侯亮亮 喬登云

【關(guān)鍵詞】河北南部；河北村遺址；滏陽(yáng)營(yíng)遺址；先商文化；替代性指標(biāo)；C、N穩(wěn)定同位素

【摘要】河北村遺址和滏陽(yáng)營(yíng)遺址是河北南部的先商文化遺址，通過對(duì)這兩處遺址出土的77件動(dòng)物骨骼進(jìn)行C、N穩(wěn)定同位素分析，發(fā)現(xiàn)豬（-7.6±1.4‰，n=33）、狗（-9‰±2‰，n=7）和牛（-9.4‰±2.6‰，n=15）的δ13C值普遍高于羊（-13.3±3.9‰，n=16）的相應(yīng)值，這說(shuō)明前三者主要以C4類食物（粟、黍及其副產(chǎn)品）為食，而羊則以C3類（野生草本植物）和C4類食物為主，據(jù)此可推測(cè)這兩處遺址先民可能主要從事粟黍農(nóng)業(yè)。將豬的食物作為重建先民生業(yè)經(jīng)濟(jì)的替代性指標(biāo)可知，滏陽(yáng)營(yíng)遺址比河北村遺址的粟黍農(nóng)業(yè)發(fā)展程度更高一些。

文獻(xiàn)記載顯示，先商文化時(shí)期存在著多種生業(yè)經(jīng)濟(jì)，既有“伏牛乘馬”式的游牧經(jīng)濟(jì)，也有“立皂牢，服牛馬”式的家畜飼養(yǎng)經(jīng)濟(jì)，亦有“穡事”等農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)[1]。這種情況在考古方面也得到了印證，如動(dòng)物骨骼初步研究顯示，先商文化時(shí)期先民獲取肉食資源包括家畜飼養(yǎng)、狩獵等多種途徑[2]；植物浮選結(jié)果顯示，河南北部地區(qū)仰韶文化晚期至先商文化時(shí)期的先民主要以粟黍農(nóng)業(yè)為生[3，4]。除文獻(xiàn)史料和常規(guī)的動(dòng)植物考古研究外，還可以通過分析先商文化時(shí)期遺址出土的人和動(dòng)物骨骼中的C、N穩(wěn)定同位素，還原人們的食物結(jié)構(gòu)及家畜的飼喂方式，為先民生業(yè)經(jīng)濟(jì)的重建提供線索。如通過C、N穩(wěn)定同位素分析可知，位于河南北部的鶴壁劉莊墓地[5]和位于河北南部的磁縣南城墓地[6]的先民主要以粟黍及以粟黍飼喂的動(dòng)物為食；河南北部安陽(yáng)鄣鄧遺址的先民以粟黍來(lái)喂養(yǎng)豬和狗，并在牛和羊的食物中添加了一定比例的粟黍及其副產(chǎn)品[7]，河北南部的邯鄲白村遺址[6]和中部的贊皇南馬遺址[8]的先民對(duì)動(dòng)物的飼喂方式與其相似。以上成果表明，自河南北部至河北南部，先商文化時(shí)期先民主要以粟黍農(nóng)業(yè)為生，并以此來(lái)飼喂家畜。

磁縣的河北村遺址和滏陽(yáng)營(yíng)遺址是位于河北南部的兩處先商文化遺址，均無(wú)人骨出土，一定程度上影響了對(duì)該遺址先民生業(yè)經(jīng)濟(jì)的解讀[9]。鑒于此，本文擬對(duì)兩個(gè)遺址發(fā)掘出土的動(dòng)物骨骼進(jìn)行C、N穩(wěn)定同位素檢測(cè)和分析，以還原動(dòng)物的食物結(jié)構(gòu)，間接重建無(wú)人骨發(fā)現(xiàn)的遺址的生業(yè)經(jīng)濟(jì)。

一、C、N穩(wěn)定同位素分析原理

據(jù)“我即我食”的原理，不同食物的同位素組合特征不同，不同類型的食物經(jīng)過生物體的消化吸收，相應(yīng)的差異會(huì)保留在生物體的硬組織中，因此通過分析生物體的硬組織，如人和動(dòng)物骨膠原中的C、N穩(wěn)定同位素比值，可以準(zhǔn)確有效地還原他們的食物結(jié)構(gòu)。

人和動(dòng)物骨膠原中C、N在不同生物體中的組成差別分別表示為13C/12C和15N/14N，習(xí)慣上用δ13C和δ15N表示。當(dāng)植物被動(dòng)物所食，在植物中的C經(jīng)動(dòng)物消化、吸收轉(zhuǎn)化為骨膠原中C的過程中，δ13C值將發(fā)生約5‰的富集[10]。稻、麥、豆類及大多數(shù)草本植物等屬于C3植物，δ13C均值為-26.5‰；粟、黍和玉米等屬于C4類植物，δ13C均值為-12.5‰。以100%的C3、C4類食物為食的動(dòng)物，其骨膠原中的δ13C值應(yīng)分別約為-21.5‰和-7.5‰[11]。因此，通過分析人和動(dòng)物骨骼中骨膠原的δ13C值，可大致了解他們食物來(lái)源（包括植物或動(dòng)物）的類型。而N同位素更多地用以確定人和動(dòng)物在食物鏈中的地位，通過人和動(dòng)物骨骼中骨膠原δ15N值，可判斷其肉食資源和營(yíng)養(yǎng)級(jí)。研究表明，沿食物鏈的營(yíng)養(yǎng)級(jí)每上升一級(jí)，δ15N值將富集3‰～5‰[12，13]。一般認(rèn)為，植食類動(dòng)物的δ15N值約為3‰～ 7‰，雜食類約為7‰～9‰，而食肉類則常大于9‰[14]。

二、材料與方法

本研究選取河北村遺址出土的動(dòng)物骨骼樣本31例（HBCS1～HBCS31），包括狗樣本4例，豬樣本14例，牛樣本10例，羊樣本3例；選取滏陽(yáng)營(yíng)遺址出土的動(dòng)物骨骼樣本46例（FYYS1～FYYS46），包括狗樣本3例，豬樣本21例，牛樣本6例，羊樣本13例，鹿樣本3例。共計(jì)77例（表一）。

（一）骨膠原提取及測(cè)試

1.骨膠原的提取

骨骼的主要成分為骨膠原和羥磷灰石（礦物質(zhì)），欲得到骨膠原，必須去除羥磷灰石。1999年，Richards和Hedges開始采用“酸—堿—酸”的方法有效提取骨膠原[15]；2006年，Jay和Richards對(duì)該方法進(jìn)行了改進(jìn)，調(diào)整了酸堿溶液的濃度和反應(yīng)時(shí)間等，提高了骨膠原得率和純凈度[16]。本實(shí)驗(yàn)參考上述方法，具體過程如下：

①機(jī)械去除骨樣內(nèi)外表面的污染物后，稱取2克左右骨樣，放入0.5mol/L、4℃的HCl溶液中浸泡，每隔兩天更換酸液，直至骨樣松軟，無(wú)明顯氣泡；將骨樣從酸液中取出，用去離子水清洗至中性；

②放入0.125mol/L的NaOH溶液中浸泡20小時(shí)，然后用去離子水洗至中性；

③浸于0.001mol/L、70℃的HCl溶液中加熱48小時(shí)后，趁熱過濾，再將濾去殘?jiān)娜芤悍湃?20℃以下的環(huán)境中冷凍48小時(shí)后，得到骨膠原；

④稱重，計(jì)算骨膠原得率（骨膠原重量/骨樣重量）。

2.骨膠原的測(cè)定

（1）測(cè)試儀器

Elementar Vario-Isoprime100型穩(wěn)定同位素質(zhì)譜分析儀，由德國(guó)Isoprime公司生產(chǎn)。

（2）測(cè)試過程

骨膠原中C、N元素含量及其穩(wěn)定同位素比值的測(cè)定工作在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所測(cè)試中心進(jìn)行，其具體步驟為：

①取少量骨膠原，稱重，采用Elementar Vario-Isoprime100型穩(wěn)定同位素質(zhì)譜分析儀測(cè)試其C、N含量及同位素比值。其中，測(cè)試C、N含量所用的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為磺胺（Sulfanilamide），C、N穩(wěn)定同位素比值分別以USGS 24標(biāo)定碳鋼瓶氣（以VPDB為基準(zhǔn)）和IEAE-N-1標(biāo)定氮鋼瓶氣（以AIR為基準(zhǔn)）為標(biāo)準(zhǔn)。分析精度均為±0.2‰，測(cè)試結(jié)果以δ13C（相對(duì)于VPDB）、δ15N（相對(duì)于AIR）表示。

②每測(cè)試10個(gè)樣品，需插入一個(gè)膠原蛋白標(biāo)準(zhǔn)樣品，以測(cè)試儀器的穩(wěn)定性。標(biāo)樣的δ13C值為-14.7±0.2‰，δ15N值為6.9±0.2‰。若測(cè)標(biāo)值與此值相同，則說(shuō)明儀器性能正常，可以繼續(xù)進(jìn)行樣本測(cè)試；若測(cè)標(biāo)值與此值出入較大，則需要調(diào)試儀器至與此值相同或相近，才可繼續(xù)測(cè)試樣品。

（二）數(shù)據(jù)分析

本研究運(yùn)用SPSS22.0和Origin8.0軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)所得的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

1.首先運(yùn)用SPSS22.0軟件統(tǒng)計(jì)和分析骨膠原提取率，C、N含量和C/N摩爾比值的分布范圍及均值，計(jì)算δ13C、δ15N的均值及誤差范圍，以判斷骨膠原的保存情況。

由表一可知，77例動(dòng)物骨骼樣本的骨膠原提取率在0.3%～19.4%之間，均值為2.5±2.5%，和現(xiàn)代樣品（約含20%骨膠原[17]）相比有較大差距。其中樣品HBCS13、HBCS15和HBCS22的提取率最低，樣品HBCS16的提取率最高。C含量在4.2‰～47‰范圍內(nèi)，均值為40.8±8.2%，與現(xiàn)代樣品C含量類似（41%）[18]。其中樣品FYYS18的C含量最低，樣品HBCS26和FYYS36的C含量最高。N含量在1.5%～17.1%范圍內(nèi)，均值為15.1±3.1%，與現(xiàn)代樣品N含量（15%）類似。其中樣品HBCS18和FYYS18的N含量最低，樣品HBCS25、HBCS26和FYYS27的N含量最高。C/N摩爾比值的正常范圍應(yīng)在2.9～3.6之間[19]，其中樣品HBCS18、FYYS11的C/N摩爾比值分別為9.2、3.7，高于這一標(biāo)準(zhǔn)，樣品HBCS22的C/N摩爾比值為2.8，低于這一標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明這三個(gè)樣本受到了污染，不能用于后續(xù)研究；其余74例樣品的骨膠原C/N摩爾比值均在2.9～3.6之間，說(shuō)明骨膠原保存完好，可用于穩(wěn)定同位素分析。

為了還原先民的生業(yè)經(jīng)濟(jì)，我們特別對(duì)家豬的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，河北村遺址共有13例家豬骨骼樣本，其δ13C均值為-8.3±1.7‰；滏陽(yáng)營(yíng)遺址共有20例家豬骨骼樣本，其δ13C的均值為-7.2±1‰——河北村遺址家豬骨骼樣本的均值明顯低于滏陽(yáng)營(yíng)遺址的相應(yīng)值。而河北村遺址13例家豬骨骼樣本的δ15N均值為8.6±0.5‰，高于滏陽(yáng)營(yíng)遺址20例家豬骨骼樣本的δ15N均值7.1±0.8‰。

為了論證家豬骨骼樣本所得出的δ13C和δ15N值是否在統(tǒng)計(jì)學(xué)上存在顯著差異，我們還利用SPSS22.0做了獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)。以δ13C值為例，將兩處遺址家豬樣本的δ13C值分別作為一組數(shù)據(jù)計(jì)算得出一個(gè)t值和顯著性概率值P。δ15N值同理。得到的結(jié)果是：δ13C值的t值為2.177，P值為0.044；δ15N值的t值為-5.794，P值為0.000。統(tǒng)計(jì)學(xué)中，如果P小于或等于顯著性水平α（α表示原假設(shè)為真時(shí)，拒絕原假設(shè)的概率，通常取α=0.05），則認(rèn)為兩組數(shù)據(jù)之間存在顯著差異，反之則不存在顯著差異。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，兩處遺址家豬骨骼樣本的δ13C和δ15N均值的P值均低于0.05，即二者統(tǒng)計(jì)學(xué)差異均明顯，存在統(tǒng)計(jì)學(xué)上的意義。

2.在此基礎(chǔ)上，又用Origin8.0軟件制作了滏陽(yáng)營(yíng)遺址和河北村遺址動(dòng)物骨骼骨膠原δ13C和δ15N值的散點(diǎn)圖及兩個(gè)遺址家豬δ13C和δ15N均值的誤差棒狀圖。

圖一為河北村遺址和滏陽(yáng)營(yíng)遺址動(dòng)物骨骼骨膠原δ13C和δ15N值的散點(diǎn)圖，橫坐標(biāo)為δ13C值的分布范圍（-23‰～-5‰），縱坐標(biāo)為δ15N值的分布范圍（3‰～12‰）。制圖選取了兩個(gè)遺址中發(fā)現(xiàn)的74例保存完好的動(dòng)物骨骼樣本數(shù)據(jù)（其中包括狗骨骼7例，豬骨骼33例，牛骨骼15例，羊骨骼16例，鹿骨骼3例），可以直觀地看出不同種屬動(dòng)物的δ13C和δ15N值的分布情況，為研究不同種屬動(dòng)物的攝食習(xí)慣及各自與先民的關(guān)系提供借鑒。

圖二為河北村遺址和滏陽(yáng)營(yíng)遺址家豬δ13C和δ15N均值的誤差棒狀圖，橫坐標(biāo)為δ13C值的分布范圍（-12‰～-6‰），縱坐標(biāo)為δ15N值的分布范圍（6‰～10‰）。制圖選取了河北村遺址的13例和滏陽(yáng)營(yíng)遺址的20例家豬骨骼樣本δ13C和δ15N均值，可以直觀地看出兩處遺址的家豬δ13C和δ15N均值的差異情況，為研究?jī)商庍z址家豬食物結(jié)構(gòu)及先民生業(yè)經(jīng)濟(jì)的差異提供借鑒。

三、結(jié)果與討論

（一）動(dòng)物的食物結(jié)構(gòu)

由圖一可見，不同種屬動(dòng)物的δ13C和δ15N值的分布較為分散，說(shuō)明它們的食物結(jié)構(gòu)存在一定的差異，這可能與不同的食物來(lái)源及生活習(xí)性有關(guān)。

本研究中的3例鹿骨骼樣本均出自滏陽(yáng)營(yíng)遺址，δ13C值分別為-21.1‰、-20.5‰和-20.5‰，均值為-20.7±0.3‰，與前文提及的100%C3類植物為食的δ13C值（-21.5‰）相近；δ15N值分別為4.8‰、3.6‰和5.8‰，均值為4.7±1.1‰，符合植食類動(dòng)物的δ15N值（3‰～7‰）范圍。野生草食動(dòng)物，如鹿等的穩(wěn)定同位素比值可以作為當(dāng)?shù)匾吧脖环€(wěn)定同位素基準(zhǔn)值的參考，同時(shí)，古土壤有機(jī)碳的研究也表明，我國(guó)古代北方地區(qū)的野生植被以C3類草本植物為主[20]，因此，滏陽(yáng)營(yíng)遺址在先商文化時(shí)期的野生植被應(yīng)是以C3類植物為主。

15例牛骨骼樣本和16例羊骨骼樣本的δ13C和δ15N值均明顯高于鹿的相應(yīng)值，但又呈現(xiàn)出不同的特征。首先，牛骨骼樣本的δ13C值在-17.4‰～-6.5‰之間，其中樣本HBCS19的δ13C值最小，樣本FYYS27的δ13C值最大。羊骨骼樣本的δ13C值在-21.7‰～-6.4‰之間，其中樣本FYYS36的δ13C值最小，樣本FYYS40的δ13C值最大。牛、羊骨骼樣本的δ13C值范圍均相對(duì)較寬泛，包含了C3植物和C4植物的δ13C值。從δ13C均值方面看，牛骨骼樣本為-9.4±2.6‰，低于羊骨骼樣本的-13.3±3.9‰，也暗示牛的食物中含有C4類食物，且比例要遠(yuǎn)高于羊。但由于在先商時(shí)期我國(guó)北方主要種植粟、黍等C4類農(nóng)作物，種植C3類農(nóng)作物（稻、麥和豆類）的可能性極其有限，所以兩處遺址牛、羊的食物可能來(lái)源于粟、黍（及其副產(chǎn)品）和野生草本類植物。由此可說(shuō)明，這兩處遺址的先民至少采用了野外放養(yǎng)（主要以C3野生草本植物為食）和舍飼（主要以粟、黍及其副產(chǎn)品等為食）兩種飼喂模式。其次，牛骨骼樣本的δ15N值在5.3‰～11.4‰范圍內(nèi)，其中樣本HBCS19的δ15N值最小，樣本FYYS26的δ15N值最大；羊骨骼樣本的δ15N值在4.6‰～9.7‰范圍內(nèi)，其中樣本FYYS38的δ15N值最小，樣本FYYS41的δ15N值最大。牛、羊骨骼樣本的δ15N值范圍均非常寬泛，說(shuō)明個(gè)體間對(duì)蛋白質(zhì)的消費(fèi)程度存在較大的差異。結(jié)合動(dòng)物考古研究成果可知，本研究涉及的大部分牛和羊的年齡都在一歲以下[1]。比如，樣本FYYS26是來(lái)自處于哺乳期的小牛，它的δ15N值達(dá)11.4‰，可能和母乳喂養(yǎng)等因素有關(guān)[21]。

33例豬骨骼樣本和7例狗骨骼樣本都具有較高的δ13C均值，即豬骨骼樣本的δ13C均值為-7.6±1.4‰，狗骨骼樣本的δ13C均值為-9±2‰，與C4類食物的δ13C值相近，說(shuō)明其食物可能來(lái)自于粟黍產(chǎn)品的殘余或人類食物的殘余等，其中豬的食物結(jié)構(gòu)中可能包含更多的C4食物。同時(shí)，豬骨骼樣本的δ15N值在5.2‰～9.4‰范圍內(nèi)，其中樣本FYYS21的δ15N值最小，樣本HBCS5和HBCS8的δ15N值最大。狗骨骼樣本的δ15N值在6.9‰～10‰范圍內(nèi)，其中樣本FYYS1和FYYS3的δ15N值最小，樣本HBCS3的δ15N值最大。豬、狗骨骼樣本的δ15N值范圍均較為寬泛，說(shuō)明它們中的不同個(gè)體對(duì)人類食物中殘余蛋白質(zhì)的消費(fèi)存在一定的差異。

（二）先民的生業(yè)經(jīng)濟(jì)

相關(guān)研究顯示，在中國(guó)北方的部分時(shí)空框架下，家豬和家犬的食物結(jié)構(gòu)可以作為重建先民生業(yè)經(jīng)濟(jì)的替代性指標(biāo)，較為有效地反映先民的生業(yè)經(jīng)濟(jì)[22]。上述兩個(gè)遺址發(fā)現(xiàn)的狗的個(gè)體數(shù)較少，缺乏統(tǒng)計(jì)意義，故下文僅以豬的相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行討論。

按表一數(shù)據(jù)計(jì)算，河北村遺址豬骨骼樣本13例，其δ13C均值為-8.3±1.7‰，δ15N均值為8.6±0.5‰；滏陽(yáng)營(yíng)遺址豬骨骼樣本20例，其δ13C均值為-7.2±1‰，δ15N均值為7.1±0.8‰。兩處遺址的豬均具有較高的C、N穩(wěn)定同位素比值，說(shuō)明它們主要以粟、黍類食物為食。根據(jù)C、N穩(wěn)定同位素在食物鏈中的分餾效應(yīng)（在不同營(yíng)養(yǎng)級(jí)間C富集1‰～1.5‰，N富集3‰～5‰）[13，14]，可以推測(cè)上述兩個(gè)遺址先民也可能具有較高的C、N穩(wěn)定同位素比值。因此，河北村遺址和滏陽(yáng)營(yíng)遺址的大部分先民的主要食物應(yīng)該為粟、黍及粟、黍或其副產(chǎn)品喂養(yǎng)的動(dòng)物。

盡管河北村遺址和滏陽(yáng)營(yíng)遺址豬的C、N穩(wěn)定同位素比值較為接近，但仍然存在一些差異。如圖二所示，河北村遺址家豬的δ13C均值低于滏陽(yáng)營(yíng)遺址家豬的相應(yīng)值，而δ15N均值高于滏陽(yáng)營(yíng)遺址家豬的相應(yīng)值，獨(dú)立樣品T測(cè)試的結(jié)果也顯示出河北村遺址與滏陽(yáng)營(yíng)遺址家豬的δ13C和δ15N值存在明顯的差異，表明滏陽(yáng)營(yíng)遺址家豬的食物結(jié)構(gòu)中粟、黍及其副產(chǎn)品的比例應(yīng)該高于河北村遺址的家豬，但動(dòng)物蛋白的比例卻少于河北村的家豬。綜上可知，滏陽(yáng)營(yíng)遺址和河北村遺址先民的生業(yè)經(jīng)濟(jì)應(yīng)該存在一定的差異。具體而言，滏陽(yáng)營(yíng)遺址的家豬可能更有機(jī)會(huì)獲取粟、黍及其副產(chǎn)品等作為飼料，河北村遺址的家豬則可能更多獲取到先民的食物殘余。究其原因，可能與兩處遺址的粟黍農(nóng)業(yè)發(fā)展程度的差異有關(guān)，即滏陽(yáng)營(yíng)遺址比河北村遺址的粟黍農(nóng)業(yè)發(fā)展程度更高一些，這使得滏陽(yáng)營(yíng)的家豬更有機(jī)會(huì)獲取粟、黍及其相關(guān)食物。

四、結(jié)論

通過對(duì)河北村遺址和滏陽(yáng)營(yíng)遺址動(dòng)物骨骼的C、N穩(wěn)定同位素分析，可知其生業(yè)模式與大多位于豫北冀南地區(qū)的先商文化遺址類似，即豬、狗和牛以C4類食物（粟、黍及其副產(chǎn)品）為主，羊則以C3類（野生草本植物）和C4類食物為主。若將家豬的食物結(jié)構(gòu)作為討論先民生業(yè)經(jīng)濟(jì)的替代性指標(biāo)，可以發(fā)現(xiàn)河北村遺址和滏陽(yáng)營(yíng)遺址先民都主要以粟黍農(nóng)業(yè)為生，但滏陽(yáng)營(yíng)遺址粟黍農(nóng)業(yè)的發(fā)展程度可能更高一些。

感謝胡耀武教授在課題設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)分析等方面給予的幫助。

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〔編輯：遲暢；責(zé)任編輯：成彩虹〕