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內(nèi)蒙古察右前旗呼和烏素墓地出土人骨中c、n同位素分析

呼河烏蘇公墓位于內(nèi)蒙古呼河市九畝村東部的山坡上,距旗政府所在地土貴烏拉市10公里。該墓地南靠山梁,北臨呼和烏素河,地勢(shì)南高北低。1995年9月,內(nèi)蒙古自治區(qū)文物考古研究所對(duì)該墓地進(jìn)行了搶救性發(fā)掘,共清理漢代墓葬11座,該墓地頭向多為北向,墓葬均為單人葬,葬式為仰身直肢。墓葬內(nèi)隨葬品極少,一般置于頭前或頭龕之內(nèi),多以三件壺或三件罐為組合,個(gè)別墓內(nèi)無隨葬品,年代大體相當(dāng)于西漢中期。鑒于隨葬品均為陶器且種類單一,推測應(yīng)是一處平民墓地1。本文通過對(duì)呼和烏素墓地出土人骨中C、N同位素比值的測定,初步探討了該墓地古代居民的飲食結(jié)構(gòu),為進(jìn)一步分析漢代內(nèi)蒙古中南部居民的飲食結(jié)構(gòu)與經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)和生活方式提供了重要的科學(xué)依據(jù)。一、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和過程1.最佳同位素測定系統(tǒng)同位素比值測定儀器:ThermoFinnigan公司的DELTAplus型同位素比值質(zhì)譜儀(isotope-ratiomassspectrometers,IRMS),同位素制備系統(tǒng):ThermoElectronSPA公司的FLASHEA1112型元素分析儀。2.試劑硝酸、鹽酸均為優(yōu)級(jí)純。實(shí)驗(yàn)過程中所使用的玻璃儀器均經(jīng)10%硝酸浸泡24h后,用蒸餾水沖洗,干燥備用。實(shí)驗(yàn)用水均為二次去離子水。3.骨膠原c、n-1cn-1標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)利用國際原子能機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定同位素NBS-22(13C同位素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),TM13C值為-29.7)、和IEAE-N-1(N同位素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),δ15N值為+0.4)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)定CO2和N2鋼瓶氣,以標(biāo)定的鋼瓶氣作為標(biāo)準(zhǔn)氣體,測定骨膠原C、N同位素δ值。4.材料中去鈣的處理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。5.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:6.數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析統(tǒng)計(jì)分析采用美國社會(huì)統(tǒng)計(jì)軟件SPSS11.5。二、結(jié)果與分析1.c與n的含量及c/n摩爾比值判斷骨樣中穩(wěn)定同位素是否受到污染,是使用其比值推斷古代居民飲食結(jié)構(gòu)的前提條件。當(dāng)骨樣發(fā)生污染,其有機(jī)成分———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3.202。由表一可知,呼和烏素組樣品的骨膠原中,C的含量為41.4%—43.9%,平均值為42.9%。N的含量為15.4%—16.3%,平均值為15.8%,C和N的含量均接近現(xiàn)代骨骼中骨膠原的含量,保持了較高的水平,并沒有因?yàn)樵陂L期的埋藏過程中而全部分解,非常有利于進(jìn)行穩(wěn)定同位素的測試。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,測定13C和15N的結(jié)果也比較可靠3。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)4。表一的結(jié)果顯示,該組樣品的C/N比值均處在2.9—3.6之間,較為理想地落在了未污染樣品的范圍之內(nèi),且C/N比值的平均值為3.2,從而保證了穩(wěn)定同位素最終測定結(jié)果的可靠性。2.c、c、e的13c值一般認(rèn)為,陸生的綠色植物基本可以分為兩類,即C3類植物和C4類植物。C3類植物通常包括一些適于溫和或蔭涼環(huán)境的植物,如喬本樹木、大多數(shù)灌木、大豆、小麥、稻米等,其δ13C值的范圍大約為-23‰—-30‰,平均值為-26.5‰。C4類植物通常包括一些適于高溫和太陽輻射較強(qiáng)地區(qū)生長的植物,如牧草、小米、玉米、高梁等,其δ13C值的范圍大約為-8‰—-14‰,平均值為-12.5‰5,在食物被動(dòng)物吸收并轉(zhuǎn)變?yōu)楣悄z原的過程中,其δ13C約富集5‰6。因此,以C3和C4植物為食的動(dòng)物,其骨膠原的δ13C值應(yīng)為-21.5‰和-7.5‰左右。由表一的分析結(jié)果可知,呼和烏素組測試的所有樣品的δ13C值在-9.9‰~-8.3‰的范圍內(nèi),平均值為-9.1‰,明顯居于C4類植物的范圍之內(nèi),反映了漢代呼和烏素人植物性食物來源應(yīng)以C4類植物為主體。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‰7。其中,食草類動(dòng)物的δ15N值大約為3~7‰,雜食類動(dòng)物的δ15N為7‰~9‰,一級(jí)食肉類動(dòng)物以及各種魚類則大于9‰8。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)狀態(tài),呼和烏素居民骨骼中的δ15N值為8.2‰~9.8‰,平均值為9.1‰,表明呼和烏素漢代居民食物中應(yīng)以素食類食物為主,飲食結(jié)構(gòu)中包含有少量的動(dòng)物性蛋白。三、農(nóng)業(yè)食物結(jié)構(gòu)通過對(duì)呼和烏素墓地漢代居民骨骼中δ13C和δ15N的比值測定,我們對(duì)西漢中期烏蘭察布地區(qū)居民的飲食結(jié)構(gòu)有了一個(gè)初步了解,得出了以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí):1.用于本次測試的5例人骨骨骼標(biāo)本保存狀況很好,全部可用于做穩(wěn)定同位素測試,且獲得了比較理想的測試結(jié)果。2.人骨中的δ13C值分布較為集中(-9.9‰—-8.3‰),反映了呼和烏素漢代居民植物性食物結(jié)構(gòu)以C4類植物為主,反映了西漢中期前后烏蘭察布地區(qū)粟和黍等北方旱作谷物仍然是當(dāng)?shù)鼐用袢粘7N植的主要農(nóng)作物,同時(shí)也是當(dāng)時(shí)居民的主要口糧。δ15N值(8.2‰—9.8‰),則表明呼和烏素漢代先民在日常飲食結(jié)構(gòu)中動(dòng)物性食物攝入的比例非常有限,飲食結(jié)構(gòu)基本上以植物類食物為主,整個(gè)食物構(gòu)成相當(dāng)單一,這與該墓地隨葬品較少,種類單一的現(xiàn)象基本吻合。3.呼和烏素墓葬的年代處于西漢中期前后,正是西漢武帝開邊階段,北方的邊郡地

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