集聚、迁徙与动态均衡:嵩山周边史前聚落的空间格局

李中轩，袁胜元，焦士兴，孙艳丽

(1.许昌学院 城市与环境学院,河南 许昌 461000; 2.安阳师范学院 资源环境学院,河南 安阳 455000)

0 引言

史前聚落的时空格局是了解过去人地关系演变的关键信息[1]。新石器早期的人类对聚落区位的选择注重渔猎、采集等资源丰度和防御等要素,新石器中晚期农业社会聚落区位的选择关注农耕作业的便利性。在聚落的时空演变过程中,地理环境的剧变往往促成聚落的迁移,这种被动式的生境适应与较低的生产力水平相关。因此,有研究用资源总量、个体数和竞争系数等指标解释群落的空间过程[2]。C.M.Giovas等用理想化自由分布模型(IFD)探讨了加勒比地区的史前聚落迁徙,发现早期聚落的区位遵循适宜性优先原则[3]。E.E.Jones基于GIS的视域分析法讨论了自然和政治景观变迁对Onodaga Iroquois聚落区位选择的影响,发现可耕地和可防御是聚落区位选择的主要因素[4]。事实上,史前聚落区位选择往往遵循“最佳区位配置最多的人口”原则,如B.F.Codding等引入植被净初级生产力(NPP)、人口密度等参数证实了上述原则[5]。

聚落的集聚与扩散是生业模式改变的标志,也是自然环境和社会变迁的结果。已有研究认为,成都平原从三星堆时期到十二桥时期聚落格局的变迁与生业结构、洪水灾害和外来文化干扰相关[6];西汉水上游地区的仰韶时期和龙山时期的聚落区位倾向于濒水布局[7];郑(州)洛(阳)地区史前聚落的变迁与古环境关系密切,在稳定的外部环境下,聚落的叠置现象十分突出[8]。这表明史前聚落发生迁移的概率远低于空间集聚,但目前尚缺乏相关的研究。

嵩山周边的新石器晚期文化包括河南龙山文化(约4.6～4.0 ka B.P.)、新砦文化(约4.0～3.8 ka B.P.)和二里头文化(约3.8～3.5 ka B.P.)3个时期[9-10]。已有研究对本地区的新石器聚落的时空分布进行了探讨[8,11-15],但对聚落的空间集聚、时空迁移和动态均衡的模式研究尚不多见。本研究先讨论嵩山地区3个时期聚落群的空间分布和位序-规模特征,然后基于聚落的空间数据分别探讨洛阳盆地和嵩山南麓聚落的集聚和迁移机制,以便归纳史前聚落集聚、迁移与区域均衡的空间模式。

1 研究区域、数据来源与研究方法

1.1 研究区域

嵩山周边地区是指河南西部嵩山南北两侧的洛阳盆地和颍河、双洎河上游地区,行政区上涵盖洛阳市区、孟津、伊川、偃师、巩义、登封、新密、禹州、长葛和新郑等地,总面积约8 392 km2(图1)。区域地貌单元以嵩山为界,西北是洛阳盆地,东南是登封盆地、新密黄土丘陵和豫中平原。洛阳盆地的核心区是伊洛河冲积平原,地势平旷,盆地外围是黄土丘陵。嵩山南麓主要包括颍河上游和双洎河上游谷地。颍河上游为登封盆地,被嵩山、箕山和具茨山所包围,盆地内是颍河及其支流冲积的东西走向的河谷平原。双洎河发源于嵩山东段,上游区地貌主要是黄土丘陵和黄土台地,地形较为破碎。

以聚落所在水系作为区域单元,研究范围包括以王城岗和瓦店聚落群为代表的嵩山东南麓的颍河上游地区、以新砦聚落群为代表的双洎河上游地区以及以二里头聚落群为代表的嵩山西北洛阳盆地的伊河、洛河中下游地区(图1)。

图1 研究区域与嵩山周边史前聚落群分布

1.2 数据来源

DEM和地图数据分别来源于SRTM V4.1数据库(https://earthexplorer.usgs.gov)和国家基础地理信息中心(https://www.webmap.cn/store.do?method=store&storeId=2);遗址数量和地理坐标主要来源于《中国文物地图集·河南分册》[16]和《河南省文物志》[17];出土的炭化种子浮选数据来源于中国社会科学院赵志军团队的研究成果[18-21]。

1.3 研究方法

1.3.1 野外勘查与样品采集

实地勘查了登封王城岗、禹州瓦店、新密新砦、洛阳王湾和偃师二里头遗址的地形地貌,并在遗址外围无人工扰动的地层露头采集了对应文化地层的土壤样品作为古环境指标研究的依据。

1.3.2 GIS空间分析

利用SRTM数据和研究区域的遗址坐标,用ArcGIS 10.2软件进行遗址分布的地学分析。核密度分析(kernel density estimation, KDE)[22]是地理点/线要素基于空间插值函数生成地理要素三维密度曲面,用于估计不同聚落群的聚落密度分布特征;标准差椭圆分析(standard deviational ellipse, SDE)[23]是基于点状要素在椭圆x轴和y轴方向上的距离标准差估计点状要素集聚或离散的特征,用以测算聚落群的集聚度和空间延伸方向;Voronoi资源域分析[24]是利用泰森(Thiessen)多边形分割,相邻两点的分界为它们的垂直平分线,可以分析离散的点状要素的空间地域特征。

1.3.3 古环境指标测试

本研究测试了二里头遗址区对应文化地层的土壤样品的环境参数磁化率和重金属元素含量。磁化率是样品中磁性矿物的磁场强度,用于分析文化地层的风化环境特征,测试仪器是Bartington MS2磁化率仪。重金属元素含量主要利用铷-锶比值(Rb/Sr)反映地层沉积时期地表元素的迁移特征,间接描述目标地层的古风化环境,测试仪器是Thermo Scientific Niton 便携式X射线荧光重金属测试仪。

2 嵩山南北史前聚落的分布特征

4.0 ka B.P.前后的嵩山地区是夏文化发源的核心区,如嵩山南麓颍河上游的瓦店(面积40 hm2)和王城岗(面积30 hm2)是龙山晚期(约4.2～4.0 ka B.P.)的大型聚落,双洎河上游的新砦(面积超过70 hm2)是新砦时期(约4.0～3.8 ka B.P.)的大型聚落。而位于洛阳盆地中的二里头遗址(面积300 hm2)则是二里头时期(约3.8～3.5 ka B.P.)的大型核心聚落。它们在时间序列上存在前后衔接关系[9,25]。以聚落群为单位阐述颍河上游聚落群(龙山文化晚期)、新砦聚落群(新砦文化期)和二里头聚落群(二里头文化期)聚落的地理特征。

2.1 聚落群分布的地貌特征

颍河上游聚落群主要分布在颍河左岸的二级黄土阶地上,地貌类型主要是黄土丘陵;禹州平原河段的龙山晚期聚落多位于颍河右岸的二级阶地上,地势低平,适宜农业耕作。新砦聚落群集中分布于双洎河北岸的黄土台地上,地势较高,多冲沟。二里头聚落群则集中于洛阳盆地的伊河、洛河之间,大多位于伊河、洛河及其支流的二级阶地面上,地势低平,土壤类型以褐土、垆土和潮土为主,利于发展多样性农业。从3个聚落群在不同地貌单元的比例(表1)可以看出,从龙山晚期到夏代(包括新砦期和二里头期)聚落逐渐向100～200 m的低平原区集聚,聚落区位一般选择坡度小于3°的平缓地貌(多为0°～1.5°)。其中龙山晚期的颍河上游聚落群占47.4%,二里头聚落群占70.5%;而新砦聚落大多位于双洎河上游的黄土丘陵台地,平坡区聚落仅占28.9%。从坡向的特征看,颍河上游区聚落偏向于南西坡向,新砦聚落群和二里头聚落群则集中分布于北西坡向。

表1 三大聚落群在不同地貌单元上的聚落比例 %

2.2 聚落群的空间集聚度

聚落群遗址点的空间集聚情况可以用KDE进行估计。根据聚落的分布情况,确定3个聚落群遗址点KDE的搜索半径和输出像元。颍河上游聚落群遗址点KDE的搜索半径和输出像元分别为3 km,10 km×10 km,新砦聚落群遗址点KDE的搜索半径和输出像元分别为5 km,20 km×20 km,二里头聚落群遗址点KDE的搜索半径和输出像元分别为2.5 km,10 km×10 km。为考察聚落点分布的空间拓展趋势,用标准差椭圆法对各区聚落群进行分析,其中椭圆中心是聚落坐标的算术平均值[26]。

聚落的高密度区均以大型聚落为中心。其中,颍河上游呈现王城岗和瓦店双核结构,它们是颍河上游聚落群的核心区(5.23～5.88个/100 km2);新砦聚落是双洎河上游地区的核心(3.25～3.70个/100 km2);二里头聚落则代表伊洛河地区的核心(11.03～12.41个/100 km2)。根据标准差椭圆(SDE)估算结果(表2),二里头聚落群的集聚度最高,为0.66;颍河上游聚落群集聚度次之,为0.21;新砦聚落群的集聚度最低,仅为0.04,表现出显著的空间分散特征。

根据SDE的长轴旋转角度可以估计点状要素的空间拓展方向。颍河上游落群的SDE旋转角为123.2°,即该聚落群的扩散方向为颍河下游地区;新砦聚落群的SDE旋转角为72.6°,指向贾鲁河中游地区;二里头聚落群的SDE旋转角为87.3°,指向伊洛河下游。

表2 3个聚落群的标准差椭圆分析基本参数

2.3 聚落群的资源域

Voronoi多边形分割法用于聚落资源域的面积估算[27]。3个聚落群的Voronoi多边形(资源域)参数(表3)显示,颍河上游聚落资源域极值面积比与新砦聚落相当;二里头聚落资源域的极值面积比则较大(35.81)。从变差系数(CV)看,从龙山晚期(0.59)到二里头时期的聚落域面积离散程度逐渐增大(0.92),反映了聚落核心区和外围区在生产力水平上差异逐渐扩大,这种差异在二里头时期尤其突出。此外,资源域多边形的节点从龙山晚期到二里头时期从5.12增加到5.73,大体接近六边形模式,暗示二里头时期的聚落资源域格局已接近成熟型农业聚落。

2.4 聚落群的位序-规模

共整理出颍河上游龙山文化晚期聚落34处,双洎河上游新砦文化聚落49处,伊洛河中游二里头文化聚落89处。现用位序-规模法则(Rank-Size Law)考察3个聚落群的位序-规模特征[28],其双对数回归结果如图2所示。其中,纵坐标为聚落的面积规模(S)对数、横坐标为同一聚落群内各单个聚落面积的排序(R)对数。图2b显示,新砦聚落群的回归斜率是1.09,接近齐夫(Zipf)法则均衡状态;颍河上游聚落群(图2a)、二里头聚落群(图2c)的斜率分别为1.19和1.47,表明大型聚落地位突出而且有聚落大型化趋势。二里头聚落群的截距为7.00,显著大于龙山晚期(4.73)和新砦期(4.48),表明二里头时期的首位聚落规模异常突出。

表3 3个聚落群的Voronoi多边形参数

图2 3个聚落群的位序-规模分布

3 聚落的集聚与迁移机制

综合以上聚落分析,从龙山晚期至二里头时期,嵩山周边聚落的区位倾向于河流两岸的低平原,以迎合种植业发展之需。随着农业经济的发展,伊洛河和颍河上游聚落的数量和规模在龙山文化时期都达到较高水平,并出现了王城岗、瓦店等面积大于30 hm2的大型城邑,空间集聚特征显著。类似于龙山时期,二里头文化时期同样表现出聚落的高度集聚性,其资源域极值面积比达到35.81。而新砦聚落群的平均聚落面积较小(<10 hm2)且集聚度较低,可视为从龙山文化向二里头文化的过渡阶段。可见,聚落在空间上的集聚是社会经济发展的必然趋势。

3.1 地貌类型与聚落区位

龙山晚期以后,嵩山地区的原始农业进入快速发展阶段,大型聚落多选择地势平坦的河流阶地和冲(洪)积平原。表1显示,龙山晚期的颍河上游有53.0%的聚落、新砦时期有55.4%的聚落、二里头时期有61.7%的聚落选址于高程200 m以下的低地平原。其中新砦期为洪水多发时期[29],导致了颍河中下游地区聚落数量的萎缩。此外,地貌的坡度、坡向、土类和地下水深度都会影响聚落的分布。表1显示,龙山晚期81.6%的聚落分布在坡度3°以下的平坡区,这一区位在二里头时期的聚落占比高达91.1%。因为坡向影响作物的生长状况,所以颍河上游52.8%聚落分布于90°～270°的南东、南西坡向;二里头时期则有64.3%的聚落选择南西、北西坡向,以满足该时期粟、黍等作物的生长需要。

3.2 气候变迁对聚落区位的限制

尽管龙山文化期的东亚夏季风显著减弱,但新砦时期年均气温亦高于现代0.2 ℃左右[30],根据神农架三宝洞石笋的氧同位素记录[31],新砦-二里头时期的降水量高于现代20%～30%,处于农业发展的适宜期。沉积物的频率磁化率是指示古环境水热条件的常用指标[32],Rb/Sr比值可以间接指示夏季风和冬季风的强度[33]。二里头遗址剖面的古环境指标显示(图3),二里头时期的低频磁化率(图3a,均值109×10-8m3/kg)、频率磁化率(图3b,均值7.3%)和Rb/Sr(图3c,均值0.35)均出现峰值,反映外部环境的水热条件良好。与新砦文化期相比,二里头文化早中期的气候相对暖湿,晚期趋于凉干。从龙山晚期到新砦时期的低频磁化率(图3a)和Rb/Sr值(图3c)处于峰值区,结合前述的石笋氧同位素记录可以推知该时期嵩山地区的降水量偏多。

双洎河、颍河上中游以及洛阳盆地的伊河、洛河地区在新砦文化时期均有持续性洪涝灾害[29,34],尤其是地势较为低洼的颍河中下游地区,持续性洪水导致本区的聚落数量仅为龙山晚期的14%[35]。根据聚落群的标准差椭圆分析(表2),颍河上游王城岗聚落群的SDE长轴指向双洎河上游地区,可能指示了该区聚落在洪水期迁移的主要方向。

3.3 生业经济对聚落格局的影响

嵩山地区的史前聚落,主要分布在潮褐土地区(71.9%),其次是潮土地区(12.6%)、丘陵棕壤区(8.8%)和黄垆土区(2.7%)[36]。种植业结构基本以粟(Setariaitalica)、黍(Panicummiliaceum)为主,其次是稻谷(Oryzasativa)和大豆(Glycinemax)[37]。新砦时期水稻种子的出土概率达到51.4%,大豆的出土概率为37.7%;二里头时期稻谷出土概率为70%,大豆为27%[18],表明二里头时期的稻谷生产已接近粟、黍的比重。此外,小麦的引入和推广(新砦时期占0.9%,二里头时期占8.5%,二里岗时期占33.0%)大幅提高了聚落的人口承载力。同时,牛羊养殖业的发展促进了二里头时期生业经济的复杂化[38],而生业结构的复杂化和社会化对聚落集聚有较高要求。

3.4 史前聚落集聚的空间格局

灾害气候事件如持续性洪涝、干旱会产生区域性环境梯度。龙山时期颍河中游的湖沼区由于气候变干而适宜农耕[39],其耕作条件与登封盆地形成环境梯度差,于是登封盆地的聚落沿颍河向中下游迁徙,在禹州的瓦店、谷水河、吴湾等地集聚,逐渐发展成为嵩山南麓的聚落集聚区[40]。4 ka B.P.的降温事件导致了多年性洪涝灾害[34],造成大型城邑消亡、中小聚落向登封盆地和双洎河上游地区迁移。另外,社会文化资源的区域差异也可导致环境梯度。农业经济因规模化生产导致了聚落的空间集聚,如龙山晚期的瓦店、郝家台就因农业和手工业繁荣形成大型城邑;伊河、洛河之间二里头不仅是夏代的政治中心,而且极具商业和文化优势[41]。

集聚是聚落空间均衡的一般表现,迁移只是实现重新集聚的一种过渡。本研究将嵩山周边史前聚落的空间集聚模式归纳为4类(图4):(1)新石器早期社会的采集捕猎聚落集中于山区(图4a);(2)到了农耕时期滨水而居成为聚落分布的主要特征(图4b),如禹州瓦店、登封王城岗;(3)灾害性环境事件会胁迫聚落发生空间迁移,但改变不了集聚这一趋势(图4c),如新密新砦、古城寨;(4)到了铜石时期,手工业和商业提高了史前社会应对环境灾害的韧性,交通便利的河口区成为商业集聚的首选(图4d),如偃师二里头聚落。

图4 史前聚落区位集聚的4种模式

4 结论

史前聚落的时空迁移与均衡取决于气候、地貌和社会文化3个要素耦合过程中形成的环境梯度。这种自然-社会综合要素梯度的时空耦合机制驱动了聚落空间格局的周期性迁移和动态均衡。

从龙山晚期至二里头时期,嵩山周边聚落的平均资源域逐渐缩小,大型聚落的首位特征显著。这表明,尽管不时有灾害性环境事件的胁迫,但随着生产力水平的提高,聚落分布在空间上仍呈集聚趋势,这是社会化大生产在空间上的必然反映。颍河上游聚落群和二里头聚落群即属于空间集聚型聚落,而新砦聚落群则表现为空间扩散特征。根据关于聚落空间集聚均衡的观点,可知新砦聚落群属于过渡性迁移类型,而颍河上游聚落群和二里头聚落群则属于典型的空间均衡型聚落。