中国早期粟黍旱作农业作为古代人口增长与社会发展的物质基础，与中国早期文化与文明的兴衰起落有着密不可分的联系。在几千年间气候与社会频繁变迁的背景下，中国早期粟作农业如何实现持续性发展，又如何为同时期的人群增长与社会复杂化提供有力保障，长期以来是学界研究的重要课题。
黄河流域作为中国古代粟黍起源与中华文明起源的摇篮，其主体区域黄土高原广泛分布着以耕层浅薄、生产力低、贫氮贫有机质等为特征的较为贫瘠的黄绵土，采取施肥、中耕、灌溉等农田管理措施维持作物的向好生长，成为中国早期旱作农业发展的必要保障。近些年随着稳定同位素生物考古的深入发展，现代作物施肥实验揭示出，与麦类C3作物类似，施用有机粪肥同样会造成粟黍类C4作物种子δ15N（氮稳定同位素）值的上升，氮稳定同位素这一指标为揭示古代粟黍作物施肥行为提供了关键线索，并在探讨中国北方粟作施肥实践与社会复杂化方面取得了重要研究成果。然而，目前对黄河流域早期粟作施肥整体面貌与发展轨迹的认识仍不充分，限制着对早期农业发展与文明演进动力的深入认识。
近期，中国科学院大学人文学院考古学与人类学系尚雪副教授课题组在国际地学TOP期刊Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology（SCI收录）发表题为“Enhancing sustainability in early millet agriculture: Manuring practices in the Yellow River Valley”的论文。文章整合了黄河流域已开展粟黍稳定同位素分析的33处考古遗址的472份氮稳定同位素数据，结合土壤养分、杂草区系、动物考古、环境考古等多指标证据，系统重建了新石器时代晚期至青铜时代黄河流域粟作施肥的历史图景，对理解早期农业管理策略与社会复杂性演化具有重要启示意义。
本研究获取粟黍稳定同位素数据的遗址位置图
研究依据地理位置与文化传统上的相似性将遗址分为黄土高原北部、天水盆地、关中盆地与伊洛盆地四大区域。基于本团队在陕西临潼开展的现代粟黍施肥实验及其他相关实验成果，研究首先排除了干旱本身会造成作物δ15N值偏高的情况，建立起不施肥粟类作物δ15N参考基值，结果显示各区域粟类作物δ15N值基本都在不施肥参考值之上，且91.3%的数据落在现代施肥实验建立的施肥参考带内，5.1%的数据甚至超出这一范围，指示新石器时代晚期以来各区域粟黍作物普遍接受了一定的粪肥投入。
粟黍δ15N数据（a）与干旱校正后粟黍∆15N数据（b）散点图
考虑到粟和黍生理上的差异，研究分别对粟和黍进行讨论，结果显示粟和黍δ15N值在各区域不同时段基本不存在显著差异，二者表现出相对一致的时空变化模式，如关中盆地与伊洛盆地粟黍δ15N值从新石器时代晚期至青铜时代总体上升，黄土高原北部粟黍δ15N则表现出下降趋势，天水盆地粟黍δ15N则在齐家文化时期达到高值，并明显高于其他区域，反映出黄河流域粟作施肥在时空尺度上的不平衡性。
粟（a）和黍（b）作物δ15N值的历时性变化
粟（a）和黍（b）作物δ15N值的区域间对比
对于粟作施肥的普遍性，研究结合多指标证据进行了讨论。从土壤养分上看，黄河流域先天贫氮、有机质低，遗址所在区域土壤营养等级基本处于V甚至VI级，指示养分相当缺乏，且长期不施肥会造成氮素等土壤养分的显著流失。从坡度上看，研究区76% 遗址周边平均坡度>3°，水分与养分不易持留，意味着种植对水分要求不那么严格的粟黍作物并采取合适的措施保持土壤肥力是多数遗址先民的最优选择。以往多基于历史文献与民族学调查等方面的信息，认为中国早期农业种植模式是利用新开垦和烧毁的林地进行短期作物种植的刀耕火种，杂草区系研究表明在这一模式下，多年生杂草占比应显著高于一年生杂草。本研究搜集了各遗址植物考古结果中一年生杂草与多年生杂草数量与种类数据，其中一年生杂草的主导地位，结合现代实验与民族学调查等方面的证据，指示土地应当经过了长期耕作，刀耕火种费时费力、产出年限短等缺陷意味着其无法支持粟作农业的可持续发展。黄土高原较为发达的家畜饲养业及猪粪、牛粪等有机粪肥在短期内对小米产量的显著提升，进一步意味着先民很有可能意识到了粪肥的增产效果并进行持续性施肥，粪便的多用途属性也提升了其被用作肥料的可能。
对于粟黍δ15N值表现出的时空上的不平衡性，研究从自然环境、文化发展、沉积物序列δ15N值等角度尝试作出阐释，如黄土高原北部δ15N值的下降趋势，可能是长期耕作后的土壤养分耗竭、新人口形势下肥料施用策略转变、人类活动与脆弱环境背景下土壤侵蚀与养分流失等多因素共同作用的结果，而关中、伊洛等其他区域的上升趋势则与考古学文化和家畜饲养业的繁荣、河流冲积带来的天然沃土等条件密切相关。
各区域土壤有机质（a, b）与土壤全氮（c, d）含量分布
各区域不同时段一年生与多年生杂草种类、数量占比
在中国万余年农业演进历史中，施肥带来食物资料的累积为人群的气候环境适应与地域扩展提供了强有力的物质基础。一方面，持续性施肥对劳动力、肥料等资源调配能力的要求以及对土地的财产属性的加强，成为我国早期社会不平等与政治权力形成的重要驱动因素。另一方面，施肥等农业技术的不断进步增强着中国古代农业与社会发展的韧性，在塑造中华文明的连续性特质与发展轨迹上也发挥着重要作用。
粟黍δ15N值 (a) 与人口/聚落扩张 (b)、气候变化 (c) 的耦合
中国科学院古脊椎动物与古人类研究所博士研究生欧阳辉勇为论文第一作者，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通讯作者。该研究由国家社科基金项目（No.21BKG040）、国家自然科学基金项目（No.42277441）和中央高校基本科研业务费专项资金（No.E2ET0910X2）共同资助。
中国科学院大学人文学院尚雪副教授课题组长期从事环境考古与农业考古的研究阐释工作，综合利用多种方法解读古代农业活动与环境、社会演化之间的关系，深入挖掘中国古代先民的生存智慧，致力于“挖掘中华五千年文明中的精华，弘扬优秀传统文化”、“展示中华民族的独特精神标识，更好构筑中国精神、中国价值、中国力量”
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2025.113283
