將粟黍種植與家豬飼養結合以提高糧食產(chǎn)量

　　5500多年前中國就有“生態(tài)循環(huán)農業(yè)”

　　在距今5500年前，秦安大地灣遺址已經(jīng)形成了一種高度集約化的農業(yè)模式：人吃粟米，豬吃稃殼；圈養家豬，收集糞便；豬糞肥田，維持地力，避免休耕，提高產(chǎn)量。

　　◎本報記者 頡滿(mǎn)斌

　　人類(lèi)起源、農業(yè)起源和文明起源是史前人類(lèi)社會(huì )發(fā)展的三大里程碑。新石器時(shí)代晚期(距今6000—4000年)，在西南亞的兩河(底格里斯河和幼發(fā)拉底河)流域、北非的尼羅河流域、南亞的印度河流域、我國的長(cháng)江和黃河流域相繼出現了大型聚落或中心城市、明顯的貧富分化、社會(huì )分工和公共權力，這一社會(huì )發(fā)展過(guò)程被稱(chēng)為社會(huì )的復雜化，也被稱(chēng)為文明化進(jìn)程或文明起源。

　　社會(huì )的復雜化意味著(zhù)，在中心聚落或城市會(huì )出現大量不從事農業(yè)生產(chǎn)的工匠、商人、士兵、統治階層等非農業(yè)人口。那么，什么樣的農業(yè)策略可以生產(chǎn)足夠的糧食來(lái)供養這些非農業(yè)人口？

　　近日，蘭州大學(xué)環(huán)境考古團隊題為《新石器時(shí)代中國北方可持續的集約化粟作農業(yè)系統》的研究成果在《自然·可持續發(fā)展》在線(xiàn)發(fā)表，揭示了秦安大地灣遺址5500年前就有了“生態(tài)循環(huán)農業(yè)”，與現代可持續集約化農業(yè)模式完全一致。

　　我國新石器時(shí)代晚期開(kāi)始社會(huì )復雜化進(jìn)程

　　論文第一作者楊繼帥說(shuō)，從已有研究來(lái)看，支撐世界各地社會(huì )復雜化進(jìn)程的農業(yè)策略是多樣的。在西亞的美索不達米亞北部地區，主要通過(guò)擴大耕地種植面積來(lái)增加農業(yè)產(chǎn)量，以這樣一種擴張型的農業(yè)模式來(lái)供給城市發(fā)展；在南亞的印度河地區，則采用多種作物全年輪種的模式來(lái)提高農業(yè)產(chǎn)量以支持社會(huì )發(fā)展，種植的作物既包括當地馴化的小米、水稻和熱帶豆類(lèi)，也包括從西亞傳播而來(lái)的大麥和小麥。

　　中國是世界文明起源和發(fā)展的核心地區之一。新石器時(shí)代，在東亞夏季風(fēng)的影響下，我國形成了南稻北粟的農業(yè)格局——北方的黃河流域以粟作農業(yè)為主，南方的長(cháng)江流域以稻作農業(yè)為主。在南北兩套農業(yè)體系的支撐下，中國南方和北方在新石器時(shí)代晚期開(kāi)始了社會(huì )復雜化進(jìn)程。在黃河流域，仰韶文化早中期(距今6500—5500年)的半坡、姜寨遺址已經(jīng)顯現社會(huì )復雜化的信號，出現了有規劃的大型聚落、墓地以及象征特殊權力的器物；仰韶文化晚期(距今5500—5000年)，以秦安大地灣、下河、西坡和雙槐樹(shù)遺址為代表，出現了大型儀式性建筑、宮殿和等級化墓地等明顯的社會(huì )復雜化現象；至距今4300年左右，以石峁遺址和陶寺遺址為代表的城市中心崛起，在距今3800年前后，最終出現了以二里頭遺址為代表的區域性國家；在長(cháng)江流域，距今5300年前已經(jīng)出現了以良渚古城為代表的區域性國家，植物考古研究顯示，單一的精細化稻作農業(yè)支撐了良渚的城市發(fā)展。

　　為什么單一的稻作農業(yè)能支撐良渚古國？楊繼帥認為，一個(gè)重要原因是水稻的產(chǎn)量高。而在黃河流域，粟作農業(yè)的兩種主要農作物粟(俗名谷子，脫殼后稱(chēng)為小米)和黍(俗名糜子，脫殼后稱(chēng)為黃米)的產(chǎn)量不及水稻的一半。而且，粟、黍主要種植在黃土高原，土壤黏土含量低，有機物容易流失，無(wú)法維持長(cháng)期高強度的耕種，如果不施肥的話(huà)需要休耕來(lái)恢復地力。產(chǎn)量低和休耕使北方的粟作農業(yè)社會(huì )面臨糧食生產(chǎn)的瓶頸。

　　那么，北方的粟作農業(yè)是如何提升產(chǎn)量以保證社會(huì )復雜化進(jìn)程呢？是擴大耕種面積，還是通過(guò)施肥來(lái)避免休耕期？

　　粟黍種植和家豬飼養相結合

　　2017年，楊繼帥進(jìn)入了蘭州大學(xué)環(huán)境考古團隊，開(kāi)始開(kāi)展關(guān)于秦安大地灣遺址的研究，意外的在甘肅省博物館存放秦安大地灣遺址發(fā)掘材料的庫房里有了新發(fā)現。

　　位于隴西黃土高原的甘肅秦安大地灣遺址是中國北方典型的粟作農業(yè)遺址，時(shí)代涵蓋了前仰韶和仰韶時(shí)期(距今7800—4800年)，出土了大量家豬和人的骨骼，以及粟黍的炭化種子。人和豬的骨骼穩定同位素分析顯示，該遺址粟黍種植和家豬飼養相結合的粟作農業(yè)模式在仰韶早期已經(jīng)建立，并且該遺址在仰韶晚期(距今5500—4800年)出現了明顯的社會(huì )復雜化現象，聚落規模空前擴張，房屋建筑等級化，出現了面積約300平方米的大型儀式性建筑。

　　為了探求究竟是什么樣的農業(yè)策略支撐了中國北方的社會(huì )復雜化進(jìn)程，蘭州大學(xué)環(huán)境考古團隊以秦安大地灣遺址為研究對象，從遺址出土的粟作農業(yè)系統核心要素——粟、黍和家豬入手，通過(guò)豬牙表層殘留物中的淀粉粒和植硅體分析重建豬的食譜，通過(guò)粟、黍炭化種子的氮同位素分析追蹤農田的施肥行為。為了評估施糞肥對粟、黍種子氮同位素的影響，研究團隊還在黃土高原東部的傳統粟作農業(yè)區開(kāi)展了現代農田實(shí)驗。

　　對豬頜骨和炭化種子的直接測年結果和考古文化分期顯示，只有1件豬頜骨來(lái)自前仰韶時(shí)期，其余34件豬頜骨應在仰韶晚期(距今5500—4800年)，而炭化種子的年代覆蓋了整個(gè)仰韶時(shí)期(距今6500—4800年)。

　　秦安大地灣34個(gè)仰韶晚期的豬牙殘留物樣品中發(fā)現了3764片來(lái)自粟黍稃殼的特征型植硅體，粟黍稃片植硅體的平均含量達57.4%，有6個(gè)樣品甚至達到了80%，出現頻率高達91.2%。然而，在所有仰韶晚期的豬牙殘留物中僅發(fā)現15顆粟類(lèi)淀粉粒，出現頻率極低，僅為17.6%。粟類(lèi)淀粉粒來(lái)自脫殼后的粟黍籽粒，粟黍稃片植硅體來(lái)自粟黍稃殼，豬牙殘留物中粟黍稃片植硅體與粟類(lèi)淀粉粒在數量和出現頻率上懸殊的對比，說(shuō)明當時(shí)的人用粟黍稃殼喂養家豬。

　　存在持續的粟黍農田施肥行為

　　研究團隊在黃土高原東部的山西武鄉縣找到了一塊長(cháng)期施用豬糞的農田開(kāi)展了糞肥對粟的氮同位素值影響的現代過(guò)程研究。通過(guò)測試田內和田外粟、C3和C4雜草的種子樣品，發(fā)現田外不受施肥影響的C3和C4雜草的氮同位素值很低，均值分別為-1.0‰和-1.5‰，田內長(cháng)期受糞肥影響的粟的氮同位素值的范圍在+4.5‰—+9.2‰，均值+6.2±1.2‰，說(shuō)明施糞肥可以顯著(zhù)提升粟的氮同位素值，考古遺址出土粟、黍的氮同位素值是反映施肥效應的可靠指標。12份秦安大地灣粟、黍炭化種子樣品的氮同位素值在+4.4‰—+6.6‰，不僅明顯高于仰韶時(shí)期秦安大地灣遺址當地自然植被的氮同位素估計值(+2.5±1.2‰)，而且與長(cháng)期施糞肥的現代農田中的粟氮同位素值相當，說(shuō)明秦安大地灣遺址仰韶時(shí)期存在持續的粟、黍農田施肥行為。

　　綜合多種證據科研人員得出結論：在距今5500年前，秦安大地灣遺址已經(jīng)形成了一種高度集約化的農業(yè)模式：人吃粟米，豬吃稃殼；圈養家豬，收集糞便；豬糞肥田，維持地力，避免休耕，提高產(chǎn)量。這種農業(yè)模式與現代可持續的集約化農業(yè)模式完全一致，說(shuō)明新石器時(shí)代晚期中國北方粟作農業(yè)社會(huì )，便通過(guò)粟、黍種植與家豬飼養的緊密結合，克服了粟、黍產(chǎn)量低和黃土肥力有限的瓶頸，為當時(shí)中國北方的復雜社會(huì )發(fā)展提供了經(jīng)濟基礎。

　　以色列希伯萊大學(xué)長(cháng)期從事中國考古學(xué)研究的教授吉迪恩·謝拉克(Gideon Shelach-Lavi)以“新石器時(shí)代的農業(yè)如何改變中國”為題，對研究成果進(jìn)行了評述，他說(shuō)：“這項研究以一個(gè)具體的小案例解決了一個(gè)大問(wèn)題——中國北方社會(huì )復雜化發(fā)展的社會(huì )經(jīng)濟背景是什么。”