孢粉分析在考古學中的應用

根據繁殖器官的不同，植物可分為孢子植物和種子植物兩大類。孢子植物產生孢子用于繁殖，包括藻類、菌類、地衣、苔蘚、蕨類等。種子植物又稱顯花植物，花粉是種子植物的繁殖細胞。種子植物包括裸子植物和被子植物，裸子植物的種子裸露在外，其外層沒有果皮，被子植物的種子外層有果皮包被。孢粉是孢子與花粉的統稱，都是植物的繁殖細胞。

孢子與花粉具有體積小、重量輕、產量大、耐高溫、易于被風揚起、傳播路徑廣等特點，單個孢粉直徑介于5—100微米之間，以水稻花粉為例，日本學者中村純研究發現每朵水稻花可產生約8000粒花粉。孢粉雖小，但都具有堅硬、耐酸堿、耐高溫、耐壓的外殼，使其能夠在惡劣的環境下保存上萬年甚至百萬年而形態不變。

當孢子與花粉在孢子囊或花藥中成熟后，依靠風、水或動物等動力離開母體，其中很少一部分孢粉能完成最終的繁殖功能，大部分孢粉落在植物母體附近的土壤中，另有一部分孢粉會被外力攜帶到遠離母體的地方。未完成繁殖功能的孢粉最終在地層中不斷聚集并保存下來，成為今天科學研究的重要標本。

孢粉分析的原理

一定的氣候、地質等條件下產生一定的植物群，從而產生特定的孢粉組合。因此不同的孢粉組合反應不同的植物群落，而不同的植物群落則對應著不同的氣候環境。

不同植物的孢粉在大小、形狀和結構上有所不同，所以可以利用孢粉判定其母體植株。長期聚集并保存于地層中的孢粉普遍存在于各個考古遺址當中，因此可以根據遺址地層中所包含的孢粉種類，推測與地層同時期的植被面貌及植物所適應的氣候、生態等特征，進而還原古人類生產、生活的環境背景，以及古人類對于自然環境的利用與改造。

在田野考古發掘過程中，采集不同地層中的土壤樣品，在實驗室進行化學處理后，從中提取孢粉，然后利用顯微鏡進行種屬鑒定，最后經統計、分析、復原，重建當時的自然環境。

最早將孢粉分析技術應用于考古學研究的是丹麥考古學家薩勒佑（G.Saraun），薩勒佑于1897年運用孢粉分析研究哥本哈根附近冰后期的泥炭層。1882—1910年，布列特（A.Blytt）和色爾南德爾（R.Sernander）研究了斯堪的納維亞地區泥炭層的孢粉，將該地區全新世自老至新劃分為前北方期、北方期、大西洋期、亞北方期和亞大西洋期5個時期。因1萬年以來的孢粉分析研究極為詳細，故每個時期都有相應的孢粉帶。20世紀50年代，根據14C年代測定的資料獲得斯堪的納維亞地區5個時期的具體時間，使該地區成功復原了1萬年以來的氣候環境。斯堪的納維亞地區的研究工作成為孢粉分析在考古學研究中的經典案例。

孢粉分析的應用

20世紀以來，孢粉分析在考古學研究中逐漸得到普及，尤其在植物考古、環境考古、農業考古等領域得到廣泛的應用。日本學者利用孢粉分析復原了新石器時代各個時期的植被演變情況，研究遺址環境與人類活動的相互關系。瑞典學者利用大量的孢粉分析數據，建立起歐洲東北部大范圍森林植被的變化模型，并將這一模型與考古資料結合，發現了氣候環境與人類文明興衰之間的同步性。

我國考古學研究中孢粉分析的應用雖然起步較晚，但目前已開展了大量的工作，如著名的北京周口店、桂林甑皮巖、余姚河姆渡、西安半坡、民和喇家、襄汾陶寺等遺址均已開展過孢粉分析工作，取得較為顯著的成果。孢粉分析的開展，解決了大量傳統考古學手段難以解決的問題。

確定遺址的年代

考古學研究中，判斷遺存年代的方法有14C測年、熱釋光測年、光釋光測年、樹木年輪測年、古地磁測年等，其中14C測年運用最為廣泛。但是對于一些特殊的考古遺存，傳統的測年方法并不能滿足研究需求。

孢粉分析在確定遺址年代方面的優勢在于一定時期、一定范圍內的孢粉組合是相似的，如在年代不詳的遺址文化層中發現了另一已知年代遺址文化層的孢粉組合，即可確定此遺址文化層和已知文化層的年代相當。

云南滄源縣境內，考古工作者發現大量用赤鐵礦粉與動物血調合成顏料繪制的巖畫。由于巖畫的特殊性，文字記載和附屬遺物極少，斷代問題一度未能解決。有學者利用14C測年技術測定其年代為距今3030±70年，也有學者根據巖畫的動物圖形和崖下出土的新石器時代遺物，判斷年代屬于新石器時代。兩種斷代方法推斷出的年代相差較大。胡雨帆等分析了融合在巖畫顏料中的孢粉組合，根據布列特—色爾南德爾的冰后期氣候和森林演化分層，滄源巖畫顏料中的孢粉組合對應亞北方期，而亞北方期屬于青銅時代，說明巖畫年代為青銅時代，距今3000年左右。這一數據與14C測年結果基本吻合。

構建古人類生存的環境背景

人類社會的形成和發展與其所處的自然環境密切相關，尤其是史前時期，人類生產生活嚴重依賴周邊自然環境。分析遺址文化層中的孢粉，復原當時的植被構成情況，可以了解當時人類生存的環境背景。王開發等對上海亭林遺址做了孢粉采集分析，遺址生土層中孢粉組合以草本植物花粉為主，藜科花粉最多，其次是澤瀉科、蒿屬、禾本科等。木本植物花粉在組合中處于次要地位，以柏、栗、櫟、松較多，桑、楓、楊等少數。孢子數量較少，主要是水龍骨科和蕨屬。孢粉組合反映出亭林遺址當時地處海濱，土壤中含鹽度大，所以主要是鹽生藜科花粉。柏、松、櫟、栗等反映出當時氣候比目前涼干，年平均溫度可能比現在低1—2℃。

羅二虎等通過對成都指揮街遺址的孢粉分析，大致勾勒出遺址所在區域3000年以來自然環境演變的輪廓：西周以前，該區域的植被面貌是以闊葉樹為主的闊葉林，代表溫暖濕潤的氣候環境，并且遺址附近可能有湖沼凹地；春秋時期可能主要是以暖性松林為主的針闊葉混交林，其間棲息著蕨類植物以及一些草本植物，一些水生植物的存在反映當時具有一定的水生環境；中唐至晚唐時期，該區域與前期相比發生巨大變化，森林植被幾乎消失，菊科植物占有絕對優勢，對于森林的消失，研究者推測可能是人類的活動和干擾造成的；唐末至宋代前期，孢粉組合中菊科仍占較大優勢，木本植物花粉的含量有所回升，蕨類植物的孢子數量和種類也較快增加，還出現了一些水生植物，反映出當時的氣候比較溫暖潮濕；明代前后，植被與前一期轉變不大，氣候較為溫暖，同時禾本科植物的增多表明當時栽植作物的范圍和程度有所提高；現代表土層中的孢粉組合表明現代氣溫較前一期有所回升，更加溫熱。

探討古人類對自然環境的改造與利用

人類生存依賴自然環境，人類活動同樣也在不斷地影響和改造自然環境。通過觀察人類活動造成的孢粉組合變化，可以探討人類對自然環境的改造與利用。

1941年，埃沃森（Iversen）通過孢粉分析發現丹麥地區新石器時代人群曾大量砍伐森林資源用以燒火取暖、建房避寒，開墾土地用以放牧和耕作。孢粉組合較人類活動前發生較大變化，遺址廢棄之后，人類活動的影響減小，周邊的森林重新出現。

日本學者安田喜憲對大阪彌生時代前、中期爪生堂遺址進行了孢粉分析。彌生時代以前，遺址周圍生長著以青岡屬、栗為主的森林。彌生時代由于人類大量砍伐森林，遺址周圍已發育為禾本科和水龍骨科為主的草原。彌生時代末期遺址廢棄以后，周圍森林再度恢復，但這時的森林除了青岡屬，還增加了松等再生性很強的樹種。

上述兩個例子充分說明了人類的生產生活對周邊的自然環境造成的巨大影響，一般的考古學手段難以揭露出這樣的變化，而孢粉分析完美還原了人類對自然環境的改造與利用。

探索農業起源與農作物栽培

農業起源是考古學研究的一個熱點問題，植物考古是研究農業起源的重要手段之一，通過浮選遺址中采集的土樣，獲得植物種子，進而探討起源等問題。孢粉分析同樣可以運用到植物考古當中，探討農業起源與農作物栽培的問題。

考古工作者在河姆渡遺址第四文化層孢粉組合中發現大量栽培稻的花粉，此層普遍見到水稻的谷殼、稻稈和稻葉，經鑒定屬于栽培稻的秈亞種。

據陳學林研究，上海青浦寺前遺址的孢粉組合自下而上經歷6個不同的植被演替階段，揭示出新石器時代三個不同文化層時期人類活動情況：第一文化層時期，遺址離海較近，主要從事漁獵活動；第二文化層前期，孢粉組合中出現大量栽培的禾本科植物花粉，且遺址離海逐漸變遠，表明人類除漁獵以外，還從事農耕活動；第二文化層到第三文化層，孢粉組合中除出現大量栽培的禾本科植物花粉外，還出現較多的桑屬花粉，表明遺址離海越來越遠，人們開始進行種桑養蠶活動。

魏興濤等開展了河南西平上坡遺址的孢粉分析工作，遺址龍山時代晚期為暖溫帶落葉闊葉林，農作物籽實也僅見黍一種，反映該時期這一地區以旱作為主的可能性。

孢粉分析不僅可以確定遺址的年代，構建人類生產生活的環境背景，還能探索人類對自然環境的改造與利用、農作物栽培等問題。同時，孢粉分析與其他考古學手段相結合，還能解決斷代的問題。

（作者為陜西省考古研究院助理館員）