基于人牙结石的淀粉粒证据探讨裴李岗遗址先民植物性食物来源

陶大卫

(郑州大学历史学院考古系，河南郑州 450001)

0 引 言

中国古代农业的形成是一个非常漫长的渐变过程，其中旱作农业起源于北方地区，主要种植粟和黍两种农作物[1]。这一农业体系在北方不同区域内是如何产生和发展，也就成为旱作农业起源研究的一个重要课题。史前人类食物构成很大程度上能反映出当时聚落生业经济和农业发展水平。中原地区是粟作农业起源的关键区域之一，也是中华文明起源、形成与发展的核心区域[2-3]。系统研究新石器时代中原地区先民食物结构，有助于深入了解中原地区早期农业的形成过程，深化对北方不同区域由采集狩猎经济向粟作农业经济转化过程的认识。这对于揭示粟作农业形成和发展过程，及其对中华文明起源和发展的影响等都具有重要意义。

古代人类食物结构研究的方法众多，人骨的稳定同位素分析、动物考古、植物考古和残留物分析等都能提供先民食物结构的直接或间接证据[4-6]。近些年来，越来越多的研究关注从人牙结石中提取出残留的淀粉粒来探讨古代人类植物性食物构成[7]。

淀粉是葡萄糖分子聚合而成的长链化合物，以淀粉粒的形式储存在植物的根、茎及种子等器官的薄壁细胞细胞质中。不同植物的淀粉粒在形状、类型、大小、层纹、脐点以及消光十字等方面各有特征，因此淀粉粒的综合形态特征可以作为鉴定其植物种属的重要依据[8]。淀粉粒分析方法自20世纪80年代开始在考古学中逐步应用，使得人们对农业起源、古代人类食物结构、器物功能和食物加工方式等有了新的认识[9-12]。

牙结石即是附着于牙齿表面的矿物质化的牙斑。它的形成受多种因素影响[13]，食物结构是其中重要的影响因素之一[14]。人牙结石在形成过程中会有食物残留沉积其中，这些食物残留会包含淀粉粒；而牙结石的矿化性质为残留其中的淀粉粒提供了保护环境。古代人类牙结石中的淀粉粒如果被提取并鉴定出来，将能为其植物性食物构成提供最直接的证据[15-16]。

裴李岗文化是新石器时代中期中原地区最具代表性的考古学文化。它以1977年起发掘的河南新郑裴李岗遗址为代表而得名，已经重点发掘的遗址还包括新密莪沟[17]、长葛石固[18]、舞阳贾湖[19]和新郑唐户[20-21]等。裴李岗文化先民已开始定居[19-21]，石磨盘和石磨棒已被证明是用以农作物和采集植物等的加工[22-24]，发现有家猪和家狗等遗骸[25]。这些都能表明裴李岗文化时期以及其后的仰韶文化时期是中原地区粟作农业形成和发展的关键阶段。多学科多角度重建裴李岗文化先民的食物构成，将为探讨中原地区新石器时代中期聚落生业经济和早期农业形成过程提供新证据。

目前裴李岗文化先民食物结构研究很少，且主要集中于贾湖遗址[4，26]。然而贾湖遗址文化遗存具有明显的地域特征，或代表一直独立的考古学文化[19]，至少是裴李岗文化的一个地方类型[27-28]；同时贾湖遗址农作物以水稻为主，并不存在粟类作物。贾湖遗址居民食物构成并不能全面反映裴李岗文化先民食物结构。中原地区已发掘的裴李岗文化遗址虽然不少，但多数遗址由于发掘年代较早等原因并未开展系统浮选，已无法获取植物大遗存。虽然近几年裴李岗文化众多遗址出土的石磨盘和石磨棒都开展过淀粉粒分析[22-24]，但石器上提取的淀粉粒可能来自于其他非食用植物，它们所反映的人类植物性食物信息有可能存在偏差；而人牙结石中残留的淀粉粒直接来自于古代居民摄入的食物，它能够较为准确地反映先民食物来源。值得庆幸的是，裴李岗文化很多遗址出土有丰富的人类遗骸，这使得系统开展人牙结石淀粉粒分析成为可能，为探讨裴李岗文化先民食物来源提供了新途径。本研究利用淀粉粒分析方法，对裴李岗文化典型遗址—河南新郑裴李岗遗址仅存的两具人骨牙齿上的结石开展研究，试图了解该遗址居民植物性食物构成，期望能为全面认识中原地区裴李岗文化先民食物构成和聚落生业经济等提供新证据。

1 样品与实验

1.1 遗址背景

裴李岗遗址位于河南省新郑市新村乡裴李岗村西地，面积20000m2，开封地区文管会和中国社会科学院考古研究所先后进行过四次发掘，共发掘面积2615m2。该遗址文化堆积比较单纯，共清理出裴李岗文化墓葬114座[28]。1977年、1978年和1979年三次发掘共测过六个14C年代数据，发掘者综合认为“有两个数据偏早，而且误差较大，一个数据则嫌稍晚，暂不采用。另外三个数据分别为ZK754公元前5945±200年，ZK753公元前5235±200年，ZK571公元前5195±300年，这三个数据与密县莪沟北岗是比较接近的……因此，把裴李岗遗址的年代定为公元前5495—5195年是比较合适的”[29]。

1.2 样品概况

裴李岗遗址发掘的人骨绝大多数并未保存下来，仅存的两具人骨均是1977年发掘的，墓葬编号分别为M2和M5，保存状况较差，现藏于河南省新郑市博物馆。此次分析的人牙结石就来自于这两个个体的5颗牙齿[30](图1)。

图1 裴李岗遗址M5选取的两颗牙齿T1和T2(黑色圆圈内可见明显结石残留)

1.3 人牙结石中淀粉粒的实验室提取

1) 将人牙结石样品转移至研钵中，轻轻研磨至粉末状；

2) 将人牙结石粉末转移至2mL离心管中，加入1mL浓度为10%的稀盐酸，静置1h左右；

3) 加超纯水并以3000r/min离心10min清洗，吸出上部液体并丢弃，重复此步骤一次，保留底部残留；

4) 再加入酒精，以3000r/min离心15min，吸出上部液体并丢弃，底部沉淀的即为残留物，静置干燥；

5) 用甘油制片并用指甲油封片；使用奥林巴斯BX53偏光显微镜在200倍下观察载片，在400至600倍下拍照，同时测量淀粉粒大小和记录形态特征。现代淀粉粒形态数据是开展古代淀粉粒分析的基础。为了识别从人牙结石中提取的淀粉粒，对收集的来自禾本科、豆科、壳斗科等20多个属50种左右的现代植物淀粉粒形态进行了分析[31]，同时淀粉粒的种属鉴定还参考了国内、北美、欧洲和澳洲的淀粉粒研究文献[32-35]。

1.4 实验室提取过程的污染判断

淀粉粒分析实验中的污染排除是非常重要且必要的环节。淀粉粒实验在单独的实验操作间进行，所有实验器具均经过污染检测，且高温煮沸以去除污染可能性。同时为了判断实验室牙结石中淀粉粒提取过程是否存在污染，制作了对比样品，即将超纯水按照上面的提取程序处理后制出空白载片，在奥林巴斯BX53偏光显微镜下进行观察，从观察结果来看实验室提取过程并未带来污染。

2 实验结果

5份人牙结石样品中共提取出38颗淀粉粒，其中4颗淀粉粒破坏严重，其余34颗淀粉粒依据大小、形状、脐点、层纹和消光十字等特征，分为6类(表1)。

表1 裴李岗遗址人牙结石提取出的淀粉粒种类和数量

第Ⅰ类：15颗，均为多边形，其共同特征为脐点居中，开放或者闭合，淀粉粒粒径范围为5.4～18.7μm(图2a～f)。多边形淀粉粒大多来源自禾本科植物，对比现有的禾本科植物淀粉粒形态，这些多边形淀粉粒和来自黍属、狗尾草属、稻属、薏苡属和高粱属等的比较相近[11][36](图3a～b)，但稻属淀粉粒粒径很小[11][37]，而高粱淀粉粒径偏大且不少有层纹[38]，故不应该来自这两个种属。其中3颗淀粉粒粒径均小于8μm(图2a～b)，和黍属淀粉粒特征较为吻合；有9颗淀粉粒粒径介于10～14μm之间，应该来自于狗尾草属(图2c～d)；剩余3颗粒径均大于16μm，不排除来自薏苡属的可能(图2e～f)。

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

第Ⅱ类：5颗，主要形状有圆角三角形、水滴状椭圆形。1颗呈水滴状椭圆形，淀粉粒粒径为17.6μm，脐点居中，表面光滑，无层纹，呈“X”消光(图2g～h)；3颗为圆角三角形，其中2颗粒径分别为17.1μm和12.8μm，脐点居中，呈“十”字消光，另1颗粒径为19μm，脐点居于一侧(图2i～j)；1颗为卵形，粒径为30.1μm，脐点居中，有穿过脐点的径向裂隙(图2k～l)。这些淀粉粒的外形、大小等特征与栎属果实的淀粉粒较为吻合[39](图3c～d)。

第Ⅲ类：2颗，肾形或椭圆形。肾形淀粉粒粒径为31μm，脐点居中，表面有凹坑，层纹不明显，消光臂弯曲变形(图2m～n)；椭圆形淀粉粒粒径为21.4μm，脐点居中，中间有明显凹坑，层纹可见，消光较弱(图2o～p)。这2颗淀粉粒均具有明显的豆科植物淀粉粒特征[40](图3e～g)，应是来自豆科植物。

a.黍(Panicum miliaceum)，淀粉粒粒径范围5.96～10.99μm；b.粟(Setaria italica)，淀粉粒粒径范围6.23～19.35μm；

第Ⅳ类：1颗，椭圆形，粒径为41.1μm，脐点居于一端，脐点处有近“Y”形裂隙(图2q-r)。这种脐点极端偏心、粒径较大的淀粉粒具有明显的块根块茎类植物淀粉粒特征[41](图3h)。虽仅有1颗，但来自块根块茎类植物无疑。

第Ⅴ类：5颗，近圆形或圆形，但具体特征存在差异。1颗呈圆形，粒径为14.6μm，脐点居中开放，脐点处有星状裂隙，表面光滑，和薏苡属的淀粉粒特征比较吻合[36，42]。但仅1颗，故存疑(图2s～t)；1颗呈近圆形，粒径长轴为11.9μm，脐点居中封闭，2颗呈圆形，粒径分别为18.9μm和16.3μm，表面光滑，前者还被牙结石包裹，这3颗淀粉粒其他特征不明显，很多植物都产生这种近圆形或圆形淀粉粒，故暂时不作具体分类(图2u～v)；另1颗呈圆形(图2w～x)，但消光十字特征基本不见，粒径为37.3μm。整体特征和经过烹煮的小麦族淀粉粒类似[43-44](图3i～j)，有可能来自小麦族，但因仅有1颗，故存疑。

第Ⅵ类：6颗，不规则形态，粒径长轴范围为10.0～20.8μm，特征各异(图2y～z；1～2)，不见于现代植物淀粉粒形态数据库和已发表的淀粉粒文献，暂且无法鉴定这些淀粉粒种属。

3 讨 论

3.1 裴李岗遗址居民的植物性食物构成

此次分析的裴李岗遗址人牙结石中均发现有淀粉粒残留，这些淀粉粒来自多种植物，反映出该遗址先民植物性食物来源的多样性。

粟、黍是新石器时代北方地区最为重要的两种农作物。早到11000年前粟类植物的栽培已经存在[12]。与裴李岗文化同时期的磁山文化和兴隆洼文化遗址中都发现有粟类作物遗存[45-46]。裴李岗文化的裴李岗、莪沟、石固和唐户等遗址均发现有粟黍植物微体遗存[22-23，47]。由此可见粟黍农作物在新石器时代中期的北方地区已经广泛栽培。鉴于裴李岗文化众多遗址粟黍类遗存的发现，裴李岗遗址人牙结石中发现的部分第Ⅰ类多边形淀粉粒很可能来自狗尾草属的粟和黍属的黍。

栎属植物早在更新世末期即被采集利用[48]，至全新世早期，它已是重要的食物资源。长江下游的上山和小黄山[49]，辽河流域的白音长汗[50]，华北地区的东胡林[51]和上宅[52]，以及黄河下游的西河、小荆山和月庄等遗址[53]都发现有炭化栎属果实，跨湖桥遗址许多灰坑中就发现大量形态完整的橡子[54]。裴李岗遗址未发现有炭化栎属遗存，但裴李岗文化其他遗址如贾湖、莪沟、水泉等以及班村遗址都发现栎属遗存[26，55-57]；而且裴李岗、莪沟、石固、寨根和班沟等遗址磨盘磨棒都加工过栎属植物[22-24]。此次人牙结石中栎属淀粉粒的发现也证实裴李岗遗址居民确实食用栎属果实。

块茎类植物早在旧石器时代晚期就已被利用[58]，我国华南地区在新石器时代有可能就存在种植块茎类植物的园圃农业阶段[59]。此类植物的淀粉粒在新石器时代早期的南庄头遗址和东胡林遗址出土器物上就有发现[12]。此次人牙结石中块茎类植物淀粉粒的发现表明该类植物也是裴李岗遗址居民的食物来源。数量仅有1颗，但这应不是块茎类植物在裴李岗居民食物构成中的实际比例。贾湖遗址就浮选出丰富的炭化块茎遗存[26]，裴李岗遗址磨盘磨棒上也都发现有一定数量的块茎类淀粉粒[23-24]，因此块茎类植物在裴李岗遗址居民食物构成中应占有一定比例。

豆科植物早在旧石器时代晚期就被加工利用[50,58]，至全新世早期南北方许多遗址都发现有豆科植物遗存[11,23,26,55]。人牙结石中发现的豆科淀粉粒表明豆科植物已是当时人们的食物来源。裴李岗遗址磨盘磨棒上并未发现豆科植物淀粉粒，或许表明这些豆科植物并不需要加工，而是直接煮熟食用。

淀粉粒分析使得人们认识到人类很早就开始利用小麦族植物[11-12,24,49]。此次分析的人牙结石中并未发现明确来自小麦族的完整淀粉粒，但第Ⅴ类中有1颗受破坏淀粉粒的整体形态特征和经过加热的小麦族淀粉粒形态较为吻合，而且裴李岗遗址磨盘磨棒上就发现有数量丰富的小麦族淀粉粒[22]，因此这颗受破坏的淀粉粒来自小麦族的可能性较大。

38颗淀粉粒中有34颗完整淀粉粒形态特征明显，其中22颗来自坚果类、块茎类和豆科等，另外6颗淀粉粒虽无法鉴定其具体种属，但依据它们的形态特征可以确定它们并非来自粟黍类农作物；余下12颗很可能来自狗尾草属和黍属。即使这12颗均来自粟黍类作物，来自采集植物的淀粉粒仍占多数。这或许表明采集植物构成了裴李岗遗址居民植物性食物的主体，粟黍类农作物仅处于次要地位。

需要指出的是，目前对于古代淀粉粒的保存机制了解较少，且不同植物淀粉粒的保存几率很可能存在差异[31,60]；而且此次分析的人牙结石样品仅有5份，且只来自两个个体，样品量偏少。因此基于牙结石中残留的不同种属淀粉粒比例所得的裴李岗遗址先民植物性食物构成有可能是存在偏差的。

3.2 裴李岗遗址居民植物性食物构成反映的聚落生业经济

裴李岗遗址人牙结石的淀粉粒分析表明采集植物在裴李岗居民植物性食物中占有优势，食物构成呈现出广谱性特征。这与裴李岗文化其他遗址的植物考古研究结果较为一致。贾湖遗址系统浮选结果表明该聚落生业经济仍以采集渔猎为主[26]；裴李岗、莪沟、石固和寨根等裴李岗文化遗址石磨盘磨棒淀粉粒分析都显示此类石器加工对象主要为采集植物[22-24]。由此可见，新石器时代中期包括裴李岗遗址在内的裴李岗文化各个遗址的生业经济处于低水平食物生产阶段[61]。

4 结 论

针对裴李岗遗址仅存的两具人骨牙齿上的结石开展了淀粉粒分析，成功提取到一定数量的淀粉粒，获得了该遗址居民植物性食物构成的直接证据。这些淀粉粒绝大多数形态完整，特征明显，其中多数淀粉粒来自坚果类、块茎类和豆科等非农作物，少量很可能来自粟黍类农作物。这表明裴李岗遗址居民植物性食物以采集植物为主，食物构成呈现广谱性特征。结合贾湖、莪沟、石固和寨根等遗址的植物考古学研究，新石器时代中期以裴李岗文化为代表的中原地区生业经济仍以攫取性采集经济为主。

致谢： 河南新郑市博物馆杜平安馆长、王凯先生和郑州大学朱津博士在取样过程中给予了热情帮助，南开大学历史学院张国文副教授对初稿提出了许多建设性意见，在此谨致谢忱。

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