“時(shí)光膠囊”解碼萬(wàn)年農(nóng)耕文明

青海喇家遺址出土的4000年前的粟米面條。

上山遺址地層剖面中的水稻扇形植硅體（上三排）和水稻殼植硅體（下一排）。以上圖片均為呂厚遠(yuǎn)提供

在青海喇家遺址的黃土層中，一只倒扣的陶碗里，凝固了4000年前的米黃色粟米面條，封存著史前人類(lèi)的飲食智慧；浙江上山文化遺址的土壤地層里，顯微鏡下閃爍著寶石般光彩的植硅體，記錄著水稻從野生到馴化的10萬(wàn)年漫長(zhǎng)演化歷史；漢陽(yáng)陵地宮半炭化的植物葉片和西藏阿里古如江寺墓葬出土的食物殘?jiān)?，作為最早的茶葉實(shí)物，揭開(kāi)了橫跨青藏高原的文明交流密碼……解讀這些隱藏在泥土中的遺存，都離不開(kāi)“植硅體”這個(gè)微體化石。

中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所古生態(tài)古環(huán)境團(tuán)隊(duì)，以植硅體、孢粉、蝸牛等生物微體化石研究為手段，歷經(jīng)30年深耕，構(gòu)建起一套“從微觀(guān)化石到宏觀(guān)文明”的研究范式。植硅體就像一把微觀(guān)鑰匙，解碼萬(wàn)年農(nóng)耕文明。

在傳統(tǒng)考古中，植物遺存主要依賴(lài)炭化種子，但早期地層中的有機(jī)物極易腐爛、灰化，微小破碎的粟與黍的炭化顆粒更是難以區(qū)分。植硅體的出現(xiàn)，徹底改變了這一困局。這種沉淀在植物細(xì)胞中的二氧化硅顆粒，如同植物的“微縮身份證”，能保存數(shù)萬(wàn)年，不僅產(chǎn)量豐富，而且更攜帶著獨(dú)特的“植物指紋”。為了揭開(kāi)這些“指紋”的秘密，我們耗時(shí)10多年，解剖分析了2000余種現(xiàn)代植物的植硅體，建立起中國(guó)首個(gè)植硅體分類(lèi)鑒定體系，進(jìn)一步建立了粟、黍、稻野生—馴化的農(nóng)作物植硅體國(guó)際鑒定標(biāo)準(zhǔn)。

河北磁山文化、河南裴李崗文化遺址，長(zhǎng)期以來(lái)被認(rèn)為是以粟為主的農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)。通過(guò)植硅體研究，我們發(fā)現(xiàn)早期地層中黍的比例占95％以上，這一結(jié)果重新定義了中原文化分布區(qū)新石器早期的農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)。

水稻馴化也有自己的“魚(yú)鱗紋密碼”。在對(duì)現(xiàn)代野生稻—馴化稻的植物、土壤中水稻植硅體進(jìn)行系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上，我們建立了利用水稻泡狀細(xì)胞中扇形植硅體魚(yú)鱗紋數(shù)量作為判別水稻野生—馴化的標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)計(jì)方法，明確了水稻扇形植硅體魚(yú)鱗紋數(shù)量增加與水稻馴化程度增強(qiáng)的植物生理和農(nóng)藝性狀的聯(lián)系。通過(guò)對(duì)浙江上山文化遺址的植硅體研究，我們有了一系列重大發(fā)現(xiàn)：早在約10萬(wàn)年前，野生水稻就已經(jīng)在長(zhǎng)江下游地區(qū)廣泛分布；大約在2.4萬(wàn)年前向末次盛冰期過(guò)渡時(shí)，人類(lèi)就已經(jīng)開(kāi)始采集并利用野生稻;在大約1.3萬(wàn)年前，開(kāi)始了野生稻馴化前栽培的過(guò)程;在大約1.1萬(wàn)年前，水稻植硅體馴化比例迅速積累達(dá)到顯著標(biāo)準(zhǔn)，這標(biāo)志著稻作農(nóng)業(yè)起源的開(kāi)始。這一發(fā)現(xiàn)揭示了東亞野生稻從采集到馴化完整而漫長(zhǎng)的過(guò)程，進(jìn)一步確認(rèn)了我國(guó)是水稻的起源地。1.1萬(wàn)年前上山文化區(qū)的稻作農(nóng)業(yè)起源與西亞兩河流域的麥作農(nóng)業(yè)同步，對(duì)世界人類(lèi)社會(huì)的歷史進(jìn)程產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。

氣候變化是文明演進(jìn)的底層驅(qū)動(dòng)力。我們采集全國(guó)不同氣候帶3000多個(gè)表土樣品，建立起植硅體、孢粉等與年均溫、降水量的定量轉(zhuǎn)換函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了古氣候參數(shù)的精準(zhǔn)重建，從而揭示了中國(guó)東部2萬(wàn)年以來(lái)的溫度、降水氣候變化，系統(tǒng)量化了從旱作區(qū)到稻作區(qū)氣候變化的時(shí)空格局。

我們發(fā)現(xiàn)，全新世的3次千年尺度氣候溫暖濕潤(rùn)期，恰好對(duì)應(yīng)裴李崗文化、仰韶文化、龍山文化農(nóng)耕文化繁盛期；而約500年周期性氣候變暖有利于華北地區(qū)區(qū)域性農(nóng)耕文化的發(fā)展，與季風(fēng)氣候波動(dòng)緊密相關(guān)。我們提出了溫暖氣候促進(jìn)東亞史前農(nóng)耕文化發(fā)展的模式，為理解文明與氣候的關(guān)系提供了科學(xué)依據(jù)。

農(nóng)業(yè)為什么起源？全球農(nóng)業(yè)為什么都在最近2萬(wàn)年以來(lái)起源，為什么集中在中南美洲、西亞和東亞3個(gè)中心地區(qū)起源？為什么不同地區(qū)的農(nóng)業(yè)起源都選擇禾本科植物進(jìn)行馴化？通過(guò)定量的古氣候數(shù)據(jù)、粟黍稻植硅體和炭化顆粒變化數(shù)據(jù)以及人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度變化的數(shù)據(jù)，我們分析對(duì)比氣候變化與農(nóng)業(yè)起源及人類(lèi)活動(dòng)的證據(jù)，發(fā)現(xiàn)了3個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)：1.4萬(wàn)年前短期增溫，1.2萬(wàn)年前突然變冷，1萬(wàn)年前以來(lái)長(zhǎng)期增溫，與水稻馴化前栽培、水稻退化、黍粟稻的馴化完成，在時(shí)間上一一對(duì)應(yīng)，建立了相互關(guān)聯(lián)的東亞氣候與農(nóng)業(yè)起源及人類(lèi)活動(dòng)的證據(jù)鏈。在末次冰期，氣候寒冷、快速變化，沒(méi)有馴化條件，1.4萬(wàn)年前氣候轉(zhuǎn)暖、1.2萬(wàn)年前突然降溫、1萬(wàn)年前以來(lái)的持續(xù)升溫，是驅(qū)動(dòng)北半球中緯度禾本科馴化、農(nóng)業(yè)起源的普遍機(jī)制。

植硅體這一微觀(guān)世界的“時(shí)光膠囊”，不僅記錄了植物的生死輪回，更見(jiàn)證了人類(lèi)文明的起源與發(fā)展。從一粒粟的植硅體到一個(gè)文明的延續(xù)邏輯，微觀(guān)世界里藏著中華文明“多元一體”的基因密碼。

（作者為中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員）