基于人牙結石的淀粉粒證據探討裴李崗遺址先民植物性食物來源

陶大衛

(鄭州大學歷史學院考古系，河南鄭州 450001)

0 引 言

中國古代農業的形成是一個非常漫長的漸變過程，其中旱作農業起源于北方地區，主要種植粟和黍兩種農作物[1]。這一農業體系在北方不同區域內是如何產生和發展，也就成為旱作農業起源研究的一個重要課題。史前人類食物構成很大程度上能反映出當時聚落生業經濟和農業發展水平。中原地區是粟作農業起源的關鍵區域之一，也是中華文明起源、形成與發展的核心區域[2-3]。系統研究新石器時代中原地區先民食物結構，有助于深入了解中原地區早期農業的形成過程，深化對北方不同區域由采集狩獵經濟向粟作農業經濟轉化過程的認識。這對于揭示粟作農業形成和發展過程，及其對中華文明起源和發展的影響等都具有重要意義。

古代人類食物結構研究的方法眾多，人骨的穩定同位素分析、動物考古、植物考古和殘留物分析等都能提供先民食物結構的直接或間接證據[4-6]。近些年來，越來越多的研究關注從人牙結石中提取出殘留的淀粉粒來探討古代人類植物性食物構成[7]。

淀粉是葡萄糖分子聚合而成的長鏈化合物，以淀粉粒的形式儲存在植物的根、莖及種子等器官的薄壁細胞細胞質中。不同植物的淀粉粒在形狀、類型、大小、層紋、臍點以及消光十字等方面各有特征，因此淀粉粒的綜合形態特征可以作為鑒定其植物種屬的重要依據[8]。淀粉粒分析方法自20世紀80年代開始在考古學中逐步應用，使得人們對農業起源、古代人類食物結構、器物功能和食物加工方式等有了新的認識[9-12]。

牙結石即是附著于牙齒表面的礦物質化的牙斑。它的形成受多種因素影響[13]，食物結構是其中重要的影響因素之一[14]。人牙結石在形成過程中會有食物殘留沉積其中，這些食物殘留會包含淀粉粒；而牙結石的礦化性質為殘留其中的淀粉粒提供了保護環境。古代人類牙結石中的淀粉粒如果被提取并鑒定出來，將能為其植物性食物構成提供最直接的證據[15-16]。

裴李崗文化是新石器時代中期中原地區最具代表性的考古學文化。它以1977年起發掘的河南新鄭裴李崗遺址為代表而得名，已經重點發掘的遺址還包括新密莪溝[17]、長葛石固[18]、舞陽賈湖[19]和新鄭唐戶[20-21]等。裴李崗文化先民已開始定居[19-21]，石磨盤和石磨棒已被證明是用以農作物和采集植物等的加工[22-24]，發現有家豬和家狗等遺骸[25]。這些都能表明裴李崗文化時期以及其后的仰韶文化時期是中原地區粟作農業形成和發展的關鍵階段。多學科多角度重建裴李崗文化先民的食物構成，將為探討中原地區新石器時代中期聚落生業經濟和早期農業形成過程提供新證據。

目前裴李崗文化先民食物結構研究很少，且主要集中于賈湖遺址[4，26]。然而賈湖遺址文化遺存具有明顯的地域特征，或代表一直獨立的考古學文化[19]，至少是裴李崗文化的一個地方類型[27-28]；同時賈湖遺址農作物以水稻為主，并不存在粟類作物。賈湖遺址居民食物構成并不能全面反映裴李崗文化先民食物結構。中原地區已發掘的裴李崗文化遺址雖然不少，但多數遺址由于發掘年代較早等原因并未開展系統浮選，已無法獲取植物大遺存。雖然近幾年裴李崗文化眾多遺址出土的石磨盤和石磨棒都開展過淀粉粒分析[22-24]，但石器上提取的淀粉粒可能來自于其他非食用植物，它們所反映的人類植物性食物信息有可能存在偏差；而人牙結石中殘留的淀粉粒直接來自于古代居民攝入的食物，它能夠較為準確地反映先民食物來源。值得慶幸的是，裴李崗文化很多遺址出土有豐富的人類遺骸，這使得系統開展人牙結石淀粉粒分析成為可能，為探討裴李崗文化先民食物來源提供了新途徑。本研究利用淀粉粒分析方法，對裴李崗文化典型遺址—河南新鄭裴李崗遺址僅存的兩具人骨牙齒上的結石開展研究，試圖了解該遺址居民植物性食物構成，期望能為全面認識中原地區裴李崗文化先民食物構成和聚落生業經濟等提供新證據。

1 樣品與實驗

1.1 遺址背景

裴李崗遺址位于河南省新鄭市新村鄉裴李崗村西地，面積20000m2，開封地區文管會和中國社會科學院考古研究所先后進行過四次發掘，共發掘面積2615m2。該遺址文化堆積比較單純，共清理出裴李崗文化墓葬114座[28]。1977年、1978年和1979年三次發掘共測過六個14C年代數據，發掘者綜合認為“有兩個數據偏早，而且誤差較大，一個數據則嫌稍晚，暫不采用。另外三個數據分別為ZK754公元前5945±200年，ZK753公元前5235±200年，ZK571公元前5195±300年，這三個數據與密縣莪溝北崗是比較接近的……因此，把裴李崗遺址的年代定為公元前5495—5195年是比較合適的”[29]。

1.2 樣品概況

裴李崗遺址發掘的人骨絕大多數并未保存下來，僅存的兩具人骨均是1977年發掘的，墓葬編號分別為M2和M5，保存狀況較差，現藏于河南省新鄭市博物館。此次分析的人牙結石就來自于這兩個個體的5顆牙齒[30](圖1)。

圖1 裴李崗遺址M5選取的兩顆牙齒T1和T2(黑色圓圈內可見明顯結石殘留)

1.3 人牙結石中淀粉粒的實驗室提取

1) 將人牙結石樣品轉移至研缽中，輕輕研磨至粉末狀；

2) 將人牙結石粉末轉移至2mL離心管中，加入1mL濃度為10%的稀鹽酸，靜置1h左右；

3) 加超純水并以3000r/min離心10min清洗，吸出上部液體并丟棄，重復此步驟一次，保留底部殘留；

4) 再加入酒精，以3000r/min離心15min，吸出上部液體并丟棄，底部沉淀的即為殘留物，靜置干燥；

5) 用甘油制片并用指甲油封片；使用奧林巴斯BX53偏光顯微鏡在200倍下觀察載片，在400至600倍下拍照，同時測量淀粉粒大小和記錄形態特征。現代淀粉粒形態數據是開展古代淀粉粒分析的基礎。為了識別從人牙結石中提取的淀粉粒，對收集的來自禾本科、豆科、殼斗科等20多個屬50種左右的現代植物淀粉粒形態進行了分析[31]，同時淀粉粒的種屬鑒定還參考了國內、北美、歐洲和澳洲的淀粉粒研究文獻[32-35]。

1.4 實驗室提取過程的污染判斷

淀粉粒分析實驗中的污染排除是非常重要且必要的環節。淀粉粒實驗在單獨的實驗操作間進行，所有實驗器具均經過污染檢測，且高溫煮沸以去除污染可能性。同時為了判斷實驗室牙結石中淀粉粒提取過程是否存在污染，制作了對比樣品，即將超純水按照上面的提取程序處理后制出空白載片，在奧林巴斯BX53偏光顯微鏡下進行觀察，從觀察結果來看實驗室提取過程并未帶來污染。

2 實驗結果

5份人牙結石樣品中共提取出38顆淀粉粒，其中4顆淀粉粒破壞嚴重，其余34顆淀粉粒依據大小、形狀、臍點、層紋和消光十字等特征，分為6類(表1)。

表1 裴李崗遺址人牙結石提取出的淀粉粒種類和數量

第Ⅰ類：15顆，均為多邊形，其共同特征為臍點居中，開放或者閉合，淀粉粒粒徑范圍為5.4～18.7μm(圖2a～f)。多邊形淀粉粒大多來源自禾本科植物，對比現有的禾本科植物淀粉粒形態，這些多邊形淀粉粒和來自黍屬、狗尾草屬、稻屬、薏苡屬和高粱屬等的比較相近[11][36](圖3a～b)，但稻屬淀粉粒粒徑很小[11][37]，而高粱淀粉粒徑偏大且不少有層紋[38]，故不應該來自這兩個種屬。其中3顆淀粉粒粒徑均小于8μm(圖2a～b)，和黍屬淀粉粒特征較為吻合；有9顆淀粉粒粒徑介于10～14μm之間，應該來自于狗尾草屬(圖2c～d)；剩余3顆粒徑均大于16μm，不排除來自薏苡屬的可能(圖2e～f)。

a～f：第Ⅰ類淀粉粒(Type 1，millets)；g～l：第Ⅱ類淀粉粒(Type 2，Quercus)；m～p：第Ⅲ類淀粉粒(Type 3，Fabaceae)；q～r：第Ⅳ類淀粉粒(Type 4，tubers)；s～x：第Ⅴ類淀粉粒(Type 5，j and k unidentified，l possibly from Triticeae)；y～z；1～2：第Ⅵ類淀粉粒(Type 5，unidentified)

第Ⅱ類：5顆，主要形狀有圓角三角形、水滴狀橢圓形。1顆呈水滴狀橢圓形，淀粉粒粒徑為17.6μm，臍點居中，表面光滑，無層紋，呈“X”消光(圖2g～h)；3顆為圓角三角形，其中2顆粒徑分別為17.1μm和12.8μm，臍點居中，呈“十”字消光，另1顆粒徑為19μm，臍點居于一側(圖2i～j)；1顆為卵形，粒徑為30.1μm，臍點居中，有穿過臍點的徑向裂隙(圖2k～l)。這些淀粉粒的外形、大小等特征與櫟屬果實的淀粉粒較為吻合[39](圖3c～d)。

第Ⅲ類：2顆，腎形或橢圓形。腎形淀粉粒粒徑為31μm，臍點居中，表面有凹坑，層紋不明顯，消光臂彎曲變形(圖2m～n)；橢圓形淀粉粒粒徑為21.4μm，臍點居中，中間有明顯凹坑，層紋可見，消光較弱(圖2o～p)。這2顆淀粉粒均具有明顯的豆科植物淀粉粒特征[40](圖3e～g)，應是來自豆科植物。

a.黍(Panicum miliaceum)，淀粉粒粒徑范圍5.96～10.99μm；b.粟(Setaria italica)，淀粉粒粒徑范圍6.23～19.35μm；

第Ⅳ類：1顆，橢圓形，粒徑為41.1μm，臍點居于一端，臍點處有近“Y”形裂隙(圖2q-r)。這種臍點極端偏心、粒徑較大的淀粉粒具有明顯的塊根塊莖類植物淀粉粒特征[41](圖3h)。雖僅有1顆，但來自塊根塊莖類植物無疑。

第Ⅴ類：5顆，近圓形或圓形，但具體特征存在差異。1顆呈圓形，粒徑為14.6μm，臍點居中開放，臍點處有星狀裂隙，表面光滑，和薏苡屬的淀粉粒特征比較吻合[36，42]。但僅1顆，故存疑(圖2s～t)；1顆呈近圓形，粒徑長軸為11.9μm，臍點居中封閉，2顆呈圓形，粒徑分別為18.9μm和16.3μm，表面光滑，前者還被牙結石包裹，這3顆淀粉粒其他特征不明顯，很多植物都產生這種近圓形或圓形淀粉粒，故暫時不作具體分類(圖2u～v)；另1顆呈圓形(圖2w～x)，但消光十字特征基本不見，粒徑為37.3μm。整體特征和經過烹煮的小麥族淀粉粒類似[43-44](圖3i～j)，有可能來自小麥族，但因僅有1顆，故存疑。

第Ⅵ類：6顆，不規則形態，粒徑長軸范圍為10.0～20.8μm，特征各異(圖2y～z；1～2)，不見于現代植物淀粉粒形態數據庫和已發表的淀粉粒文獻，暫且無法鑒定這些淀粉粒種屬。

3 討 論

3.1 裴李崗遺址居民的植物性食物構成

此次分析的裴李崗遺址人牙結石中均發現有淀粉粒殘留，這些淀粉粒來自多種植物，反映出該遺址先民植物性食物來源的多樣性。

粟、黍是新石器時代北方地區最為重要的兩種農作物。早到11000年前粟類植物的栽培已經存在[12]。與裴李崗文化同時期的磁山文化和興隆洼文化遺址中都發現有粟類作物遺存[45-46]。裴李崗文化的裴李崗、莪溝、石固和唐戶等遺址均發現有粟黍植物微體遺存[22-23，47]。由此可見粟黍農作物在新石器時代中期的北方地區已經廣泛栽培。鑒于裴李崗文化眾多遺址粟黍類遺存的發現，裴李崗遺址人牙結石中發現的部分第Ⅰ類多邊形淀粉粒很可能來自狗尾草屬的粟和黍屬的黍。

櫟屬植物早在更新世末期即被采集利用[48]，至全新世早期，它已是重要的食物資源。長江下游的上山和小黃山[49]，遼河流域的白音長汗[50]，華北地區的東胡林[51]和上宅[52]，以及黃河下游的西河、小荊山和月莊等遺址[53]都發現有炭化櫟屬果實，跨湖橋遺址許多灰坑中就發現大量形態完整的橡子[54]。裴李崗遺址未發現有炭化櫟屬遺存，但裴李崗文化其他遺址如賈湖、莪溝、水泉等以及班村遺址都發現櫟屬遺存[26，55-57]；而且裴李崗、莪溝、石固、寨根和班溝等遺址磨盤磨棒都加工過櫟屬植物[22-24]。此次人牙結石中櫟屬淀粉粒的發現也證實裴李崗遺址居民確實食用櫟屬果實。

塊莖類植物早在舊石器時代晚期就已被利用[58]，我國華南地區在新石器時代有可能就存在種植塊莖類植物的園圃農業階段[59]。此類植物的淀粉粒在新石器時代早期的南莊頭遺址和東胡林遺址出土器物上就有發現[12]。此次人牙結石中塊莖類植物淀粉粒的發現表明該類植物也是裴李崗遺址居民的食物來源。數量僅有1顆，但這應不是塊莖類植物在裴李崗居民食物構成中的實際比例。賈湖遺址就浮選出豐富的炭化塊莖遺存[26]，裴李崗遺址磨盤磨棒上也都發現有一定數量的塊莖類淀粉粒[23-24]，因此塊莖類植物在裴李崗遺址居民食物構成中應占有一定比例。

豆科植物早在舊石器時代晚期就被加工利用[50,58]，至全新世早期南北方許多遺址都發現有豆科植物遺存[11,23,26,55]。人牙結石中發現的豆科淀粉粒表明豆科植物已是當時人們的食物來源。裴李崗遺址磨盤磨棒上并未發現豆科植物淀粉粒，或許表明這些豆科植物并不需要加工，而是直接煮熟食用。

淀粉粒分析使得人們認識到人類很早就開始利用小麥族植物[11-12,24,49]。此次分析的人牙結石中并未發現明確來自小麥族的完整淀粉粒，但第Ⅴ類中有1顆受破壞淀粉粒的整體形態特征和經過加熱的小麥族淀粉粒形態較為吻合，而且裴李崗遺址磨盤磨棒上就發現有數量豐富的小麥族淀粉粒[22]，因此這顆受破壞的淀粉粒來自小麥族的可能性較大。

38顆淀粉粒中有34顆完整淀粉粒形態特征明顯，其中22顆來自堅果類、塊莖類和豆科等，另外6顆淀粉粒雖無法鑒定其具體種屬，但依據它們的形態特征可以確定它們并非來自粟黍類農作物；余下12顆很可能來自狗尾草屬和黍屬。即使這12顆均來自粟黍類作物，來自采集植物的淀粉粒仍占多數。這或許表明采集植物構成了裴李崗遺址居民植物性食物的主體，粟黍類農作物僅處于次要地位。

需要指出的是，目前對于古代淀粉粒的保存機制了解較少，且不同植物淀粉粒的保存幾率很可能存在差異[31,60]；而且此次分析的人牙結石樣品僅有5份，且只來自兩個個體，樣品量偏少。因此基于牙結石中殘留的不同種屬淀粉粒比例所得的裴李崗遺址先民植物性食物構成有可能是存在偏差的。

3.2 裴李崗遺址居民植物性食物構成反映的聚落生業經濟

裴李崗遺址人牙結石的淀粉粒分析表明采集植物在裴李崗居民植物性食物中占有優勢，食物構成呈現出廣譜性特征。這與裴李崗文化其他遺址的植物考古研究結果較為一致。賈湖遺址系統浮選結果表明該聚落生業經濟仍以采集漁獵為主[26]；裴李崗、莪溝、石固和寨根等裴李崗文化遺址石磨盤磨棒淀粉粒分析都顯示此類石器加工對象主要為采集植物[22-24]。由此可見，新石器時代中期包括裴李崗遺址在內的裴李崗文化各個遺址的生業經濟處于低水平食物生產階段[61]。

4 結 論

針對裴李崗遺址僅存的兩具人骨牙齒上的結石開展了淀粉粒分析，成功提取到一定數量的淀粉粒，獲得了該遺址居民植物性食物構成的直接證據。這些淀粉粒絕大多數形態完整，特征明顯，其中多數淀粉粒來自堅果類、塊莖類和豆科等非農作物，少量很可能來自粟黍類農作物。這表明裴李崗遺址居民植物性食物以采集植物為主，食物構成呈現廣譜性特征。結合賈湖、莪溝、石固和寨根等遺址的植物考古學研究，新石器時代中期以裴李崗文化為代表的中原地區生業經濟仍以攫取性采集經濟為主。

致謝： 河南新鄭市博物館杜平安館長、王凱先生和鄭州大學朱津博士在取樣過程中給予了熱情幫助，南開大學歷史學院張國文副教授對初稿提出了許多建設性意見，在此謹致謝忱。

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