史前时期汉水流域农作物结构研究

郭林 张博

汉水发源于秦岭南麓，流经陕西、湖北两省，是长江最大的支流，也是构建江汉平原的主要河流之一。汉水干流自丹江口以上为上游，丹江口至钟祥段为中游，钟祥至汉口为下游。汉水横跨南北两大文化区，不仅孕育了包括油子岭、屈家岭、石家河文化在内的史前文化，同时也是南北考古学文化交流的重要通道。汉水总长千余公里，上下游地区归属于不同考古学文化的分布范围。汉水上游新石器文化序列为：大地湾文化、仰韶文化、庙底沟二期文化、客省庄文化；汉水中游新石器文化序列为：前仰韶文化、仰韶文化、屈家岭文化、石家河文化、后石家河文化；汉水下游新石器文化序列为：边畈文化、油子岭文化、屈家岭文化、石家河文化、后石家河文化。

汉水流域地处长江中游，不少学者对本区域先秦时期生业经济进行过总结研究。罗运兵等全面梳理了包括汉水中下游在内的长江中游地区先秦时期动植物考古工作成果，认为江汉平原稻作农业经历了三个不同的发展阶段，从采集渔猎的生业方式最终向稻作栽培和家畜饲养的转变。汉水中游地区存在着南北两种农业模式的互相渗透。其他小区域各自存在不同的生业模式变化进程。各地理单元生业结构存在着区域性和阶段性的差异，文化因素起着主导作用。唐丽雅对屈家岭-石家河文化时期江汉地区的农业生产格局进行了讨论。她将江汉地区分为南部稻作农业区和北部稻旱混作农业区，区域由北向南稻作影响逐步加大。南北区域自然环境的差异决定了整体农业格局，文化因素在某种程度上影响了区域内部的农业经济特点。王秋东对南阳盆地为主体的豫西南地区先秦农业进行了梳理研究，认为该区域受中原地区和江汉平原影响最大，稻作农业与旱作农业互相渗透，处于南北农业交流的关键地带。本文在已有工作基础上，对汉水流域植物考古工作进行梳理，并尝试引入新的研究方法探讨农作物结构等相关问题。

一、汉水流域植物考古发现与研究方法

表1 史前汉水流域系统植物考古研究信息表

我们引入简单统计方法(绝对百分比、出土概率、多样性指数等)，同时结合排序分析、聚类分析等多元统计方法，从量化角度来讨论不同区域间及区域内部农作物利用结构的异同。

多样性指数是数量生态学常用研究手段。生态学中的多样性是指物种水平上的生物多样性，是用一定空间范围物种数量和分布特征来衡量的。通常物种的多样性具有以下三种含义：种的丰富度、种的均匀度和种的总多样性。种的丰富度表示物种数目的多寡，种的均匀度是指物种数目的分配情况。目前研究中常用的物种多样性指数为Shannon-Weiner指数（下文简称Shannon指数）和Pielou指数。植物遗存绝对数量与出土概率均可作为计算多样性的原始数据。多样性指数可以用于比较不同遗址作物结构多样性，考察农作物利用结构的差异。多样性指数数值越大，表明农作物利用多样化程度越高。

排序分析也是数量生态学研究中常用的研究方法。分析的过程是将样方或植物种排列在一定的空间，使得排序轴能够反映一定的生态梯度，从而能够解释植被或植物种的分布与环境因子间的关系，该方法是为了揭示植被-环境间的生态关系。排序分析可以分为直接排序和间接排序两种。依据环境梯度和数量模型，间接排序方法又可以分为主成分分析和对应分析；直接排序方法可以分为冗余分析和典范对应分析。考古学相关研究始于20世纪80年代，研究涉及陶器类型学、聚落空间功能、植物大遗存等方面。在考古学研究中排序分析主要针对的是社会文化梯度，目的是揭示人类活动相关物种—考古背景的社会关系。典范对应分析是将对应分析和多元回归结合起来的方法。分析过程中需要两组数据矩阵，一组是样方和物种数组成的数据矩阵，一组是样方和环境因子组成的数据矩阵。典范对应分析不仅可以排列样本、物种，也可以加入环境因子，进而研究三者之间的复杂关系。典范对应分析在农业考古研究中主要用于考察生业经济与地理环境之间的关系。

聚类分析是在未知类别数目的情况下，根据观察或测量到的若干变量值来判断研究对象如何分类的方法。聚类分析在植物考古学研究中有相当多的应用，研究主题为植物遗存形态、作物加工过程等。

二、汉水流域农作物结构

在梳理汉水流域植物考古研究成果时，我们发现自然地理环境、考古学文化背景的变化使得不同区域农作物结构存在着较大差异。上述10余个遗址所处时期多为屈家岭、石家河文化，部分包括了仰韶文化、后石家河文化。

（一）农作物组合与构成的历时性演变

1.上游地区

汉水上游地区目前仅有汉中龙岗寺遗址开展过系统植物浮选工作，遗址年代为仰韶—龙山文化。由于客观原因，“浮选结果的年代没有进行区分”，因此研究者只对仰韶至龙山时代总体生业经济情况进行了研究，无法对农作物结构进行历时性的考察。龙岗寺遗址粟、黍、水稻、大豆出土数量百分比分别为56.2%、40.6%、0.7%、2.5%，出土概率为43.7%、43.7%、6%、3%。农作物组合以粟黍为主，辅以大豆、水稻，属于典型的北方旱作农业。遗址发现有1粒小麦，但缺乏明确的年代信息。研究者认为该区域是稻作农业向北传入关中平原、粟作农业向南传入江汉平原的关键区域。经过计算基于相对百分比的Shannon指数为0.817，Pielou指数为0.589；基于出土概率的Shannon指数为1.001，Pielou指数为0.722。由于无法分时段计算多样性指数，多样性指数结果仅供参考。

2.中游地区

黎冰颖的《盛装苗女——山雀》同样也是描绘少数民族形象的代表，她刻画了一位佩戴了各式各样银饰的苗族少女，与《京族渔女》不同，画中人物侧身站立，目光炯炯，少了一丝柔美而多了一份坚定，画面以红白两色为主，红是服饰的颜色，而白则是各种银饰的颜色，画家在纸上用深灰色打底，不仅突出了银饰的质感，不均匀的底色还呈现出变化微妙的自然效果。

研究者通常将汉水中游地区划分为几个小的地理单元：鄂西北及豫西南山地、南阳盆地、襄宜平原等。本区域是汉水流域开展系统植物浮选工作最密集的地方，包括了沟湾、下王岗等7个遗址。这些遗址主要分布在鄂西北及豫西南山地、南阳盆地，襄宜平原未见相关报道。这些遗址年代横跨前仰韶—龙山时代，基本涵盖了本地区史前考古学文化序列。汉水中游所处地理位置造就了区域内多样的生业经济模式，有学者将本区域农业分为山地和平原两种模式。

目前仅八里岗遗址发现有前仰韶文化时期的植物遗存。在前仰韶文化时期，新石器时代农业体系尚未完全成熟。在这一时期农作物仅有水稻一种，出土概率高达90.9%。同时还发现有橡子等可供食用的植物资源。研究者对小穗轴进行了研究，驯化稻占据至少60%的比例，野生稻比例约9%，表明八里岗遗址在前仰韶时期已经拥有较为成熟的稻作农业。但较为单一的农作物结构以及采集性食物仍占据一定比例，我们认为前仰韶文化时期汉水中游地区农业仍处于过渡时期。

仰韶文化时期植物遗存相对丰富，沟湾、下王岗、下寨、八里岗、大寺、计家湾等遗址均有这一时期的发现。我们统计了上述遗址主要农作物的相对百分比、出土概率等指标。沟湾遗址由于原始数据的原因，无法合并进行统计。研究者将仰韶文化遗存分为四期进行讨论，分析表明黍在一至四期是最主要的粮食作物，其次为粟、水稻。下王岗遗址粟、黍数量百分比分别为75%、25%，出土概率为50%、33.3%，基于相对百分比的Shannon指数为0.562，Pielou指数为0.811，基于出土概率的Shannon指数为0.672，Pielou指数为0.969；下寨遗址粟、黍数量百分比为15.5%、84.5%，出土概率为36.4%、45.5%，基于相对百分比的Shannon指数为0.432，Pielou指数为0.623，基于出土概率的Shannon指数为0.687，Pielou指数为0.991；八里岗遗址粟、黍、水稻数量百分比为26.7%、31.5%、41.8%，出土概率为40%、40%、66.7%，基于相对百分比的Shannon指数为1.081，Pielou指数为0.984，基于出土概率的Shannon指数为1.068，Pielou指数为0.972；大寺遗址粟、黍、水稻数量百分比为84.7%、11%、3.4%，出土概率为53%、33%、13%，基于相对百分比的Shannon指数为0.508，Pielou指数为0.462，基于出土概率的Shannon指数为0.967，Pielou指数为0.88；计家湾遗址粟、黍、水稻数量百分比为82.1%、1.5%、16.4%；出土概率为80%、20%、40%，基于相对百分比的Shannon指数为0.521，Pielou指数为0.475，基于出土概率的Shannon指数为0.956，Pielou指数为0.87。下王岗、大寺、计家湾等遗址均以粟为主，兼以粟、水稻。而八里岗遗址形成了相对均衡的农作物组合模式。这可能与所处自然地理环境有关。沟湾、下王岗、大寺、计家湾等遗址分布在鄂西北豫西南山地区域，八里岗地处地势平坦的南阳盆地。山地地形客观上不利于大规模发展稻作农业，但粟黍等旱地作物在山地条件下则拥有先天优势。

屈家岭文化时期的植物遗存最为丰富，本区域所有遗址均有发现。沟湾遗址由于原始数据的原因，仍然无法统计出准确指标。但从已有研究来看，沟湾遗址在屈家岭时期仍然保持以黍为主，兼以水稻、粟的作物结构，但本期水稻比例迅速上升。吴营遗址仅发现1粒粟，故不纳入统计。八里岗遗址粟、黍、水稻数量百分比为11.2%、1.2%、87.6%，出土概率为51.9%、11.1%、92.6%，基于相对百分比的Shannon指数为0.413，Pielou指数为0.376，基于出土概率的Shannon指数为0.862，Pielou指数为0.785；下王岗遗址粟、黍、水稻数量百分比为67.5%、19.9%、12.6%，基于相对百分比的Shannon指数为0.847，Pielou指数为0.771；大寺遗址粟、黍、水稻数量百分比为58.9%、39.7%、1.4%，出土概率为88%、50%、13%，基于相对百分比的Shannon指数为0.737，Pielou指数为0.671，基于出土概率的Shannon指数为0.892，Pielou指数为0.812；计家湾遗址粟、黍、水稻数量百分比为73.6%、12.1%、14.4%，出土概率为84.6%、38.5%、46.2%，基于相对百分比的Shannon指数为0.76，Pielou指数为0.692，基于出土概率的Shannon指数为1.037，Pielou指数为0.944；青龙泉遗址粟、黍、水稻数量百分比为61.7%、20.3%、18%，出土概率为88.4%、81.4%、65.1%，基于相对百分比的Shannon指数为0.931，Pielou指数为0.847，基于出土概率的Shannon指数为1.091，Pielou指数为0.993；穆林头遗址粟、黍、水稻数量百分比为62.9%、25.8%、11.2%，出土概率为66.7%、41.7%、16.7%，基于相对百分比的Shannon指数为0.887，Pielou指数为0.807，基于出土概率的Shannon指数为0.966，Pielou指数为0.879。从数据我们看出八里岗遗址稻作农业发展迅速，形成了以水稻为主、辅以粟黍的农作物组合模式。下王岗、大寺等遗址则为粟黍为主，兼有水稻的格局。屈家岭文化时期水稻无论是相对百分比或出土概率，均较仰韶文化时期有明显上升。这似乎说明稻作农业在鄂西北豫西南山地有了进一步的发展。根据古环境相关研究，屈家岭文化相对仰韶文化气候环境相对干冷。因此我们认为稻作农业向北扩张更主要的是社会文化因素主导，应与屈家岭文化北进有关。

沟湾、八里岗、青龙泉遗址发现有石家河时期的植物遗存。沟湾遗址在石家河文化时期仍然保持与前期类似的农作物结构。八里岗遗址粟、黍、水稻、大豆数量百分比为10.8%、1.7%、87%、0.5%，出土概率为52.6%、31.6%、94.7%、5.7%，基于相对百分比的Shannon指数为0.456，Pielou指数为0.329，基于出土概率的Shannon指数为1.099，Pielou指数为0.793；下寨遗址粟、黍、水稻数量百分比为90.3%、2.9%、6.8%，出土概率为29.5%、3.2%、5.3%，基于相对百分比的Shannon指数为0.378，Pielou指数为0.344，基于出土概率的Shannon指数为0.665，Pielou指数为0.605；青龙泉遗址粟、黍、水稻数量百分比为57%、22.4%、20.6%，出土概率为79.7%、61.6%、51.4%，基于相对百分比的Shannon指数为0.981，Pielou指数为0.893，基于出土概率的Shannon指数为1.082，Pielou指数为0.985。本期八里岗、青龙泉遗址人群开始种植大豆，但占比很小。八里岗人群仍然延续屈家岭文化时期水稻为主的农业模式；青龙泉人群仍然采用粟为主，黍、水稻各占相当比例的农业组合。青龙泉遗址出土有小麦遗存，但缺乏直接测年证据，故不纳入统计范围。这一阶段可以被认为是农作物利用最为多样化的时期。

龙山时期遗存主要发现于沟湾、八里岗、下王岗、大寺、申明铺等遗址。沟湾遗址粟、黍数量百分比为66.7%、33.3%，出土概率为22.2%、11.1%，基于相对百分比的Shannon指数为0.637，Pielou指数为0.918，基于出土概率的Shannon指数为0.637，Pielou指数为0.918；下寨遗址粟、黍、水稻、大豆数量百分比为80.7%、10.8%、7.2%、1.2%，出土概率为27.3%、7.1%、5.1%、2%，基于相对百分比的Shannon指数为0.657，Pielou指数为0.474，基于出土概率的Shannon指数为0.981，Pielou指数为0.708；下王岗遗址粟、黍、水稻、大豆、小麦数量百分比为79.6%、2.6%、17.1%、0.6%、0.1%，出土概率为100%、35.7%、64.3%、21.4%、3%，基于相对百分比的Shannon指数为0.617，Pielou指数为0.383，基于出土概率的Shannon指数为1.289，Pielou指数为0.801；八里岗遗址粟、黍、水稻、大豆、小麦数量百分比为15.9%、2.1%、81.1%、0.45%、0.5%，出土概率为72.7%、20.5%、90.9%、9.1%、9.1%，基于相对百分比的Shannon指数为0.593，Pielou指数为0.368，基于出土概率的Shannon指数为1.236，Pielou指数为0.768；大寺遗址粟、黍数量百分比为89%、11%，出土概率为75%、25%，基于相对百分比的Shannon指数为0.349，Pielou指数为0.503，基于出土概率的Shannon指数为0.562，Pielou指数为0.811；申明铺遗址粟、黍、小麦数量百分比为78%、16%、5%，出土概率为75%、25%、13%，基于相对百分比的Shannon指数为0.644，Pielou指数为0.586，基于出土概率的Shannon指数为0.855，Pielou指数为0.778。龙山文化时期，八里岗遗仍然以稻作为主，但农作物结构进一步多元化，小麦在本时期出现在汉水流域。其余三个遗址未发现有水稻遗存，呈现以粟为主的旱作农业格局。但从具体数据看，龙山时期可能存在两种发展模式。一种为粟作、稻作基础上的多品种作物种植模式，另一种为粟黍为主的旱作农业模式。聚类分析结果也印证了上述推断。

中游地区遗址数量最多，内部差异相对明显。考虑到八里岗遗址与其他遗址农业模式上可能存在的差异，我们分开计算多样性趋势图（图1）。相对百分比、出土概率分别反映植物遗存情况的不同方面，在具体研究结论上可能存在着区别。因此我们赋予绝对数量和出土概率同等重要的权重，计算各时期多样指数时采用两者的平均值。左图为除八里岗遗址以外的汉水中游农业多样性趋势图，右图为八里岗遗址多样性趋势图。从Shannon指数看，多样性从仰韶到屈家岭文化时期呈现上升趋势，石家河文化到龙山文化时期转为下降趋势；Pielou指数始终表现为逐步下降的趋势。因此我们认为汉水中游农业整体发展趋势为以单一品种（粟作或稻作）强化，同时采用多品种的农作物种植制度。由品种相对较少、品种间差异度较弱向品种相对较多、品种间差异度较强的转变。

图1 史前汉水中游农作物多样性变化趋势图

3.下游地区

汉水下游地区开展系统植物浮选工作的遗址有石家河、屈家岭及叶家庙遗址，地理位置处于江汉平原上的汉东地区。植物遗存年代主要属于屈家岭文化到石家河文化时期，仅屈家岭遗址发现有油子岭文化的植物遗存。石家河遗址粟、稻数量百分比为1.7%、98.3%，基于相对百分比的Shannon指数为0.087，Pielou指数为0.126；叶家庙遗址屈家岭文化时期粟、水稻数量百分比为0.6%、99.4%，出土概率为15%、68%，基于相对百分比的Shannon指数为0.036，Pielou指数为0.052，基于出土概率的Shannon指数为0.472，Pielou指数为0.682；屈家岭遗址油子岭文化时期粟、水稻数量百分比为1.7%、98.3%，出土概率为6.5%、82.6%，基于相对百分比的Shannon指数为0.088，Pielou指数为0.127，基于出土概率的Shannon指数为0.249，Pielou指数为0.359；屈家岭遗址屈家岭文化时期粟、水稻数量百分比为2.7%、97.3%，出土概率为27.8%、69.4%，基于相对百分比的Shannon指数为0.123，Pielou指数为0.178，基于出土概率的Shannon指数为0.594，Pielou指数为0.857；屈家岭遗址石家河文化时期粟、水稻数量百分比为11.5%、88.5%，出土概率为18.2%、63.6%，基于相对百分比的Shannon指数为0.358，Pielou指数为0.516，基于出土概率的Shannon指数为0.530，Pielou指数为0.764。从油子岭文化到屈家岭文化时期，本区域水稻为主粟为辅的农业结构相对稳定。尽管目前尚未发现黍的植物种子，但研究者在屈家岭遗址油子岭和屈家岭文化地层中均发现了黍植硅体。汉东地区属于传统的稻作农业区，但从植物大遗存、植硅体等证据来看，至迟在油子岭文化时期，粟作农业就已经被引入到汉东地区。

图2反映了汉东地区从油子岭到石家河时期农作物多样性变化趋势。整体来看，油子岭到石家河文化时期Shannon和Pielou指数均呈现逐步上升的趋势。这意味着区域内部农作物利用趋向多元化，具体表现为品种的多元以及结构的平衡。考虑目前仅发现水稻、粟两种农作物，结合具体百分比、出土概率数据，我们发现这与粟作农业规模不断提升密切相关。这反映了随着粟作农业南传对当地农作物结构持续产生的影响。

图2 史前汉水下游农作物多样性变化趋势图

（二）农业模式

通过梳理，我们发现汉水流域上中下游地区农作物结构存在着较大差异。史前时期上游地区以旱作农业为主，粟黍无论在相对百分比或出土概率等指标上，均占据着绝对优势地位。水稻、大豆可能作为补充作物被人群所利用。中游地区由于处于南北文化交流的关键地带，同时区域内地形地貌较为多样化，因此不同地理单元间农作物结构存在差异性，存在着鄂西北及豫西南山地农业模式和南阳盆地平原农业模式。山地农业模式以粟黍为主、水稻为辅，平原农业模式以水稻为主、粟黍为辅。平原模式类似下游江汉平原稻作农业区，但粟黍利用率相对更高。下游地区为典型稻作农业模式，水稻占比极高，辅以极小比例粟黍。

从多样性指数来看（见次页表2），中游具有最高的农作物多样性，表现为品种多元化以及结构平衡化。中游地区多样性指数标准差也高于下游地区，这可能与下游地区遗址数量偏少有关，但很大程度上也反映了中游内部遗址间作物结构存在的差异性。产生内部差异的主要原因在于地理环境多元性以及地处南北文化过渡地带的特殊性。

表2 史前汉水流域农作物多样性信息表

（三）中下游地区结构差异

前人对汉水中游地区农业模式进行了梳理，认为本区域“形成了以南阳盆地平原地带为代表的稻作为主导和汉水中游丘陵谷地以旱作为主导的两种不同的产业结构”。在前人基础上，我们以屈家岭时期汉水中下游考古出土植物遗存为基础材料，采用聚类分析方法对其农业模式进行了研究。研究结合了绝对数量、出土概率、多样性指数等不同维度的数据（具体结果见图3）。仰韶文化时期中下游地区遗址作物模式较为多样，遗址可分为三组，分别对应黍为主、粟为主以及粟黍稻并重三种模式。屈家岭文化时期，中下游地区农业遗址主要分为两组，分别对应粟黍为主和水稻为主的两种模式，其中粟黍为主的遗址内部又可以根据水稻占比再进行划分。石家河时期由于遗址数量较少，分类结果不甚理想，但能够看出延续了屈家岭时期的两种农业模式。龙山文化时期遗址亦可分为两组，分别对应粟、黍为主的纯旱作模式、粟或稻为基础的多品种种植模式。我们认为中下游地区自仰韶文化伊始就可能存在着两种不同农业模式。八里岗遗址虽然地处汉水中游，但农作物结构与汉水下游类似，区别在于粟作所占比例略高。

图3 史前汉水下游农业遗址聚类图

为了进一步考察遗址与农作物种类分布的联系，我们引入排序分析来探讨这一问题。在采用canoco5.0软件进行间接排序分析时，软件依据数据梯度优先推荐主成分分析对数据进行排序。从图4（见次页）我们可以看出，仰韶文化时期仅下游地区的屈家岭遗址与水稻关系最为密切。中游地区遗址作物模式较为多样，内部分为黍为主、粟为主以及粟黍稻并重三种模式，本期八里岗遗址农业模式与下游地区差异较大。屈家岭文化时期，中游地区主要分为粟黍为主和水稻为主的两种模式，其中粟黍为主的遗址内部又可以根据水稻占比再划分，本期八里岗遗址农业模式开始与下游地区接近。石家河时期中游地区仍然延续了屈家岭时期的两种农业模式，八里岗遗址保持着与下游地区接近的作物结构。由于下游地区缺乏龙山时期的考古资料，因此无法比较这一时期中下游之间的异同。整体上看，排序分析中遗址间的相互关系与上文聚类分析结果基本是一致的。数量生态学中有以排序为基础进行分类研究的排序轴分类法。后续我们进行农业模式分类研究时，可以综合聚类分析和间接排序分析的结果进行比较。

图4 史前汉水中游农作物间接排序分析图

间接排序分析的排序轴，在一定程度上反映了影响农作物分布的潜在自然因素。为了进一步考察农作物分布与自然因子的联系，我们引入海拔、年均温、年降雨量等环境因子，对汉水流域中下游屈家岭文化农业遗址农作物与环境因素，采用典范对应分析进行直接排序研究。年均温、降雨量为遗址所在县域数据，海拔为遗址具体区域数据。由于三项环境因子均采用现代数据，无法进行历时性比较，因此仅对屈家岭文化时期数据进行分析。下面图5为中下游遗址典范对应分析结果。从整体看，稻作农业与年均温关系较为密切，粟黍等旱作农业与海拔关系较大。这意味着遗址越靠南、地形越平缓，稻作在农业中所占比例越高；处于山地区域的遗址，更偏向旱作农业。由于缺乏古气候相关数据，我们无法准确复原史前时期的气候背景，因此典范对应分析结论仅供参考。

图5 史前汉水中下游农作物典范对应分析图

三、结语

由于自然环境、文化背景的差异，史前时期汉水流域考古遗址的农业结构存在着差异性。上游地区以旱作农业为主，粟黍占据着绝对优势地位。中游地区具有最高的农作物多样性，存在鄂西北及豫西南山地农业和南阳盆地平原农业等两种模式。山地农业模式以粟黍为主、水稻为辅，平原农业模式以水稻为主、粟黍为辅。平原模式类似下游江汉平原稻作农业区，但粟黍利用率相对更高。下游地区为典型稻作农业模式，水稻占比极高，辅以极小比例粟黍。本文借助简单和多元统计方法探讨史前时期农业问题，在定性分析的基础上得出更深入细致的认识。随着植物考古基础数据的积累，在植物考古研究中具有广阔的前景。