“時光膠囊”解碼萬年農(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10萬年漫長演化歷史；漢陽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渣，作為最早的茶葉實物，揭開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“植硅體”這個微體化石。

中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所古生態(tài)古環(huán)境團(tuán)隊，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“從微觀化石到宏觀文明”的研究范式。植硅體就像一把微觀鑰匙，解碼萬年農(nóng)耕文明。

在傳統(tǒng)考古中，植物遺存主要依賴炭化種子，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”。為了揭開這些“指紋”的秘密，我們耗時10多年，解剖分析了2000余種現(xiàn)代植物的植硅體，建立起中國首個植硅體分類鑒定體系，進(jìn)一步建立了粟、黍、稻野生—馴化的農(nóng)作物植硅體國際鑒定標(biāo)準(zhǔn)。

河北磁山文化、河南裴李崗文化遺址，長期以來被認(rèn)為是以粟為主的農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)。通過植硅體研究，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“魚鱗紋密碼”。在對現(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)胞中扇形植硅體魚鱗紋數(shù)量作為判別水稻野生—馴化的標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)計方法，明確了水稻扇形植硅體魚鱗紋數(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。通過對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10萬年前，野生水稻就已經(jīng)在長江下游地區(qū)廣泛分布；大約在2.4萬年前向末次盛冰期過渡時，人類就已經(jīng)開始采集并利用野生稻;在大約1.3萬年前，開始了野生稻馴化前栽培的過程;在大約1.1萬年前，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的過程，進(jìn)一步確認(rèn)了我國是水稻的起源地。1.1萬年前上山文化區(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，對世界人類社會的歷史進(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)動力。我們采集全國不同氣候帶3000多個表土樣品，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)，實現(xiàn)了古氣候參數(shù)的精準(zhǔn)重建，從而揭示了中國東部2萬年以來的溫度、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期，恰好對應(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2萬年以來起源，為什么集中在中南美洲、西亞和東亞3個中心地區(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)以及人類活動強(qiáng)度變化的數(shù)據(jù)，我們分析對比氣候變化與農(nóng)業(yè)起源及人類活動的證據(jù)，發(fā)現(xiàn)了3個關(guān)鍵節(jié)點：1.4萬年前短期增溫，1.2萬年前突然變冷，1萬年前以來長期增溫，與水稻馴化前栽培、水稻退化、黍粟稻的馴化完成，在時間上一一對應(yīng)，建立了相互關(guān)聯(lián)的東亞氣候與農(nóng)業(yè)起源及人類活動的證據(jù)鏈。在末次冰期，氣候寒冷、快速變化，沒有馴化條件，1.4萬年前氣候轉(zhuǎn)暖、1.2萬年前突然降溫、1萬年前以來的持續(xù)升溫，是驅(qū)動北半球中緯度禾本科馴化、農(nóng)業(yè)起源的普遍機(jī)制。

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

（作者為中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員）