穩(wěn)定同位素分析技術(shù)在古代民族食物結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

穩(wěn)定同位素分析技術(shù)在古代民族食物結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

廟子溝遺址位于內(nèi)蒙古察布市察右前旗市烏拉哈烏拉市，向北距察右旗政府所在地約12.5公里，向北距黃旗海約7公里。呼和浩特至大黃高速公路距離遺址和黃旗海之間的第二個(gè)平臺(tái)東西方向。遺址所在地屬于黃旗海南岸的豐鎮(zhèn)丘陵地帶,廟子溝遺址南北長約220m,東西寬約120m,發(fā)掘面積約10500m2,以南部遺址、遺物較為豐富。通過對(duì)遺址的發(fā)掘清理,共發(fā)掘出房址52座,灰坑、窖穴139個(gè),墓葬42座,出土及復(fù)原各類陶器664件,石器518件,骨、角、蚌器81件,此外,遺址還出土了大量牛、羊、鹿、豬、狗和少量水生動(dòng)物的遺骸。廟子溝遺址以布局井然的村落,制作精美的陶器和幾何形彩陶?qǐng)D案,以及磨制精致的石器和骨制品的風(fēng)格而獨(dú)具特色。是目前內(nèi)蒙古中南部地區(qū)發(fā)掘面積最大、遺跡保存最完整、出土遺物最為豐富的仰韶晚期階段的遺址,廟子溝遺址地處于內(nèi)蒙古東西部通過張家口南下中原的三岔路口上,由于其重要的地理位置,使得這一遺址的發(fā)掘和研究,有助于我們逐步揭示北方地區(qū)的多種文化面貌,探討這一地區(qū)與中原的文化聯(lián)系和相互影響,從而進(jìn)一步研究我國多民族國家形成的歷史過程。近幾十年來,古代人群的食物結(jié)構(gòu)研究已經(jīng)成為科技考古學(xué)的一個(gè)重要組成部分,也是當(dāng)前國際科技考古學(xué)研究領(lǐng)域的一項(xiàng)前沿性課題。重建古代食物結(jié)構(gòu)的有效方法通常是利用人類骨骼的化學(xué)元素分析(包括穩(wěn)定同位素分析和微量元素分析)。其中利用古代居民骨骼和牙齒進(jìn)行穩(wěn)定同位素分析的方法已經(jīng)成為這項(xiàng)研究的一個(gè)十分有效的途徑,對(duì)全面科學(xué)地復(fù)原與重建古代社會(huì)具有重要的啟示作用。本文通過對(duì)廟子溝遺址出土人骨中C、N同位素比值的測(cè)定,初步探討了該遺址古代居民的食物結(jié)構(gòu),這是對(duì)內(nèi)蒙古中南部地區(qū)新石器時(shí)代遺存首次進(jìn)行該方面的研究工作,將為進(jìn)一步復(fù)原該時(shí)期古代人群的食物結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)類型積累寶貴的科學(xué)參考數(shù)據(jù)。1材料和方法1.1由玻璃絲生長選取股骨骨干中段鋸取約3cm3作樣品,先用無菌刀片和毛刷去除骨樣表面污垢,清洗骨樣,在研缽中磨碎,過篩,收集介于0.25—0.5mm之間的粉末骨樣。在天平上稱取一定質(zhì)量的粉末骨樣,倒入事先放有玻璃絲的殺青漏斗中,使骨樣較為均勻地分布于玻璃絲上。加入0.2MHCl進(jìn)行脫鈣,大約3天左右,每隔一天換一次溶液,直到漏斗中看不到顆粒為止。換用蒸餾水洗至中性。再加入0.125MNaOH,室溫放置20小時(shí),期間攪拌以除去骨樣中摻雜的腐殖酸等。用蒸餾水洗至中性后,在0.001MHCl(PH=3)95℃浸泡10小時(shí),趁熱過濾,烘至近干后冷凍干燥,收集明膠化的骨膠原。1.2穩(wěn)定同位素比分析利用錫箔杯將骨膠原包好,放在自動(dòng)進(jìn)樣器內(nèi),通過自動(dòng)進(jìn)樣器將樣品送到元素分析儀氧化爐燃燒(1020℃),所釋放出的NO2和CO2通過還原爐還原(650℃),經(jīng)色譜柱分離、純化后進(jìn)入DELTAplus型同位素比值質(zhì)譜儀(isotope-ratiomassspectrometers,IRMS)測(cè)定C和N的穩(wěn)定同位素比值。C和N均以標(biāo)定的鋼瓶氣為標(biāo)準(zhǔn),用IAEA-N-1標(biāo)定氮鋼瓶氣(以空氣為基準(zhǔn)),用USGS24標(biāo)定碳鋼瓶氣(以PDB為基準(zhǔn)),同時(shí)與相關(guān)單位進(jìn)行橫向校正。C同位素的分析精度為0.11‰,N同位素的分析精度為0.12‰。C和N穩(wěn)定同位素比值的計(jì)算公式為:2結(jié)果與分析2.1骨膠原的c/n摩爾比值判斷骨樣中骨膠原是否受到污染,是運(yùn)用穩(wěn)定同位素分析推斷古代居民食物結(jié)構(gòu)的前提條件。當(dāng)骨樣發(fā)生污染,骨膠原將在各種因素的影響下發(fā)生降解,而C和N的含量也相應(yīng)隨之降低。因此,骨膠原中C和N的含量,成為檢驗(yàn)骨膠原保存狀況的一個(gè)重要的指標(biāo)。一般認(rèn)為,現(xiàn)代骨骼中骨膠原的C含量約為41%,N含量為15%,C/N比值為3.20。由表1可知,該組樣品的骨膠原中,C的含量為43.29%—43.94%,平均值為43.56%(加上標(biāo)準(zhǔn)方差)。N的含量為15.96%—16.34%,平均值為16.15%(加上標(biāo)準(zhǔn)方差),C和N的含量均接近現(xiàn)代骨骼中骨膠原的含量,并沒有因?yàn)樵陂L期的埋藏過程中而全部分解。此外,骨膠原的C/N摩爾比值,是判斷骨樣受污染程度的另一項(xiàng)重要指標(biāo)。DeNiro等認(rèn)為,如果C/N比值在2.9—3.6之間,說明該樣品保存較好,測(cè)定13C和15N的結(jié)果也比較可靠。如果C/N比值高于3.6,說明骨樣中可能受到腐殖酸的污染,如果C/N比值低于2.9,說明骨膠原中很可能摻雜了一定量的無機(jī)物質(zhì)。表1的結(jié)果顯示,該組樣品的C/N比值均落在了未污染樣品的范圍之內(nèi),且C/N比值的平均值為3.15,接近于現(xiàn)代骨膠原的C/N比值,表明骨膠原保存較好,可用于穩(wěn)定同位素分析。2.2廟子溝立地條件下的食物富集狀況由表1可知,所有樣品的δ13C值較為集中的分布在-6.89‰—-7.48‰范圍內(nèi),平均值為-7.19‰(加上標(biāo)準(zhǔn)偏差),明顯居于C4類食物(因?yàn)橐部砂ㄒ訡4類植物為食的動(dòng)物)的范圍之內(nèi)。與δ13C值相同,δ15N值的分布狀況同樣較為集中,位于8.97‰—9.47‰之間(加上標(biāo)準(zhǔn)偏差),充分說明了動(dòng)物性食物在廟子溝先民食物中的比例基本相似。N在不同營養(yǎng)級(jí)之間存在著同位素的富集現(xiàn)象,按營養(yǎng)級(jí)的上升,每上升一級(jí),大約富集了3—4‰,即食草類動(dòng)物骨膠原中的δ15N比其所吃食物富集3—4‰,以食草類動(dòng)物為食的食肉類動(dòng)物又比食草類動(dòng)物富集3—4‰。其中食草類動(dòng)物的δ15N值大約為3—7‰,一級(jí)食肉類動(dòng)物以及各種魚類,δ15N值為9—12‰,雜食動(dòng)物δ15N值則在7—9‰之間(參考文獻(xiàn))。因此,根據(jù)δ15N值,我們大體可以推斷先民所處的營養(yǎng)級(jí)級(jí)別,廟子溝遺址新石器時(shí)代居民骨骼中的δ15N值為8.97‰—9.47‰,平均值為9.23‰,表明其生前的食物結(jié)構(gòu)中動(dòng)物性食物的攝入占有相當(dāng)?shù)谋壤?討論通過對(duì)廟子溝遺址新石器時(shí)代居民骨骼中δ13C和δ15N值測(cè)定,我們對(duì)該遺址居民的食物結(jié)構(gòu)有了一個(gè)初步了解,得出了以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí):4關(guān)于廟子溝人與原始農(nóng)業(yè)的物質(zhì)來源本文對(duì)廟子溝遺址仰韶晚期階段出土人骨進(jìn)行了C和N穩(wěn)定同位素分析,并嘗試對(duì)該時(shí)期古代居民的食物結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)原,研究結(jié)果表明:1.用于本次測(cè)試的9例人骨骨骼標(biāo)本保存狀況很好,全部可用于做穩(wěn)定同位素測(cè)試,且獲得了比較理想的測(cè)試結(jié)果。2.人骨中的δ13C值分布較為集中(-6.89‰—-7.48‰),反映了廟子溝新石器時(shí)代先民食物結(jié)構(gòu)以C4類食物為主,粟和黍等北方旱作谷物很可能是廟子溝人日常種植的主要農(nóng)作物。δ15N值(8.97‰—9.47‰),則表明先民在日常飲食習(xí)慣中動(dòng)物性食物攝入占有相當(dāng)?shù)谋壤?大量野生動(dòng)物骨骼以及石鏃、骨角箭頭的發(fā)現(xiàn)暗示了肉食的獲取很可能來自狩獵經(jīng)濟(jì)。而遺址中普遍發(fā)現(xiàn)的各種蚌、螺殼以及用其制成的裝飾品,暗示了漁獵經(jīng)濟(jì)與廟子溝人的生活密切相關(guān)并為廟子溝人提供了豐富的水產(chǎn)品,而水產(chǎn)品的攝入也是造成該遺址居民骨骼中的δ15N值略顯偏高的一個(gè)重要因素。3.廟子溝遺址所處的年代恰恰處在中全新世后期的暖干階段,錯(cuò)過了文化發(fā)展的最適宜期,盡管如此,廟子溝人仍然積極地推動(dòng)和豐富了原始的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì),還充分利用了黃旗海南岸的有利地理環(huán)境開展了采集、狩獵和漁獵經(jīng)濟(jì),豐富了食物的來源,同時(shí)也促進(jìn)了生產(chǎn)方式的多元化和文化的多元化。4.最后必須指出的是,本文分析的樣品只占整個(gè)廟子溝遺址出土人骨的一部分,由于該遺址發(fā)掘時(shí)代久遠(yuǎn),我們很難再得到更多的樣品進(jìn)行測(cè)試,因此,不能對(duì)整個(gè)遺址先民的食物結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的復(fù)原,這確實(shí)是一個(gè)遺憾。但我們相信,以此為契機(jī),更多地利用人類骨骼的化學(xué)分析(包括穩(wěn)定同位素分析和元素分析)在該地區(qū)持續(xù)開展研究工作,將會(huì)加深對(duì)內(nèi)蒙古中南部地區(qū)新石器時(shí)代先民經(jīng)濟(jì)形態(tài)的更加全面的認(rèn)識(shí)。3.1廟子溝遺址中發(fā)現(xiàn)有大量的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工具,如石斧、石刀、石鏟,加工糧食用的大型石磨盤、石磨棒等,最具代表性的小口雙耳罐和漏斗的大量伴出,以及在窖穴中成批儲(chǔ)存陶器等一系列現(xiàn)象,充分反映了當(dāng)時(shí)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)達(dá)程度,農(nóng)業(yè)很可能是當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)生活中的支柱性產(chǎn)業(yè),為廟子溝居民提供了最主要的糧食供給。此外,遺址中多數(shù)的房址內(nèi)均發(fā)現(xiàn)有研磨、搗碎食物的地臼,表明采集業(yè)在這一時(shí)期也相當(dāng)發(fā)達(dá),是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要補(bǔ)充手段,也提供了更多副食產(chǎn)品的選擇。可見,新石器時(shí)代的廟子溝人已經(jīng)學(xué)會(huì)最大限度地開發(fā)原始農(nóng)業(yè)。廟子溝遺址類遺存是內(nèi)蒙古河套地區(qū)在白泥窯文化的基礎(chǔ)上吸收了廟底溝、紅山、馬家窯等文化的因素,在仰韶晚期形成的一種新的考古學(xué)文化類型,具有十分明顯的地域特征,而關(guān)于廟子溝文化居民的種系淵源問題,嚴(yán)文明先生曾根據(jù)考古學(xué)文化特征的分析做出推斷,認(rèn)為內(nèi)蒙古中南部地區(qū)富有特色的遠(yuǎn)古文化的形成是由于在中原地區(qū)仰韶文化繁榮發(fā)達(dá)時(shí)期,部分仰韶農(nóng)人沿著黃河河谷北上開拓新的農(nóng)田,來到富饒的河套地區(qū)安營扎寨,與當(dāng)?shù)鼐用窕旌瞎泊娴慕Y(jié)果。考古學(xué)研究結(jié)果表明:在仰韶時(shí)期中國北方地區(qū)的古代文化有了很大的發(fā)展,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大,與農(nóng)業(yè)相關(guān)的生產(chǎn)工具和生產(chǎn)技術(shù)趨于完善,以粟和黍?yàn)榇淼暮档剞r(nóng)作物以及飼養(yǎng)的家畜成為了當(dāng)時(shí)人們的主要食物來源!本文測(cè)試的所有樣品的δ13C值較為集中的分布,在-6.89‰—-7.48‰之間,反映了該遺址新石器時(shí)代居民的植物性食物中以C4類植物為主,而粟和黍等北方旱作農(nóng)業(yè)的代表性谷物,很可能隨著人群的遷徙和文化的傳播成為廟子溝人日常種植的主要農(nóng)作物。廟子溝新石器時(shí)代居民骨骼中的δ15N值略顯偏高,表明該組居民在日常飲食習(xí)慣中動(dòng)物性食物攝入占有相當(dāng)?shù)谋壤?暗示出家畜飼養(yǎng)業(yè)和狩獵業(yè)在當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)生活中占據(jù)重要的位置。廟子溝遺址動(dòng)物骨骼鑒定結(jié)果表明:該遺址中出土的動(dòng)物骨骼以野生動(dòng)物為主,有野豬、黃羊、馬鹿、牛、野馬、野驢、狐、熊等,馬鹿、牛以及狍子等大型的動(dòng)物骨架常常出現(xiàn)在該遺址的窖穴和灰坑中,此外遺址中還出土相當(dāng)數(shù)量的動(dòng)物骨角器,水晶和燧石制作而成的石鏃以及鹿角制成的箭頭等,反映了狩獵經(jīng)濟(jì)的普遍存在。廟子溝遺址所在的黃旗海盆地地區(qū)的湖泊演化研究表明:在距今5000年左右的廟子溝遺址高出現(xiàn)在的湖面50—60m,原始居民完全可以開展?jié)O獵活動(dòng)充分利用黃旗海中豐富的水產(chǎn)資源,同時(shí)又可以躲避洪水的侵襲,廟子溝遺址的軟體動(dòng)物的鑒定報(bào)告表明,該遺址出土有杜氏珠蚌、湖藍(lán)蜆以及各種螺類,遺址中還常常伴出使用各種蚌、螺殼制成的裝飾品,反映了這些軟體動(dòng)物和當(dāng)時(shí)人類的關(guān)系十分密切。黃旗海南岸有利的地理環(huán)境為廟子溝人提供了漁獵機(jī)會(huì),使其成為當(dāng)時(shí)居民經(jīng)濟(jì)生活的一項(xiàng)重要補(bǔ)充。而豐富的水產(chǎn)品的攝入也是造成該遺址居民骨骼中的δ15N值略顯偏高的一個(gè)重要因素?？傊?廟子溝遺址所反映出的以農(nóng)業(yè)為主,采集、狩獵與漁獵經(jīng)濟(jì)為輔的經(jīng)濟(jì)形態(tài),與骨骼中的穩(wěn)定同位素分析結(jié)果互相吻合。3.2廟子溝遺址所在的黃旗海地區(qū)全新世以來的環(huán)境演變研究表明:中全新世前期該地區(qū)的氣候以暖濕為主,相當(dāng)于全新世氣候最宜期,降水充沛,自然地帶相當(dāng)于暖溫帶,植被分布是以樺、椴、榆為主的闊葉林;在中全新世后期氣候轉(zhuǎn)為暖干,湖面開始下降,在距今5500年前后左右湖面波動(dòng)區(qū)域穩(wěn)定,植被以松屬、禾本科為主的森林草原,木本植物減少,干燥化明顯。一般來說,溫暖濕潤的環(huán)境更加適于人類文明的發(fā)展和繁榮,而廟子溝遺址的年代恰恰處在中全新世后期的暖干階段,錯(cuò)過了