先商文化时期人和动物骨胶原的H同位素研究

侯亮亮 李素婷 邓 惠

(1. 山西大学考古学系 2. 河南省文物考古研究院)

〔内容提要〕 多学科研究已经为先商文化时期人群的迁移提供了重要线索，并发现了刘庄和南城墓地部分人群迁移的直接证据。目前，骨胶原中的H稳定同位素分析日益成为探索先民渊源及迁移的重要新生点。以刘庄墓地人骨和鄣邓遗址动物骨骼中的H稳定同位素进行相关分析，以期深入了解先民和动物的迁移活动，动物的饲喂方式及与先民的关系等。结果显示，杂食类的人、猪和狗的δD值比食草动物牛、羊的相应值高。同时，他们的δ15N值和δD值存在正相关性。尽管不同性别、年龄段和葬式先民的δD值在统计学上没有明显差异。然而，木棺葬个体的δD值明显高于土坑竖穴葬个体、石棺及简化石棺葬个体的δD值，这可能与不同葬式个体潜在的迁移行为有关。为了发挥人和动物骨胶原的H同位素研究在揭示先民的迁移行为方面的潜力，日后工作需要更多样品量和不同地区的背景信息。

先商文化是邹衡提出①，并由李伯谦命名的考古学文化②。李伯谦认为，先商文化是“从商之始祖契至汤灭夏建立商朝前的先商时期，大体与夏代同时，先商时期商族(或以商族为主体)创造和使用的考古学文化”③。经过40多年的系统研究，先商文化的文化面貌和时空框架基本明确，即先商文化主要分布在太行山东麓豫北冀南地区，并存在南迁的趋势④。目前，基于历史文献研究，植物考古学、动物考古学和C、N稳定同位素研究，先商文化时期的生业模式已经基本清楚，即绝大部分先民保持了中国北方传统的生业模式，主要以粟黍农业及家畜饲喂业为生，但也存在少量狩猎采集的个体⑤。然而，先商文化时期的人群交流状态，特别是商族渊源及迁移的相关研究依然存在较大争议。

近年来，鹤壁刘庄⑥和磁县南城⑦两处布局清楚、排列规律、规模宏大的先商文化墓地的发现，使得商族渊源及迁移的相关研究得以开展和深入。其中，石棺葬或简化石棺葬主要流行于东北地区，几乎从未在中原地区发现过；海洋贝(扇贝)覆面及宝贝科贝壳装饰的葬俗主要流行于沿海地区，明显不同于中原传统文化的丧葬习俗，这为先商文化时期人群的迁移提供了重要线索。Hou等对刘庄墓地人骨进行了C、N稳定同位素分析，发现1例个体的食物结构可能主要以海鱼为生，明显有别于同一遗址上的绝大多数人，这也为先商文化时期人群迁移提供了线索⑧。Ma等对南城墓地人骨的C、N稳定同位素分析，也发现1例个体的食物结构明显不同于同一遗址上的绝大多数人⑨。侯亮亮等对南城墓地19例个体的牙釉质进行了Sr同位素分析，发现有15例个体幼年时不在本地生活，说明该墓地先商文化时期人群来源是多元化的⑩。这些案例为商族渊源及迁移的研究，提供了重要思路和借鉴。

目前，骨胶原中的H稳定同位素的相关研究，也日益成为探索先民渊源及迁移的重要新生点。相关研究显示，轻同位素倾向于存留在气相中，因此，各地质量较轻的H稳定同位素主要和当地的降水相关。由于各个地区的纬度效应、大陆效应、季节效应和高度效应等各不相同，会导致各地降水中的δD值产生相应的差异。由于生物的饮食与降水密切相关，会影响各地生物的δD值。通过分析生物体的δD值可以重建他们的生存环境，进而揭示可能的迁移活动。人和动物骨胶原中的H以C-H基团、O-H基团和N-H基团的形式存在，其中，C-H基团约占骨胶原中H的80%，因此，骨胶原中的H对食物结构和水源等具有重要的指示意义。同时，在δD值沿营养级的上升过程中，存在富集作用，可以作为判断生物营养级的重要指标之一。鉴于此，H稳定同位素研究已经在鸡肉、牛肉、羊肉、绿茶、蜂蜜、葡萄酒等溯源方面取得了丰硕成果。同时，在古代动物和人的溯源方面也取得了一定成果。

本文尝试对先商文化时期人和动物骨胶原的H稳定同位素进行分析，探索H稳定同位素在先民对动物的饲喂和管理情况，揭示先商文化时期人群可能存在的迁移行为。同时，结合多同位素分析结果，还原先商文化人群的迁移行为及文化交流情况，进一步发挥H稳定同位素分析在人群迁移方面的潜力。

一、材料与方法

本研究选取河南鹤壁刘庄墓地出土的人骨样本14例，选取同时期临近的河南安阳鄣邓遗址出土的动物骨骼样本44例，包括猪样本14例、狗样本4例、牛样本13例、羊样本13例。人和动物的样品共计58例(表一；表二)。

机械去除骨样内外表面的污染物后，称取2克左右骨样，放入0.5mol/L、4℃的HCl溶液中浸泡，每隔两天更换酸液，直至骨样松软，无明显气泡；然后将骨样从酸液中取出，用去离子水清洗至中性；放入0.125mol/L的NaOH溶液中浸泡20小时，然后用去离子水洗至中性；浸于0.001mol/L、70℃的HCl溶液中加热48小时后，趁热过滤，将溶液放入-20℃以下冷冻48小时后得到骨胶原。

首先，对骨胶原进行了C、N含量和C、N稳定同位素比值的测定，相关数据已经另文发表。然后，选取骨胶原保存完好，即骨胶原C∶N摩尔比值在2.9～3.6之间的样品进行H稳定同位素比值的测定(表一；表二)。

骨骼胶原蛋白中H稳定同位素比值的测定，在中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所测试中心进行。H稳定同位素采用高温裂解的方法，使用elementar PyroCube连接到ISOPRIME-100同位素比质谱仪进行同位素分析。在分析过程中，以国际标样IAEA-601为标准，分析精度为±1.5‰。样品的H同位素分析结果以相对SMOW的δD表示(表一；表二)。

表一 刘庄墓地人骨胶原的C、N、H稳定同位素数据

表二 鄣邓遗址动物骨胶原的C、N、H稳定同位素数据

续表二

二、结果与讨论

1.人和动物的数据分析

人和动物的δ13C、δ15N、δD值详见表一和表二，并将δ15N和δD值做图一，将δ13C和δD值做图二。为了讨论方便，本文将人和动物分为三部分进行讨论，即人、杂食动物和食草动物。

如图一所示，先民的δ15N值(分布范围为8.4‰～12.0‰，均值为9.9‰±0.8‰，n=14)和δD值(分布范围为-49.3‰～-35.2‰，均值为-42.0‰±4.1‰，n=14)最高；杂食动物狗(分布范围为6.7‰～7.7‰，均值为7.3‰±0.5‰，n=4；分布范围为-63.4‰～-48.2‰，均值为-54.7‰±7.3‰，n=4)和猪(分布范围为7.1‰～8.4‰，均值为7.7‰±0.4‰，n=14；分布范围为-58.7‰～-44.5‰，均值为-53.1‰±3.6‰，n=14)的δ15N值和δD值接近，明显低于人的相关值；食草动物牛的δ15N(分布范围为4.0‰～8.7‰，均值为6.6‰±1.4‰，n=13)和δD值(分布范围为-72.5‰～-56.8‰，均值为-67.1‰±4.2‰，n=13)明显低于杂食动物猪和狗的相应值。然而，羊的δ15N(分布范围为5.8‰～10.2‰，均值为7.7‰±1.2‰，n=13)接近杂食动物的相应值，δD值(分布范围为-71.8‰～-49.5‰，均值为-58.7‰±5.7‰，n=13)略低于杂食动物的相应值，但高于同为食草动物牛的相应值。

与N稳定同位素不同，C稳定同位素主要反映生物体的食物类型。如图二所示，人(分布范围为-8.3‰～-6.9‰，均值为-7.6‰±0.4‰，n=14)、狗(分布范围为-8.8‰～-6.7‰，均值为-7.6‰±0.9‰，n=4)、猪(分布范围为-11.2‰～-6.4‰，均值为-7.5‰±1.4‰，n=14)略高于牛(分布范围为-18.9‰～-6.2‰，均值为-9.7‰±3.4‰，n=13)的相应值。然而，羊的δ13C值(分布范围为-21.4‰～-10.7‰，均值为-15.4‰±2.7‰，n=13)明显低于牛的相应值。以上各生物体的δ13C值差异，应该主要源于他们不同的食物来源和生活习惯。

图一 刘庄墓地先民和鄣邓遗址动物δ15N、δD值散点图

图二 刘庄墓地先民和鄣邓遗址动物δ13C、δD值散点图

2.δD值和营养级

研究表明，N稳定同位素比值在营养级间传递时存在明显富集，即沿食物链的营养级每上升一级，δ15N值将富集3‰～5‰。表明植食类动物比其所食植物的δ15N值约富集3‰～5‰，而肉食类动物又比其摄取植食类动物的δ15N值富集约3‰～5‰。同时，相关研究也显示，δD值在营养级上升的过程中，也存在明显的富集，即沿食物链的营养级每上升一级，δD值将富集10‰～30‰。

如图一所示，先民的δ15N值最高；杂食动物狗和猪的δ15N值次之；食草动物牛的δ15N最低。然而，羊的δ15N值接近杂食动物的相应值，这应是由于处于哺乳期的小羊数量过多，从而造成本研究羊的δ15N值过高。因此，本文中δ15N值基本符合沿食物链的营养级每上升一级富集3‰～5‰的规律。同时，先民的δD均值最高；杂食动物狗和猪的δD均值接近，明显低于人的相关值；食草动物牛的δD均值明显低于杂食动物猪和狗的相应值。然而，羊的δD均值略低于杂食动物的相应值，但高于同为食草动物牛的相应值，也可能与过多处于哺乳期的小羊相关。总之，人的δD均值比狗高12.7‰，比猪高11.1‰；狗的δD均值比牛高12.4‰，猪的δD均值比牛高14.0‰。

由此可见，δD值和δ15N值可以互证，即可以成为判断生物体在营养级中的位置的重要指标。本文中人和动物的δD值、δ15N值存在线性关系(R2=0.409，n=58)，进一步说明δD值和δ15N值可以互证。然而，人和动物的δD值、δ13C值不存在线性关系(R2=0.09，n=58)。

因此，通过人和动物骨中的δD值，一定程度上可以判断他们的肉食资源和营养级。需要特别指出的是，母乳喂养等作用对δD值具体影响的机理和机制还有待进一步细化和研究。

3.δD值和迁移行为

考古学研究显示，刘庄墓地是一个大规模的先商文化公共墓地，共发现336座布局清楚、排列规律的先商文化时期墓葬。这些墓葬可以被划分为三个类型，分别为石棺葬、木棺葬和土坑竖穴葬。其中，木棺葬和土坑竖穴葬是中原地区传统葬式，而石棺葬主要流行于中国东北地区，此前从未在中原地区出现过。有1座与众不同的石棺墓引起了学者们的特别注意。石棺由13块自然片石组成，长2.25、宽0.45～0.5米，上部平盖着3块片石，象征棺盖，但在墓主身下则没见到石块。墓主俯身直肢，骨骼粗壮，应为男性，随葬陶鬲1件。此外，还发现有近20座墓葬在墓主头脚两端各放置1块或多块石头的现象，很可能是石棺的简化形式。显然，刘庄先民的文化组成是比较复杂的，可能包含着多个文化群体。

随葬品以陶器为主，这些陶器反映了以卷沿、鼓腹陶鬲为主体特征，应是先商文化辉卫类型的代表遗址，陶器特征及陶器组合也反映出先商文化在发展进程中融合、吸取周边地区多元文化因素的文化特征。

同时，C、N稳定同位素分析显示，刘庄墓地绝大部分先民的食物结构比较一致，但个别个体的食物结构明显不同其他大多数群体的食物结构，这说明个别个体可能不在本地生活。具体而言，大部分先民的δ13C(-7.6±0.6‰，n=19)、δ15N值(9.6±1.0‰，n=19)都比较集中，说明他们主要食用C4食物，并包含了较多的动物蛋白。然而，先民M302是一位女性，具有较低的δ13C和δ15N值(-15.1‰，6.8‰)，说明她大部分食物来源于C3植物。先民M152也具有较低的δ13C值(-12.2‰)，他/她的δ15N值(14.3‰)在这些人中是最高的，说明他/她的食物中动物蛋白最多，可能主要源于海鱼的摄入。

为了考察刘庄墓地先民在性别、年龄、葬式等方面可能存在不同的迁移行为，分别做箱式图三、图四和图五。总体而言，先民的δD值在性别、年龄的差异较小，但在葬式上的差异相对较大。

图三 不同性别先民δD值的箱式图

图四 不同年龄先民δD值的箱式图

图五 不同葬式先民δD值的箱式图

如图三所示，不同性别先民的δD值相似，基本没有差异。具体而言，男性(分布范围为-43.7‰～-35.2‰，均值为-40.4‰±3.9‰，n=4)的δD值略高于女性(分布范围为-46.9‰～-35.4‰，均值为-42.0‰±5.5‰，n=4)和性别不明者(分布范围为-49.3‰～-38.8‰，均值为-43.1‰±3.5‰，n=6)的δD值。然而，他们的分布区间几乎重合在一起。例如，男性和女性δD值的独立样品T测试(t=-0.479，p=0.649)显示，他们之间没有明显差异。因此，刘庄墓地不同性别的先民可能在迁移行为方面不存在明显差异。

如图四所示，不同年龄段先民的δD值相似，也基本没有差异。具体而言，20±～30岁之间的个体(分布范围为-46.3‰～-35.2‰，均值为-41.0‰±4.3‰，n=7)的δD值略高于30～41±岁之间个体(分布范围为-46.9‰～-38.8‰，均值为-42.8‰±4.1‰，n=3)和年龄不明个体(分布范围为-49.3‰～-39.5‰，均值为-43.3‰±4.3‰，n=4)的δD值。然而，他们的分布区间几乎重合在一起。例如，20±～30岁之间的个体和30～41±岁之间个体δD值的独立样品T测试(t=-0.479，p=0.649)显示，他们之间也没有明显差异。因此，刘庄墓地不同年龄段的先民可能在迁移行为方面不存在明显差异。

如图五所示，土坑竖穴葬和石棺及简化石棺葬先民的δD值相似，基本没有差异，但都低于木棺葬先民的δD值。具体而言，木棺葬个体(分布范围为-41.3‰～-38.8‰，均值为-39.8‰±1.2‰，n=4)的δD值明显高于土坑竖穴葬个体(分布范围为-49.3‰～-35.2‰，均值为-43.3‰±4.7‰，n=6)和石棺及简化石棺葬个体(分布范围为-46.9‰～-35.4‰，均值为-42.3‰±4.9‰，n=4)的δD值。同时，木棺葬个体和土坑竖穴葬个体的δD值几乎没有交叉。然而，木棺葬个体和土坑竖穴葬个体δD值的独立样品T测试(t=1.448，p=0.186)则显示，他们之间不存在明显差异；木棺葬个体和石棺葬及简化石棺葬个体δD值的独立样品T测试(t=0.992，p=0.360)也显示他们之间不存在明显差异。因此，不同葬式个体之间迁移行为在统计学上没有明显区分。

然而，需要特别指出的是，考古学文化分析和C、N稳定同位素分析确实显示出有个别个体明确属于迁移而来的。同时，与刘庄墓地临近的、同时期的南城墓地先民牙釉质的Sr同位素分析显示，该墓地人群的来源非常多元化，迁移个体的比例非常大。因此，H同位素在揭示先民迁移行为方面具有一定的作用和潜力，但需要更多样品量进行相关的分析，需要更多不同地区降水的δD的信息等，才能更好诠释。

三、结 论

通过对刘庄墓地和其临近的、同时期的鄣邓遗址人和动物的H同位素分析，研究结果如下。

1.杂食类的人、猪和狗的δD值比食草动物牛、羊的相应值高。同时，他们的δ15N值和δD值存在正相关性。

2.不同性别、年龄段和葬式先民的δD值在统计学上没有明显差异。然而，木棺葬个体的δD值明显高于土坑竖穴葬个体和石棺及简化石棺葬个体的δD值，这可能与不同葬式个体潜在的迁移行为有关。

3.为了发挥人和动物骨胶原的H同位素研究在揭示先民迁移行为方面的潜力，日后工作需要更大的样品量和更多不同地区的背景信息。

注 释：

① 邹衡：《试论夏文化》，《夏商周考古学论文集》，文物出版社1980年, 第95—182页。

② 李伯谦：《先商文化探索》 ，《庆祝苏秉琦考古五十五年论文集》，文物出版社1989年, 第280—293页。

③ 李伯谦：《先商文化考古的新征程——在“先商文化学术研讨会”开幕式上的致辞》，《北京大学震旦古代文明研究中心学术丛书之二六——早期夏文化与先商文化研究论文集》，科学出版社2012年, 下同，第259—261页。

④ 胡宝华、王立新：《试论下七垣文化的类型与分期》，《北京大学震旦古代文明研究中心学术丛书之二六——早期夏文化与先商文化研究论文集》，第296—322页；王立新、胡宝华：《试论下七垣文化的南下》，《北京大学考古学丛书：考古学研究(八)——邹衡先生逝世五周年纪念文集》，科学出版社2011年, 第179—193页。

⑤ 朱彦民：《商族的起源、迁徙与发展》，商务印书馆2007年，第186—364页；王震中：《商族起源与先商社会变迁》，中国社会科学出版社2010年，第1—39页；王传明、赵新平、 靳桂云：《河南鹤壁市刘庄遗址浮选结果分析》，《华夏考古》2010年第3期；刘焕、 李素婷、宋国定、 蒋洪恩、 王昌燧、 刘长江：《河南鄣邓遗址浮选炭化大遗存的鉴定及分析》，第十届全国科技考古学术讨论会(北京)2010年，第19—20页；侯彦峰、李素婷、马萧林、孙蕾：《安阳鄣邓遗址动物资源的获取与利用》，《中原文物》2009年第5期；侯亮亮、乔登云：《河北南部两处先商文化时期遗址出土动物骨骼的稳定同位素分析》，《文物春秋》2020年第3期；侯亮亮、徐海峰：《赞皇南马遗址先商文化时期动物骨骼的稳定同位素分析》，《边疆考古研究》(第17辑)，科学出版社2015年，第385—397页；侯亮亮、李素婷、 胡耀武、 侯彦峰、吕鹏、曹凌子、胡保华、宋国定、王昌燧：《先商文化时期家畜饲养方式初探》，《华夏考古》 2013年第2期；Hou L. Hu Y. Zhao X. Li S. Wei D. Hou Y. Hu B. Lv P. Li T. Song G. Wang C. Human subsistence strategy at Liuzhuang site, Henan, China during the proto-Shang culture by stable isotopic analysis.JournalofArchaeologicalScience, 2013, 40(5), 2344-2351；Ma Y. Fuller BT. Wei D. Shi L. Zhang XZ. Hu YW. Richards MP. Isotopic perspectives (δ13C, δ15N, δ34S) of diet, social complexity, and animal husbandry during the proto-Shang period (ca. 2000—1600 BC) of China.AmericanJournalofPhysicalAnthropology，2016，160(3): 433-445；侯亮亮、魏东、Michael P. Richards：《磁县南城遗址先商文化时期人群来源多元化的锶同位素证据》，《第四纪研究》2021年第1期。

⑥⑦河南省文物局：《鹤壁刘庄——下七垣文化墓地发掘报告》，科学出版社2012年，下同，第371—384页；石磊、王会民、梁亮：《河北磁县南城遗址浅析》，《北京大学震旦古代文明研究中心学术丛书之二六——早期夏文化与先商文化研究论文集》，第357—376页。

⑨ Ma Y. Fuller BT. Wei D. Shi L. Zhang XZ. Hu YW. Richards MP. Isotopic perspectives (δ13C, δ15N, δ34S) of diet, social complexity, and animal husbandry during the proto-Shang period (ca. 2000—1600 BC) of China.AmericanJournalofPhysicalAnthropology，2016，160(3): 433-445.

⑩ 侯亮亮、魏东、Michael P. Richards：《磁县南城遗址先商文化时期人群来源多元化的锶同位素证据》，《第四纪研究》2021年第1期。