距今6000年至4000年前的新石器时代晚期，中国长江和黄河流域出现了大型聚落或中心城市、明显的贫富分化、社会分工和公共权力，这意味着在中心聚落或城市会出现大量不从事农业生产的工匠、商人、士兵、统治阶层等非农业人口。那么，什么样的农业策略可以生产足够的粮食盈余来供养这些非农业人口？

兰州大学环境考古团队针对大地湾遗址的一项最新研究发现，5500年前可持续的集约化粟作农业系统支撑了中国北方的社会复杂化进程。这一研究成果对今天广大发展中国家和地区发展可持续的集约化农业具有启发意义。该研究以“新石器时代中国北方可持续的集约化粟作农业系统”为题，在线发表于《自然》杂志子刊《自然·可持续发展》。

中国是世界文明起源和发展的核心地区之一。在东亚夏季风的影响下，新石器时代的中国形成了南稻北粟的农业格局——北方的黄河流域以粟作农业为主，南方的长江流域以稻作农业为主。在南北两套农业体系的支撑下，中国南方和北方在新石器时代晚期开始了社会复杂化进程。

为了探求究竟是什么样的农业策略支撑了中国北方的社会复杂化进程，兰州大学环境考古团队以大地湾遗址为研究对象，从遗址出土的粟作农业系统核心要素——粟、黍和家猪入手，通过猪牙表层残留物中的淀粉粒和植硅体分析重建猪的食谱，通过粟、黍炭化种子的氮同位素分析追踪农田的施肥行为。为了评估施粪肥对粟、黍种子氮同位素的影响，研究团队还在黄土高原东部的传统粟作农业区开展了现代农田实验。

位于陇西黄土高原的甘肃秦安大地湾遗址是中国北方典型的粟作农业遗址，时代涵盖了前仰韶和仰韶时期（距今7800至4800年），出土了大量家猪骨骼。“在此次研究中，猪颌骨和炭化种子的直接测年结果和考古文化分期显示，只有1件猪颌骨来自前仰韶时期，其余34件猪颌骨应在仰韶晚期（距今5500至4800年），而炭化种子的年代覆盖了整个仰韶时期（距今6500至4800年）。”论文第一作者、兰州大学资源环境学院博士研究生杨继帅介绍。

该团队从34件仰韶晚期的猪牙残留物样品中，发现了3764片来自粟黍稃壳的特征型植硅体，粟黍稃片植硅体的平均含量达57.4%，有6个样品甚至达到了80%，出现频率高达91.2%。然而，在所有仰韶晚期的猪牙残留物中仅发现15颗粟类淀粉粒，出现频率极低，仅为17.6%。“粟类淀粉粒来自脱壳后的粟黍籽粒，粟黍稃片植硅体来自粟黍稃壳。猪牙残留物中粟黍稃片植硅体与粟类淀粉粒在数量和出现频率上悬殊的对比，说明人用粟黍稃壳喂养家猪。”杨继帅说。

考古遗址出土的粟、黍的氮同位素值是反映施肥效应的可靠指标。研究团队在黄土高原东部的山西武乡县找到了一块长期施用猪粪的农田，开展粪肥对粟氮同位素影响的现代过程研究。通过测试发现，田内长期受粪肥影响的粟氮同位素值明显高于田外不受施肥影响的粟和杂草种子样品的氮同位素值，说明施粪肥可以显著提升粟的氮同位素值。

测试显示，12份大地湾粟、黍炭化种子样品的氮同位素值不仅明显高于仰韶时期大地湾遗址当地自然植被的氮同位素估计值，而且与长期施粪肥的现代农田中的粟氮同位素值相当，说明大地湾遗址仰韶时期存在持续的粟、黍农田施肥行为。

“也就是说，在距今5500年前，大地湾遗址形成了一种高度集约化的农业模式：人吃粟米，猪吃农作物废料——稃壳，这样可以避免人和猪的食谱重合和竞食关系；用稃壳喂猪是一种严格的食谱控制行为，暗示家猪是圈养的模式，圈养便于收集粪便；猪粪施肥可以维持土壤肥力，避免或者缩短休耕期，在不扩大种植面积的条件下提高农业产量。”杨继帅告诉记者，这种粟作农业生产模式的核心特点与现代可持续的集约化农业完全一致，说明新石器时代晚期，粟、黍种植和家猪饲养紧密结合形成了可持续集约化的粟作农业模式，克服了黄土高原地区粟、黍产量低和黄土肥力有限的瓶颈，为新石器时代晚期中国北方的复杂社会发展提供了经济基础。

目前，全球有25亿农民从事类似的集约化农业生产，管理着全球60%的耕地，生产了全世界50%的粮食。“大地湾遗址的农业案例，对人类社会今天的生产和发展具有启示意义。在广大发展中国家和地区发展可持续的集约化农业，仍然是捍卫全球粮食安全和实现生态文明的关键途径。”杨继帅说。

此项研究的参与者还包括来自中国科学院青藏高原研究所、甘肃省文物考古研究所、南京农业大学、伦敦大学学院、澳大利亚国立大学等多家研究单位的考古学家和植物考古学家。

记者：宋喜群、王冰雅 通讯员：吴雪娇

编辑：李敏

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主编：王生朝