2020, Vol.40
2 湖北省文物考古研究所, 湖北 武汉 430077)
近年来，随着各类植物考古研究方法如炭化植物遗存分析、植硅体分析及淀粉粒分析等的不断改进与普遍应用，中国在史前植物资源利用及农业起源、发展与传播等研究领域取得了一系列显著成果[1~2]。江汉平原汉水以东地区是我国新石器时代长江流域与黄河流域古文化交流、传播与融合的重要地带，同时也是我国史前文明的主要发源地之一，对该地区新石器时代农业发展过程与特点展开研究，可为了解长江中游古文化演进与农业发展关系、探索北方粟作农业向该地区的传播过程等提供重要科学依据。目前，该地区新石器时代植物考古研究工作相对较少，已公开发表的仅有天门石家河[3]及孝感叶家庙[4]两处遗址的炭化植物遗存分析材料，其研究结果显示，该地区屈家岭文化晚期至石家河文化早中期，先民的食物来源主要依赖于水稻(Oryza sativa)的种植，稻作农业是该区域生业经济的主体。值得注意的是，迄今为止，由于缺乏油子岭文化至屈家岭文化早中期的植物考古材料，江汉平原汉水以东地区6000~5000 a B.P.阶段的农业发展水平以及农业结构等问题尚不清楚，同时，对于该地区史前水稻的驯化历程以及水稻遗存的粳籼属性等问题也有待进一步深入研究。
屈家岭遗址(中心点坐标30°50′01.93″N，112°54′33.54″E)地处大洪山南麓与江汉平原过渡的山前丘陵地带(图 1)，是长江中游地区最具代表性的新石器时代晚期大型聚落之一。从历年的发掘情况看，屈家岭遗址历经油子岭(5800~5100 a B.P.)、屈家岭(5100~4500 a B.P.)和石家河(4500~4200 a B.P.)这3个文化期，年代跨度约1600年，基本涵盖了江汉平原新石器时代考古学文化发展整个过程[5]，是该地区开展史前农业相关问题研究的理想地点。值得关注的是，早在20世纪50年代，考古学者在对该遗址进行考古发掘时，就曾在遗址一些红烧土中发现过十分密集的稻壳遗存，经丁颖[6]鉴定为较大粒粳稻品种。然而，由于当时植物考古研究在中国尚未兴起，此后屈家岭遗址的农业发展研究一直未得到进一步地深入开展。2015年至2017年，为配合屈家岭国家考古遗址公园建设，湖北省文物考古研究所等对屈家岭遗址进行了大规模考古发掘，获得了丰硕的发掘成果[5]。为进一步揭示屈家岭遗址各阶段水稻的利用状况、驯化水平及粳籼属性等，深入了解江汉平原乃至长江中游地区史前农业的特点与演化过程，本文选择发掘区内包含油子岭至石家河文化时期的连续地层堆积土样作为分析对象，采用植硅体分析方法提取了土样中各类型植硅体遗存，并重点对水稻植硅体进行了测量、统计与分析。
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图 1 屈家岭遗址与江汉平原汉水以东地区其它已开展植物考古研究的遗址位置分布图 Fig. 1 Location map of the Qujialing site and other archaeological sites for archaeobotanical research in eastern region of Han River, Jianghan Plain |
样品取自湖北省荆门市屈家岭管理区屈家岭遗址2015~2017年南部主发掘区探方TN14W35南壁和东壁剖面，探方地层堆积厚145 cm，共分10层，其中第④层、⑥层、⑦层在探方内呈不连续分布的状态。根据出土遗物判断，⑦~⑩层为油子岭文化层，④~⑥层为屈家岭文化层，③层为石家河文化层，①~②为近现代层[5]。样品采集时采取由下而上每个样间隔5 cm的方式进行，其中，除第⑥和⑦层样品采集于探方东壁剖面外，其他地层样品皆采集于探方南壁剖面，本次采样共采集土样29份，其中油子岭文化层14份，屈家岭文化层10份，石家河文化层3份，近现代层2份(图 2)。
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图 2 屈家岭遗址TN14W35地层堆积与取样层位(黄色编号为取样地层) Fig. 2 Archaeological stratigraphy and sampling layers of trench TN14W35 in the Qujialing site |
所有样品的植硅体提取和显微观察工作均在中国科学技术大学科技史与科技考古系生物考古实验室进行。植硅体的提取主要采用Piperno[7]、Runge等[8]和Luo等[9]的方法，实验流程如下：首先，每份样品干燥后取5 g土样放入500 ml烧杯中，加入5 %的六偏磷酸钠((NaPO3)6)进行抗絮凝处理，再多次搅拌、沉淀(每次1 h)去除粘土；然后，分别用浓度为30 %的双氧水(H2O2)和10 %的盐酸(HCl)处理去除样品中的有机质和钙盐类；接着，加入石松孢子(27560粒/片)用作定量分析，并用反渗透水离心(10 min，2500 r/min)清洗3次以上；最后，利用比重约2.36~2.37的溴化锌(ZnBr2)重液离心(10 min，1500 r/min)提取出植硅体，随后将植硅体干燥处理并加入加拿大中性树胶制片。植硅体的鉴定、分类工作参考国内已发表的标准[10]和中国科学技术大学生物考古实验室收集的现代标本，利用生物光学显微镜(Leica DM4500P)对屈家岭遗址TN14W35探方剖面地层的植硅体进行分类统计，并依据Zheng等[11]和Lu等[12]方法对水稻扇型植硅体进行尺寸参数测量和鱼鳞状纹饰统计。
需要说明的是，对水稻扇型植硅体测量和统计前，需要在400倍显微视野下随机选取保存完整的水稻扇型植硅体作为统计对象，然后对水稻扇型植硅体测量其长度(VL)、宽度(HL)、厚度(LL)，以及扇柄的长度a和扇缘的长度b。另外，随机选取具有清晰鱼鳞状纹饰的水稻扇型植硅体进行鱼鳞状纹饰数量统计。本项工作对每个样品植硅体分类统计500粒以上，对每个文化时期出土的水稻扇型植硅体测量和鱼鳞状纹饰统计100粒以上。
1.3 年代测定中国科学技术大学生物考古实验室同湖北省文物考古研究所合作，从屈家岭遗址各文化期炭化遗存中挑选了14粒农作物种子和2块木炭标本送往美国佐治亚大学应用同位素中心进行AMS14C测年，以获得屈家岭遗址年代数据。根据出土炭化遗存AMS14C测年结果(表 1)，屈家岭遗址年代范围在距今约5800~4400年，这一结果也与发掘者根据遗址不同文化层出土陶器等遗物对遗址年代的判定结果一致。
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表 1 屈家岭遗址AMS14C测年结果* Table 1 AMS14C dating results of the Qujialing site |
本次实验在屈家岭遗址分析样品中发现约20种植硅体类型(图 3)，主要包括：普通扇型、长方型、方型、光滑棒型、刺棒型、哑铃型、尖型、芦苇扇型、水稻扇型、水稻双峰乳突型、水稻并行排列哑铃型、长鞍型、短鞍型、齿型、帽型、莎草型。另外，还发现少量海绵骨针、硅藻和炭屑。各个样品的植硅体组合基本以光滑棒型、普通扇型、水稻双峰乳突型为主，长方型、方型、尖型、哑铃型、帽型数量也较多(图 4)。值得注意的是，在油子岭和屈家岭文化时期地层还出土了粟(Setaria italica)、黍(Panicum miliaceum)植硅体，数量在4~6粒，但因其并非在进行植硅体分类统计时发现的，且数量很少，故未作统计分析。
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图 3 屈家岭遗址发现的主要植硅体类型 (a~d)水稻扇型(rice cuneiform bulliform)；(e)光滑棒型(smooth-elongate)；(f)并行排列哑铃型(dumbbel with scooped ends paralleled arrangement)；(g)双峰乳突型(double-peaked glumes)；(h)齿型(wavy trapezoid)；(i)尖型(acicular)；(j)刺棒型(elongate echinate)；(k)粟稃片Ω型(Ω-undulated type，endings structures of epidermal long cell from foxtail millet)；(l)黍稃片η型(η-undulated type，endings structures of epidermal long cell from broomcorn millet)；(m)短鞍型(short saddle)；(n)长鞍型(long saddle)；(o)长方型(rectangle)；(p)方型(square)；(q)帽型(rondel)；(r)哑铃型(bilobate)；(s)导管(silicious vessel)；(t)普通扇型(cuneiform bulliform)；标尺(the scale bar)：20 μm Fig. 3 Main phytolith morphotypes found at the Qujialing site |
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图 4 屈家岭遗址主要植硅体与其他微体遗存的百分含量图谱 Fig. 4 Percentage diagram of main phytoliths and other micro remains found at the Qujialing site |
一般认为，水稻可以产生3种特征型植硅体，即水稻扇型、并行排列哑铃型以及双峰乳突型植硅体[13]。实验提取到的水稻特征型植硅体比较丰富，从统计结果来看，屈家岭遗址自油子岭文化时期至石家河文化时期都出现了数量较多的水稻特征型植硅体，其中以源自颖壳的双峰乳突型植硅体为主，来自茎叶的水稻扇型植硅体次之，并行排列哑铃型植硅体则较少发现。从不同时期各样品的水稻植硅体丰度分布来看，以油子岭文化时期最高，百分比含量均值为11.99 % (5.90 % ~19.93 %)，到了屈家岭文化时期略降到10.57 % (5.16 % ~13.97 %)，石家河文化时期低至7.58 % (6.38~9.29 %)。
2.2 水稻扇型植硅体形态特征 2.2.1 水稻扇型植硅体的形态参数长度(VL)、宽度(HL)、厚度(LL)以及形状系数b/a值是水稻扇型植硅体的重要形态参数[14~15]，本文对屈家岭遗址水稻扇型植硅体进行了长、宽、厚以及b/a值的测量与统计(图 5)。结果显示，油子岭文化时期104个水稻扇型植硅体的长、宽、厚参数平均值分别是46.15±6.75 μm、41.08±6.98 μm和25.26±7.38 μm；屈家岭文化时期102个水稻扇型植硅体长、宽、厚参数平均值分别是44.98±7.28 μm、39.23±5.63 μm和25.19±6.86 μm；石家河文化时期102个水稻扇型植硅体长、宽、厚参数平均值分别是48.55±8.76 μm、43.58±7.23 μm和26.64±7.41 μm。
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图 5 屈家岭遗址水稻扇型植硅体形态特征 (a)水稻扇型植硅体长和宽度与a及b值测量；(b)水稻扇型植硅体度厚测量；(c)水稻扇型植硅体鱼鳞状纹饰≧9；(d)水稻扇型植硅体鱼鳞状纹饰 < 9；标尺：20 μm Fig. 5 Morphological characteristics of rice bulliform phytoliths from the Qujialing site. (a)The measurement of length, width, a and b values of rice fan-shaped phytolith; (b)The measurement of thickness of rice fan-shaped phytolith; (c)Rice bulliform phytoliths with fish-scale decoration(number≧9); (d)Rice bulliform phytoliths with fish-scale decoration(number < 9). The scale bar:20 μm |
分析样品中油子岭文化时期水稻扇型植硅体长度最大值为65.56 μm、最小值为33.55 μm，宽度最大值为65.58 μm、最小值为22.08 μm，厚度最大值为51.61 μm、最小值为13.85 μm；屈家岭文化时期水稻扇型植硅体长度最大值为64.81 μm、最小值为34.18 μm，宽度最大值为58.59 μm、最小值为26.76 μm，厚度最大值为46.61 μm、最小值为12.25 μm；石家河文化时期水稻扇型植硅体长度最大值为73.57 μm、最小值为34.41 μm，宽度最大值为70.07 μm、最小值为30.19 μm，厚度最大值为44.39 μm、最小值为13.51 μm。
形状系数b/a平均值油子岭至石家河文化时期分别是0.81±0.32、0.77±0.26和0.78±0.24。所有样品中b/a最大值为1.87、最小值为0.31，分别出现在第⑨层油子岭文化层和第⑤层屈家岭文化层。数据表明屈家岭遗址水稻扇型植硅体形状系数b/a值在油子岭至石家河文化时期的变动较小，水稻扇型植硅体的形态特征具有稳定性。而相应的同一文化层的样品数据离散程度相对较高，表明文化层内部水稻扇型植硅体形状特征具有多样性。
2.2.2 水稻扇型植硅体鱼鳞状纹饰数量统计目前，学界大多通过统计水稻扇型植硅体鱼鳞状纹饰的数量来判别水稻的驯化程度[12]。本次实验分别对屈家岭遗址各个文化时期样品随机观察100个左右边缘纹饰清晰的水稻扇型植硅体并进行统计(图 6)。结果显示，油子岭文化时期样品中，随机选择的133个可清晰观察鱼鳞状纹饰数量的水稻扇型中，有90个水稻扇型植硅体的鱼鳞状纹饰数量大于或等于9个，43个鱼鳞状纹饰数小于9个；屈家岭文化时期样品中，随机选取的102个可清晰观察鱼鳞状纹饰数量的水稻扇型植硅体中，有63个鱼鳞状纹饰数大于等于9个，39个小于9个；石家河文化时期样品中，随机选择的102个可清晰观察鱼鳞状纹饰数量的水稻扇型植硅体中，有62个鱼鳞状纹饰数大于或等于9个，40个鱼鳞状纹饰数小于9个。另外，对TN14W35最下部文化层第⑩层(属油子岭文化早期)的样品单独统计40个水稻扇型植硅体的鱼鳞状纹饰数量，发现有26个水稻扇型植硅体鱼鳞状纹饰数量大于或等于9个，有14个水稻扇型植硅体鱼鳞状纹饰数小于等于9个。
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图 6 屈家岭遗址不同文化时期水稻扇型植硅体鱼鳞状纹饰≧9的比例 Fig. 6 The proportion of rice bulliform phytoliths with ≧9 fish-scale decorations during different culture periods at the Qujialing site |
统计数据显示(图 6)，屈家岭遗址不同文化时期水稻扇型植硅体鱼鳞状纹饰数量大于等于9的比例皆在60 %以上。油子岭文化时期比例最高为67.67 %，且早期第10层出土水稻扇型植硅体的鱼鳞状纹饰数量大于或等于9的比例已经达到65 %。到屈家岭和石家河文化时期比例有所变化，分别为61.76 %、60.78 %。
3 分析与讨论 3.1 屈家岭遗址稻作农业发展状况根据遗址北部发掘区探方TN93E22内油子岭文化早期烧土遗迹S83(与本次植硅体取样剖面下层年代相当)出土完整炭化稻粒AMS14C测年结果(见表 1)，其年代为5767~5655cal.a B.P.，这一结果基本上代表了屈家岭遗址的年代上限，表明屈家岭遗址先民对水稻的利用时间可追溯到距今5800年左右。本文实验在TN14W35探方内各个文化时期地层中都发现有大量的水稻植硅体，表明水稻自始至终都是该遗址先民赖以生存的主要植食资源，屈家岭遗址先民延续了长江中游地区史前稻作农业的传统[16]。目前，我国稻作农业起源于长江中下游的说法在学术界基本取得共识[17~18]。长江中游地区早在距今8000年前的彭头山和八十垱遗址，稻作农业已初步发展，但是水稻不是单一的植食来源，采集经济依旧占据重要地位[19]。距今6500年左右的城头山遗址发现了迄今所见最早的水稻田，其拥有配套的原始灌溉系统，稻作农业体系完整，植硅体分析显示95 %以上水稻遗存为粳稻类型，表明稻种选育已经定型化，该时期的稻作农业已进入较为发达的阶段[20]。近年来，随着史前稻作农业研究资料的日渐丰富，有学者提出，长江中游地区在稻作农业取代采集狩猎成为人类经济主体的时间节点上，可能略早于长江下游地区，至迟在距今6300~5300年间的大溪文化时期已经完成[21]。
屈家岭遗址炭化植物遗存浮选结果显示[22]，水稻在油子岭文化时期出土各类炭化植物遗存占据绝对优势地位，其出土概率和数量百分比含量皆达到80 %以上。本次植硅体分析结果再次证明，稻作在油子岭文化时期已是屈家岭遗址先民最重要的生计方式，江汉平原汉水东部地区在早至5800年左右的油子岭文化时期，稻作农业已经成为社会经济的主体，而长江下游环太湖地区在崧泽文化时期(6000~5300 a B.P.)，采集和渔猎在人类生业模式中还占有较大比重[23]，到良渚文化时期(5300~4300 a B.P.)才彻底完成向稻作农业的转变[24]。本文结果印证了学界关于长江中游地区稻作农业大致在距今6000年前后发展成为经济主体的论断，同时为长江中下游地区稻作农业发展进程研究提供了新资料。
此外，值得注意的是，在长江中游部分新石器时代晚期遗址中，还较为普遍地发现有少量粟类遗存[25]，屈家岭遗址炭化植物遗存浮选工作在TN14W35⑨油子岭文化时期地层也发现有3粒完整的炭化粟，AMS14C直接测年结果为5328~5280cal.a B.P.。本文实验则在TN14W35第⑨层油子岭文化时期地层发现了少量的黍植硅体，同时在屈家岭文化时期地层也发现有粟和黍的植硅体。根据地层堆积状况与14C测年结果来看，屈家岭遗址先民对粟类作物的利用应不晚于距今5300年，但从炭化遗存与植硅体分析结果看，粟类作物当时仅仅是作为一种辅助性的食物资源，其在农作物结构中只占据极小的比重。
3.2 屈家岭遗址水稻粳籼属性通过对现代水稻扇型植硅体长度(VL)、宽度(HL)、厚度(LL)及其b/a值等参数测量分析，已经建立了粳、籼稻判别式[26~28]。该方法被应用于多个史前遗址水稻属性的分析中，如龙虬庄遗址[29]、草鞋山遗址[30]、罗家角遗址[31]、跨湖桥遗址[32]、上山遗址[33]、小黄山遗址[34]等，是史前遗址古稻类型判断的重要手段。王才林等[35]通对97个亚洲地方水稻品种扇型植硅体形态分析建立了粳/籼判别式，并利用该判别式对64个国内地方品种进行检验判别，其判别效率达到90 %左右，具有很高的判别意义。该判别式如下所示：
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通过将屈家岭遗址各文化期测量统计的水稻扇型植硅体形态参数代入上述粳/籼判别式中，显示遗址出土水稻遗存主要属于粳稻类型，其结果与湖南澧阳平原新石器时代大致同时期遗址出土水稻的粳籼类型研究较为一致[36]。另外，综合分析屈家岭遗址水稻扇型植硅体的形态参数，发现其长、宽值较高，形态呈现大而尖的特征，与现代粳稻亚种形态特征接近[37]，相较于长江下游地区大致同时期遗址发现的水稻扇型植硅体形状大小[38~39]，屈家岭遗址出土的水稻扇型植硅体个体偏大。可以明确的是，从油子岭文化时期开始，以粳稻类型为主体的水稻就已经在当地栽培并稳定下来。
3.3 屈家岭遗址水稻驯化程度水稻扇型植硅体的研究对水稻遗存的栽野属性和驯化历程的判断有着至关重要的作用。Lu等[12]对6种栽培稻和7种野生稻扇型植硅体的边缘鱼鳞状纹饰进行观察与统计分析，发现栽培稻的扇型鱼鳞状纹饰数量一般在8~14个之间，而野生稻的纹饰数量大多少于9个；Huan等[40]在此基础上开展了进一步的量化分析，发现现代野生稻生长区表土中的水稻扇型植硅体边缘鱼鳞状纹饰数量大于等于9的比例为17.46 % ±8.29 %，而现代栽培稻田水稻扇型植硅体边缘鱼鳞状纹饰数量大于等于9的比例为63.￣70 % ±9.22 %；Wu等[41]、Ma等[42]利用该方法探讨了长江下游地区新石器时代水稻的驯化历程，认为早在距今约10000年前的上山遗址，水稻已经处于驯化之中。
本文对屈家岭遗址不同文化时期的水稻扇型植硅体鱼鳞状纹饰数量进行了统计分析，发现遗址油子岭至石家河文化时期水稻扇型植硅体鱼鳞状纹饰大于或等于9个的比例皆在60 %以上，表明遗址水稻的驯化水平已经达到现代栽培稻的标准。值得注意的是，早在遗址第⑩层油子岭文化早期(年代不晚于距今5800年)时，其土样中的水稻扇形植硅体鱼鳞状纹饰数大于或等于9个的比例已经达到65 %，这一结果表明，屈家岭遗址先民自定居此地伊始便从事驯化程度较高的栽培稻种植，且其稻作农业水平较高，从驯化程度看，长江中游地区与同时期长江下游地区基本一致[42]。
4 结论本文通过对屈家岭遗址油子岭至石家河文化时期水稻遗存的植硅体分析，结合AMS14C年代测试，得到以下研究结果：
(1) 屈家岭遗址TN93E22探方油子岭文化早期烧土遗迹S83浮选出土炭化水稻的直接测年结果为5767~5655 cal.a B.P.，这是该遗址目前发现的最早的水稻遗存，表明遗址先民对水稻的栽培利用在距今5800年左右已经发生。同时，利用植硅体分析方法对屈家岭遗址水稻进行粳、籼属性判别，发现自油子岭文化早期开始，屈家岭遗址先民就开始种植粳型水稻并长期稳定。
(2) 屈家岭遗址新石器时代晚期各文化层均出土了丰富的水稻特征型植硅体，并在各类型植硅体百分含量中占有较高比例，表明遗址先民的植食资源始终以水稻为主，稻作在油子岭文化时期已是遗址先民最重要的生计方式，该遗址先民延续了长江中游地区史前稻作农业的传统。此外，本文在油子岭文化时期地层发现了少量的黍植硅体，同时在屈家岭文化时期地层发现有粟和黍的植硅体，结合探方TN14W35出土炭化粟的直接测年结果，表明屈家岭遗址对粟类作物的利用至迟发生在距今5300年左右，但从粟、黍植硅体的发现数量来看，粟类作物在遗址的农业结构中比重很低。
(3) 屈家岭遗址水稻扇型植硅体边缘鱼鳞状纹饰数量的统计结果显示，各文化期水稻扇型植硅体鱼鳞状纹饰大于或等于9个的比例皆在60 %以上，表明该遗址水稻的驯化水平已经达到现代栽培稻的标准，而遗址最下层油子岭文化早期水稻扇形植硅体边缘鱼鳞状纹饰大于等于9的比例更是达到65 %，则表明遗址先民自定居于此地伊始便开始种植驯化程度较高的栽培水稻，其水稻种植技术应是自长江中游其他地区传播而来。
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2 Hubei Provincial Institute of Cultural Relics and Archaeology, Wuhan 430077, Hubei)
Abstract
Qujialing site(30°50'01.93"N, 112°54'33.54"E) is one of the most representative Neolithic sites located to the east of the Han River in the middle Yangtze River. Culturally, this site dated from Youziling to Shijiahe culture periods(ca. 5800~4200 a B.P.)which covered the main stages of Neolithic culture in Jianghan Plain.In this paper, the phytolith analysis and AMS14C dating were applied to investigate the plant remains at the stratigraphic soil samples from the profile of trench TN14W35, which is located at the southern excavation areas of Qujialing site. This trench contains 10 different layers with the depth of 145 cm, and beneath modern agricultural layers were the Neolithic cultural deposits. 29 soil samples were collected for phytolith analysis, 14 of them were from Youziling culture layers(5800~5100 a B.P.), 10 of them were from Qujialing culture layers(5100~4500 a B.P.), and 3 of them were from Shijiahe culture layers(4500~4200 a B.P.), the rest 2 were from modern agricultural layers.The results showed that all soil samples from different cultural periods contained abundant rice phytoliths, suggesting that rice agriculture always occupied a dominant position in human plant resource utilization at Qujialing site. In addition, the discovery of a few phytoliths from foxtail millet and broomcorn millet indicated that the use of millet crops had occurred at Qujialing site since the Youziling culture period which was earlier than 5300 years ago. However, the millet crops only occupied a small proportion in the crop structure. Simultaneously, the morphological parameters, length and width of rice bulliform phytolith, b/a(ratio of lengths of handle to fan of rice bulliform phytolith)were measured to identify rice types, and the number of fish-scale decoration of rice bulliform phytoliths were also counted for studying the domestication level, the results showed that the rice remains from Qujialing site mainly belonged to the Japonica rice, and the degree of domestication was close to that of modern cultivated rice since the Youziling culture period. The research results of this paper indicated that the Qujialing people had engaged in mature cultivated rice cultivation since they settled here 5800 years ago.This work reveals the agricultural structure, rice types and domestication level at Qujialing site, it also provides significant scientific basis for comprehensively understanding the human subsistence strategy and rice domestication level during the late Neolithic period in eastern region of Han River, Jianghan Plain.