早期农业活动演替研究对于了解新石器时代社会复杂化的形成具有重要意义。在将植物稳定同位素的方法引入农业考古学之后，植物考古学家对早期农耕人群的农业技术革新情况（例如施肥、灌溉等）有了更深入的认知。位于黄土高原南缘的白水河流域的植物稳定同位素研究显示，该地区先民在距今5500年时就开始使用猪粪作为肥料对农田施肥，但该技术是否被广泛使用，在不同考古文化期先民的施肥行为是否发生变化依旧缺乏系统研究。
2023年12月17日，中国科学院大学人文学院考古系尚雪副教授指导硕士研究生金丹，与陕西省考古研究院郭小宁、张鹏程副研究员合作在Journal of Archaeological Science: Reports（A&HCI期刊）发表题为“Agricultural practices during the middle and late Yangshao periods (6000-4500 BP) in the Guanzhong Basin, North China ”的论文，文章通过粟黍的重量比和氮稳定同位素的数据分析，对关中地区仰韶中晚期先民面对气候和人口等不同压力的挑战时农业活动的变化提供了新见解。
图1 文中相关遗址点
该研究选择了位于陕西省渭南市富平县的岔口遗址（34°52′59″N, 108°59′30″E），对61份庙底沟文化时期样品和97份半坡四期样品进行浮选后，对炭化植物样品进行AMS14C测年，并对两个时期共53份样品进行稳定同位素测定。文中通过千粒重的方式校正了粟黍占比。此外该研究通过粟黍重量比值与农作物百分比的变化来分析此时关中地区的农业活动变化。综合同时期我国北方（关中、中原、海岱）的大植物遗存数据，使用千粒重的方法校正粟黍比，来考察粟黍比重转变的时间。
植物稳定同位素的结果显示，岔口遗址的粟黍δ15N值在经过炭化校正之后（炭化后粟黍的δ15N值会上升，本文使用0.3‰作为炭化校正值）均高于当地自然植被δ15N值，生长与营养条件较好的土壤之中，庙底沟时期和半坡四期这两个时期的粟黍δ15N值无显著性差异（p=0.91＞0.05）。通过千粒重的方法统计关中地区仰韶中晚期的浮选数据后发现，关中在仰韶中期黍的重量占比高于粟，仰韶晚期后粟的重量占比反超了黍。
图2 岔口遗址粟黍稳定同位素散点图
图3 距今8000年以来气候曲线与岔口遗址农业活动变化图
仰韶中期（5700~4900 BP）是一个降温和干旱的时期，大约5500 BP发生了一次降温事件，然而，气候的挑战并没有阻碍庙底沟文化的发展；相反，庙底沟时期正是仰韶文化繁荣的时期。庙底沟文化时期，陕西省遗址数量增加，出土石器工具制造技术显著提高，先民定居面积变大，人口大幅增加，并且在大型遗址中出现了复杂的社会划分。
在气候的挑战和人口增长的压力下，关中先民需要更多的食物来满足生存需要。岔口遗址的稳定同位素数据显示，庙底沟时期（5700~4900 BP），先民通过施肥来维持土壤肥力。总体来说关中盆地庙底沟时期（5700~4900 BP）黍的重量百分比稍高于粟。仰韶文化时期陶器残留分析发现，平底和圆锥底双耳罐被用作酒器，用于宴会和公共饮酒仪式，酿酒的主要原料是黍。在社会复杂化发展过程中，这种宴席是礼仪活动的重要组成部分。因此，不可否认的是，黍也是当时很重要的农作物。面对不断增长的人口和相对寒冷的气候，黍在关中先民的种植结构中更占优势，同时对粟黍进行施肥，以养活更多的人。
与前一时期相比，仰韶晚期（4900~4500 BP）的干冷程度加重。关中地区仰韶文化在晚期时出现分裂衰退的现象，遗址数量和人口密度都有所下降文化中心开始西移、北移。在文化衰落之下，关中地区可利用的资源减少。然后同位素数据显示，半坡四期（仰韶晚期）同位素数据与庙底沟时期（仰韶中期）相比，粟黍的δ15N值变化不明显，施肥强度与之前接近。研究者推测可能是因为地先民继续进行施肥以外，还可能与土壤有机氮的持久性有关。但是还没有足够的证据表明，人口的减少和气候的变化、资源的相对匮乏会导致施肥程度的降低。另外，这一时期是作物中粟的重量占比超过了黍。因此在仰韶晚期（4900~4500 BP），以岔口为代表的关中地区虽然人口减少且资源匮乏，但当时先民仍可能继续实施施肥，另外调整了作物中粟的占比。
同时，该研究将关中地区与中原的研究数据相比较，通过校正降水量提高数据之间的可比性，结果显示关中地区的施肥程度中高度施肥的比例要高于同时期的中原地区。
图4 关中和中原施肥程度对比
新石器时代中晚期粟黍占比的转变是农业考古中的一个重要变化，但其具体时间和途径仍不清楚。通过分析作物重量比的方法对我国北方关中、中原、海岱地区仰韶中晚期浮选结果进行分析，以探究粟黍转型的时间。结果显示，在6000~5000 BP，关中地区和海岱地区总体来看依旧是黍的重量占比更高，但与海岱地区黍重量比高达百分之九十以上不同，关中地区的粟黍重量比相差较小，黍只有微弱的优势。而在5000~4500BP时，这三个地区的重量全是以粟为主，但在其中依旧存在差别，中原地区粟重量占比最高，其次是关中地区（此时关中地区的粟占比与6000~5000BP中原地区粟占比接近），最后为海岱地区。这一结果表明，粟真正从重量上超过黍子，成为我国北方旱作农业的优势组成要在5000BP前后。
图5 中国北方关中、中原、海岱地区6000~4500BP粟黍重量比变化
与关中和海岱不同，中原地区在距今6000年以来一直是粟重量比更高，这可能是由于中原地区作为人员交流和社会复杂化产生的重要地区存在较大的人口压力，所以需要种植更过高产的粟来满足生存需求。而关中和海岱地区在没有这样的社会压力之下，伴随着距今5000年之后的气候干冷化趋势加剧，粟的种植重量依旧在增多，这可能是与先民施肥技术相关，通过长期施肥可以保证粟的产量，同时粟更好的口感、更高的产量可能是先民更多地去选择种植的原因。
中国科学院大学硕士研究生金丹与中国科学院大学人文学院考古学与人类学系尚雪副教授为共同第一作者（尚雪副教授为通讯作者）。该研究由国家自然科学基金（No.42277441）、国家社会科学基金（No.21BKG040）和中央高校基本科研业务费专项资金（No.E2ET0910X2）共同资助。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.jasrep.2023.104345
