人類起源、農業(yè)起源和文明起源是史前人類社會發(fā)展的三大里程碑。新石器時代晚期(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、我國的長江和黃河流域相繼出現(xiàn)了大型聚落或中心城市、明顯的貧富分化、社會分工和公共權力，這一社會發(fā)展過程被稱為社會的復雜化，也被稱為文明化進程或文明起源。

社會的復雜化意味著，在中心聚落或城市會出現(xiàn)大量不從事農業(yè)生產的工匠、商人、士兵、統(tǒng)治階層等非農業(yè)人口。那么，什么樣的農業(yè)策略可以生產足夠的糧食來供養(yǎng)這些非農業(yè)人口?

近日，蘭州大學環(huán)境考古團隊題為《新石器時代中國北方可持續(xù)的集約化粟作農業(yè)系統(tǒng)》的研究成果在《自然·可持續(xù)發(fā)展》在線發(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(xiàn)代可持續(xù)集約化農業(yè)模式完全一致。

我國新石器時代晚期開始社會復雜化進程

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

中國是世界文明起源和發(fā)展的核心地區(qū)之一。新石器時代，在東亞夏季風的影響下，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代晚期開始了社會復雜化進程。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(xiàn)社會復雜化的信號，出現(xiàn)了有規(guī)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、西坡和雙槐樹遺址為代表，出現(xiàn)了大型儀式性建筑、宮殿和等級化墓地等明顯的社會復雜化現(xiàn)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(xiàn)了以二里頭遺址為代表的區(qū)域性國家;在長江流域，距今5300年前已經(jīng)出現(xiàn)了以良渚古城為代表的區(qū)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，一個重要原因是水稻的產量高。而在黃河流域，粟作農業(yè)的兩種主要農作物粟(俗名谷子，脫殼后稱為小米)和黍(俗名糜子，脫殼后稱為黃米)的產量不及水稻的一半。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，無法維持長期高強度的耕種，如果不施肥的話需要休耕來恢復地力。產量低和休耕使北方的粟作農業(yè)社會面臨糧食生產的瓶頸。

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

粟黍種植和家豬飼養(yǎng)相結合

2017年，楊繼帥進入了蘭州大學環(huán)境考古團隊，開始開展關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(xiàn)。

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，時代涵蓋了前仰韶和仰韶時期(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(wěn)定同位素分析顯示，該遺址粟黍種植和家豬飼養(yǎng)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(xiàn)了明顯的社會復雜化現(xiàn)象，聚落規(guī)模空前擴張，房屋建筑等級化，出現(xiàn)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復雜化進程，蘭州大學環(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(tǒng)核心要素——粟、黍和家豬入手，通過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(tǒng)粟作農業(yè)區(qū)開展了現(xiàn)代農田實驗。

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件豬頜骨來自前仰韶時期，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仰韶時期(距今6500—4800年)。

秦安大地灣34個仰韶晚期的豬牙殘留物樣品中發(fā)現(xiàn)了3764片來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個樣品甚至達到了80%，出現(xiàn)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(xiàn)15顆粟類淀粉粒，出現(xiàn)頻率極低，僅為17.6%。粟類淀粉粒來自脫殼后的粟黍籽粒，粟黍稃片植硅體來自粟黍稃殼，豬牙殘留物中粟黍稃片植硅體與粟類淀粉粒在數(shù)量和出現(xiàn)頻率上懸殊的對比，說明當時的人用粟黍稃殼喂養(yǎng)家豬。

存在持續(xù)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(xiāng)縣找到了一塊長期施用豬糞的農田開展了糞肥對粟的氮同位素值影響的現(xiàn)代過程研究。通過測試田內和田外粟、C3和C4雜草的種子樣品，發(fā)現(xiàn)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‰，說明施糞肥可以顯著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期秦安大地灣遺址當?shù)刈匀恢脖坏牡凰毓烙嬛?+2.5±1.2‰)，而且與長期施糞肥的現(xiàn)代農田中的粟氮同位素值相當，說明秦安大地灣遺址仰韶時期存在持續(xù)的粟、黍農田施肥行為。

綜合多種證據(jù)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(yǎng)家豬，收集糞便;豬糞肥田，維持地力，避免休耕，提高產量。這種農業(yè)模式與現(xiàn)代可持續(xù)的集約化農業(yè)模式完全一致，說明新石器時代晚期中國北方粟作農業(yè)社會，便通過粟、黍種植與家豬飼養(yǎng)的緊密結合，克服了粟、黍產量低和黃土肥力有限的瓶頸，為當時中國北方的復雜社會發(fā)展提供了經(jīng)濟基礎。

以色列希伯萊大學長期從事中國考古學研究的教授吉迪恩·謝拉克(GideonShelach-Lavi)以“新石器時代的農業(yè)如何改變中國”為題，對研究成果進行了評述，他說：“這項研究以一個具體的小案例解決了一個大問題——中國北方社會復雜化發(fā)展的社會經(jīng)濟背景是什么。”