河南淅川下寨遺址人骨的C 和N 穩(wěn)定同位素

摘要：河南淅川下寨遺址史前人骨遺存的碳氮穩(wěn)定同位素分析結(jié)果揭示了不同時期史前先民的食譜特征。仰韶晚期先民（δ13C=-10.2±1.4‰， δ15N=9.4±0.5‰， n=19）以粟黍為主糧，與同時期中原先民相似；石家河文化時期先民（δ13C=-13.6±2.1‰， δ15N=9.5±0.9‰， n=28）呈現(xiàn)稻粟黍混合的食譜特征，水稻與旱地作物的氮同位素特征差異導(dǎo)致先民食譜特征內(nèi)部出現(xiàn)明顯差異；龍山晚期和二里頭時期先民δ13C 平均值為-9.9±1.2‰ （n=21），表明粟黍重新成為當?shù)刂骷Z，食譜特征的內(nèi)部差異也明顯降低。這種現(xiàn)象說明，文化變遷深刻地影響了當?shù)氐霓r(nóng)作物體系和先民食物結(jié)構(gòu)。粟黍和水稻在先民食譜中的地位變化也反映了黃河流域文化與長江流域文化對該地區(qū)的交替影響。

關(guān)鍵詞：淅川下寨；仰韶；石家河；龍山；穩(wěn)定同位素分析

1 引言

下寨遺址位于河南省南陽市淅川縣滔河鄉(xiāng)下寨村北，豫鄂兩省交界地帶（圖1）。為配合南水北調(diào)中線工程丹江口水庫淹沒區(qū)建設(shè)，河南省文物考古研究所于2009 年至2013年對該遺址開展了持續(xù)性考古工作，共發(fā)掘面積19000 平方米，揭露的遺存年代從仰韶文化時期延續(xù)到明清時期。其中，仰韶文化至石家河文化時期的墓葬共133 座[1]，龍山晚期至二里頭早期的墓葬72 座[2]。這些墓葬文化特征差異明顯，反映了黃河流域文化與長江流域文化在不同時期對該遺址的交替影響。

史前黃河流域和長江流域分別以粟作農(nóng)業(yè)和稻作農(nóng)業(yè)為主，具有截然不同的農(nóng)業(yè)傳統(tǒng)和飲食習(xí)慣。在不同文化交替影響下，下寨遺址的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系和先民食譜特征是否受到影響，這對于研究史前文化交流的內(nèi)容與形式、黃河文明與長江文明的融合發(fā)展都具有重要意義。本文擬對下寨遺址仰韶到二里頭早期的人骨遺存開展碳氮穩(wěn)定同位素分析，從食譜特征角度觀察文化變遷所產(chǎn)生的影響。

2 碳氮穩(wěn)定同位素分析與先民食譜研究

碳氮穩(wěn)定同位素分析是研究先民食譜的重要手段之一，而消費者機體組織的同位素特征由其食譜決定，因此根據(jù)機體組織的同位素分析結(jié)果能夠反推并重建研究對象的食譜特征。這一方法在中國考古學(xué)中的運用已經(jīng)有近四十年歷史，在史前生業(yè)模式、農(nóng)業(yè)起源、先民食譜變遷、社會分化等研究領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用[3]。相關(guān)基礎(chǔ)理論在諸多中英文著作中均有論述[4-7]，下面根據(jù)本研究需要作簡要介紹。

基于光合作用的特征差異，地球上的植物可分為C3、C4、CAM 三類，其碳穩(wěn)定同位素值（δ13C）存在明顯差異[8，9]。主要農(nóng)作物中的小麥、大麥、燕麥、水稻、豆類等都屬于C3 類植物（全球平均δ13C 值為-26.5‰），粟、玉米、高粱、甜菜等屬于C4 類植物（全球平均δ13C 值為-12.5‰）。實驗研究結(jié)果證實，一般情況下，植食動物骨膠原蛋白中的δ13C 相對于其食物要高5‰ 左右，雜食動物和肉食動物骨膠原蛋白中的δ13C 相對于其食物要高1‰～2‰ 左右[10-12]。因此，可以根據(jù)史前先民骨骼膠原蛋白的碳穩(wěn)定同位素值來判斷其食譜是以C3 類或C4 類植物為主，這對于研究黃河流域粟作農(nóng)業(yè)文化與長江流域稻作農(nóng)業(yè)文化的交流尤其具有實踐意義。

氮穩(wěn)定同位素值（δ15N）具有在同一食物鏈中隨著消費者營養(yǎng)級的升高而數(shù)值增加的特征，消費者骨膠原蛋白中的δ15N 比其相鄰的下一營養(yǎng)級要高出3‰～5‰[13]。同一條陸地食物鏈中，雜食動物的δ15N 高于植食動物，而肉食動物則高于雜食動物。多個不同時期的先民食譜研究案例證實，在同一個遺址的人群中，地位較高的個體δ15N 值要高于其他個體[14-16]，說明社會地位影響動物蛋白資源的獲取，氮穩(wěn)定同位素值的比較能夠反映研究對象的地位差異。

3 研究材料與方法

下寨遺址報道的仰韶文化至石家河文化時期的墓葬共133 座，有出土器物、能夠判斷年代屬于仰韶晚期或石家河文化時期的一共67 座。其余墓葬均無出土器物，發(fā)掘者將其頭向特征與年代明確的墓葬進行對比，分別歸入相應(yīng)年代組。考慮到這種推測可能存在一定誤差，后期又選取部分沒有出土器物的墓葬進行人骨測年，結(jié)果發(fā)現(xiàn)至少有6 座墓葬的測年結(jié)果與根據(jù)頭向判斷的年代存在較大誤差。為了避免因不同年代材料的混淆而影響分析結(jié)果，對這些材料的采樣僅針對有出土器物、年代特征明確的墓葬。

龍山晚期到二里頭早期的墓葬共報道土坑豎穴墓葬27 座，甕棺葬45 座。這些墓葬出土器物普遍較少，通過對13 座土坑豎穴墓和2 座甕棺葬進行人骨測年，得到比較可信的年代結(jié)果。本次采樣主要針對骨骼保存較好的土坑豎穴墓。

分析樣品主要取自人骨遺存的肋骨，其中仰韶晚期采樣19 例，石家河時期采樣28 例，龍山到二里頭時期土坑豎穴墓采樣22 例。

人骨性別年齡鑒定參考Buikstra 和Ubelaker 提出的標準[17]。骨骼樣品預(yù)處理和膠原蛋白制備遵循開普敦大學(xué)（University of Cape Town）方法[18]，在河南省文物考古研究院穩(wěn)定同位素實驗室進行。提取的骨膠原蛋白在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境穩(wěn)定同位素實驗室進行穩(wěn)定同位素分析。分析儀器為vario PYRO cube 元素分析儀和ISOPRIME-100 質(zhì)譜儀，標準物質(zhì)為USGS24、IEAE-N-1，δ13C 值以VPDB 為基準，δ15N 值以AIR 為基準。實驗室長期測試結(jié)果精度為±0.2‰，符合國際標準。

經(jīng)過膠原蛋白的產(chǎn)出量（collagen yield）、碳氮摩爾比（C/N）、碳元素的質(zhì)量百分比（C%）和氮元素的質(zhì)量百分比（N%）等三個標準共同衡量[19，20]，本次所采集69 例樣品均獲得有效碳氮穩(wěn)定同位素數(shù)據(jù)。其中龍山到二里頭時期的數(shù)據(jù)已經(jīng)另文先行發(fā)表[21]，此處不再詳細列舉，僅參與對比分析，仰韶到石家河時期的數(shù)據(jù)詳見表1。

4 結(jié)果與討論

4.1 下寨遺址仰韶先民食譜特征

下寨遺址仰韶晚期人骨樣本共計產(chǎn)出19 例有效數(shù)據(jù)（ 表1），δ13C 平均值為-10.2‰±1.4‰，表明仰韶晚期下寨先民的主糧以C4 作物為主，或者攝入了大量以C4類植物為食的動物資源。植物遺存浮選結(jié)果表明，下寨遺址該時期主要農(nóng)作物為粟和黍[22]。這種同位素特征反映了粟作農(nóng)業(yè)特征和以粟黍為主糧的食譜，但是內(nèi)部存在一定差異。從圖2： a 可以看出，絕大部分個體的δ13C 集中分布于-9‰ 到-11‰ 之間，符合以粟黍為主糧的特征；僅M115、M179、M182 等3 例個體的值小于-12‰（最低值-14.5‰），說明他們的主糧來源明顯不同，但包括一定比例的C3 類作物（可能是水稻）。該遺址的植物浮選結(jié)果并未發(fā)現(xiàn)C3 類農(nóng)作物遺存，應(yīng)當與有限的浮選樣本數(shù)量有關(guān)[22]。

仰韶先民的δ15N 平均值為9.4±0.5‰，分布于8.4‰ 到10.5‰ 之間。最低值和最高值相差2.1‰，低于一個營養(yǎng)級的最低富集值3‰，表明不同個體的動物蛋白（肉食）攝入水平可能存在差異，但不一定與社會地位有關(guān)。這與隨葬品反映的情況是相符的：所分件玉璜，不存在明顯階層分化現(xiàn)象。M67 雖然隨葬器物最多，但是其氮穩(wěn)定同位素值（δ15N=9.4‰）與平均值相似，并未表現(xiàn)出特殊性，說明其并沒有攝入更多的動物蛋白，食譜特征并不存在明顯優(yōu)勢。δ15N 最高的個體M115（δ15N=10.5‰）僅隨葬1 件石鉞，并未表現(xiàn)出突出地位。因此，下寨遺址仰韶先民除了個別人可能食用一定的C3 作物之外，其余先民的食譜特征相似，不存在階層分化現(xiàn)象。

中原地區(qū)的西山、西坡遺址[23]、下寨遺址附近的溝灣遺址[24] 等仰韶時期遺存均開展了碳氮穩(wěn)定同位素分析，各遺址數(shù)據(jù)對比見表2。下寨遺址的同位素數(shù)據(jù)與中原地區(qū)的兩個遺址數(shù)據(jù)雖然有微小差異，但是都符合以粟黍為主糧的食譜特征，同時其氮穩(wěn)定同位素值反映的動物蛋白攝入水平也大體相當，表明下寨仰韶晚期先民的食譜特征整體與同時期中原先民相近。

與下寨遺址同處于豫西南山區(qū)地帶的溝灣遺址，穩(wěn)定同位素數(shù)據(jù)反映的食譜特征則呈現(xiàn)不同面貌：溝灣仰韶晚期先民的δ13C 平均值（-14.5‰）與下寨先民的最低值相似，前者整體要低于后者，說明溝灣先民的食譜中C3 作物的比重要明顯高于下寨先民；同時，溝灣仰韶晚期先民的δ15N 也要低于下寨，反映他們的動物蛋白攝入水平也存在差異。植物浮選結(jié)果表明溝灣遺址仰韶時期農(nóng)作物以黍為主，粟、稻次之[22]，盡管C3 作物水稻所占比例不高，但是與下寨遺址的情況（暫未發(fā)現(xiàn)C3 作物遺存）有明顯差別，這與碳同位素特征反映的差異現(xiàn)象是吻合的。

下寨遺址和溝灣遺址先民食譜特征差異表明，仰韶時期黃河流域的文化影響到豫西南山地時，不同遺址的先民雖然接受了來自北方的物質(zhì)文化，但是并沒有全部接受隨之而來的粟作農(nóng)業(yè)和以粟或黍為主糧的飲食習(xí)慣。同時，來自長江流域的稻作農(nóng)業(yè)文化也對該區(qū)域產(chǎn)生著不同程度的影響，存在個別先民食用水稻的可能。這一時期M70 所出黑陶圈足簋是油子嶺- 屈家?guī)X類遺存的常見器形，說明江漢地區(qū)文化對此地也產(chǎn)生了一定的影響。整體而言，仰韶文化對該地區(qū)的影響并不平衡。

4.2 下寨遺址石家河先民食譜特征

28 例石家河個體的碳穩(wěn)定同位素平均值為-13.6‰±2.1‰，表明這些先民的主糧來源中同時包括C3 和C4 兩類作物。該時期植物遺存浮選的結(jié)果是粟黍和稻并存[22]，最初浮選發(fā)現(xiàn)的另一種C3 作物小麥最后測年證實不屬于該時期[25]。碳同位素數(shù)據(jù)與植物浮選結(jié)果說明，這一時期稻作和粟作農(nóng)業(yè)并存，先民的主糧同時包括粟黍和稻。從圖2： b 可以看出，這些個體的δ13C 值呈現(xiàn)分散的分布狀態(tài)，其中最低值（-18.7‰）與最高值（-9.5‰）相差達到9.2‰。說明這些個體中，部分幾乎完全以C4 類作物粟黍為主糧（如位于圖3 最右端的個體），亦有部分幾乎完全以稻為主糧（位于最左端的個體），而絕大部分個體則可能同時食用粟黍和稻。

下寨遺址石家河先民的碳氮穩(wěn)定同位素特征與位于長江流域的湖北青龍泉遺址先民（δ13C=-14.2±1.1‰， δ15N=8.9±1.2‰， n=17）十分接近[26]，但是下寨先民碳穩(wěn)定同位素值的內(nèi)部差異（最大差9.2‰，標準差2.1‰）明顯大于青龍泉（最大差3.5‰，標準差1.1‰），說明下寨先民食譜中主糧的差異要大于后者。

該時期下寨遺址石家河先民的δ15N 平均值為9.5±0.9‰，其中最低值（7.9‰）和最高值（11.2‰）的差異達到3.3‰，接近一個營養(yǎng)級的富集值，即δ15N 最低者和最高者相當于相差一個營養(yǎng)級。圖3 中還有另一個現(xiàn)象值得注意，這些個體的碳氮穩(wěn)定同位素值呈現(xiàn)明顯的負相關(guān)性（r=-0.73， Plt;0.05），即δ13C 越低、δ15N 越高?？紤]到δ15N 值差異的最常見原因與動物蛋白攝入量即社會地位有關(guān)，下面先對這一可能性進行討論。

這些墓葬中隨葬品最多者18 件，僅有1 例；隨葬品為5～6 件者有3 例；隨葬品1～4件者有24 例。其中，隨葬品最多的M207（δ13C=-14.5‰， δ15N=10.9‰），其δ15N 接近該群體的最高值11.2‰，δ13C 值也反映其主糧中水稻占比明顯多于粟黍。隨葬品數(shù)量為第二層級的3 座墓葬中，M218（δ13C=-15.8‰， δ15N=11.2‰）的δ15N 最高，δ13C 值同時表明水稻在其食譜中占比較高；M145（δ13C=-13.4‰， δ15N=10.1‰）的δ15N 也高于平均值；僅M216的δ15N（9.4‰）略低于平均值。隨葬品數(shù)量屬于第三層級的墓葬中，M232（δ13C=-9.5‰，δ15N=7.9‰）和M196（δ13C=-11.3‰， δ15N=7.9‰）均為該群體中δ15N 最低者。僅從這些個例看來，隨葬品數(shù)量反映的社會地位似乎能夠與δ15N 值的高低相對應(yīng)。但是從同位素特征角度觀察，δ15N 值大于平均值（9.5‰）的12 個個體中，9 例隨葬品數(shù)量都屬于第三層級（除去前面提到的M218、M207 和M145）；整體上個體的隨葬品數(shù)量與δ15N 值之間并不具備顯著的正相關(guān)性（r=0.29， P=0.13）。因此，石家河時期先民個體的δ15N 值與社會地位并沒有必然的聯(lián)系，形成δ15N 值差異以及碳氮同位素值負相關(guān)現(xiàn)象的原因并不是動物蛋白攝入量。

有研究證實，同一地區(qū)水稻的δ15N 要高出旱地作物粟1.5‰，或者高于小麥1.6‰[27]。在這種情況下，下寨先民中以水稻為主糧的個體δ15N 值會明顯高于以旱地作物粟黍為主糧的個體。因此，該群體內(nèi)部δ15N 值的差異可能與主糧中水稻與旱地作物的比重有關(guān)——水稻比重越高，相應(yīng)個體的碳同位素值越低，氮同位素值越高，反之亦然，從而造成上面觀察到的這種碳氮穩(wěn)定同位素值負相關(guān)現(xiàn)象。

這批墓葬出土的紅陶杯、長頸壺、小陶罐、夾砂罐等器物是江漢地區(qū)屈家?guī)X- 石家河文化系統(tǒng)的常見器物，平板狀梯形石鉞也與仰韶晚期的弧刃“風(fēng)”字形鉞明顯不同。墓葬腰坑內(nèi)陶器的放置方式及陶缽底部鑿孔等習(xí)俗也與仰韶晚期截然不同。這些特征說明江漢地區(qū)的文化在這一時期對下寨遺址產(chǎn)生了主導(dǎo)性的影響，長江流域的稻作農(nóng)業(yè)也隨之而來，改變了當?shù)氐霓r(nóng)作物系統(tǒng)和先民食譜特征。但是，稻作農(nóng)業(yè)并沒有完全取代本地的粟作農(nóng)業(yè)，兩者處于共存狀態(tài)。

4.3 下寨遺址仰韶到龍山食譜特征變化

下寨遺址的史前遺存不僅延續(xù)數(shù)千年時間，而且還呈現(xiàn)出南北文化交替影響的特征，這為我們觀察文化變遷對先民食譜的影響提供了非常理想的材料。仰韶晚期、石家河時期、龍山晚期到二里頭時期三個不同階段的人骨同位素平均數(shù)據(jù)列于表3。龍山到二里頭的數(shù)據(jù)最初發(fā)表22 個，其中M16 的數(shù)據(jù)與其他個體有顯著差別[21]。因該墓葬無隨葬品，后期對骨骼進行測年，結(jié)果表明其年代較晚，不屬于這一時期，故不納入本次對比分析。

從表3 可見，從仰韶晚期到石家河時期，下寨先民的食譜特征發(fā)生第一次明顯變化：碳穩(wěn)定同位素平均值降低3.4‰，標準差也明顯增加。說明隨著長江流域文化影響的到來，δ13C 值偏低的C3 作物水稻在此時大量進入人們食譜之中，改變了當?shù)匾运谑驗橹骷Z的食譜。兩個時期先民的氮穩(wěn)定同位素平均值雖然比較接近，但是石家河時期先民δ15N 的內(nèi)部差異略有增加（標準差增加0.4‰）。根據(jù)前面的分析，可能是因為水稻具有比旱作谷物粟黍更高的氮穩(wěn)定同位素值造成的。

從石家河時期到二里頭，下寨先民食譜發(fā)生第二次明顯變化：碳穩(wěn)定同位素平均值上升了3.7‰，回到仰韶時期的相同水平，且內(nèi)部差異明顯減小，恢復(fù)到以粟黍為主糧的狀態(tài)。氮穩(wěn)定同位素平均值相對之前有明顯下降，可能是由于具有較高氮穩(wěn)定同位素值的水稻攝入量明顯減少。

如圖3 所示，這三個階段的同位素數(shù)據(jù)分布范圍和分布特征都有明顯差別。碳穩(wěn)定同位素值呈現(xiàn)先降后升的趨勢，變化尤為明顯；氮穩(wěn)定同位素值在前兩個階段保持相對穩(wěn)定，后期呈現(xiàn)下降趨勢，說明文化變遷對先民食譜特征產(chǎn)生了明顯影響。

在另一處位于南北文化交界地帶的鄧州八里崗遺址，學(xué)者對不同時期遺存開展的植物浮選結(jié)果表明，仰韶時期呈現(xiàn)稻粟黍幾乎并重的面貌；到屈家?guī)X和石家河時期稻作農(nóng)業(yè)重要性顯著提高；其后的龍山晚期，水稻比重回落、粟黍比重增加[28]。這種變化情況與該遺址的文化變遷情況吻合。下寨遺址與八里崗遺址的情況說明，文化的變遷所產(chǎn)生的影響并不僅僅體現(xiàn)在物質(zhì)文化面貌上，同時也深刻地影響了當?shù)氐霓r(nóng)作物體系和先民食物結(jié)構(gòu)等。

5 結(jié)論

對下寨遺址仰韶晚期、石家河時期、龍山晚期到二里頭時期三個不同階段先民骨骼的碳氮穩(wěn)定同位素分析結(jié)果表明，該遺址先民食譜特征在這一文化變遷過程中經(jīng)歷了兩次明顯變化：仰韶晚期先民以粟黍為主糧，與中原同時期先民的食譜特征相近，并且內(nèi)部差異不明顯。石家河文化主導(dǎo)此地的時候，隨之而來的長江流域稻作農(nóng)業(yè)也對先民生活產(chǎn)生了巨大影響，食物結(jié)構(gòu)為稻和粟黍并存，旱地作物與水稻之間氮穩(wěn)定同位素值差異造成了這一時期先民內(nèi)部的氮同位素值差別。到龍山晚期和二里頭時期，黃河流域文化重新取得優(yōu)勢地位，粟黍重新成為當?shù)叵让竦闹骷Z，食譜特征的內(nèi)部差異也明顯降低。

值得關(guān)注的是，同處于南北文化交界地帶的下寨、溝灣和八里崗遺址，在仰韶時期的食譜特征和農(nóng)作物結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)不同情況。下寨遺址的仰韶先民明顯以粟黍為主糧，與中原地區(qū)仰韶遺址接近；溝灣遺址先民食譜中水稻的影響十分明顯，呈現(xiàn)稻粟黍并重的特點，與八里崗遺址植物浮選反映的作物結(jié)構(gòu)相似。這種差異反映出該地區(qū)粟作農(nóng)業(yè)文化與稻作農(nóng)業(yè)文化并存，即黃河流域的仰韶文化與長江流域的屈家?guī)X- 石家河文化對該地區(qū)的共同影響。雖然這些遺址都呈現(xiàn)出仰韶文化的物質(zhì)文化面貌，反映了仰韶文化在該地區(qū)的影響力，但是粟作農(nóng)業(yè)并未完全取得主導(dǎo)地位，稻作農(nóng)業(yè)在個別遺址仍然存在一定影響。

碳氮穩(wěn)定同位素分析所觀察到的不同時期南北方文化對同一地區(qū)先民食物結(jié)構(gòu)的影響程度，對于研究長江流域與黃河流域文化的交流融合提供了重要參考。文化的變遷導(dǎo)致農(nóng)作物體系變化和先民食譜特征發(fā)生顯著改變，這種影響究竟是通過文化和技術(shù)的傳播來實現(xiàn)，或者是人群的遷移來實現(xiàn)，還需要借助鍶氧同位素分析和古DNA 分析等其他科技手段來做進一步研究。

致謝：兩位匿名審稿人提出的寶貴意見和建議不僅對于本文的完善起到了重要作用，同時也為后續(xù)相關(guān)研究提供了有益的啟發(fā)，在此謹致謝意。

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基金項目：國家重點研發(fā)計劃“文化科技與現(xiàn)代服務(wù)業(yè)”重點專項“中國北方旱作農(nóng)業(yè)起源、形成與發(fā)展研究（一期）”（2022YFF0903503）；國家社會科學(xué)基金項目“淅川下寨：仰韶至石家河文化墓葬發(fā)掘報告”（21BKG015）