0 引言

中国是世界主要的农业起源中心之一^[1~3]，位于北方的黄河流域和南方的长江流域分别被认为是世界上旱作农业和稻作农业重要的起源地区之一^[4~6]。水稻在距今1万年左右在长江中下游地区开始驯化^[7~9]，随后向南向北传播，在约距今8000年左右北传至黄河和淮河流域，与这些区域原有的旱作农业一起形成了稻旱混作的农业格局^[10~17]。最近有关稻作农业南传的研究结果表明，在约5000年前左右到达福建，最晚也于4000年前到达广东^[18](图 1)。但关于旱作农业南传，特别是向东南传播的路线及时间不是很确定，稻旱混作农业格局在该区域发生和发展的过程也不是非常清楚。

闽江下游地区是稻作和旱作农业传至台湾及东南亚地区的关键节点^[19~20]，该区域的新石器时代从早到晚依次出现约6000~5500 cal. a B.P.的壳丘头文化(壳丘头遗址)^[21~23]、5500~5000 cal. a B.P.的昙石山下层文化(昙石山下层)^[23]、5000~4300 cal. a B.P.的昙石山文化(昙石山中层、庄边山下层)^[23~25]、4300~3500 cal. a B.P.的黄瓜山文化(庄边山上层、黄瓜山遗址)等^[26~28](图 1)。壳丘头遗址与福建周边地区的诸多考古学文化相联系，与之年代最相接近的是浙江河姆渡文化，壳丘头遗址均位于海岛上，目前无黍粟和水稻的发现^[22]。庄边山遗址的相关研究表明古代先民于昙石山文化时期已经开始种植水稻，但该遗址尚无旱作农业成分的发现^[25~26]。黄瓜山遗址和屏风山遗址年代虽然较晚，但水稻和黍粟却同时出现^[27~28]。位于闽江上游武夷山东麓的南山遗址(5300~4400 cal. a B.P.)^{[18, 29]}和台湾岛西部的南关里东遗址(约5000~4300 cal. a B.P.)^[30~32]都发现了稻旱混作的农业证据(图 1)，但在它们之间的闽江下游地区，目前还没有发现与之时间相近的稻旱混作农业的证据。虽然在闽江下游的黄瓜山遗址(4300~3500 cal. a B.P.)发现了稻旱农业的证据^[28]，但其时间较晚，如果要明确农业从福建向台湾传播的时间和过程，还需要在更早的昙石山文化遗址中发现稻旱混作的农业证据^[32]。闽江下游稻旱混作农业到底是什么时候开始的？形成的过程又是怎样？昙石山文化时期是否有稻旱混作的农业结构？囿于区域考古资料和农作物鉴定方法所限，一直没有明确的答案。本文结合¹⁴C测年数据和区域考古文化序列，对闽江下游地区新石器时代白头山遗址进行了植硅体分析，以期为稻旱混作农业的南传提供新的证据。

1 材料与方法

白头山遗址(26°07′50.67″N，119°09′16.36″E)位于福建省闽侯县荆溪镇白头村(图 2)，地处闽江下游一处凸起于江边的低缓丘陵，地势低平且周边视野开阔，海拔约30 m，距离昙石山遗址约3 km，总面积15750 m²。2018年1月至8月因闽江大桥建设由福建博物院和福州市考古队对该遗址进行抢救性发掘，总发掘面积约1100 m²。

该遗址涵盖了闽江下游地区主要史前文化内涵，各个时期陶片、石器等出土器物都较为丰富，具有考古学文化的典型特征，呈现出较为明显的变化和联系。本研究中样品主要采集自白头山遗址T13探方的西壁(图 3a)和南壁(图 3b)，剖面厚约200 cm左右。整个遗址文化层堆积可分为13层，第1层为现代耕土层，第2层为历史时期扰动层，第3层为青铜时代文化层，第4层为黄瓜山文化层，第5至第10层为昙石山文化层，第11至第13层为昙石山下层文化。选取第5至13层用于植硅体分析，其中第2层、第3层、第7层和第9层在T13探方的西壁和南壁缺失。在相对较厚的第5、第6和第10层加密采样，在T13探方西壁的第5层采集6个样品，在T13探方的南壁的第6层采集3个样品，在第10层采集2个样品，其余层位(第8、第11~13层)每层各采集1个样品；此外，采集了H14灰坑样品和T1007探方黄瓜山文化地层的样品各1个进行对比研究，一共采集17个样品。由于福建地区气候潮湿，酸性土壤不适宜植物遗存及木炭的保存，可用于测年的样品较少，仅在该遗址T13探方西壁第10层距地表约170 cm和东壁黄瓜山文化层灰坑距地面约150 cm的位置发现2个木炭样品，将这两个样品送往美国BETA实验室进行加速器质谱仪(AMS)放射性碳测年。

植硅体的提取参照传统的湿式灰化法，具体方法如下：每个样品取3 g土样，用浓度为30 %的过氧化氢(H₂O₂)水溶液去除有机质，用浓度为10 %的盐酸(HCl)溶液去除碳酸盐，最后用比重2.35的溴化锌(ZnBr₂)重液浮选，将浮选出的植硅体用中性树胶制片，上述实验在中国科学院地质与地球物理研究所完成。植硅体的鉴定和分类参照王永吉和吕厚远^[33]、Piperno^[34]的研究成果。在400倍BK-POLR偏光显微镜下进行观测，统计和拍摄，每个样品至少随机统计500粒植硅体，计算各类型的百分含量。

2 研究结果2.1测年结果

白头山遗址第10层(昙石山文化层)采集的炭样测年结果显示其处于4763~4686 cal. a B.P.，第4层(黄瓜山文化层)采集的灰坑样品的测年结果显示在3722~3814 cal. a B.P.(表 1)。

2.2 植硅体鉴定结果

在白头山遗址的样品中共鉴定出40余类植硅体形态，统计8800余粒个体，并绘制植硅体组合百分比图谱(图 4)。常见的植硅体形态有平滑棒型、扇型、哑铃型、尖型、长鞍型、短鞍型、方型、长方型、齿型、塔型、十字型、刺球型、阔叶木本多面体型等(图 5)。在该遗址的样品中还发现了少量未知形态的植硅体，其植硅体鉴定特征尚不明确，无法判断其种属来源。

白头山遗址的植硅体鉴定结果表明自昙石山文化下层至黄瓜山文化层平滑棒型植硅体普遍存在且含量较高，昙石山文化下层时期，扇型、方型、阔叶木本多面体型植硅体含量较低；哑铃型、齿型和尖型含量较高；昙石山文化层前半段(第6~10层)，方型和扇型含量都较前一阶段增加1倍左右，木本棒型植硅体增加，哑铃型、齿型含量则略有减少；昙石山文化层后半段(第5层)直至黄瓜山文化时期，方型、扇型含量继续增加，扇型显著增加，且方型和长方型都较上一阶段明显增加，哑铃型和齿型显著减少。

前人的研究表明水稻一般具有3种特征型植硅体，即水稻颖壳双峰型植硅体、稻叶表皮机动细胞扇型植硅体和叶茎中的并排哑铃型植硅体^{[33, 37~39]}，黍子稃壳上的η型植硅体具有鉴定意义，可以与粟及狗尾草区分^[40]。鉴定结果显示该遗址的样品中有较多的来自水稻的特征型植硅体和少量黍子稃壳植硅体(图 6)。

根据考古学年代和¹⁴C测年结果，白头山遗址的17个样品可划分为黄瓜山文化、昙石山文化、昙石山下层文化3组。在各时期的样品中均可观察到水稻特征型植硅体，其数量和比例呈现出明显变化。昙石山下层文化层的所有样品中均发现水稻特征型植硅体。昙石山文化层中农作物植硅体含量丰富，每个样品中都发现了水稻特征型植硅体，且在昙石山文化前半段的每个层位都有黍子稃壳植硅体的发现，共发现7粒黍子稃壳植硅体。在数量上水稻植硅体相对较多，黍子稃壳植硅体数量较少，在第6层水稻特征型植硅体含量达到峰值，某些样品在统计500粒植硅体后仍未发现黍子稃壳植硅体，但在重新扫视多张玻片后，有黍子稃壳植硅体的出现(图 4)。昙石山文化后半段文化层和黄瓜山文化层的每个样品零星可见水稻特征型植硅体，尚未发现黍子植硅体。

3 讨论 3.1 白头山遗址年代

白头山遗址T13探方的文化堆积大致可分为三部分，即黄瓜山文化层、昙石山文化层和昙石山下层文化层。第4层出土陶器包含硬陶、夹砂陶、泥质橙黄陶、彩陶等，属于黄瓜山文化层，该层所采集的灰坑样品的测年结果显示在3722~3814 cal.a B.P.(表 1)，与黄瓜山文化层年代(3500~4300 cal. a B.P.)相符^[26~28]。第10层表现为黑褐色夹红褐色并部分参杂灰黑、黄灰色粉质粘土，质地较松软，出土物以夹砂陶占绝对多数，纹饰常见拍印纹或素面，属于昙石山文化层，昙石山文化层考古学年代为5000~4300 cal. a B.P.^[23~24]，取自第10层的炭样测年结果显示其处于4763~4686 cal. a B.P.(表 1)，与其考古学年代相一致。白头山遗址第11至第13层属昙石山下层文化层，其中第13层为红褐色夹灰黑色粉质粘土，土质较松软，出土少量夹砂红陶，夹砂黑陶，仅见一片泥质橙红陶，器表纹饰少量拍印绳纹，多素面。结合出土器物类型的时代特征及区域考古文化序列，昙石山下层文化年代在5500~5000 cal. a B.P.之间^[23]，可推测白头山遗址第13层年代要早于昙石山文化，大概在5000 cal. a B.P.左右，所以该遗址的存续时间大致在新石器时代晚期至末期的5000~3000 cal. a B.P.左右。

3.2 稻旱混作农业在闽江下游形成的时间

闽江流域是一个相对独立的考古学文化区系，目前已有的研究结果显示闽江流域最早的水稻遗存出现在距今7500年的大坪顶遗址^[41]，闽江上游的南山遗址的大植物遗存和植硅体结果表明距今5300~4400年南山遗址有水稻和黍粟的存在^{[18, 29]}，闽江上游葫芦山遗址的研究表明在距今4000~3500年间的炭化植物中有水稻和黍粟的发现^[42]，庄边山遗址显示于距今5000~3500年间，稻作农业已经出现^[26]，黄瓜山和屏风山遗址相关研究发现至少在距今4000年左右，水稻和黍粟出现于闽江下游地区^[28]，且台湾的潮来桥遗址及南关里东遗址的相关研究表明水稻和黍粟在约5000 cal. a B.P.左右传至台湾地区^{[30~32, 43]}。

白头山遗址植硅体分析结果表明，该遗址T13探方西壁和南壁的样品中包含比例较高的水稻双峰型植硅体、少量水稻扇型植硅体和水稻哑铃型植硅体以及少量黍子稃壳植硅体，尤以昙石山文化层前半段农作物植硅体最为丰富，昙石山文化层后半段及黄瓜山文化层并未出现黍子遗存，可能与该地区农作物植硅体保存状况不好或该时期采样遗址单元的功能改变有关，因为相近区域的黄瓜山遗址稻旱农业发展状况良好^[28]。白头山遗址的黍子稃壳植硅体含量较低，可能是由于该时期农业并非白头山先民主要的生计方式。虽然黍子在所有发现的农作物植硅体中比例较小，但有可能和水稻一起在当地种植，因为与白头山遗址具有相近气候条件的闽江上游南山遗址中出现数以万计的黍粟遗存^[29]，说明距今5000年前后，闽江流域的气候环境适合黍粟的种植。

结合碳十四测定的年代结果和区域考古文化的相对年代，我们推测闽江下游白头山遗址在5000 cal. a B.P.左右的昙石山下层文化时期出现稻作农业，而以黍子为代表的旱作农业出现略晚，大约出现于4700 cal. a B.P.左右的昙石山文化时期。虽然黍子植硅体含量不多，但至少说明在东南沿海地区4700 cal. a B.P.左右水稻和黍子共存，稻旱混作农业大约于该时期形成于闽江下游地区，这是迄今为止首次在昙石山文化层中发现旱作农业的证据，也是闽江下游地区最早的稻旱混作的证据。

3.3 水稻和黍粟向东南沿海方向传播的可能路线

近年来，稻作农业和旱作农业向东南沿海及台湾地区传播的问题引起学术界的广泛重视，学者们提出了多种模式和假说^[44~48]。关于稻旱混作农业向东南沿海地区及东南亚地区的传播主要分海陆两条路线，其中陆上传播路线研究结果表明黍粟自黄河和淮河流域传至湖北或安徽经江西省进入福建省，并于距今5000年至3500年间到台湾海峡延伸至东南亚地区^{[18, 28, 46~48]}，水稻自长江中游和下游地区传至武夷山东麓的闽江上游地区，然后沿江而下至福建沿海和台湾地区。海上路线表明稻旱混作农业可能自山东沿海上通道传至福建东南沿海地区，进而传播到台湾地区^[48]。陆上传播路线研究中，闽江上游和台湾东部地区都已经发现了约距今5000年左右的稻旱混作的农业证据^[29~32]，目前还缺少位于它们之间的闽江下游地区相同文化时段的稻旱农业的证据。

白头山遗址的植硅体分析结果显示在距今约5000年左右，稻作农业已经传播至闽江下游地区，距今4700 cal. a B.P.左右旱作农业也传播至该区域。说明水稻和黍粟可能沿闽江通道向闽江下游地区传播，进而传至台湾及东南亚地区。Yang等^[18]最新研究发现表明早在距今5000年前稻作农业已经分别到达武夷山东麓，然后沿闽江河谷顺流而下，到达下游的福建沿海地区。综合分析白头山遗址及东南沿海各考古文化现有的植物考古学证据，闽江河谷是新石器时代农业向东南沿海及台湾地区传播的重要通道，研究结果为稻作农业和旱作农业南传的陆上路线提供了新的佐证。

4 结论

本文对白头山遗址进行了详细的植硅体分析，结果显示在昙石山文化下层时期至黄瓜山文化时期都发现水稻特征型植硅体，昙石山文化时期水稻植硅体含量最高；黍子自昙石山文化时期开始出现，但数量较少，在黄瓜山文化时期水稻植硅体含量较少，未见黍子植硅体。综合白头山遗址的¹⁴C年代及植硅体分析结果，发现距今5000 cal. a B.P.左右闽江下游地区已经开始种植水稻，旱作农业在4700 cal. a B.P.左右传播至闽江下游地区，在该区域形成了稻旱混作的农业格局。这是首次在闽江下游遗址的昙石山文化层中发现旱作农业的成分，也是该地区目前已知最早的旱作农业的证据，为水稻和黍粟向东南沿海地区的传播提供了新的线索。福建地区位于水稻和黍粟向台湾及东南亚地区传播的关键节点，闽江通道可能是农业南传和文化交流的重要通道，将来需要开展更多遗址的植物考古学工作，以进一步明确区域农业发生、发展的过程及其传播路线。

致谢: 感谢中国科学院地质与地球物理研究所吕厚远研究员为本研究的植硅体提取工作提供的帮助，感谢福建博物院黄运明副研究员和厦门大学陈虞通及整个白头山发掘团队在采样过程中的帮助，感谢福建师范大学刘秀铭教授为植硅体鉴定工作提供的方便。