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来源：《西域研究》2022年第1期 人和动物骨骼中的碳、氮稳定同位素能够有效区分其食谱中粟黍和麦类作物的贡献程度，以及肉类蛋白的摄入水平，进而探究不同文化人群的迁移过程和生业模式。先前的研究认为，进入早期铁器时代，欧亚大陆内部先民才开始更多地食用粟黍。为了探究阿勒泰地区史前居民食物构成和生业模式，我们分析了阿勒泰地区青铜—早期铁器时代4处墓地出土的动物和人骨碳、氮稳定同位素，发现本地区青铜—早期铁器时代先民普遍大量摄入肉类蛋白，食谱中粟黍来源食物的比重整体偏低。结合本区域作物生长积温要求和过去气候重建结果，我们认为：阿勒泰地区气候条件不利于发展粟黍农业。早期铁器时代，人群大规模的流动可能促进了粟黍类作物在整个欧亚大陆人群食谱中的流行。 大约自1万年前以来，以粟黍农业为代表的中国北方旱作农业体系和以大小麦为代表的西亚农业体系逐步确立，伴随猪、牛、羊等重要家畜的驯化，深刻地影响了后世世界文明的进程。随着人群流动，农业产品或技术也随之向世界各地传播，这种生业模式的时空变化历史是史前农业全球化研究关注的重要问题，为解答史前农业全球化路线、过程等重要问题提供关键的依据。 关于早期粟黍和麦类作物在欧亚大陆的传播进程和路线，多位学者基于现有的发现提出自己的设想，由于新疆地处东亚和西亚地理中间位置，普遍认可新疆是粟黍和麦类作物相向传播最早交汇点，且最大可能是沿天山最终相遇。[2]但近年来，随着比天山更靠北的阿尔泰山南缘通天洞遗址的发掘和研究，[3]该遗址中粟黍、麦类作物的发现，将东西方作物在阿勒泰地区的相遇时间向前推进到了距今5000年前，也凸显了阿勒泰地区在早期跨大陆文化交流中的重要地位。遗憾的是，除上述地点外，阿勒泰地区缺乏其他的植物考古研究工作，[4]极大地制约了我们对本地区史前时代居民作物利用历史的认识。通天洞遗址虽然提供了关键的证据，但仅凭上述这一处发现，难以得出确切的粟黍和麦类作物经由此地向周边区域传播的具体路径。[5]因此，粟黍、麦类作物的传播过程，尤其是在阿勒泰地区史前人群中作为食物利用的历史尚待深入研究。 相较而言，骨骼同位素分析可以有效揭示个体生前一段时间的食物组成，并在群体水平上反映不同个体的营养级水平等信息，该方法已在全球范围内被广泛的用于史前人群食性和生业模式的重建。[6]尤其因骨骼中的碳同位素水平可以敏感地反映人群对C4来源食物的摄入，使得骨骼同位素分析成为了研究粟黍、玉米等重要C4作物传播利用历史的一项重要手段。欧亚大陆内部自然植被以C3为主，同是C3的麦类作物的摄入并不会显著改变人群和动物原来的碳同位素组成，但是C4来源食物的摄入会带来人和动物骨骼碳同位素比值的大幅度跃升。根据欧亚大陆广泛的植物考古发现，一般认为骨骼碳同位素中的C4信号来自粟黍。温特斯加·米勒（Ventresca Miller）和马克尔维克兹（Makarewicz）[7]（图1a）收集了大量已发表的新石器时代至早期铁器时代欧亚大陆内部各遗址的骨骼同位素数据和植物大化石证据，认为阿勒泰以西的哈萨克斯坦中部地区人群最早摄入粟黍始于青铜时代末期，即公元前1、2千纪之交，表现为人骨碳同位素值在－18.8‰和－16‰间变化；而在阿尔泰山北缘的西南西伯利亚地区，先民食物中一直未见粟黍发挥明显作用，表现为人骨碳同位素数据一直处在－18.0‰以下；在阿尔泰山北缘偏东的米努辛斯克盆地，人骨碳同位素数据（－19.5‰～－15.9‰）表明早在青铜时代早期（公元前3千纪中晚期），人群就开始少量摄入粟黍类作物，至青铜时代晚期（公元前2千纪中晚期），人群对粟黍的消耗量明显加大，这一时期，人骨碳同位素比值在－18.0‰～－11.8‰间变化，并且这种情况一直持续到早期铁器时代（公元前1千纪）。由此可见，粟黍在阿勒泰地区周边各区域史前人群的食物中始终未占主导地位。在史前文化发展明显受到上述各地区考古学文化影响的阿勒泰地区，[8]先民骨骼同位素是否记录同样的粟黍摄入情况及变化趋势？阿勒泰地区现有的骨骼同位素研究证实，人群少量摄入粟黍类食物的历史早至青铜时代早期（阿依托汗1号墓地），[9]但这一结论的得出仅依靠两个样品（－15.9‰和－16.4‰）。至早期铁器时代（喀拉苏墓地），粟黍的摄入并未表现出增多的趋势（－17.0‰～－16.4‰，n=4），[10]仍属少量。 为了更好地理解阿勒泰地区史前居民食谱构成和生业特征，本研究选取阿勒泰地区青铜（托干拜2号、东喀腊希力克别特）和早期铁器时代（喀拉苏、图瓦新村）共4个遗址（图1b）的骨骼样品进行碳、氮稳定同位素分析，为该区域在史前农业全球化进程中发挥的作用提供新的见解和更多的证据支撑。
图1 阿勒泰地区及其周边 （a，周边集中开展过骨骼同位素分析的区域；b，本文所涉及阿勒泰地区遗址分布图） 阿尔泰山脉整体呈西北—东南走向，阿勒泰地区位于阿尔泰山南缘，山前盆地平缓，河道密布，是沟通欧亚大陆北方草原与中东部干旱区的重要通道，因其重要的地理位置和相对优越的自然条件，虽有学者考虑到麦类作物最早可能沿阿尔泰山南缘进入中国，[11]但苦于缺少直接的实物证据。为了追踪不同时期生活在粟黍、麦类作物可能传播路径上的人群对其摄入情况，本文主要以位于阿尔泰山南麓山前地带的托干拜2号和喀拉苏墓地出土人骨作为研究对象，因托干拜2号墓地缺乏足够的动物材料，因此以同属于切木尔切克文化类型的东喀腊希力克别特墓地出土的动物材料作为补充。此外，上述三个遗址均位于山前地带，为了对比周边环境对于史前人群食物选择可能的影响，我们另外选取了位于阿尔泰山山区的图瓦新村墓地早期铁器时代墓葬出土的人骨作为参照。各墓地的采样情况详见表1。 表1 各遗址人和动物骨骼碳、氮元素及同位素分析结果
骨骼样品在发掘现场初步鉴定，随后带回实验室做进一步的种属确认。同位素分析中骨胶原的制备主要在兰州大学环境考古实验室完成，方法和实验步骤等参见董惟妙等人的研究，[12]在此不做展开。碳、氮百分含量在兰州大学功能有机分子化学国家重点实验室的元素分析仪（Elemental Analyzer vario ELCube）上进行测试。仪器给定误差不大于0.1%，采用的标准物质为乙酰苯胺（Acetanilide）（C=71.09%，N=10.36%，H=6.71%）和苯甲酸（Benzoicacid）（C=68.80%，N=0，H=5.00%）。碳、氮稳定同位素测试在兰州大学西部环境教育部重点实验室的气体稳定同位素质谱仪（Finnigan DELTA plus Isotope Ratio Mass Spectrometer）上完成。仪器标准偏差小于0.1‰。标准物质为GLY、Collagen和Puge，其δ13C给定值分别为－33.3‰、－9.0‰和－12.6‰，δ15N的给定值分别为10.0‰、5.6‰和7.6‰。 一般而言，骨骼受埋藏环境和时间的影响，骨胶原会发生不同程度的降解，骨胶原产率和碳氮比可以判断所测试样品是否可用于食谱重建。对4个遗址的28个骨骼样品进行骨胶原提取，除了托干拜2号和东喀腊希力克别特墓地各有1例样品因保存状况太差提取失败。其余的26个样品保存良好，骨胶原产率约为2%～13%。骨胶原中C元素的百分含量为41%～46%，N元素为14%～17%，C、N摩尔比为3.2～3.3，处在可接受范围内，由此可以判断所得骨胶原未受污染，[13]可用于食谱重建和营养级分析。分析所得各遗址样品的同位素数据及其采样部位等见表1和图2。以下就同位素揭示的人群食物结构、生业模式特点等分时段展开讨论。 1.阿勒泰地区青铜时代人群食物结构和生业模式特点 托干拜2号墓地和东喀腊希力克别特墓地均属于青铜时代的切木尔切克文化遗存，囿于样本种属（人、羊、牛）和数量（两地共6个样本），据此获得的关于该文化人群在阿勒泰地区生存策略的认识相对有限。尽管如此，根据托干拜2号3个人骨样本低碳（－18.1‰～－17.6‰）、高氮（13.3‰～13.6‰）的同位素组合（图2），依然可以判断，该墓地人群除大量摄食了动物蛋白外，植物性食物多来自C3植物，摄入的C4来源食物非常有限。来自托干拜2号和东喀腊希力克别特墓地随葬的羊和牛骨骼同位素也证实，该地区自然环境中C3植物占绝大多数，并提供了该地区草食性动物的氮同位素背景值。值得注意的是，牛、羊样品的氮同位素平均值为5.2±1.1‰（n=3），人和牛羊之间巨大的氮同位素值差异（7.0‰）大大超出传统认为的营养级每升高一级，氮同位素值沿食物链富集3.0‰～5.0‰，[14]一来指示人群处在较高的营养级水平，二来也暗示他们的食物中可能包含比牛、羊肉及其副产品氮同位素值更高的产品，比如鱼类。[15]阿勒泰地区河湖密布，额尔齐斯河及其支流布尔津河、哈巴河等在区域河道内形成河湖沼泽等水域，是鱼类生存繁衍的理想区域。由于上述墓地包含墓葬数量均较少，且保存不佳，发掘过程中未发现渔猎活动相关证据，[16]但同时期或者稍早时段阿勒泰及其周边地区食鱼的传统并不鲜见，因此合理推测当时可能存在渔猎活动。依据以上同位素结果和论证，结合墓葬中发现有石镞陪葬等证据，[17]推断阿勒泰地区青铜时代切木尔切克文化人群主要依赖畜牧经济产出，兼营狩猎和渔猎，未见明显的农业活动证据。
图2 各遗址人和动物骨骼碳、氮稳定同位素比值散点图 本区域同属于青铜时代但稍早（距今约4600年）的阿依托汗1号墓地有阿凡那谢沃文化墓葬，2个人骨同位素数据显示，其食物来源同样强烈的依赖于动物蛋白，不同于托干拜2号人骨碳同位素指示的较单一的C3来源食物摄入，阿依托汗1号墓地人骨同位素有较明显的C4信号（－15.9‰和－16.4‰）。[18]反映出的植物性食物摄入与托干拜2号墓地居民不同（图3a），可能源于阿凡纳谢沃和切木尔切克两个文化拥有不同的饮食传统，这种差异可以在相近区域有不同文化传统的人群中观察到，[19]阿勒泰地区两种文化人群食物来源均主要依赖畜产，相比较而言，源自北方的阿凡纳谢沃文化更多的受到粟黍农业的影响。 2.阿勒泰地区早期铁器时代人群食物结构和生业模式特点 喀拉苏和图瓦新村墓地均包含多个时代墓葬，下文讨论的材料仅涉及早期铁器时代。与喀拉苏墓地已发表的食谱重建结果[20]相比，本文更加侧重对人骨同位素所揭示的生业模式的探讨。为了讨论方便，下文凡是关于喀拉苏墓地的同位素情况的介绍，均为两个研究的综合，但在图中两个研究得出的数据分别标注（图3b）。
图3 阿勒泰地区骨骼碳、氮同位素比值 （a，青铜时代；b，早期铁器时代） 喀拉苏墓地共计15个人骨样品的碳同位素平均值为－17.1±0.4‰，显示该人群主要依赖C3来源的食物，但是几乎所有个体都摄入了少量C4来源的食物。图瓦新村2个人骨样品的碳同位素数据（－18.7‰和－17.8‰）表明所分析个体生前食物中几乎不见C4来源的食物。 喀拉苏墓地人骨氮同位素数据（12.4±1.0‰，n=15）和图瓦新村墓地人骨氮同位素组成（10.2‰和10.8‰）表明上述两个早期铁器时代人群均长期大量摄入动物蛋白。因图瓦新村墓地同位素分析仅涉及人骨材料，在没有动物基线的情况下，对于其人骨氮同位素比值低于喀拉苏人骨究竟是因为肉食摄入量相对偏少，或食物本身氮同位素比值偏低，尚难定论。喀拉苏墓地羊和马的氮同位素值（6.2±1.2‰，n=36）与人骨的氮同位素差异明显（6.2‰），超出了一般认为的一个营养级的氮同位素值差异。[21]我们认为与青铜时代该区域的先民一样，阿勒泰地区早期铁器时代的人群食物来源丰富，不乏营养级高于普通草食性动物的组成，比如长期大量饮用牛奶或其他奶制品等。尽管该墓地缺乏明确的养牛（牛骨）或奶制品制作（搅拌棒等）和食用（残留物）证据，但是对欧亚大陆草原地区大量史前人群的DNA和残留物分析得知，饮食奶制品的传统可以追溯到青铜时代晚期。[22]喀拉苏墓地出土大量的羊和马，表明依赖羊和马的游牧经济在该人群生活中的重要性，同时墓葬中发现有箭箙等，指示该人群从事狩猎活动，而疑似鱼皮制成的剑鞘的发现更是暗示该人群日常生活中能接触到鱼。[23]图瓦新村墓地发现有大量的动物骨骼、动物元素的金属器等，另外发现有箭囊、箭镞等，[24]无不表明该墓地人群强烈的游牧经济属性。总之，较高的人骨氮同位素值指示喀拉苏和图瓦新村早期铁器时代先民食谱中包含了大量的动物蛋白，反映了游牧人群日常生活中对动物资源的强烈依赖。马和羊均为游牧生活的主要组成，其重要性也在墓葬中得到体现。马和羊的碳、氮同位素组成不同，表现为马（－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），且这种差异显著存在（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）。除了指示两种草食性动物取食偏好不同外，可能还表明因消化方式不同，反刍动物（羊）和非反刍动物（马）存在一定的同位素系统差异。[25]依据墓葬中大量陪葬的动物种类，结合喀拉苏墓地羊和马的氮同位素组成，ΔN人—羊更接近普遍接受的氮同位素沿营养级富集的程度，羊肉可能贡献了肉食来源的大部，与基于对该地区进行现代民族学调查所观察到的结论一致。[26] 综上所述，我们认为阿勒泰地区早期铁器时代的人群以游牧为生，同时不乏狩（渔）猎补给，配以摄入粟黍类植物。 3.阿勒泰地区青铜时代至早期铁器时代居民食谱异同及原因探析 人骨碳同位素数据显示，阿依托汗1号和托干拜2号所代表的距今4000多年前的阿勒泰地区青铜时代人群开始少量摄入C4来源食物（－17.1±0.9‰，n=5），应为粟黍，及至距今2000多年前的早期铁器时代，在喀拉苏及图瓦新村墓地，人骨碳同位素数据表明，依然存在摄入少量粟黍（－17.2±0.6‰，n=17）。整体而言，动物资源在青铜时代（13.2±0.3‰，n=5）和早期铁器时代（12.1±1.1‰，n=17）人群食谱中的贡献均非常明显。 根据同位素数据和各遗址出土物情况，无论是青铜时代还是早期铁器时代，阿勒泰地区先民生活强烈依赖动物及其副产品，食物中谷物成分整体不多。由于阿勒泰地区暂无系统的植物浮选报告发表，根据对阿勒泰地区史前文化发展影响密切的欧亚大陆内部各地区青铜—早期铁器时代基于人骨碳同位素证据的人群粟黍摄入情况研究，青铜时代早期粟黍类作物的消耗尚不普及，表现为仅部分区域（米努辛斯克盆地）人骨碳同位素记录了摄入少量C4类食物，[27]西南西伯利亚[28]和哈萨克斯坦中部地区[29]未见明显粟黍摄入信号；至早期铁器时代，粟黍类作物在欧亚大陆人群食谱中的作用得到发展和巩固，表现为在上述广泛空间的大量人群中监测到了C4食物摄入信号，[30]而这种变化被认为是进入早期铁器时代后农业的强化和扩张所致。[31] 不同作物生长所需的有效积温不同，以粟为例，其所需的有效积温不小于2000℃。阿勒泰地区所在的阿尔泰南麓山前地带现代有效积温处在1200～1800℃，而山区低至0～1200℃，[32]难以满足粟黍类作物在本地区种植的积温要求。阿勒泰以及周边地区多个湖泊及泥炭沉积中的花粉记录显示，该地区自全新世中期以来，湿度条件虽有恶化，但程度非常之小。[33]根据那仁夏泥炭地brGDGTs（支链—甘油二烷基甘油四醚）结果重建的阿勒泰山南麓地区全新世中晚期以来的温度显示逐步升高的趋势，但整体变幅不大。[34]我们认为，在生长条件无太大改变的情况下，相较于青铜时代，粟黍更广泛的进入到早期铁器时代欧亚大陆内部先民的食谱中，[35]并非源于克服积温不足后本区域粟黍农业的扩张或强化。 我们注意到喀拉苏墓地处在阿尔泰山南麓山前开阔地带，邻近水源，交通便利，其人骨碳同位素（－17.1±0.4‰，n=15）明显地指示了少量C4食物的摄入，而图瓦新村墓地深居阿尔泰山内部，山大谷深，与外界的沟通相对不便，其人骨碳同位素（－18.7‰和－17.8‰）未见相似C4信号。据此推测，从青铜时代到早期铁器时代，欧亚大陆内部更广大人群对粟黍的利用可能并非源于更广泛的种植，而是进入早期铁器时代后，人群流动规模更大，也更加常态化，其中不乏拥有种植粟黍传统的人，这些人口的流动带动了粟黍在更大区域人群食谱中的普及。当然，这一推论还需要今后更多相关证据的佐证。 通过对阿勒泰地区青铜和早期铁器时代人和动物的骨骼碳、氮稳定同位素分析，结合墓葬材料和该地区现代以及过去生态环境背景信息，参考本地区已经发表的骨骼同位素数据，主要得出以下结论：青铜至早期铁器时代，与种植相关的农业生产并未成为阿勒泰地区先民生业经济的主流，凭借优良的牧场资源，该地区史前人群食物来源主要来自放牧，并以狩猎所得作为补充，可能存在渔猎行为；阿勒泰地区地处东西方文化交流的要冲，尽管粟黍类作物等很早就出现在这一区域，但由于水、光热条件等因素的限制，加之传统的强势的牧业经济的存在，本地区并未形成规模化的农业；早期铁器时代人群大规模的流动可能促进了C4类作物在亚欧大陆内部先民食谱中的普及。 致谢：在本文的写作过程中，复旦大学胡耀武教授、袁靖教授，中国社会科学院陈相龙副研究员和新疆文物考古研究所张杰助理研究馆员4位老师给予了非常多的建议和帮助，谨致谢忱。
[1]本文是国家自然科学基金“新疆东天山地区青铜—铁器时代居民同位素食谱重建及生业模式”（项目编号：41701215）、国家社会科学重大项目“欧亚视野下的早期中国文明化进程研究”（项目编号：18ZDA172）和中华文明探源研究（2019～2022）“中华文明起源进程中的生业资源与技术研究”（项目编号：2020YFC1521606）的阶段性成果。 [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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