀粉粒等植物性残留物进行石制品的功能研究是完全可行且可信的。石制品的残留淀粉粒分析，能使我们获得这些器物功能的直接证据，有力推动了石制品功能的研究^{[3, 4]}； 同时也为探讨考古遗址植物资源利用、先民植物性食物来源以及生业经济状况提供了全新视角^{[5, 6, 7, 8]}。

望京楼遗址位于河南省新郑市新村镇望京楼水库的东侧（34°26′42.6″N，113°43′25.4″E），海拔119m。北距郑州市区35km，因遗址西南角的一处夯土台基称为望京楼而得名。黄水河从遗址西侧流过折而向东，郑新公路从遗址中部南北穿过。该遗址发现于20世纪60年代，2010年9月-2011年6月，郑州市文物考古研究院对望京楼遗址进行了大规模的考古调查、勘探和发掘，发现了二里头文化城址和二里岗文化城址各一座。望京楼城址作为郑州地区新近发现的夏商时期重要城址，为研究中国古代早期城池建制以及夏商文化分界提供了重要资料^[9]。

石杵和石臼自新石器时代以来就是重要的食物加工工具^[10]，本文运用淀粉粒分析方法，对望京楼遗址出土的二里头文化时期石臼和石杵开展残留物分析，了解这些器物的使用对象和具体功用，探讨该遗址二里头文化时期的植物资源利用状况。望京楼遗址作为近些年发掘的又一处包含二里头文化遗存的重要聚落，对该遗址开展包括淀粉粒分析在内的植物遗存研究，将有助于我们深入认识中原腹心地区二里头文化时期先民的生业方式和农业经济特点。

本研究选取了望京楼遗址出土的二里头文化石器3件，分别是石杵2件和石臼（残断）1件（图1）。

图1(Fig.1)

图1 望京楼遗址出土的石臼、石杵样品 1——2011xxwⅢT1902 H500出土石臼（残）； 2——2011xxwⅢT2102 H454出土石杵； 3——T0602 H525出土石杵 Fig.1 Mortar and pestle samples for starch grain analysis from Wangjinglou site

这批石器在发掘出来后均被清洗保存，在发掘过程中也未采集石器周围土壤样品作为对比样品。因此，我们选择对这批石器的使用部位和非使用部位分别进行取样，以进行比对分析。由于石臼本身较大，无法通过超声方法获取石臼使用部位的残留物，故石臼和石杵的取样方法存在差异，具体步骤分别如下。

图2(Fig.2)

图2 部分现代植物淀粉粒图谱 （a）、（b）、（f）、（g）标尺为20μm； 其余为10μm； 薏苡数据来自参考文献[14] （a）黍（Panicum miliaceum），淀粉粒粒径范围5.96-10.99μm，平均粒径8.42μm（n=46）；（b）粟（Setaria italica），淀粉粒粒径范围6.23-19.35μm，平均粒径9.32μm（n=55）；（c）高粱（Sorghum bicolor），淀粉粒粒径范围9.37-29.52μm，平均粒径18.1μm（n=46）；（d-e）薏苡（Coix lacryma-jobi），淀粉粒粒径范围5.48-25.44μm，平均粒径13.5μm（n=240）；（f）小麦（Triticum aestivum），淀粉粒粒径范围5.77-31.24μm，平均粒径14.98μm（n=82）；（g）大麦（Hordeum vulgare），淀粉粒粒径范围11.29-30.33μm，平均粒径21.82μm（n=49）；（h）麻栎（Quercu sacutissima），淀粉粒粒径范围6.90-20.21μm，平均粒径11.13μm（n=62）；（i）绿豆（Vigna radiata（L.）Wilczek），淀粉粒粒径范围11.9-52.0μm，平均粒径27.7μm（n=188）；（j）红小豆（Vigna angularis（Willd）Ohwi et Ohashi），淀粉粒粒径范围24.6-71.0μm， 平均粒径48.03μm（n=114） Fig.2 Starch grains from some modern plants

借鉴Piperno等^[11]和Perry^[12]的实验方法，采用原位置取样法（in situ sampling）。具体步骤为:1）用超纯水彻底洗刷石臼，去除后期保存过程中可能存在的污染并阴干； 2）在臼窝和石臼口部等使用部位和断面（非使用部位）寻找表面较粗糙和有缝隙的地方以确定取样位置，每个位置选取6个取样点； 3）将40μL的超纯水滴到石器取样点，用吸液管的尖端进行搅动； 并用吸液管吸出悬浮的残留物，放到载玻片上，将上述步骤重复一次； 4）在载玻片上的残留物完全自然阴干之前，将一滴甘油和水的混合物（50：50比例）滴到载玻片上，再加盖片并用指甲油封片。

包括:1）使用超纯水彻底洗刷石杵，去除可能存在的后期污染并阴干。2）石杵的使用部位和非使用部位分别超声，具体过程为: 将烧杯放入超声波清洗仪中； 实验者带上一次性无粉橡胶手套，将石杵的使用部位（研磨端）垂直放入烧杯中，加入超纯水浸没使用部位，超声10分钟，在超声阶段，实验者须手拿石杵避免石杵歪斜； 超声结束后，实验者换上新的一次性无粉橡胶手套，将石杵的非使用部位垂直放入新的烧杯中，加入超纯水浸没未使用端，超声10分钟，在超声阶段，实验者同样手拿石杵避免石杵倾倒。 3）将使用部位和未使用部位超声出的溶液分别转移至新离心管中，加超纯水并以3000rpm离心10分钟清洗，吸出上部浮液并丢弃，重复一次，保留底部残留。 4）用酒精再清洗1次，以3000rpm离心10分钟，吸出上部浮液，保留最底部残留，静置干燥； 用甘油和水的混合液（50：50比例）制片观察。

使用Olympus X53偏光显微镜观察，首先在200倍下，使用偏光观察并确定淀粉粒的位置，再转至400倍下，分别在透射光和偏光下对淀粉粒的形态、大小、脐点、表面特征以及消光十字等进行观察、记录和拍照； 为了识别提取的淀粉粒，我们收集了来自禾本科、豆科、壳斗科等20多个属50多个种的现代植物种子或果实，对它们的淀粉粒形态开展分析^[13]，部分现代植物淀粉粒形态见图2。淀粉粒的种属鉴定主要依据我们采集的现代植物淀粉粒形态数据，同时还参考了国内、北美和澳洲的淀粉粒文献^{[14, 15, 16, 17]}。

石杵和石臼上共发现淀粉粒90颗，68颗来自石臼，其中51颗来自使用部位，非使用部位（残断面）发现17颗淀粉粒； 2件石杵的使用部位共发现18颗淀粉粒，非使用部位共发现4颗淀粉粒。同一件器物上使用部位和非使用部位残留淀粉粒在数量上存在显著差异，这表明石器使用面上所提取到的淀粉粒应为石器使用过程中的残留。石杵和石臼使用部位共提取到69颗淀粉粒，除去2粒破坏的和14粒特征不明显的淀粉粒，余下53颗按照形态、大小、脐点位置和表面特征等形态学特征，可以分为5类（表1）。

表1(Table 1)

表1 望京楼遗址石器使用部位提取到的可鉴定淀粉粒种类和数量Table 1 The number and types of starch grains from used surfaces of stone tools from Wangjinglou site 器物名称 出土单位 第1类（粟黍类） 第2类（小麦族） 第3类（薏苡属） 第4类（栎属） 第5类（豆科） 石臼 2011xxwⅢT1902 H500 16 15 3 0 2 石杵 T0602 H525 7 1 4 2 0 石杵 2011xxwⅢT2102 H454 2 1 0 0 0

表1 望京楼遗址石器使用部位提取到的可鉴定淀粉粒种类和数量 Table 1 The number and types of starch grains from used surfaces of stone tools from Wangjinglou site

第1类: 25粒，多边形或近圆形，脐点居中，无层纹，部分较大淀粉粒的脐点处有裂隙，多呈Y型或横向线性，粒径分布在6.6-18.2μm（图3a-3d）。多边形的淀粉粒大多来自于禾本科植物种子，如: 粟（Setaria italica）、黍（Panicum miliaceum）、稻（Oryza sativa）、高粱（Sorghum bicolor）、玉米（Zea mays）、薏苡（Coix lacryma-jobi L.）等^[18]。其中黍的淀粉粒，平均粒径为8.42μm，粒径范围为5.96-10.99μm，大多表面没有裂隙，只有少数淀粉粒具有穿过脐点的微弱裂隙^[13]（图2a）； 粟的淀粉粒粒径范围为6.23-19.35μm，平均粒径为9.32μm，脐点居中，其中粒径较大的颗粒有穿过脐点的裂隙^[13]（图2b）； 高粱淀粉粒与粟、黍的淀粉粒在粒径和形态上有部分重合，但高粱淀粉粒表面裂隙多呈放射状，且部分有层纹^[18]（图2c）。第1类淀粉粒表面光滑或有Y型裂隙，因而不应来自高粱，很可能来自粟、黍或者薏苡。这3种植物种子的淀粉粒形态较为接近，但黍的淀粉粒粒径一般不大于12μm，粟以多边形为主，裂隙大多呈Y型，而薏苡淀粉粒部分消光臂弯曲，层纹在透射光下不明显，在偏光下则较为明显（图2d和2e）。综合上述特征，可以确定本类型淀粉粒应主要来自粟，但不排除粒径小于12μm的13粒淀粉粒有可能来自黍。

第2类: 17粒，近圆形或椭圆形，部分淀粉粒透射光下层纹明显，粒径分布在14.8-29.9μm（图3e-3h）。结合我们对小麦族19种植物淀粉粒的分析^[13]（图2f和图2g），并参照Yang和Perry^[19]有关小麦族淀粉粒形态的研究结果，此类淀粉粒符合小麦族淀粉粒的形态特点，应来自小麦族。

图3(Fig.3)

图3 望京楼遗址石臼、石杵的使用部位提取到的残留淀粉粒（标尺: 10μm） （a-d）第1类，粟黍类淀粉粒（Type 1，Setaria italica and Panicum miliaceum）； （e-h）第2类，小麦族淀粉粒（Type 2，Triticeae）； （i-l）第3类，薏苡属淀粉粒（Type 3，Coix sp）；（m-p）第4类，栎属淀粉粒（Type 4，Quercus sp）；（q-t）第5类，豆科淀粉粒（Type 5，Fabaceae） Fig.3 Starch grains from the used surfaces of the mortar and pestles from Wangjinglou site. Scale bar: 10μm

第3类: 7粒，多边形，透射光下无层纹，个别脐点处有横向线性裂隙，偏光下层纹较为明显，消光臂弯曲，粒径分布范围为13.4-25.1μm（图3i-3l）。此类特征的淀粉粒粒径较大，不应来自粟、黍、水稻，而可能来自薏苡属或者高粱属。但高粱淀粉粒中粒径较大者在透射光下层纹明显（图2c），且薏苡属的淀粉粒多数消光臂呈弯曲状^[20]（图2d和2e），故本类型淀粉粒应该来自薏苡属。

第4类: 2粒，卵形，消光呈Ⅹ形状，脐点处或有纵向裂隙，粒径分别为14.0μm和14.4μm（图3m-3p）。此类淀粉粒和坚果类淀粉粒形态特征较为一致^[21]（图2h），很可能来自栎属植物。

第5类:2粒，肾形或椭圆形，肾形淀粉粒的层纹较明显，椭圆形淀粉粒有裂隙，偏光下层纹较明显，粒径均较大，分别为20.1μm和26.2μm（图3q-3t）。豆科很多属植物种子淀粉粒呈椭圆形和肾形，层纹明显，淀粉粒表面有明显裂隙（多数纵向）^{[13, 22]}（图2i和图2j）。本类型淀粉粒和豆科植物淀粉粒形态较为一致，应来自豆科植物。

粟和黍自新石器时代以来一直是北方农作物体系中最为重要的两种作物，这种状况一直持续到商周时期^[23]。二里头遗址^[24]、王城岗遗址^[25]、南洼遗址^[26]和古城寨遗址^[27]均发现了二里头文化时期的炭化粟和黍，其绝对数量和出土概率均远高于同遗址出土的小麦和大豆等农作物。此次分析的石杵和石臼上发现有相当数量的粟黍类淀粉粒，表明粟和黍仍是望京楼先民加工的重要农作物。

目前国内最早的小麦遗存发现于龙山文化时期的黄河流域若干遗址，包括上游的甘肃天水西山坪^[28]、民乐东灰山^[29]，中游的河南博爱西金城^[30]、禹州瓦店^[31]以及洛阳盆地若干中小遗址^[32]，下游的山东茌平教场铺、胶州赵家庄和日照两城镇等^[33]。此时黄河下游的山东地区，小麦的种植已经出现，并且很可能已较为普遍，在农作物中的地位可能已仅次于水稻或粟和黍，重要性应高于大豆类^[33]。而黄河中游的中原地区却呈现另一种状况，出土炭化小麦遗存的遗址中，小麦无论是从绝对数量还是出土概率来说，均远低于同遗址出土的大豆遗存^{[30, 31, 32]}，而且在其他一些未见小麦遗存的遗址中仍出土有大豆遗存^[25]，表明龙山文化时期，小麦并不是黄河中游农作物体系中的稳定构成，其重要性远应低于大豆类遗存。但到了二里头文化时期，在南洼^[26]、王城岗^[25]、洛阳皂角树^[34]和二里头遗址^[24]中均发现了数量不等的炭化小麦遗存，说明在二里头文化时期小麦已经传入到中原地区的核心地带^[35]。望京楼遗址二里头文化石杵和石臼的使用部位发现有来自小麦族的淀粉粒，考虑到二里头文化时期中原腹心地区已普遍发现有炭化小麦遗存，这些淀粉粒来自小麦的可能性很大。这表明在二里头文化时期，小麦也已是望京楼先民重要的利用和加工对象。

橡子在世界上很多地区都曾作为重要的食物资源^[36]。我国先民早在旧石器时代晚期即使用磨盘磨棒来加工橡子^[37]，至全新世早期已经成为人们食物的重要来源，跨湖桥遗址的许多灰坑中就还保存有大量形态完整的栎属果实（橡子）^[38]。中原地区属于裴李岗文化的贾湖^[39]、班村^[40]、莪沟^[41]、水泉^[42]等遗址中就发现有橡子的炭化遗存。随着原始农业的产生和不断发展，橡子等采集植物在先民食物中的重要性不断降低，但仍然是先民采集食用的重要对象。到了二里头文化时期，五谷农业体系虽已完备，但二里头遗址仍发现有包括蒙古栎在内的坚果以及其他植物果实遗存^[24]，可见这些植物资源在当时仍被利用。望京楼遗址二里头文化石杵使用部位发现有来自栎属的淀粉粒，表明当时先民确实使用杵和臼等工具加工橡子等坚果以食用。

薏苡在我国有悠久的利用历史，浙江河姆渡遗址就出土过大量的薏苡种子^[43]，跨湖桥遗址陶器内部就发现有薏米的淀粉粒残留^[44]； 裴李岗^[45]、孟津寨根和班沟^[46]等裴李岗文化遗址的磨盘上都发现有薏苡属淀粉粒。由此可见，史前时期薏苡就已被加工食用。文献中记载的薏苡食用方法是使用舂脱壳取仁煮食^[43]，此次在望京楼遗址二里头文化时期石臼的使用部位发现有薏苡属的淀粉粒，可以说进一步佐证了文献中对于薏苡食用方法的记载。

豆科植物早至旧石器时代晚期就被加工利用^[47]，郑州大河村遗址仰韶文化陶罐内就发现有大量炭化的豆科植物种子（野大豆）^[48]，表明距今6000多年前人类已经开始有意识的储存此类植物种子以食用。二里头文化时期，二里头^[24]、皂角树^[34]、南洼^[26]等遗址均发现有炭化的栽培大豆和其他豆科植物种子。望京楼遗址石臼上发现的豆科淀粉粒并非来自大豆，应来自其他豆科植物。这表明二里头文化时期，豆科植物也是望京楼先民加工的对象之一。

需要指出的是，淀粉粒分析方法作为一种新兴的研究手段^[49]，还面临诸多问题，如在鉴别区分栽培作物和其野生种方面，淀粉粒分析方法明显不如其他植物考古学研究手段^[18]。因此，目前无法判别望京楼石器上发现的薏苡和豆科植物淀粉粒究竟是野生还是栽培，也即无法获知它们究竟来自采集还是种植，这些淀粉粒的发现只能说明望京楼先民确实利用了这两类植物。

综合以上，可以得出以下结论:

（1）望京楼遗址出土石杵和石臼的淀粉粒分析表明，这批石杵和石臼被用来处理各类植物，包括粟、黍、小麦等农作物以及薏苡、橡子、豆科植物等；

（2）望京楼遗址二里头时期出土石杵和石臼上残留有粟、黍、小麦等农作物淀粉粒，表明二里头文化时期，该遗址农作物品种已经实现多元化； 结合二里头、南洼、皂角树等二里头文化遗址的植物浮选结果，二里头文化时期中原腹心地区确已普遍存在多品种的农作物种植，这种农业经济特点在夏商周文明形成过程中发挥了重要作用^[23]。

致谢 诚挚感谢匿名审稿专家和编辑部老师提出的宝贵修改意见。