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学术期刊《Journal of Archaeological Science: Reports》（A&HCI收录期刊）上发表题为“Modern wheat cultivation experiment in China: Providing effective proxies for the research on ancient farmland management techniques”的论文。该研究在中国本土地区进行小麦种植施肥实验，真实且系统地探究小麦氮稳定同位素对家畜粪肥的种类和施肥强度的响应情况。通过实验考古学的方法，为判断古代施肥行为提供科学依据，并更合理地解读植物、动物、人的稳定同位素数据。此外，该研究进一步深化了对小麦农田管理、小麦在饮食结构中的比例以及农牧业结合发展等问题的理解。
小麦在中国古今农作物结构中始终占据重要地位，是理解早期农业活动特征及东西方文化交流的重要切入点。施肥是维持古代农业可持续发展的重要手段。由于缺乏系统的现代农田定位实验，因此对小麦作物的施肥指标以及施肥的强度认识仍不明确。
小麦种植方案示意图及种植区照片
该研究在陕西西安临潼区设置了为期一年的田间定位实验，模拟了不同种类（猪粪、牛粪、羊粪）和不同强度（9、15、21吨/公顷）的家畜粪肥施用，并设置了化肥组和不施肥的对照组，系统分析了施肥对小麦千粒重及各部分（籽粒、稃壳、穗轴）氮稳定同位素值（δ15N）的影响。
主要研究成果如下：
1. 施肥增产，同位素“指纹”清晰：研究发现，施用有机肥能显著提高小麦的千粒重，尤其以猪粪处理组的效果最为明显，随着施肥量增加，千粒重持续上升。同时，施肥使得小麦籽粒的δ15N值显著升高，变化范围在1.9‰至5.9‰之间，为识别古代农作物是否曾被施肥建立了直接的参考标尺。
有机肥处理下小麦籽粒 δ15N 值的箱线图
2. 粪肥种类影响显著，牛羊粪肥效强于猪粪：在相同施肥强度下，施用羊粪和牛粪的小麦籽粒，其δ15N值普遍高于施用猪粪的。这可能与不同动物粪便自身的氮含量和氮同位素组成差异有关。这一发现对于理解古代不同地区的农耕与畜牧业组合模式至关重要。例如，在牛羊饲养密集的地区，古代农作物遗存可能表现出更高的δ15N值。
不同施肥强度下小麦籽粒的δ15N值范围。（a）猪粪处理后小麦籽粒的δ15N值；（b）牛粪处理后小麦籽粒的δ15N值
3. 施肥强度可分级，同位素值呈梯度变化：小麦籽粒的δ15N值与施肥强度呈正相关。在猪粪处理下，9吨/公顷、15吨/公顷和21吨/公顷的施肥量对应的小麦δ15N值分别大致处于<3‰、3-4‰和>4‰的范围。在牛粪处理下，9吨/公顷时δ15N值普遍低于4‰，而21吨/公顷时则普遍超过4‰。这为通过考古小麦的δ15N值反推古代的施肥强度提供了可能。
4. 修正与完善现有研究模型：此前国际通用的作物施肥模型多基于欧洲和西亚的土壤与气候条件。本研究首次在中国黄土区域开展，结果显示，在同等施肥条件下，小麦δ15N值的变化幅度（不超过2.2‰）与国外模型基本吻合，但具体数值范围存在差异。这强调了建立区域性参考数据的重要性。研究还发现，古代中国农户实际可获取的粪肥资源量，很可能对应于实验中低施肥强度水平。
中国古代小麦遗存的δ15N值箱线图
5. 为解读考古遗存提供新视角：研究团队将实验结果与我国新疆、甘肃等地出土的古代小麦遗存δ15N数据进行了对比分析。结果表明，部分考古样品的δ15N值偏高，可能源于长期持续的施肥实践或使用了牛羊粪肥，而非仅仅是一次性高强度的施肥。这为探讨古代农业的集约化程度、土地利用方式以及东西方文化交流背景下的农业技术传播提供了新的思路。
中国科学院古脊椎动物与古人类研究所硕士研究生孙欣为论文第一作者，中国科学院大学人文学院考古学与人类学系尚雪副教授和中国科学院古脊椎动物与古人类研究所李小强研究员为共同通讯作者，合作者包括陕西省生物农业研究所冯志珍助理研究员、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所刘俊池高级工程师、中国科学院地球环境研究所谭亮成研究员、中国科学院大学人文学院考古学与人类学系博士研究生欧阳辉勇与硕士研究生于霄洋。该研究得到国家自然科学基金项目（No.42277441）、国家社科基金项目（No.21BKG040）和黄土科学全国重点实验室开放基金项目（SKLLQGFZ2519）共同资助。
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”
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jasrep.2026.105638
