甘青地区新石器文化演化及其环境动力研究进展与展望
甘青地区新石器文化演化及其环境动力研究进展与展望
董广辉（兰州大学西部环境与气候变化研究院）
新石器文化演化及其驱动机制的研究是地学和考古学界关注的热点科学问题。新石器文化时空演化过程的研究更多依赖于考古研究，尤其是考古发掘、文物普查工作，14C测年手段的进步及其在考古研究中的广泛应用进一步推动了该方向的研究，在一些地区（如欧洲）已取得了很好的成效。[1]随着古气候研究，尤其是全新世高分辨率的气候研究的开展，新石器时代气候变化对文化演化的影响引起了学者的兴趣。[2-7]气候恶化事件被认为是导致新石器文化和古文明衰退的重要因素，如美索不达米亚文明的衰退被认为是中全新世的干旱事件导致的，[6,8]适宜的气候背景则被认为对新石器文化的兴盛起到了很好的推动作用。[2]技术的进步可能是推动新石器文化扩张和发展的另一个重要因素，在欧洲和巴基斯坦的一些地区，农业传播对新石器文化的出现和发展发挥了重要作用。[1,9]农业传播与发展和新石器文化演化的关系是很值得深入研究和探讨的问题。
中国是世界三大农业起源中心之一，也是新石器文化历史最悠久，文化遗存最为丰富的地区之一。中国的新石器文化遗址主要分布于黄河流域和长江流域，甘青地区是黄河流域新石器文化发展的重要区域。基于考古研究工作，甘青地区的新石器文化发展序列已基本确立，主要的新石器文化包括：大地湾一期文化、仰韶文化、马家窑文化和齐家文化。[10]然而，甘青地区新石器文化遗址的14C测年数据积累较少，导致新石器文化演化的时空过程尚不清晰。甘青地区及周边地区的全新世气候与环境变化研究近20a取得了很多重要的进展，[11-24]一些学者将该地区的古气候研究和考古研究联系起来，探讨和强调了气候变化对新石器文化演化，尤其是对马家窑文化与齐家文化演化的影响，[25-35]而农业传播与发展因素对甘青地区新石器文化演化的影响依然未得到充分讨论。
本文通过总结和对比甘青地区考古研究、14C测年和全新世气候研究的成果，分析甘青地区新石器文化时空演化过程及其环境动力目前的研究进展、存在的问题，并对该领域的未来研究工作提出几点展望，以供参考和讨论。
1 时空过程研究进展与存在的问题
根据甘青地区已有的文物普查和考古调查成果，[36,37]可以勾勒出该地区新石器文化空间范围的轮廓（图1）。[38]通过对已发表的考古遗址的14C数据的分析，则可对甘青地区新石器文化发展和兴衰的过程有较为直观的认识。14C年代数据总和频率曲线（Summed radiocarbon probability distribution）已被广泛用于研究史前人类的人口变化和定居强度，[39,40]在一定程度上也反映了史前文化的兴衰趋势。因样品量、采样遗址不均衡、年代校正和埋藏学的问题，该指标的可靠性受到影响，[40]但依然可以为分析时间维度上人类定居和文化兴衰的趋势变化提供参考。甘青地区新石器文化与青铜文化遗址14C测年数据的总和频率曲线（图2），数据全部来源于该地区已发表的考古发掘过程中采集并测定的新石器和青铜时代遗址的年代数据，[10,41-43]不包含考古发掘之外测定的年代数据。该曲线一定程度上反映了甘青地区新石器—青铜文化时代文化的兴衰趋势，与历史时期朝代兴衰无关。根据不同新石器文化遗址分布的范围和14C年代数据的频率，可将甘青地区新石器文化的时空演化过程分为4个阶段，即前仰韶文化时期、仰韶文化早中期、仰韶文化晚期与马家窑文化早中期（石岭下类型与马家窑类型），以及马家窑文化晚期（半山类型与马厂类型）和齐家文化时期。甘青地区马家窑文化遗址中曾发现过青铜器，齐家文化遗址中发现的铜器有所增加，[10]或许已经进入铜石并用文化时期，但本文仍将其与新石器时代文化一起讨论。
甘青地区最早的新石器文化是大地湾一期文化，时代为7800～7200a B.P.[44]，只分布于甘肃省，目前发现的遗址数量很少，已发现的遗址包括秦安县大地湾遗址、天水市西山坪遗址和师赵村遗址。大地湾一期文化与中国北方的老官台文化、磁山文化和裴里岗文化应处于同一发展阶段，都可归入前仰韶文化时期。除天水地区以外，此类文化遗存可能还在渭河、西汉水和汉水上游有稀疏分布。[38]
大地湾一期文化之后，在甘肃东部和天水地区发现了仰韶早中期文化遗存，[10-38]时代在6700～5500a B.P.（图2），遗址数量较大地湾一期文化有所增加，分布范围有所扩大（图1）。在大地湾一期文化与仰韶早中期文化之间出现了文化缺环，持续了约500a的时间（图2）。前仰韶文化时期与仰韶文化早期的文化低谷或缺环在中国北方新石器文化发展过程中是普遍存在的。[45]
甘青地区第一次新石器文化大规模扩张发生在仰韶文化晚期（5500～5000a B.P.）和马家窑文化早中期（图1），该时期也是甘青地区新石器文化的兴盛时段（图2）。仰韶晚期文化已扩张至青海省东部边界地区，在青海省民和县的阳洼坡遗址与胡李家遗址、化隆县的安达其哈遗址、循化县的张尕遗址都发现了仰韶晚期的文化遗存。[36]马家窑文化是甘青地区重要的新石器文化，主要分布于洮河流域、黄河上游流域和湟水流域，可能是仰韶文化在西渐过程中与土著文化交流碰撞产生的。[46]马家窑文化又可分为四个类型，[10]按时代先后分别为石岭下类型（5900～5000a B.P.）、马家窑类型（5300～4800a B.P.）、半山类型（4500～4300a B.P.）和马厂类型（4300～4000a B.P.）。马家窑早中期文化（石岭下和马家窑类型）分布范围已达黄河上游谷地贵德段和湟水谷地湟中段，在共和盆地也有分布。[36]马家窑早中期文化与仰韶晚期文化在时代上大部分重合，甘青地区同时期的文化还有宗日文化，[47]目前该文化的来源尚无定论，分布范围也仅限于青海省同德县周围，因此本文不做讨论。
马家窑早中期文化和马家窑晚期文化（半山类型和马厂类型）之间出现了一个文化低谷，[45]时代在4800～4400a B.P.（图2）。马厂类型文化分布的空间范围与马家窑类型文化有很大差异，整体分布更偏向西部，扩散至新疆东部的哈密地区（图1），在遗址的海拔高度上则有所下降，在黄河上游谷地和湟水谷地向东有所退缩。甘青地区与马家窑文化马厂类型同时期存在的是齐家文化，是甘青地区新石器末期至青铜时代早期最重要的主流文化，可能来源于甘肃省东部庆阳地区的常山文化，[48]形成与发展过程中可能受到了客省庄文化的影响，4200～3800a B.P.在黄土高原西部大范围扩张。齐家文化与马家窑晚期文化在时代上有所重合，在空间分布上也有重叠，可能在一定的时空范围出现并存关系。马家窑晚期文化和齐家文化空间分布范围大（图1），遗址数量多，[36,37]是甘青地区新石器文化发展最兴盛的时期（图2）。齐家文化之后甘青地区文化迅速衰退，并演变为数支空间分布差异显著的青铜文化，遗址数量下降，文化规模显著减小，经济模式也发生了显著的变化。[10]甘青地区青铜时代无文字记录，仍属史前文化时代范畴。
图1 甘青地区主要新石器文化遗址的空间范围（根据文献[38]修改）
Fig. 1 Spatial variety of Neolithic cultures in Gansu and Qinghai Province（Revised based on reference[38]）
图2 甘青地区新石器和青铜时代14C年代数据的总和频率曲线所有测年数据均来源于甘青地区已发掘的新石器和 青铜时代遗址[10,41-43]
Fig. 2 Summed probability of published radiocarbon dates from excavated Neolithic and Bronze sites in Gansu and Qinghai Provinces
虽然考古研究已为探讨甘青地区新石器文化的时空演化过程提供了重要的线索，但依然存在一些问题亟待解决。一是甘青地区14C测年数据还是太少，各类型新石器文化的年代范围不明确，不同学者有不同的见解（见表）。本文引用的14C年代数据为125个，其中41个为青铜文化的年代数据，新石器文化的年代数据仅有84个，相对于文物普查发现的5033处新石器遗存，[36,37]年代数据明显偏少。二是14C年代数据在不同新石器文化和类型文化中分布不均，本文引用的测年数据中（见表），最多的是马家窑文化的测年数据，为39个，其他依次为齐家文化（19个）、仰韶早中期文化（15个）、仰韶晚期文化（6个）和大地湾一期文化（5个），因此，14C年代总和频率曲线在反映文化兴衰程度上存在一些问题。三是14C数据在所测定遗址中分布不均，84个年代数据中，在青海省遗址测定的数据仅有19个，且主要分布在民和县喇家遗址（13个）和乐都县柳湾遗址（6个），而甘肃省秦安县大地湾遗址测年数据则多达19个，这都会降低使用14C年代总和频率研究文化兴衰的可靠性。四是测年材料问题。已有的测年数据所应用的测年材料绝大多数是未鉴定的炭屑，而炭屑由于树木生长时间无法判断，测定的年代会偏老，误差可能会多达数百年。[49,50]因此，很难应用炭屑的14C测年结果从绝对年代方面准确厘清新石器时代各支文化演化的时间框架。五是遗址调查的问题。由于不同区域文物普查和考古调查所投入力度不同，可能造成一些地区，尤其是自然环境恶劣、风沙掩埋过快地区的遗址被遗漏，考古调查过程中也可能出现遗址文化类型判断失误的问题，相信随着更多更细致的考古调查和发掘工作的开展，以及对可靠测年材料（如单年生炭化作物种子）14C年代的测定，对甘青地区新石器文化演化的时空过程会有更清晰、更准确的认识。
表 甘青地区已发表新石器文化遗址测年数据分布
Table Distribution of published radiocarbon dates of Neolithic sites in Gansu and Qinghai Provinces
2 环境动力研究的进展与存在的问题
甘青地区新石器文化演化的环境动力研究在近年来受到了很多关注。随着古气候研究工作的深入，一些学者探讨了气候变化对甘青地区新石器文化的兴衰、遗址空间分布与海拔高度的变化，以及经济模式变化的影响，尤其是马家窑文化和齐家文化空间分布差异以及文化演化过程的影响。[25-35]多数研究认为甘青地区中全新世适宜和稳定的气候条件是促进该地区新石器文化（如马家窑文化和齐家文化）兴盛的重要因素，[26-30,32-34]适宜的气候条件还促进了新石器时期史前人类向青藏高原东北缘地区的扩张，[33]而气候恶化事件则导致文化衰退，[26-32]遗址分布也向东南和低海拔地区移动。[30,34]也有研究提出不同的观点，如，黄土高原西部马家窑文化和齐家文化时期的半干旱气候促进了这两支文化的繁荣，因为其所依赖的粟黍农业更适应半干旱的气候环境。[25]齐家文化早期的气候干旱化刺激了文化的发展，而齐家文化晚期环境恶化幅度超过农业社会承受极限，导致了齐家文化的衰落。[31]位于青海省东部的黄河上游谷地考古遗址的调查和测年工作则显示，该区域新石器文化的时空演化受到气候变化和生业模式变化的双重影响。[35]
图3 甘青地区新石器时期14C测年数据总和频率曲线与气候记录的对比
a．普若岗日冰心18O同位素曲线；[19]b．青海湖湖心记录红度曲线；[15]c．九仙洞石笋18O同位素曲线；[23]d．六盘山天池湖心记录红度曲线；[22]e．甘青地区新石器时期14C测年数据频率曲线
Fig. 3 Comparison between summed probability of published radiocarbon dates in Gansu and Qinghai Provinces and climate records in northwest China during Neolithic period. a. δ18O record of the Puruogangri ice core；[19]b. Redness of lake core in Qinghai Lake；[15]c. δ18O record of from the Jiuxian stalagmites；[23] d. Redness of lake core GSA in Tianchi Lake；[22]e. Summed probability of published radiocarbon dates in Gansu and Qinghai Provinces.
为讨论甘青地区新石器文化演化与全新世气候变化的关系，选择了甘青地区境内和周边地区年代分辨率较高的古气候记录，分别为普若岗日冰心18O同位素曲线、[19]青海湖湖心记录红度曲线、[15]九仙洞石笋18O同位素曲线[23]和六盘山天池（关山天池）湖心记录红度曲线，[22]与甘青地区新石器文化遗址的14C年代数据总和频率曲线进行对比（图3）。可以看出，甘青地区新石器文化大规模扩张和兴盛的时期，即仰韶文化晚期—马家窑文化早中期和马家窑文化晚期—齐家文化时期，该区域的气候是处于湿润状态，马家窑文化早中期与晚期之间的文化低谷与气候干旱事件有很好的对应，这在青海省东部的研究中也得到了验证。[34]齐家文化时代与青铜文化时代之间的文化衰退与转型也与气候恶化事件很好的吻合。从以上分析看，甘青地区新石器文化中晚期的降水变化与文化兴衰很可能存在紧密的联系。但是，大地湾一期文化时期，虽然温度高[12]且降水处于波动下降的阶段，而大地湾一期文化与仰韶早期文化的间断期气候则处于暖湿阶段，推测该时段甘青地区的文化演化的主导因素不是气候变化。
目前，甘青地区新石器文化演化的环境动力研究强调了气候和环境变化对新石器文化演化的影响，主要是基于古气候研究结果和新石器文化遗址空间分布、数量的关联性分析，缺乏气候变化如何影响新石器文化时空演化的机制研究。从更长的时间范围来看，冰心记录和石笋记录显示全新世气候最适宜的阶段可能出现在全新世早期，[12,23,51-52]而甘青地区新石器文化扩散和发展最快的时期则处于全新世中期，这说明气候变化虽然在一定程度上影响了新石器文化发展的进程，但可能并不是唯一重要的因素。大地湾遗址骨骼碳氮同位素分析的结果显示，该地区成熟的驯化农业在5900a B. P. 之后才真正发展起来，[53]而甘青地区大范围的新石器文化扩张则出现在仰韶文化晚期，即晚于5500a B. P.，说明农业的发展与传播对甘青地区新石器文化的扩张与发展同样起到了重要作用，这个判断在近期的研究中得到了验证。[54]气候变化很可能是通过对社会行为的作用而影响新石器文化的演化，适宜的气候条件与成熟的农业技术可能会促进人口的增长，而人口密度达到一定程度后则必须向外扩张，气候条件决定适宜农业生产的空间范围，因此也影响到文化扩张的范围，这一猜想有待证实。
甘青地区新石器文化演化环境动力研究的另一个问题是如何提高古气候研究的确定性和分辨率，以及气候和环境的空间差异性是否被充分考虑。由于新石器文化可以根据同一类型文化的大量遗址的14C年代测定确定其文化时代范围，而且不同类型的文化可以根据地层关系相互对比和参照，因此，年代误差范围有望控制在10a或100a尺度，而大多数古环境记录的年代测定存在不确定性，如湖泊沉积记录中的碳库问题，气候代用指标的指示意义也不是十分确定，如何分清各气候代用指标反映的是降水、有效湿度变化或温度变化？这可能还是古气候研究中需要深入和细致研究的问题。此外，甘青地区的空间范围较大，不同区域气候和环境之间存在着很大的空间差异，对全球气候变化的响应程度也不一致。尤其是降水变化，在季风边缘区是很复杂的。[55]在讨论甘青地区古气候和环境变化与新石器文化演化的关系时，气候变化的空间差异性也应该被充分考虑。
3 研究展望
考古学家和自然科学家的紧密配合，开展多学科的合作研究工作，是将甘青地区新石器文化演化过程与环境动力研究不断推进的最有效途径。考古学和自然科学在这个问题上各有优势和不足。甘青地区新石器文化发展过程和文化特征的研究必须建立在考古调查和发掘工作的基础上，必须由考古学家来完成，这也是探讨甘青地区新石器文化演化与气候和环境变化之间关系的基础。然而，分析新石器文化时空演化过程和规律，以及环境因素对其的影响，则需要自然科学研究方法和手段，如14C测年、GIS研究方法、古环境研究方法的应用，这正是自然科学家可以开展的工作。对新石器文化演化的时空过程的研究，如果没有考古学家的参与，就可能产生认识方面的偏差。如马家窑文化和齐家文化遗址的空间分布，仅以遗址空间分布特征的对比，可能会认为齐家文化较之前的马家窑文化的空间分布向东南退缩，[29,30]但考古研究则表明马家窑文化和齐家文化的空间演化过程都是自东向西传播的。[38]仅对文化空间演化的认识就可能出现错误的判断，导致讨论气候变化与文化演化之间的基础出现问题，难以得出正确的结论。而马家窑文化与齐家文化之间在时代上也存在重叠，因此，讨论其时空演化与气候变化的关系就更为复杂，需要开展很细致的研究工作。
甘青地区新石器文化时空演化研究亟待加强的重要工作之一是开展大量的14C测年工作。由于炭屑测年具有不确定性，需要更可靠的测年材料。一年生或多年生的植物遗存，如炭化植物种子，是应用AMS 14C测年手段研究古文化精确年代的可靠材料，已经在古埃及文明年代框架的验证中得到了有效应用。[56]如果在单一类型的新石器文化的不同空间位置分布的遗址（如东西向）开展系统的炭化植物种子定年，测定的方法和材料都是目前最可靠的，那么，就有可能从绝对年代入手厘清该类型文化的时空演化过程。如果能将所有类型新石器文化的年代全部系统测定，就能对各类型文化之间的关系有更清晰和准确的判断，可以为研究新石器文化演化与气候变化的关系奠定坚实的基础。这些工作必须由考古学家和自然科学家合作来完成。
甘青地区新石器文化演化环境动力研究的另一项重要工作，是提高古气候研究的年代分辨率和代用气候指标指示意义的确定性。湖泊记录可能是开展这项工作非常重要的载体之一，而湖泊沉积中挑选出的陆生植物残体的测年可以提高湖泊记录年代的准确性和分辨率，这在甘肃省庄浪县的六盘山天池的古气候和植被研究中已经得到成功的应用。[21,22]在气候代用指标方面，生物标志化合物，如甘油二烷基甘油四醚脂（GDGTs）在湖泊沉积，记录古温度重建研究中的成功应用，[57-59]为增强古气候研究的确定性提供了有益的借鉴。
此外，甘青地区新石器文化演化环境动力研究还需要重视该区域新石器时代农业传播与发展的研究。近年来，随着浮选法和植物大化石鉴定工作的大量开展，以及植物微体化石（孢粉、植硅石和淀粉）分析方法的进展和应用，[60-63]甘青地区新石器时代农业发展与传播的研究已经取得了很多进展。[54,64-70]但目前的研究还主要集中于河西走廊和甘肃省东部地区，还需开展更广泛的研究工作。新石器时代气候变化如何作用于人类的生计模式，进而影响文化的时空演化，是很值得思考的问题。甘青地区细石器时代遗址分布和气候变化之间的关系的分析可以为这个问题的思考提供启示。细石器人群稳定的食物来源很可能是狩猎的动物，而其最适宜的狩猎区域是森林和草原交界带。[71]因此，可以通过对甘青地区细石器时代遗址的测年和其周边地区的孢粉分析，验证古气候变化影响狩猎采集人群的方式是否是通过影响森林草原交界带空间的变化，改变细石器人群的狩猎资源分布的位置，进而影响该人群的迁移。这在青海湖周边的细石器遗址测年结果和孢粉研究中可以得到验证，青海湖周边细石器遗址的年代集中在15000～12500a B. P.和9000～5000a B. P.，[72,73]而这两个时段恰恰是青海湖沉积物中树本孢粉含量高的阶段。[74]从这个意义上说，细石器遗址的时空分布和孢粉研究是考古学和自然科学研究的一个很好的结合点。农业传播与发展所需要的生境特征是怎样的？尽管已有学者尝试从这个角度探讨甘青地区新石器文化的空间变化，[30,35,54]但积累的资料仍十分有限。可以尝试从这个角度开展一些古环境的研究，尤其是古植被和地貌特征的分析。
2013年8月
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Abstract
The relationship between the Neolithic cultural evolution and climate change is one of the hot academic issues. The Gansu-Qinghai Region is one of the areas of the richest Neolithic cultural remains as well as one susceptible to climate change. This paper, with archeological investigation, summary and comparison of the research results of radiocarbon dating and climatic study on the Holocene in the Gansu-Qinghai Region, analyzes the development and existing problems of spatio-temporal evolution process of the Neolithic culture and its environmental driving force, as well as the perspective of future studies. The communication and cooperation between archaeologists and natural scientists are the efficient approach to the research of the Neolithic cultural evolution and its driving mechanism.