施肥——新石器晚期中國北方粟作農業擴張的驅動力
原標題：施肥——新石器晚期中國北方粟作農業擴張的驅動力
俗話說：「莊稼一支花，全靠糞當家」。施有機肥（糞），是提高作物產量最直接最有效的途徑。在化肥出現之前，農民為了補充土壤肥力，主要依靠動物性糞肥。最早關於施肥的研究在歐洲地區開展，歐洲最早的農民大約從5900BC開始人工施肥，強化的施肥管理將作物栽培與家畜飼養緊密結合起來，促進了人類在不同環境下的適應和擴張。中國史前時代的文化、人口大擴張發生在仰韶時期，仰韶文化的擴張離不開農業生產技術的提高。然而由於缺乏直接證據，中國史前農業活動很少涉及施肥等農業生產技術的討論。
中國科學院大學人文學院考古學與人類學系胡耀武教授與尚雪博士合作指導的博士生王欣，系統地對新石器時代中晚期陝西渭南白水河流域眾多遺址（圖1）出土粟、黍作物以及相關動物骨骼進行了C、N穩定同位素分析，證實了中國新石器時代施肥管理行為的存在，探討了施肥行為對粟作農業發展和擴散的影響。該項研究成果，在線發表在Nature子刊《Scientific Reports》。
圖1 研究區遺址分布及相關遺存
已有研究表明，向土壤中添加有機氮源可以顯著提高土壤δ15N值，從而提高植物δ15N值。通過現代實驗建立的施肥模型可根據植物δ15N值判斷不同的施肥程度（高、中、低），藉助食草動物δ15N值減去營養級富集值可推算出自然植被δ15N基礎值（未施肥）。在本研究中，多個考古遺址出土粟和黍的δ15N值，分別為5.2 ± 0.8‰（n=29）和5.5 ± 0.9‰（n=20），均遠高於同期自然植被的δ15N值（0.3‰），這一結果表明，白水河流域存在農田施加有機肥料（主要是豬糞）的現象，大多數樣品的δ15N分布在中度、高度施肥程度範圍內（圖2），結合碳十四年代數據可以看出，新石器時代晚期白水河流域先民就已經開始了長期（5575~4070 cal BP）、持續的施肥管理。
圖2 施肥模型下的粟黍同位素值分布情況
仰韶文化作為新石器時代最為重要、最具影響力的一支文化，她的發展、擴張離不開粟作農業的支撐。全新世中期（8500-3100 BP），中國黃土地區氣候變暖變濕，為粟作農業的發展和擴散提供了必要的氣候條件。然而，由於黃土本身的土壤特性（黏土含量低，有機物流失嚴重），長期持續的耕種將導致黃土土壤肥力的逐漸降低，作物產量下降。可以想像，如果沒有有機肥料的持續投入，就無法保證土壤肥力的再生與恢復。故此，在新石器時代晚期黃土地區，施肥管理可以有效保持土壤肥力，提高粟黍產量，為人和家畜提供穩定的食物來源。新石器時代中晚期人類長期的施肥行為，可視為我國北方地區粟作農業擴張和人口增長的重要驅動力。
最後的最後：其實，這只是一個看似「有味道」的研究，直到我們愉快地完成所有實驗，本研究的主角——「粑粑」就未曾現身過~
該研究得到國家自然科學基金（41471167, 41102227, 41373018, 41773008）、國家重點基礎研究發展計劃(2015CB953803)、國家自然科學外籍青年科學家(41550110224)、中國科學院國際訪問學者項目(2016VBC002)和國家留學基金委(CSC no. 201504910101)的支持。
參考文獻：
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Bogaard, A., Heaton, T. H. E., Poulton, P. & Merbach, I. The impact of manuring on nitrogen isotope ratios in cereals: archaeological implications for reconstruction of diet and crop management practices. J Archaeol Sci34, 335-343 (2007).
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