通过植物遗存稳定同位素方法分析考察古代的农田灌溉、施肥等农业生产技术，以重建古代环境并探讨史前农田的管理策略，是近些年植物考古研究中的一大热点。施肥作为史前农业研究中的关键内容，成为植物遗存稳定同位素研究的重要内容之一。国外一些学者开展了相关的现代实验，探讨施肥与植物稳定同位素的关系，这其中以Bogaard等建立的麦类作物种子的氮稳定同位素比值与施肥程度之间的对应关系模型最为学界所熟知。由于这一模型建立于麦类作物之上，其在C4作物如粟黍中的适用性还有待检验。国内在史前农田施肥管理研究方面普遍缺乏现代实验的数据支持。此外，国外尽管也展开了一些粟黍种植实验，但由于国内外土壤环境、气候条件等的差异，国外种植实验的结果能否直接应用于国内仍有待检验。
近日，中国科学院大学人文学院考古学与人类学系尚雪课题组开展了针对粟的现代施肥种植实验，并对粟进行稳定同位素分析，讨论了施肥对粟稳定同位素比值的影响，为借助植物遗存判断古代施肥管理提供了依据。相关研究结果发表于期刊《第四纪研究》2022年第六期上，论文第一作者为武汉大学历史学院考古系王欣副研究员（2018年毕业于中国科学院大学人文学院考古学与人类学系），通讯作者为我系尚雪副教授与复旦大学科技考古研究院胡耀武教授。
该研究以粟（Setaria italica）为实验对象，实验地点为山东省平度市店子镇昌里村，种植时间为2016年7月5日至10月20日。种植条件分为施化肥、施农家肥、不施肥、施腐殖质四种（图1）。粟成熟后整株收获，样品测试在中国科学院大学人文学院考古学与人类学系实验室完成。
图1：粟生长过程拍摄图（1号施化肥，2号施农家肥，3号不施肥，4号富含腐殖质）
实验结果显示（见图2），未施肥状态下生长的粟δ15N值为3.6‰±0.6‰（n=6），施加有机粪肥的粟δ15N值为4.4‰±0.8‰（n=18），施加化肥后粟δ15N值为1.0‰±1.0‰（n=8），表明有机粪肥能够提升粟δ15N值，而化肥则导致粟δ15N值降低，因此粟δ15N相对于自然基值的增值可反映粟类作物是否施有机粪肥，这为研究古代尤其史前时期的施肥行为提供判断依据。
图2 不同种植条件下粟种子δ13C和δ15N散点图
粟不同部位间δ13C的差值＜1‰，据此推断人和家畜的δ13C不会因食用粟类作物的不同部位而产生明显差异。同一植株谷穗的不同部位种子之间δ13C和δ15N差值也很小，差异不显著。炭化实验表明（见图3），炭化不会造成种子δ13C和δ15N值发生显著变化，说明可以直接比较考古古植物遗存和现代植物的δ13C和δ15N值。
图3 模拟炭化前后粟种子δ13C和δ15N散点图
该项研究通过开展现代种植实验，为植物考古中利用植物遗存稳定同位素分析方法考察古代的施肥情况提供了重要的依据和参考，并检验了相关认识，对通过古代农业生产技术探讨粟作农业的的强化过程研究具有重要意义。
该研究得到了国家社会科学基金和国家自然基金面上项目共同资助。
原文链接：https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2708.p.20220928.1628.018.html
