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來源：《西域研究》2022年第1期 人和動物骨骼中的碳、氮穩定同位素能夠有效區分其食譜中粟黍和麥類作物的貢獻程度，以及肉類蛋白的攝入水平，進而探究不同文化人群的遷移過程和生業模式。先前的研究認為，進入早期鐵器時代，歐亞大陸內部先民才開始更多地食用粟黍。為了探究阿勒泰地區史前居民食物構成和生業模式，我們分析了阿勒泰地區青銅—早期鐵器時代4處墓地出土的動物和人骨碳、氮穩定同位素，發現本地區青銅—早期鐵器時代先民普遍大量攝入肉類蛋白，食譜中粟黍來源食物的比重整體偏低。結合本區域作物生長積溫要求和過去氣候重建結果，我們認為：阿勒泰地區氣候條件不利于發展粟黍農業。早期鐵器時代，人群大規模的流動可能促進了粟黍類作物在整個歐亞大陸人群食譜中的流行。 大約自1萬年前以來，以粟黍農業為代表的中國北方旱作農業體系和以大小麥為代表的西亞農業體系逐步確立，伴隨豬、牛、羊等重要家畜的馴化，深刻地影響了后世世界文明的進程。隨著人群流動，農業產品或技術也隨之向世界各地傳播，這種生業模式的時空變化歷史是史前農業全球化研究關注的重要問題，為解答史前農業全球化路線、過程等重要問題提供關鍵的依據。 關于早期粟黍和麥類作物在歐亞大陸的傳播進程和路線，多位學者基于現有的發現提出自己的設想，由于新疆地處東亞和西亞地理中間位置，普遍認可新疆是粟黍和麥類作物相向傳播最早交匯點，且最大可能是沿天山最終相遇。[2]但近年來，隨著比天山更靠北的阿爾泰山南緣通天洞遺址的發掘和研究，[3]該遺址中粟黍、麥類作物的發現，將東西方作物在阿勒泰地區的相遇時間向前推進到了距今5000年前，也凸顯了阿勒泰地區在早期跨大陸文化交流中的重要地位。遺憾的是，除上述地點外，阿勒泰地區缺乏其他的植物考古研究工作，[4]極大地制約了我們對本地區史前時代居民作物利用歷史的認識。通天洞遺址雖然提供了關鍵的證據，但僅憑上述這一處發現，難以得出確切的粟黍和麥類作物經由此地向周邊區域傳播的具體路徑。[5]因此，粟黍、麥類作物的傳播過程，尤其是在阿勒泰地區史前人群中作為食物利用的歷史尚待深入研究。 相較而言，骨骼同位素分析可以有效揭示個體生前一段時間的食物組成，并在群體水平上反映不同個體的營養級水平等信息，該方法已在全球范圍內被廣泛的用于史前人群食性和生業模式的重建。[6]尤其因骨骼中的碳同位素水平可以敏感地反映人群對C4來源食物的攝入，使得骨骼同位素分析成為了研究粟黍、玉米等重要C4作物傳播利用歷史的一項重要手段。歐亞大陸內部自然植被以C3為主，同是C3的麥類作物的攝入并不會顯著改變人群和動物原來的碳同位素組成，但是C4來源食物的攝入會帶來人和動物骨骼碳同位素比值的大幅度躍升。根據歐亞大陸廣泛的植物考古發現，一般認為骨骼碳同位素中的C4信號來自粟黍。溫特斯加·米勒（Ventresca Miller）和馬克爾維克茲（Makarewicz）[7]（圖1a）收集了大量已發表的新石器時代至早期鐵器時代歐亞大陸內部各遺址的骨骼同位素數據和植物大化石證據，認為阿勒泰以西的哈薩克斯坦中部地區人群最早攝入粟黍始于青銅時代末期，即公元前1、2千紀之交，表現為人骨碳同位素值在－18.8‰和－16‰間變化；而在阿爾泰山北緣的西南西伯利亞地區，先民食物中一直未見粟黍發揮明顯作用，表現為人骨碳同位素數據一直處在－18.0‰以下；在阿爾泰山北緣偏東的米努辛斯克盆地，人骨碳同位素數據（－19.5‰～－15.9‰）表明早在青銅時代早期（公元前3千紀中晚期），人群就開始少量攝入粟黍類作物，至青銅時代晚期（公元前2千紀中晚期），人群對粟黍的消耗量明顯加大，這一時期，人骨碳同位素比值在－18.0‰～－11.8‰間變化，并且這種情況一直持續到早期鐵器時代（公元前1千紀）。由此可見，粟黍在阿勒泰地區周邊各區域史前人群的食物中始終未占主導地位。在史前文化發展明顯受到上述各地區考古學文化影響的阿勒泰地區，[8]先民骨骼同位素是否記錄同樣的粟黍攝入情況及變化趨勢？阿勒泰地區現有的骨骼同位素研究證實，人群少量攝入粟黍類食物的歷史早至青銅時代早期（阿依托汗1號墓地），[9]但這一結論的得出僅依靠兩個樣品（－15.9‰和－16.4‰）。至早期鐵器時代（喀拉蘇墓地），粟黍的攝入并未表現出增多的趨勢（－17.0‰～－16.4‰，n=4），[10]仍屬少量。 為了更好地理解阿勒泰地區史前居民食譜構成和生業特征，本研究選取阿勒泰地區青銅（托干拜2號、東喀臘希力克別特）和早期鐵器時代（喀拉蘇、圖瓦新村）共4個遺址（圖1b）的骨骼樣品進行碳、氮穩定同位素分析，為該區域在史前農業全球化進程中發揮的作用提供新的見解和更多的證據支撐。
圖1 阿勒泰地區及其周邊 （a，周邊集中開展過骨骼同位素分析的區域；b，本文所涉及阿勒泰地區遺址分布圖） 阿爾泰山脈整體呈西北—東南走向，阿勒泰地區位于阿爾泰山南緣，山前盆地平緩，河道密布，是溝通歐亞大陸北方草原與中東部干旱區的重要通道，因其重要的地理位置和相對優越的自然條件，雖有學者考慮到麥類作物最早可能沿阿爾泰山南緣進入中國，[11]但苦于缺少直接的實物證據。為了追蹤不同時期生活在粟黍、麥類作物可能傳播路徑上的人群對其攝入情況，本文主要以位于阿爾泰山南麓山前地帶的托干拜2號和喀拉蘇墓地出土人骨作為研究對象，因托干拜2號墓地缺乏足夠的動物材料，因此以同屬于切木爾切克文化類型的東喀臘希力克別特墓地出土的動物材料作為補充。此外，上述三個遺址均位于山前地帶，為了對比周邊環境對于史前人群食物選擇可能的影響，我們另外選取了位于阿爾泰山山區的圖瓦新村墓地早期鐵器時代墓葬出土的人骨作為參照。各墓地的采樣情況詳見表1。 表1 各遺址人和動物骨骼碳、氮元素及同位素分析結果
骨骼樣品在發掘現場初步鑒定，隨后帶回實驗室做進一步的種屬確認。同位素分析中骨膠原的制備主要在蘭州大學環境考古實驗室完成，方法和實驗步驟等參見董惟妙等人的研究，[12]在此不做展開。碳、氮百分含量在蘭州大學功能有機分子化學國家重點實驗室的元素分析儀（Elemental Analyzer vario ELCube）上進行測試。儀器給定誤差不大于0.1%，采用的標準物質為乙酰苯胺（Acetanilide）（C=71.09%，N=10.36%，H=6.71%）和苯甲酸（Benzoicacid）（C=68.80%，N=0，H=5.00%）。碳、氮穩定同位素測試在蘭州大學西部環境教育部重點實驗室的氣體穩定同位素質譜儀（Finnigan DELTA plus Isotope Ratio Mass Spectrometer）上完成。儀器標準偏差小于0.1‰。標準物質為GLY、Collagen和Puge，其δ13C給定值分別為－33.3‰、－9.0‰和－12.6‰，δ15N的給定值分別為10.0‰、5.6‰和7.6‰。 一般而言，骨骼受埋藏環境和時間的影響，骨膠原會發生不同程度的降解，骨膠原產率和碳氮比可以判斷所測試樣品是否可用于食譜重建。對4個遺址的28個骨骼樣品進行骨膠原提取，除了托干拜2號和東喀臘希力克別特墓地各有1例樣品因保存狀況太差提取失敗。其余的26個樣品保存良好，骨膠原產率約為2%～13%。骨膠原中C元素的百分含量為41%～46%，N元素為14%～17%，C、N摩爾比為3.2～3.3，處在可接受范圍內，由此可以判斷所得骨膠原未受污染，[13]可用于食譜重建和營養級分析。分析所得各遺址樣品的同位素數據及其采樣部位等見表1和圖2。以下就同位素揭示的人群食物結構、生業模式特點等分時段展開討論。 1.阿勒泰地區青銅時代人群食物結構和生業模式特點 托干拜2號墓地和東喀臘希力克別特墓地均屬于青銅時代的切木爾切克文化遺存，囿于樣本種屬（人、羊、牛）和數量（兩地共6個樣本），據此獲得的關于該文化人群在阿勒泰地區生存策略的認識相對有限。盡管如此，根據托干拜2號3個人骨樣本低碳（－18.1‰～－17.6‰）、高氮（13.3‰～13.6‰）的同位素組合（圖2），依然可以判斷，該墓地人群除大量攝食了動物蛋白外，植物性食物多來自C3植物，攝入的C4來源食物非常有限。來自托干拜2號和東喀臘希力克別特墓地隨葬的羊和牛骨骼同位素也證實，該地區自然環境中C3植物占絕大多數，并提供了該地區草食性動物的氮同位素背景值。值得注意的是，牛、羊樣品的氮同位素平均值為5.2±1.1‰（n=3），人和牛羊之間巨大的氮同位素值差異（7.0‰）大大超出傳統認為的營養級每升高一級，氮同位素值沿食物鏈富集3.0‰～5.0‰，[14]一來指示人群處在較高的營養級水平，二來也暗示他們的食物中可能包含比牛、羊肉及其副產品氮同位素值更高的產品，比如魚類。[15]阿勒泰地區河湖密布，額爾齊斯河及其支流布爾津河、哈巴河等在區域河道內形成河湖沼澤等水域，是魚類生存繁衍的理想區域。由于上述墓地包含墓葬數量均較少，且保存不佳，發掘過程中未發現漁獵活動相關證據，[16]但同時期或者稍早時段阿勒泰及其周邊地區食魚的傳統并不鮮見，因此合理推測當時可能存在漁獵活動。依據以上同位素結果和論證，結合墓葬中發現有石鏃陪葬等證據，[17]推斷阿勒泰地區青銅時代切木爾切克文化人群主要依賴畜牧經濟產出，兼營狩獵和漁獵，未見明顯的農業活動證據。
圖2 各遺址人和動物骨骼碳、氮穩定同位素比值散點圖 本區域同屬于青銅時代但稍早（距今約4600年）的阿依托汗1號墓地有阿凡那謝沃文化墓葬，2個人骨同位素數據顯示，其食物來源同樣強烈的依賴于動物蛋白，不同于托干拜2號人骨碳同位素指示的較單一的C3來源食物攝入，阿依托汗1號墓地人骨同位素有較明顯的C4信號（－15.9‰和－16.4‰）。[18]反映出的植物性食物攝入與托干拜2號墓地居民不同（圖3a），可能源于阿凡納謝沃和切木爾切克兩個文化擁有不同的飲食傳統，這種差異可以在相近區域有不同文化傳統的人群中觀察到，[19]阿勒泰地區兩種文化人群食物來源均主要依賴畜產，相比較而言，源自北方的阿凡納謝沃文化更多的受到粟黍農業的影響。 2.阿勒泰地區早期鐵器時代人群食物結構和生業模式特點 喀拉蘇和圖瓦新村墓地均包含多個時代墓葬，下文討論的材料僅涉及早期鐵器時代。與喀拉蘇墓地已發表的食譜重建結果[20]相比，本文更加側重對人骨同位素所揭示的生業模式的探討。為了討論方便，下文凡是關于喀拉蘇墓地的同位素情況的介紹，均為兩個研究的綜合，但在圖中兩個研究得出的數據分別標注（圖3b）。
圖3 阿勒泰地區骨骼碳、氮同位素比值 （a，青銅時代；b，早期鐵器時代） 喀拉蘇墓地共計15個人骨樣品的碳同位素平均值為－17.1±0.4‰，顯示該人群主要依賴C3來源的食物，但是幾乎所有個體都攝入了少量C4來源的食物。圖瓦新村2個人骨樣品的碳同位素數據（－18.7‰和－17.8‰）表明所分析個體生前食物中幾乎不見C4來源的食物。 喀拉蘇墓地人骨氮同位素數據（12.4±1.0‰，n=15）和圖瓦新村墓地人骨氮同位素組成（10.2‰和10.8‰）表明上述兩個早期鐵器時代人群均長期大量攝入動物蛋白。因圖瓦新村墓地同位素分析僅涉及人骨材料，在沒有動物基線的情況下，對于其人骨氮同位素比值低于喀拉蘇人骨究竟是因為肉食攝入量相對偏少，或食物本身氮同位素比值偏低，尚難定論。喀拉蘇墓地羊和馬的氮同位素值（6.2±1.2‰，n=36）與人骨的氮同位素差異明顯（6.2‰），超出了一般認為的一個營養級的氮同位素值差異。[21]我們認為與青銅時代該區域的先民一樣，阿勒泰地區早期鐵器時代的人群食物來源豐富，不乏營養級高于普通草食性動物的組成，比如長期大量飲用牛奶或其他奶制品等。盡管該墓地缺乏明確的養牛（牛骨）或奶制品制作（攪拌棒等）和食用（殘留物）證據，但是對歐亞大陸草原地區大量史前人群的DNA和殘留物分析得知，飲食奶制品的傳統可以追溯到青銅時代晚期。[22]喀拉蘇墓地出土大量的羊和馬，表明依賴羊和馬的游牧經濟在該人群生活中的重要性，同時墓葬中發現有箭箙等，指示該人群從事狩獵活動，而疑似魚皮制成的劍鞘的發現更是暗示該人群日常生活中能接觸到魚。[23]圖瓦新村墓地發現有大量的動物骨骼、動物元素的金屬器等，另外發現有箭囊、箭鏃等，[24]無不表明該墓地人群強烈的游牧經濟屬性。總之，較高的人骨氮同位素值指示喀拉蘇和圖瓦新村早期鐵器時代先民食譜中包含了大量的動物蛋白，反映了游牧人群日常生活中對動物資源的強烈依賴。馬和羊均為游牧生活的主要組成，其重要性也在墓葬中得到體現。馬和羊的碳、氮同位素組成不同，表現為馬（－19.5±0.4‰，6.0±1.1‰，n=29）的碳、氮同位素均低于羊（－18.0±0.9‰，7.3±1.1‰，n=7），且這種差異顯著存在（δ13C，Mann-Whitney U test，U=193，Z=3.65，p=0.000；δ15N，Mann-Whitney U test，U=161，Z=2.34，p=0.02）。除了指示兩種草食性動物取食偏好不同外，可能還表明因消化方式不同，反芻動物（羊）和非反芻動物（馬）存在一定的同位素系統差異。[25]依據墓葬中大量陪葬的動物種類，結合喀拉蘇墓地羊和馬的氮同位素組成，ΔN人—羊更接近普遍接受的氮同位素沿營養級富集的程度，羊肉可能貢獻了肉食來源的大部，與基于對該地區進行現代民族學調查所觀察到的結論一致。[26] 綜上所述，我們認為阿勒泰地區早期鐵器時代的人群以游牧為生，同時不乏狩（漁）獵補給，配以攝入粟黍類植物。 3.阿勒泰地區青銅時代至早期鐵器時代居民食譜異同及原因探析 人骨碳同位素數據顯示，阿依托汗1號和托干拜2號所代表的距今4000多年前的阿勒泰地區青銅時代人群開始少量攝入C4來源食物（－17.1±0.9‰，n=5），應為粟黍，及至距今2000多年前的早期鐵器時代，在喀拉蘇及圖瓦新村墓地，人骨碳同位素數據表明，依然存在攝入少量粟黍（－17.2±0.6‰，n=17）。整體而言，動物資源在青銅時代（13.2±0.3‰，n=5）和早期鐵器時代（12.1±1.1‰，n=17）人群食譜中的貢獻均非常明顯。 根據同位素數據和各遺址出土物情況，無論是青銅時代還是早期鐵器時代，阿勒泰地區先民生活強烈依賴動物及其副產品，食物中谷物成分整體不多。由于阿勒泰地區暫無系統的植物浮選報告發表，根據對阿勒泰地區史前文化發展影響密切的歐亞大陸內部各地區青銅—早期鐵器時代基于人骨碳同位素證據的人群粟黍攝入情況研究，青銅時代早期粟黍類作物的消耗尚不普及，表現為僅部分區域（米努辛斯克盆地）人骨碳同位素記錄了攝入少量C4類食物，[27]西南西伯利亞[28]和哈薩克斯坦中部地區[29]未見明顯粟黍攝入信號；至早期鐵器時代，粟黍類作物在歐亞大陸人群食譜中的作用得到發展和鞏固，表現為在上述廣泛空間的大量人群中監測到了C4食物攝入信號，[30]而這種變化被認為是進入早期鐵器時代后農業的強化和擴張所致。[31] 不同作物生長所需的有效積溫不同，以粟為例，其所需的有效積溫不小于2000℃。阿勒泰地區所在的阿爾泰南麓山前地帶現代有效積溫處在1200～1800℃，而山區低至0～1200℃，[32]難以滿足粟黍類作物在本地區種植的積溫要求。阿勒泰以及周邊地區多個湖泊及泥炭沉積中的花粉記錄顯示，該地區自全新世中期以來，濕度條件雖有惡化，但程度非常之小。[33]根據那仁夏泥炭地brGDGTs（支鏈—甘油二烷基甘油四醚）結果重建的阿勒泰山南麓地區全新世中晚期以來的溫度顯示逐步升高的趨勢，但整體變幅不大。[34]我們認為，在生長條件無太大改變的情況下，相較于青銅時代，粟黍更廣泛的進入到早期鐵器時代歐亞大陸內部先民的食譜中，[35]并非源于克服積溫不足后本區域粟黍農業的擴張或強化。 我們注意到喀拉蘇墓地處在阿爾泰山南麓山前開闊地帶，鄰近水源，交通便利，其人骨碳同位素（－17.1±0.4‰，n=15）明顯地指示了少量C4食物的攝入，而圖瓦新村墓地深居阿爾泰山內部，山大谷深，與外界的溝通相對不便，其人骨碳同位素（－18.7‰和－17.8‰）未見相似C4信號。據此推測，從青銅時代到早期鐵器時代，歐亞大陸內部更廣大人群對粟黍的利用可能并非源于更廣泛的種植，而是進入早期鐵器時代后，人群流動規模更大，也更加常態化，其中不乏擁有種植粟黍傳統的人，這些人口的流動帶動了粟黍在更大區域人群食譜中的普及。當然，這一推論還需要今后更多相關證據的佐證。 通過對阿勒泰地區青銅和早期鐵器時代人和動物的骨骼碳、氮穩定同位素分析，結合墓葬材料和該地區現代以及過去生態環境背景信息，參考本地區已經發表的骨骼同位素數據，主要得出以下結論：青銅至早期鐵器時代，與種植相關的農業生產并未成為阿勒泰地區先民生業經濟的主流，憑借優良的牧場資源，該地區史前人群食物來源主要來自放牧，并以狩獵所得作為補充，可能存在漁獵行為；阿勒泰地區地處東西方文化交流的要沖，盡管粟黍類作物等很早就出現在這一區域，但由于水、光熱條件等因素的限制，加之傳統的強勢的牧業經濟的存在，本地區并未形成規模化的農業；早期鐵器時代人群大規模的流動可能促進了C4類作物在亞歐大陸內部先民食譜中的普及。 致謝：在本文的寫作過程中，復旦大學胡耀武教授、袁靖教授，中國社會科學院陳相龍副研究員和新疆文物考古研究所張杰助理研究館員4位老師給予了非常多的建議和幫助，謹致謝忱。
[1]本文是國家自然科學基金“新疆東天山地區青銅—鐵器時代居民同位素食譜重建及生業模式”（項目編號：41701215）、國家社會科學重大項目“歐亞視野下的早期中國文明化進程研究”（項目編號：18ZDA172）和中華文明探源研究（2019～2022）“中華文明起源進程中的生業資源與技術研究”（項目編號：2020YFC1521606）的階段性成果。 [2] Zhao Zhijun，“Eastward Spread of Wheat into China-New Data and New Issues”，Chinese Archaeology，9.1，2009，pp.1-9.R.Spengler，M.Frachetti，P.Doumani，L.Rouse，B.Cerasetti，E.Bullion，A.Mar'yashev，“Early Agriculture and Crop Transmission Among Bronze Age Mobile Pastoralists of Central Eurasia”，Proceedings Biological Sciences，281.1783，2014，pp.20133382.Liu Xinyi，P.J.Jones，G.Motuzaite Matuzeviciute，H.Hunt，D.L.Lister，An Ting，N.Przelomska，C.J.Kneale，Zhao Zhijun，M.K.Jones，“From Ecological Opportunism to Multi-cropping：Mapping Food Globalisation in Prehistory”，Quaternary Science Reviews，206，2019，pp.21-28. 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