新石器时代中国北方可持续的集约化粟作农业系统 兰州大学供图

近日，兰州大学环境考古团队题为《新石器时代中国北方可持续的集约化粟作农业系统》的研究成果在《自然—可持续发展》在线发表，揭示秦安大地湾遗址5500年前就有了“生态循环农业”，与现代可持续集约化农业模式完全一致。

人类起源、农业起源和文明起源是史前人类社会发展的三大里程碑。新石器时代晚期（距今6000—4000年），四大文明相继出现，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，大量工匠、商人、士兵、统治阶层等非农业人口出现。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？这一直是学界关注的焦点。

在中国，新石器时代的中国形成了南稻北粟的农业格局。在黄河流域，仰韶文化晚期（距今5500—5000年），以大地湾、下河、西坡和双槐树遗址为代表，出现了大型仪式性建筑、宫殿和等级化墓地等明显的社会复杂化现象。至距今4300年左右，以石峁遗址和陶寺遗址为代表的城市中心崛起，最终在距今3800年前后，以二里头遗址为代表的区域性国家出现。在长江流域，距今5300年已经出现了以良渚古城为代表的区域性国家，植物考古研究显示，单一的精细化稻作农业支撑了良渚的城市发展，其重要原因是水稻的产量高。

但在黄河流域，粟作农业的两种主要农作物粟（俗名谷子，脱壳后称为小米）和黍（俗名糜子，脱壳后称为黄米），其产量不及水稻的一半。而且，粟、黍的主要种植区在黄土高原，土壤粘土含量低，有机物容易流失，无法维持长期高强度的耕种，如果不施肥的话需要休耕来恢复地力。产量低和休耕使北方的粟作农业社会面临粮食生产的瓶颈。如何提升产量？是扩大耕种面积？还是通过施肥来避免休耕期？

兰州大学环境考古团队以位于陇西黄土高原的甘肃秦安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（δ15N）分析追踪农田的施肥行为，发现在距今5500年前，大地湾遗址已经形成了一种高度集约化的农业模式：人吃粟米，猪吃稃壳；圈养家猪，收集粪便；猪粪肥田，维持地力，避免休耕，提高产量。这种农业模式与现代可持续的集约化农业模式完全一致，说明新石器时代晚期中国北方粟作农业社会便通过粟、黍种植与家猪饲养的紧密结合，克服了粟、黍产量低和黄土肥力有限的瓶颈，为当时中国北方的复杂社会发展提供了经济基础。该期刊高级编辑William Burnside在对该研究的评论中指出，我们应当从中国北方新石器时代的古老案例中汲取启示。

甘肃秦安大地湾遗址是中国北方新石器时代典型的粟作农业遗址，包括了前仰韶和仰韶文化时期的各类遗存。遗址出土了大量家猪骨骼和粟、黍的炭化种子，为本研究提供了丰富的研究材料。以往研究发现，新石器时代晚期中国北方粟作农业遗址的家猪骨骼碳同位素（δ13C）数据指示，C4植物（包括粟和黍）在猪的食谱中占比高达80—90%，这不免让人怀疑猪与人是否同时消费粟米，形成竞食关系。通过此项研究发现，大地湾遗址中猪与人并不存在竞食关系，家猪食用的是农作物废料—稃壳；而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，更方便于收集粪便。

据悉，兰州大学资源环境学院博士研究生杨继帅为论文第一作者，兰州大学教授杨晓燕和张东菊为该论文通讯作者和共同第一作者。中国科学院院士陈发虎与杨晓燕、张东菊共同设计和指导了此项研究。

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。

相关论文信息：https://doi:10.1038/s41893-022-00905-9