葛利花 王振祥

(太原市文物考古研究所，山西 太原 030000；河北省文物保護(hù)中心，河北 石家莊 050000)

植硅體，是沉淀在高等植物細(xì)胞組織中的固體非晶質(zhì)二氧化硅顆粒，具有產(chǎn)量大易獲取、就地沉積分散程度低、抗風(fēng)化耐腐蝕、種屬對應(yīng)關(guān)系較為明確等優(yōu)勢。粟、黍是東亞地區(qū)最早馴化的旱作物，也是中國北方旱作農(nóng)業(yè)中的傳統(tǒng)優(yōu)勢作物，栽培歷史悠久，為中華文明起源與發(fā)展提供了堅實的物質(zhì)基礎(chǔ)[1]。距今4000年左右[2]，由西亞傳播至中國的小麥逐漸取代粟、黍的優(yōu)勢地位，成為北方旱作農(nóng)業(yè)主體作物，北方農(nóng)業(yè)生產(chǎn)格局發(fā)生轉(zhuǎn)變。

通過獲取、鑒定和分析遺址內(nèi)外地層、灰坑、房址等遺跡單位以及各式器物中提取的植硅體，參照現(xiàn)代植物植硅體形態(tài)，為研究以粟、黍等種屬鑒定及馴化判別為主要內(nèi)容的粟作農(nóng)業(yè)起源與傳播，以作物結(jié)構(gòu)、栽培與管理、收割與加工為主的作物生產(chǎn)與加工，基于植硅體種類差異、敏感型與固定型植硅體比例關(guān)系來探究農(nóng)田灌溉的農(nóng)田管理技術(shù)，以及與糧食儲存和消費等遺址內(nèi)空間利用模式相關(guān)內(nèi)容提供依據(jù)，進(jìn)而為探索先民植物利用、生業(yè)經(jīng)濟(jì)模式等問題奠定基礎(chǔ)?；诮鼛资陮W(xué)界對植硅體分析在農(nóng)業(yè)考古研究中的認(rèn)識[3]，本文系統(tǒng)性地總結(jié)植硅體分析在旱作農(nóng)業(yè)考古綜合分析中的研究方向，進(jìn)一步分析探討了其研究現(xiàn)狀和未來發(fā)展方向。

一、植硅體分析與旱作物判別

旱作農(nóng)業(yè)考古研究以粟、黍、麥等為代表，通過其碳化種子、植硅體、淀粉粒等分析法對考古遺址出土植物遺存進(jìn)行鑒定和研究，為探討北方旱作農(nóng)業(yè)起源及其形成過程提供了重要的資料與信息，并且取得初步成果[4]。近年來，學(xué)者在我國本土黍、粟及其親緣野生植物等植硅體鑒定分析工作中取得顯著成果，該方法在作物種屬鑒定及其馴化等研究中發(fā)揮著越來越重要的作用。

(一)粟、黍的判別

長期以來，因粟、黍小穗不同組織、不同部位的植硅體有所差異，且連續(xù)變化，稃片細(xì)胞層間硅化，形成組合特征多樣的細(xì)胞硅化結(jié)構(gòu)，難以利用植硅體形態(tài)區(qū)分粟、黍種屬[5]?；诖?，呂厚遠(yuǎn)采集百余種現(xiàn)代粟、黍及其近緣草本植物，通過相差和微分干涉顯微鏡，對粟、黍的生物和硅質(zhì)沉積結(jié)構(gòu)進(jìn)行解剖式分析，發(fā)現(xiàn)粟、黍植硅體形態(tài)差異明顯，主要體現(xiàn)在以下幾點：①穎片和下位外稃短細(xì)胞植硅體存在差異，粟為“十字型”，長寬比率接近1，尺寸由內(nèi)向外呈遞減趨勢；黍為徑向垂直葉脈的“雙裂片型”(啞鈴型)，比率為1∶2。②稃片植硅體形態(tài)不同，粟發(fā)育典型的“乳突型”植硅體，但也有一些乳突不明顯，或無乳突；黍表面光滑，無乳突。因此，無法根據(jù)乳突存在與否鑒別粟黍。③粟、黍孕花外稃和內(nèi)稃表皮長細(xì)胞壁明顯不同，粟呈現(xiàn)“Ω” 型(頂部飽滿呈弧形)，黍為“η”型(頂部平滑較窄)，二者均分三級，一至三級由外及內(nèi)分布，第三級多位于稃片中部。需要說明的是，粟、黍稃片兩端分布有“n”型未分化的表皮長細(xì)胞，不具備鑒定特征。④孕花外稃和內(nèi)稃硅化表皮長細(xì)胞末端植硅體形態(tài)和參數(shù)存在差異，粟是“波狀交叉紋飾”，寬度在4.37±0.89μm之間，寬度與兩個長度平均數(shù)之比在0.33±0.11之間；黍為“指狀交叉紋飾”，寬度為8.95±2.02μm，比值是0.79±0.12μm。⑤粟稃片表面角質(zhì)層和外表皮層同時硅化往往形成脊線雕紋形態(tài)，黍則是表面平滑帶有斑點狀紋飾，當(dāng)黍的外表皮層與皮下纖維層貼生硅化時，則會形成鋸齒狀紋飾[6]。簡言之，粟、黍的內(nèi)、外穎片和不孕花外稃分別生長短細(xì)胞十字型和啞鈴型植硅體；由粟、黍孕花外稃和孕花內(nèi)稃中表皮長細(xì)胞硅化而成的長細(xì)胞樹枝狀植硅體是二者鑒定的依據(jù)[7]。Welmoed A.Out指出雙裂片型植硅體末端及長柄尺寸差異也可區(qū)分粟、黍，粟末端是平或凸出的，黍為凹陷；粟比黍的雙裂片型植硅體尺寸更大、形狀也更規(guī)則，三裂片與多裂片型植硅體在粟中并不常見[8]。由于黍亞科植物葉片存在大量啞鈴型，在使用Out的鑒定標(biāo)準(zhǔn)時，為排除干擾需以樣品中僅有粟、黍兩種作物為前提。此外，姚政權(quán)早年發(fā)現(xiàn)谷子穎片表皮細(xì)胞群植硅體具有較薄、透明狀、紋理規(guī)整、邊緣呈刺形或齒形等形態(tài)特征[9]。

基于粟黍植硅體判別標(biāo)準(zhǔn)，呂厚遠(yuǎn)對磁山遺址儲存坑進(jìn)行分層取樣研究，發(fā)現(xiàn)黍穎殼植硅體占絕對優(yōu)勢，粟數(shù)量極少，表明該遺址最早種植黍，是主要的植物性食物資源；粟出現(xiàn)較晚，這應(yīng)與黍較粟更能適應(yīng)冷干氣候環(huán)境有關(guān)[10]。據(jù)此鑒定標(biāo)準(zhǔn)，對關(guān)中地區(qū)泉護(hù)、楊官寨、滸西莊、案板、王家嘴、水溝等遺址進(jìn)行植硅體分析，發(fā)現(xiàn)在仰韶中期至龍山時期，黍植硅體含量占據(jù)優(yōu)勢，后期雖有所下降，但黍相對含量仍然多于粟，為重新認(rèn)識關(guān)中地區(qū)新石器時期農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供參考資料[11]。由此可見，植硅體分析在考古樣品保存或研究方法受限制的情況下，仍然可以準(zhǔn)確鑒定出粟、黍作物種屬，并且可以判斷出相對含量，為深入研究旱作農(nóng)業(yè)生產(chǎn)狀況和社會經(jīng)濟(jì)形態(tài)奠定基礎(chǔ)。

(二)粟、黍的馴化

粟、黍是人類最早馴化的作物之一。植硅體分析提升了獲取粟、黍類遺存的空間，有望解決其起源的動力、時間、地點等問題，助于探索先民植物資源管理、旱作農(nóng)業(yè)起源以及考古遺址生業(yè)經(jīng)濟(jì)組成等內(nèi)容。

張健平[12]采集國內(nèi)外16種現(xiàn)代谷子和青狗尾草，對二者的小穗穎片、內(nèi)外稃片的不同部位、不同細(xì)胞層植硅體進(jìn)行研究和分析，明確ΩⅢ僅發(fā)育于粟、青狗尾草稃片中部，二者尺寸差異顯著，即粟ΩⅢ型植硅體比青狗尾草ΩⅢ型尺寸更大，稃片表皮長細(xì)胞W1、W2和H尺寸差異明顯。粟的W1、W2和H值分別是64.2±5.9μm、11.9±1.9μm和26.1±2.2μm，青狗尾草是52.2±2.8μm、8.0±1.1μm、22.1±1.4μm，判別率高達(dá)75%。粟和青狗尾草的穎片和下位外稃“十字型”植硅體幾乎無差異，尺寸重合區(qū)間較大，不具備鑒定特征。粟和青狗尾草的上位外稃和內(nèi)稃中表皮長細(xì)胞突起的尺寸重合區(qū)間較大，但青狗尾草更大些；部位不同會導(dǎo)致尺寸差異；部分粟和青狗尾草不發(fā)育突起，因此難以根據(jù)突起的有無和尺寸來鑒別粟及其野生祖本青狗尾草。Lisa Kealhofer[13]對金色狗尾草、間序狗尾草、粽葉狗尾草、皺葉狗尾草、云南狗尾草和大狗尾草以及莩草、西南莩草、粟等12種狗尾草屬的稃片、葉子和莖稈部位的植硅體進(jìn)行提取、鑒定和研究工作，指出：①稃片中啞鈴型尺寸小于葉子，啞鈴型尺寸與其所屬母源植物種屬也具有一定相關(guān)性。②12種狗尾草屬的啞鈴型尺寸存在明顯的重合區(qū)間，即使是同一種屬，不同部位的啞鈴型尺寸也有重合區(qū)間。③環(huán)境差異會影響啞鈴型尺寸，但狗尾草相對而言因環(huán)境改變而產(chǎn)生的差異較小。④一年生與多年生植物的啞鈴型尺寸存在差異，前者啞鈴型小于后者。⑤一般來講，粟葉子啞鈴型尺寸最小，但與青狗尾草莖稈中的植硅體以及S.halica稃片啞鈴型存在重合區(qū)間現(xiàn)象。目前根據(jù)啞鈴型尺寸，只能判斷最大和最小植硅體所屬母源植物，介入二者之間的植硅體則難以判別其植物種屬。⑥狗尾草屬中至少有一個部位存在十字型植硅體，稃片部位的十字型尺寸多有重合現(xiàn)象。青狗尾草和粟稃片啞鈴型尺寸最小，青狗尾草稃片十字型也有尺寸較大者。結(jié)合張健平等人的研究，Lisa Kealhofer認(rèn)為ΩⅢ數(shù)量較少，僅在莩草、大狗尾草、粟和青狗尾草中有發(fā)現(xiàn)，因此通過ΩⅢ型鑒別粟和青狗尾草是可行的，即青狗尾草<粟<莩草<大狗尾草，后三者植硅體尺寸存在重合區(qū)間。另外，因為ΩⅠ型分布普遍，在考古遺址中發(fā)現(xiàn)概率較高，而且粟ΩⅠ型尺寸最小，通過此類植硅體區(qū)分粟、莩草和大狗尾草十分有效。至于其他植硅體類型差異，或與取樣地點(經(jīng)緯度、土壤、水、溫度等因素)不同有關(guān)。

黍親緣野生植物有糖稷、細(xì)柄稷、心葉稷和鋪地黍等，全國均有分布[14]。其野生祖本尚不清楚，有學(xué)者認(rèn)為可能是鋪地黍[15]，還有學(xué)者提出野生黍或野糜子實質(zhì)上是栽培黍退化的品種，并非其野生祖本[16]。一般認(rèn)為，退化的馴化作物與其野生祖本具有相似的生物學(xué)性狀[17]?；诖?，張健平[18]統(tǒng)計10萬個野黍子與馴化黍子稃片長細(xì)胞植硅體ηⅢ個體數(shù)，發(fā)現(xiàn)ηⅢ含量隨著馴化程度的加深而增加，在缺失野生祖本的條件下，一定程度上探索了黍的馴化進(jìn)程?？偠灾壳瓣P(guān)于黍的起源時間與地點、發(fā)展過程及背景探索等仍不清楚，未來還有很多工作要做。

(三)其他旱作農(nóng)業(yè)

除粟、黍外，稗也是亞洲史前重要的食物資源之一。在日本由稗草馴化而來的紫穗稗，以及由印度的光頭稗馴化而成的湖南稗，至今仍有栽培并作為食物資源食用，其他稗草多視為農(nóng)田雜草[19]。由于稗草結(jié)實率很高，部分地區(qū)會將野生稗草作為野生食物資源和饑荒食物[20]。葛勇等采集國內(nèi)長芒稗、光頭稗、稗、額頭稗、小旱稗、無芒稗、細(xì)葉旱稗和硬稃稗，對其穎片、不孕小花和可孕小花的內(nèi)稃與外稃以及種子進(jìn)行分析和研究，建立了稗草植硅體形態(tài)鑒定標(biāo)準(zhǔn)，即稗草表層硅化細(xì)胞為β型，具體表現(xiàn)為頂端略壓縮，沿垂直軸對稱分布；β型共分四級，由外及里等級和尺寸依次遞增；W、R和H是確定稗草形態(tài)結(jié)構(gòu)特征的三個參數(shù)，平均值分別為4.86±1.82、0.19±0.09、27.42±9.84μm，以R、H和Lv(β等級)為變量的統(tǒng)計分析可以區(qū)分黍、粟和稗，盡管后兩者仍有重疊[21]。上山遺址沉積物和石器上存在的稗草植硅體和淀粉粒以及稻植硅體，揭示當(dāng)時先民加工并利用稗草類野生食物資源，為進(jìn)一步探索早期農(nóng)業(yè)發(fā)展提供線索[22]。一般認(rèn)為大豆起源于中國[23]，主要依據(jù)碳化物及淀粉粒判斷遺址是否存在大豆遺存，不具有種屬鑒定特征的植硅體[24]，本文不再贅述。

小麥作為重要的糧食作物之一，自傳入中國就逐步代替粟、黍成為北方旱作農(nóng)業(yè)主體，形成“南稻北麥”之勢。目前麥類植硅體分析可鑒定到種屬級別，對于碳化麥遺存保存不好的遺址來說，可彌補一些缺憾。Ball詳細(xì)研究大小麥花序植硅體，認(rèn)為硅化細(xì)胞、毛基細(xì)胞、乳突型和樹枝型植硅體是種屬鑒定的關(guān)鍵。單粒小麥硅化細(xì)胞植硅體寬度平均值>11μm，內(nèi)切半徑平均值>5.7μm；普通小麥毛基細(xì)胞植硅體當(dāng)量直徑平均值>22.5μm；野生與栽培二粒小麥毛基細(xì)胞植硅體形狀因子均>0.8μm；野生二棱大麥硅化細(xì)胞頂部周長平均值>44μm，六棱大麥則<44μm，置信度高[25]。此外，詳細(xì)列舉了小麥類植硅體圖譜，指出長梯形和長-短細(xì)胞植硅體是普通小麥較典型的植硅體類型，栽培二粒小麥為長刺狀、乳突狀和毛發(fā)狀植硅體，野生二粒小麥?zhǔn)敲补梵w、不規(guī)則邊緣薄板型和樹枝狀植硅體。通過測量SiO2細(xì)胞、毛基和乳突狀植硅體的長、寬、厚、周長、面積以及縱橫比和形狀因子，也可鑒別小麥性質(zhì)[26]。小麥屬與燕麥屬中的植硅體樹突存在差異，即使是同一種屬，包括穎片、外稃和內(nèi)稃在內(nèi)的花序苞片及其所處位置不同也會導(dǎo)致樹突形態(tài)不同[27]。形態(tài)較尺寸參數(shù)測量所需樣本量少，置信度更高?？傊?，根據(jù)表皮細(xì)胞紋理結(jié)構(gòu)差異，便可判斷遺址出土麥類作物性質(zhì)。吳妍也曾做過現(xiàn)代小麥(Triticum monococcum和Triticum aestivu)樣本的植硅體分析，發(fā)現(xiàn)小麥穎片中樹型、硅化程度高且邊緣特征明顯的長細(xì)胞植硅體以及帶有一圈乳突的毛基細(xì)胞植硅體最為豐富，三種形態(tài)結(jié)合可作為小麥鑒定標(biāo)準(zhǔn)；據(jù)此判斷何郢遺址出土小麥穎片硅化表皮和樹形植硅體，或表明該遺址存在小麥種植[28]。此外，陳輝依照已有的分類方法對濟(jì)南周邊小麥植株植硅體進(jìn)行分類，主要包括橢圓型、帽型、圓型、長圓型、矩型、多刺棒型、三角型、圓盤型八種常見類型[29]，對鑒定考古遺址小麥遺存具有借鑒意義。

玉米起源于美洲，自明朝時期傳入中國，一經(jīng)種植便成為中國重要的糧食作物和飼料作物，在中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有較大比例。參照墨西哥、秘魯?shù)鹊卦缙谶z址中玉米淀粉粒和植硅體遺存[30]，以及我國現(xiàn)代玉米作物植硅體形態(tài)、組合及數(shù)量，發(fā)現(xiàn)玉米植硅體基本組合特征為帽型、啞鈴型、棒型和尖型，十字型是玉米最典型的植硅體類型，分形維數(shù)變幅在3.22-3.60間，具有獨特性，一定程度上可揭示遺址是否存在玉米[31]。不同部位玉米植硅體總濃度差別顯著，穗中>葉中>整株；不同部位各類植硅體百分比和十字型植硅體尺寸差異較大[32]。另外，玉米在其生長期內(nèi)植硅體組合及含量會發(fā)生變化，就玉米變種亞航0919而言，在其生長周期內(nèi)多鈴型、尖型、棒型植硅體降低，啞鈴型數(shù)量和尺寸均有增加，葉脈和葉片中的植硅體組合與尺寸差異明顯[33]。

除了以五谷為代表的農(nóng)作物以外，全新世中后期先民應(yīng)陸續(xù)利用或馴化很多諸如果樹、蔬菜、甚至是觀賞植物等植物種類。因此，在利用植硅體分析法研究先民植物利用時，應(yīng)擴(kuò)展研究思路，豐富農(nóng)業(yè)考古研究內(nèi)容。

二、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與加工

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與加工是先民維持生存與發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。相較農(nóng)具、灌溉、儲存、加工等工具和設(shè)施而言，植物遺存能更直接客觀地反映當(dāng)時農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及加工狀況。

(一)農(nóng)作物結(jié)構(gòu)分析

植硅體類型多數(shù)可鑒定到科、屬級別，部分禾本科植物可鑒定到種[34]。粟、黍、稻、麥、稗、玉米等植物植硅體種間形態(tài)差異顯著。即使是同一作物，部位不同，其植硅體種類、大小與數(shù)量存在差異。據(jù)此可判斷植硅體所屬作物的具體位置，對應(yīng)關(guān)系明確。當(dāng)然，并不是所有出現(xiàn)在遺址中的農(nóng)作物均為本地生產(chǎn)，需要結(jié)合某作物不同部位植硅體種類，才可確認(rèn)當(dāng)時有某種農(nóng)作物種植而非直接輸入糧食。

農(nóng)作物植硅體提取的數(shù)量、比重和組合，一定程度上可反映農(nóng)作物種植、生產(chǎn)與加工等情況。研究表明，采用相同的實驗方法處理考古遺址植硅體樣品，粟、黍稃片植硅體產(chǎn)量在誤差范圍內(nèi)基本相等，即得出的粟、黍植硅體百分比值可反映其相對產(chǎn)量，稻雙峰型植硅體百分含量比稻實際含量相對偏低[35]。作物植硅體出土概率和相對數(shù)量可反映遺址農(nóng)業(yè)生產(chǎn)格局。

(二)作物栽培與管理

灌溉、除草、施肥等技術(shù)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)步的體現(xiàn)。植硅體分析能夠更為細(xì)致、直接地研究田間農(nóng)事生產(chǎn)管理，為史前農(nóng)作生產(chǎn)方式和生產(chǎn)力水平研究提供了珍貴資料，同時促進(jìn)對其社會組織形態(tài)的深入思考。

確認(rèn)史前農(nóng)田遺跡是研究作物栽培與管理的關(guān)鍵。結(jié)合灌溉水渠、田埂等遺跡以及土壤質(zhì)地和生態(tài)特點等因素，根據(jù)遺址附近農(nóng)作物植硅體密度可基本判斷農(nóng)田遺跡[36]。當(dāng)然，不同時期、地區(qū)農(nóng)田植硅體密度存在差異，要因時因地而異。在此基礎(chǔ)上，對連續(xù)文化層中農(nóng)田提取的旱作物植硅體進(jìn)行系統(tǒng)性定性定量分析，可了解旱作農(nóng)業(yè)活動起止時間及旱田擴(kuò)展速度；定量分析同一文化層內(nèi)的旱田植硅體組合、數(shù)量等，可探討旱作物灌溉、生態(tài)環(huán)境、作物規(guī)模、糧食產(chǎn)量等問題，深化旱田研究[37]。

農(nóng)田灌溉目前主要集中于麥類研究，主要依據(jù)固定型與敏感型植硅體的比例關(guān)系進(jìn)行分析。固定型植硅體，主要受基因控制，基本不受環(huán)境干擾，包括圓臺型、鞍型、啞鈴型、十字型、多鈴型和齒型；敏感型植硅體則易形成于富含硅的土壤中或水源充足的環(huán)境中，包含光滑棒型、波狀棒型、刺棒型、long polyhedral(長型多面體)、方型、扇型和氣孔[38]。Rosen在實驗考古中發(fā)現(xiàn)二粒小麥多細(xì)胞植硅體(SiO2骨架)在灌溉區(qū)的比例要高于干旱地區(qū)[39]。M.Madella通過控制因素變量法，在伊拉克中部生長室內(nèi)以及劍橋試驗田中種植普通小麥、栽培二粒小麥、斯佩爾特小麥、六棱大麥和二棱大麥，生長室內(nèi)的作物種植在盆栽中，土壤與試驗田保持一致，避免因礦物資源不同導(dǎo)致植硅體差異；作物發(fā)芽后分為“干”、“濕”兩種灌溉模式，待植株成熟后，在莖稈和葉子采集植硅體樣品。結(jié)果表明，不同灌溉條件會直接影響普通小麥、栽培二粒小麥和二棱大麥的敏感型植硅體產(chǎn)量，普通小麥X射線分析顯示敏感型水分子化學(xué)邊界與其母源植株生長期間獲取的水資源量有關(guān)。因此，M.Madella提出植硅體組合可用來探究干旱地區(qū)冬季作物生長期環(huán)境，尤其是為農(nóng)田灌溉研究提供直接證據(jù)[40]。在此基礎(chǔ)上，Emma Jenkins提出灌溉區(qū)的小麥植硅體含量高，conjoined cell(連體細(xì)胞)數(shù)量也有所增加，但后者因不易保存難以在遺址中發(fā)現(xiàn)；邏輯回歸分析結(jié)果顯示灌溉程度是影響固定型與敏感型比例的主要因素，約占15.7%[41]。值得注意的是，農(nóng)田灌溉研究必須排除大氣降水因素的影響，而這需要利用小麥非蒸騰組織中植硅體氧同位素組成來判斷，因其能夠反映干旱環(huán)境下因蒸騰作用而加強(qiáng)土壤中富集水的氧同位素[42]。

植硅體組合、數(shù)量分析為農(nóng)田生態(tài)環(huán)境研究提供依據(jù)。作物有較穩(wěn)定的伴生雜草，粟、黍、大豆的伴生雜草分別是莠、稂、菟絲草，麥田中的常見雜草則是早熟禾、看麥娘、麥瓶草、麥藍(lán)菜、小飛蓬、蛇床子等，與稻共生的雜草多為稻穇、稗草、千金子、野慈菇等[43]。雜草對作物具有較好的擬態(tài)性，二者生存環(huán)境相同，從雜草植硅體分析結(jié)果可透視共生作物相關(guān)信息，進(jìn)而反映作物種植情況。即使未發(fā)現(xiàn)作物植硅體，共生雜草植硅體的發(fā)現(xiàn)也可作為農(nóng)田遺跡存在的判斷證據(jù)。Weisskopf系統(tǒng)分析了八里崗遺址植硅體，發(fā)現(xiàn)屈家?guī)X和石家河文化時期莎草減少而硅藻與海綿骨針增多，表明灌溉條件得到改善，同時人為限制雜草以改善農(nóng)田生存環(huán)境，農(nóng)田生態(tài)環(huán)境發(fā)生改變；龍山文化晚期，植硅體組合顯示莎草等農(nóng)田雜草比例增加，暗示農(nóng)田集約化程度降低[44]。

時空范圍內(nèi)畝產(chǎn)增幅變化，對探討農(nóng)耕技術(shù)和管理水平，甚至是深入探討社會分工及社會復(fù)雜化進(jìn)程、探索文明社會形成等奠定了堅實基礎(chǔ)。利用植硅體密度計算作物相對產(chǎn)量具有可行性。王才林提出根據(jù)植硅體大小、種類及豐度等情況，可知母源植物種類和產(chǎn)量[45]。張健平綜合分析粟、黍植硅體，認(rèn)為等重量的粟、黍稃片植硅體產(chǎn)量基本相等，采用相同的實驗方法處理考古遺址植硅體樣品，得出的粟、黍植硅體百分比值可反映其相對產(chǎn)量[46]。旱作物畝產(chǎn)量不如稻研究深入，可參照Fujiwara[47]提出的依據(jù)植硅體與稻谷重量相關(guān)性、水稻硅酸體系數(shù)，估測單位面積內(nèi)水稻產(chǎn)量做法，嘗試估測粟、黍、麥類等旱作物的畝產(chǎn)量。

(三)作物收割與加工

植硅體類型與其所屬農(nóng)作物及其部位對應(yīng)關(guān)系明確，通過對農(nóng)作工具上的植硅體殘留、遺存中出土的植硅體組合以及殘缺的植硅體切割形態(tài)等分析，可對農(nóng)作物收割與加工方式問題進(jìn)行研究。

石刀等收割工具的植硅體分析，可直接反映收割的植物種類及部位。喇家遺址[48]4件石刀表面提取出376粒植硅體，可鑒定者有361粒，其中啞鈴型180粒，其余為刺棒型、平滑棒型、方型、尖型、帽型和塔型等，均是植物莖葉常見類型；結(jié)合8粒黍子稃片η型以及5粒粟稃片Ω型，可推測該石刀在收割粟黍農(nóng)作物以及黍亞科等野生植物時，主要接觸植物莖葉部位?；ǖ刈爝z址[49]10件石刀表面殘留物中提取92粒植硅體，以單個啞鈴型和豎排啞鈴型為主，另有少量十字型、突起棒型和未知類型。其中，十字型與突起棒型植硅體應(yīng)為薏苡屬莖稈植硅體，結(jié)合黍亞科葉片啞鈴型植硅體的大量發(fā)現(xiàn)，可判定該遺址石刀收割過包括薏苡屬在內(nèi)的黍亞科植物。

土壤樣品中植硅體組合、密度及相應(yīng)比例分析，也可反映農(nóng)作物收割方式變化。目前作物收獲方式有三，手捋穗、割穗、割莖稈，這不僅是收割高度的變化，還是先民對利用谷物滿足生存需求依賴程度的變化。以粟為例，當(dāng)收割高度較高，只收割谷穗時，進(jìn)入考古遺址中的植硅體多為稃片植硅體，“Ω”型和“波狀交叉紋飾”等數(shù)量居絕對優(yōu)勢地位，少量莖葉植硅體會一同帶回遺址；田地殘存的粟莖葉、共生雜草植株中的植硅體就地沉積于農(nóng)田土壤中，分散程度低，加上常年耕作的影響，農(nóng)田土壤中植硅體積累通量更是豐富，其種類與數(shù)量均高于遺址中提取的植硅體。當(dāng)粟收割高度降低時，其穗、莖葉以及共生雜草的部分莖葉會被同時帶入遺址中，遺址內(nèi)植硅體種類較之前更加豐富。在粟稃片植硅體數(shù)量不變的基礎(chǔ)上，遺址內(nèi)雜草葉莖植硅體增多，植硅體基數(shù)增大，稃片植硅體所占比重降低；農(nóng)田中殘存的粟莖桿和共生雜草葉片植硅體沉積于土壤中，較谷穗收割法而言，雜草植硅體數(shù)量減少，其他變化不大。

通過分析遺址出土的脫殼和揚場副產(chǎn)品，即農(nóng)作物和共生雜草植硅體分布范圍、密度、比例、形態(tài)，可探索加工場所、方式與規(guī)模，甚至可探討社會分化現(xiàn)象。在考古遺址中，若發(fā)現(xiàn)大空間范圍內(nèi)分布高度密集的脫殼殘留植硅體，亦或是揚場副產(chǎn)品——谷殼與小尺寸雜草植硅體、小粒谷物等，基本可判斷該遺址作物經(jīng)歷了大規(guī)模、集體性的加工過程；反之，就表明以核心家庭為單位對作物進(jìn)行脫殼與揚場工作，存在社會分化。

三、糧食儲存與食用

通過對比分析遺址，尤其是房址、儲藏及炊煮遺存中的植硅體分布、種類、組合、數(shù)量等，結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計分析，有助于揭示先民糧食儲存與食用等特定文化行為，一定程度上可恢復(fù)遺址內(nèi)部布局結(jié)構(gòu)及其功能。

當(dāng)然，作物有可能并未進(jìn)行脫殼與揚場等加工步驟，便被先民存儲于房址或?qū)ｉT儲藏設(shè)施中。Tell Seker al-Aheimar遺址[50]植硅體分析表明，北區(qū)房址白灰面附近發(fā)現(xiàn)谷殼植硅體，應(yīng)與儲藏有關(guān)，不排除以家庭為單位進(jìn)行的小規(guī)模脫殼行為；另在谷物儲存區(qū)發(fā)現(xiàn)較多禾草類植硅體，應(yīng)是作為間隔物分開谷物與地面，防止谷物受潮。河北磁山遺址[51]儲藏坑植硅體組合變化同樣揭示了黍穎片和蘆葦莖葉混合作為間隔物，隔層堆放谷物的儲存形式。新疆阿敦喬魯遺址[52]羊糞化石與疑似儲物間地層的植硅體組合相近，且后者糧食作物植硅體并無顯著提高，推測當(dāng)時該遺址儲物間功能主要是以囤積羊糞供防潮和燃料之需，而非儲藏食物。

喇家遺址[53]出土陶碗中的面條殘余物植硅體分析結(jié)果顯示，面條中存在粟稃殼表皮長細(xì)胞硅化的Ω型、粟稃殼表皮長細(xì)胞和角質(zhì)層聯(lián)合硅化的表面呈線狀雕紋的π形以及黍稃殼表皮長細(xì)胞硅化的η型植硅體，粟植硅體含量占絕對優(yōu)勢，表明喇家先民以粟、黍為主要原料制作面條。楊官寨[54]、米家崖[55]和新街遺址[56]陶器殘留物植硅體分析研究表明，以黍和麥類為基本原料的谷芽酒多是在漏斗和尖底瓶中釀造，是渭水流域仰韶文化社會飲食文化中的一個重要組成部分。辛章遺址[57]人牙提取粟、小麥穎片植硅體，以及刺棒型、光滑棒型、方型、長方型、竹節(jié)型等植硅體，明確龍山時期該遺址先民食用了包括粟、小麥在內(nèi)的旱作糧食。拉乙亥遺址[58]磨盤、磨棒提取粟Ω型、黍亞科豎排啞鈴型、啞鈴型、平滑棒型和方型，揭示青藏高原東北緣全新世早中期植物資源利用種類及方式。要之，房址內(nèi)部遺存中農(nóng)作物植硅體密集處多與糧食儲存與食用活動有關(guān)。

四、問題與展望

植硅體分析是研究農(nóng)業(yè)考古的有效方法之一。在探索農(nóng)業(yè)起源與傳播、生產(chǎn)與加工、糧食儲存與食用等方面取得了重要成果，有助于更深入地探討生業(yè)經(jīng)濟(jì)、考古學(xué)文化發(fā)展與交流、文明形成與發(fā)展等問題。就目前而言，植硅體分析仍然存在一些問題制約其發(fā)展，影響其在農(nóng)業(yè)考古乃至考古研究中的應(yīng)用。

(一)基礎(chǔ)工作仍需完善。先民利用植物種類及數(shù)量繁多，不僅僅是粟、黍、稻幾種早期農(nóng)作物。我們應(yīng)在三維成像和測量的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)完善現(xiàn)代植物植硅體數(shù)據(jù)庫建設(shè)，開展包括農(nóng)作物在內(nèi)的多種植物植硅體描述、類型比較工作，明確植硅體類型與植物對應(yīng)關(guān)系，加強(qiáng)野生親緣植物馴化系統(tǒng)研究，進(jìn)而確定不同馴化階段、不同品種間農(nóng)作物的鑒定特征，揭示先民馴化行為與植硅體形態(tài)、產(chǎn)量的關(guān)系，豐富先秦時期先民植物利用研究內(nèi)容。

(二)產(chǎn)量估測存在難題。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中植硅體產(chǎn)生和積累通量研究表明，植硅體在土壤中的歸還量少于植硅體產(chǎn)生量，長時間埋藏亦會影響植硅體數(shù)量及種類[59]。因此，遺址內(nèi)殘留的植硅體類型、含量與其所屬植物產(chǎn)量的關(guān)系仍需進(jìn)一步研究。若我們能夠明確不同植物種類和各部位產(chǎn)生的植硅體數(shù)量、不同埋藏環(huán)境下可保存的植硅體數(shù)量以及農(nóng)作物植硅體統(tǒng)計數(shù)量與農(nóng)作物產(chǎn)量的關(guān)系，或可為解決該問題提供一些思路。

(三)埋藏中的再搬運問題。植硅體處在生物地球化學(xué)循環(huán)系統(tǒng)中，不同環(huán)境、植被、土壤條件下的植硅體運移存在差異[60]。在風(fēng)力、火災(zāi)、劇烈地表徑流、動物排便以及人類生產(chǎn)活動作用下，植硅體會發(fā)生水平移動[61]；生物擾動和水下滲會使顆粒較小及細(xì)長形植硅體下移或受到細(xì)小孔洞的機(jī)械俘獲作用[62]。這會破壞植硅體形態(tài)組合的原始性和代表性，對相關(guān)時空階段植物利用認(rèn)定、古氣候環(huán)境重構(gòu)等研究有較大影響。因此應(yīng)注意樣品采集地點的環(huán)境特征及埋藏狀況，同時評估植硅體所反映的古植物存在范圍，合理選擇取樣地點。

(四)保存狀況受多種因素影響。植硅體保存類型與沉積環(huán)境有關(guān)，在其保存過程中會受到一些物理、化學(xué)、土壤PH值、微生物影響，丟失部分信息[63]。溫度、濕度、海拔、采樣點上覆蓋植被等具體環(huán)境以及提取方法對保存的植硅體大小、組合、種類、數(shù)量也有影響。通過探討各類植硅體硅化機(jī)制及影響因素，明確植硅體形態(tài)變化和生態(tài)因子間的關(guān)系及作用機(jī)制，把握不同種類植硅體形態(tài)和組合對于同一環(huán)境因子變化的響應(yīng)差異以及不同環(huán)境因子對同一植硅體的影響程度，為解釋環(huán)境因子對植硅體影響程度提供基礎(chǔ)依據(jù)。