人類起源、農(nóng)業(yè)起源和文明起源是史前人類社會發(fā)展的三大里程碑。新石器時代晚期（距今6000—4000年），在西南亞的兩河（底格里斯河和幼發(fā)拉底河）流域、北非的尼羅河流域、南亞的印度河流域、我國的長江和黃河流域相繼出現(xiàn)了大型聚落或中心城市、明顯的貧富分化、社會分工和公共權(quán)力，這一社會發(fā)展過程被稱為社會的復(fù)雜化，也被稱為文明化進程或文明起源。

　　社會的復(fù)雜化意味著，在中心聚落或城市會出現(xiàn)大量不從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的工匠、商人、士兵、統(tǒng)治階層等非農(nóng)業(yè)人口。那么，什么樣的農(nóng)業(yè)策略可以生產(chǎn)足夠的糧食來供養(yǎng)這些非農(nóng)業(yè)人口？

　　近日，蘭州大學(xué)環(huán)境考古團隊題為《新石器時代中國北方可持續(xù)的集約化粟作農(nóng)業(yè)系統(tǒng)》的研究成果在《自然·可持續(xù)發(fā)展》在線發(fā)表，揭示了秦安大地灣遺址5500年前就有了“生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)”，與現(xiàn)代可持續(xù)集約化農(nóng)業(yè)模式完全一致。

　　我國新石器時代晚期開始社會復(fù)雜化進程

　　論文第一作者楊繼帥說，從已有研究來看，支撐世界各地社會復(fù)雜化進程的農(nóng)業(yè)策略是多樣的。在西亞的美索不達米亞北部地區(qū)，主要通過擴大耕地種植面積來增加農(nóng)業(yè)產(chǎn)量，以這樣一種擴張型的農(nóng)業(yè)模式來供給城市發(fā)展；在南亞的印度河地區(qū)，則采用多種作物全年輪種的模式來提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量以支持社會發(fā)展，種植的作物既包括當(dāng)?shù)伛Z化的小米、水稻和熱帶豆類，也包括從西亞傳播而來的大麥和小麥。

　　中國是世界文明起源和發(fā)展的核心地區(qū)之一。新石器時代，在東亞夏季風(fēng)的影響下，我國形成了南稻北粟的農(nóng)業(yè)格局——北方的黃河流域以粟作農(nóng)業(yè)為主，南方的長江流域以稻作農(nóng)業(yè)為主。在南北兩套農(nóng)業(yè)體系的支撐下，中國南方和北方在新石器時代晚期開始了社會復(fù)雜化進程。在黃河流域，仰韶文化早中期（距今6500—5500年）的半坡、姜寨遺址已經(jīng)顯現(xiàn)社會復(fù)雜化的信號，出現(xiàn)了有規(guī)劃的大型聚落、墓地以及象征特殊權(quán)力的器物；仰韶文化晚期（距今5500—5000年），以秦安大地灣、下河、西坡和雙槐樹遺址為代表，出現(xiàn)了大型儀式性建筑、宮殿和等級化墓地等明顯的社會復(fù)雜化現(xiàn)象；至距今4300年左右，以石峁遺址和陶寺遺址為代表的城市中心崛起，在距今3800年前后，最終出現(xiàn)了以二里頭遺址為代表的區(qū)域性國家；在長江流域，距今5300年前已經(jīng)出現(xiàn)了以良渚古城為代表的區(qū)域性國家，植物考古研究顯示，單一的精細化稻作農(nóng)業(yè)支撐了良渚的城市發(fā)展。

　　為什么單一的稻作農(nóng)業(yè)能支撐良渚古國？楊繼帥認為，一個重要原因是水稻的產(chǎn)量高。而在黃河流域，粟作農(nóng)業(yè)的兩種主要農(nóng)作物粟（俗名谷子，脫殼后稱為小米）和黍（俗名糜子，脫殼后稱為黃米）的產(chǎn)量不及水稻的一半。而且，粟、黍主要種植在黃土高原，土壤黏土含量低，有機物容易流失，無法維持長期高強度的耕種，如果不施肥的話需要休耕來恢復(fù)地力。產(chǎn)量低和休耕使北方的粟作農(nóng)業(yè)社會面臨糧食生產(chǎn)的瓶頸。

　　那么，北方的粟作農(nóng)業(yè)是如何提升產(chǎn)量以保證社會復(fù)雜化進程呢？是擴大耕種面積，還是通過施肥來避免休耕期？

　　粟黍種植和家豬飼養(yǎng)相結(jié)合

　　2017年，楊繼帥進入了蘭州大學(xué)環(huán)境考古團隊，開始開展關(guān)于秦安大地灣遺址的研究，意外的在甘肅省博物館存放秦安大地灣遺址發(fā)掘材料的庫房里有了新發(fā)現(xiàn)。

　　位于隴西黃土高原的甘肅秦安大地灣遺址是中國北方典型的粟作農(nóng)業(yè)遺址，時代涵蓋了前仰韶和仰韶時期（距今7800—4800年），出土了大量家豬和人的骨骼，以及粟黍的炭化種子。人和豬的骨骼穩(wěn)定同位素分析顯示，該遺址粟黍種植和家豬飼養(yǎng)相結(jié)合的粟作農(nóng)業(yè)模式在仰韶早期已經(jīng)建立，并且該遺址在仰韶晚期（距今5500—4800年）出現(xiàn)了明顯的社會復(fù)雜化現(xiàn)象，聚落規(guī)?？涨皵U張，房屋建筑等級化，出現(xiàn)了面積約300平方米的大型儀式性建筑。

　　為了探求究竟是什么樣的農(nóng)業(yè)策略支撐了中國北方的社會復(fù)雜化進程，蘭州大學(xué)環(huán)境考古團隊以秦安大地灣遺址為研究對象，從遺址出土的粟作農(nóng)業(yè)系統(tǒng)核心要素——粟、黍和家豬入手，通過豬牙表層殘留物中的淀粉粒和植硅體分析重建豬的食譜，通過粟、黍炭化種子的氮同位素分析追蹤農(nóng)田的施肥行為。為了評估施糞肥對粟、黍種子氮同位素的影響，研究團隊還在黃土高原東部的傳統(tǒng)粟作農(nóng)業(yè)區(qū)開展了現(xiàn)代農(nóng)田實驗。

　　對豬頜骨和炭化種子的直接測年結(jié)果和考古文化分期顯示，只有1件豬頜骨來自前仰韶時期，其余34件豬頜骨應(yīng)在仰韶晚期（距今5500—4800年），而炭化種子的年代覆蓋了整個仰韶時期（距今6500—4800年）。

　　秦安大地灣34個仰韶晚期的豬牙殘留物樣品中發(fā)現(xiàn)了3764片來自粟黍稃殼的特征型植硅體，粟黍稃片植硅體的平均含量達57.4%，有6個樣品甚至達到了80%，出現(xiàn)頻率高達91.2%。然而，在所有仰韶晚期的豬牙殘留物中僅發(fā)現(xiàn)15顆粟類淀粉粒，出現(xiàn)頻率極低，僅為17.6%。粟類淀粉粒來自脫殼后的粟黍籽粒，粟黍稃片植硅體來自粟黍稃殼，豬牙殘留物中粟黍稃片植硅體與粟類淀粉粒在數(shù)量和出現(xiàn)頻率上懸殊的對比，說明當(dāng)時的人用粟黍稃殼喂養(yǎng)家豬。

　　存在持續(xù)的粟黍農(nóng)田施肥行為

　　研究團隊在黃土高原東部的山西武鄉(xiāng)縣找到了一塊長期施用豬糞的農(nóng)田開展了糞肥對粟的氮同位素值影響的現(xiàn)代過程研究。通過測試田內(nèi)和田外粟、C3和C4雜草的種子樣品，發(fā)現(xiàn)田外不受施肥影響的C3和C4雜草的氮同位素值很低，均值分別為-1.0‰和-1.5‰，田內(nèi)長期受糞肥影響的粟的氮同位素值的范圍在+4.5‰—+9.2‰，均值+6.2±1.2‰，說明施糞肥可以顯著提升粟的氮同位素值，考古遺址出土粟、黍的氮同位素值是反映施肥效應(yīng)的可靠指標(biāo)。12份秦安大地灣粟、黍炭化種子樣品的氮同位素值在+4.4‰—+6.6‰，不僅明顯高于仰韶時期秦安大地灣遺址當(dāng)?shù)刈匀恢脖坏牡凰毓烙嬛担?2.5±1.2‰），而且與長期施糞肥的現(xiàn)代農(nóng)田中的粟氮同位素值相當(dāng)，說明秦安大地灣遺址仰韶時期存在持續(xù)的粟、黍農(nóng)田施肥行為。

　　綜合多種證據(jù)科研人員得出結(jié)論：在距今5500年前，秦安大地灣遺址已經(jīng)形成了一種高度集約化的農(nóng)業(yè)模式：人吃粟米，豬吃稃殼；圈養(yǎng)家豬，收集糞便；豬糞肥田，維持地力，避免休耕，提高產(chǎn)量。這種農(nóng)業(yè)模式與現(xiàn)代可持續(xù)的集約化農(nóng)業(yè)模式完全一致，說明新石器時代晚期中國北方粟作農(nóng)業(yè)社會，便通過粟、黍種植與家豬飼養(yǎng)的緊密結(jié)合，克服了粟、黍產(chǎn)量低和黃土肥力有限的瓶頸，為當(dāng)時中國北方的復(fù)雜社會發(fā)展提供了經(jīng)濟基礎(chǔ)。

　　以色列希伯萊大學(xué)長期從事中國考古學(xué)研究的教授吉迪恩·謝拉克（Gideon Shelach-Lavi）以“新石器時代的農(nóng)業(yè)如何改變中國”為題，對研究成果進行了評述，他說：“這項研究以一個具體的小案例解決了一個大問題——中國北方社會復(fù)雜化發(fā)展的社會經(jīng)濟背景是什么?！保R滿斌）