黄河流域农业起源与环境变化关系的微体化石研究

The origin of agriculture is an important event in the history of human development. Many hypotheses were raised to explain why primary agriculture emerged at the transition time from the last deglaciation to the Holocene. To date, little is known of the relationships between environmental changes and agriculture origin and dispersal during the last deglaciation, due to absence of substantial evidence from different areas. The middle and low reaches of the Yellow River are the most important area for dry farming origin in the world. However, it is still unknown the process of agriculture origin and the relation with environment changes as less organic plant evidence in this region. The organic remains such as plant leave and seed fossils may be the most direct indicators to recongize crop types and domesticated charaters, but they are easily decayed into ash and difficult to discover and identify in early archaeological sites in loess area. Phytolith analysis is one of the most effective methods to recognize decayed plant ashes. Thus, this project intends 1) to establish the criteria of phytolith identification that can distinguish domesticated millets and wheats from relevent wild plants based on the study of modern millet and wheat crops, and related wild progenitors; 2) recognize the features of microfossil assemblages including phytolith, pollen and other proxies from soil sequences to judge past dry farming crop growing and development; 3) understand the process of typical drying crops origin in relation to environment changes in typical archaeological sites and natural deposit profiles since last deglaciation; 4) make substantial contribution for knowledge of dry farming agriculture origin and dispersal and their relations with climate and environmental changes in East Asia.

农业起源是人类社会发展历史中的重要事件。为什么在末次冰期-全新世过渡期原始农业出现在全球不同地区，有许多争议和假说，关键是缺少对不同地区末次冰消期以来农业起源与环境变化关系的系统研究。我国黄河流域是世界重要的粟、黍旱作农业起源地，但迄今对其起源过程、机制以及与气候环境变化的关系是不清楚的，主要是因为黄土区早期遗址中植物有机体易腐烂灰化、大化石稀少、鉴定困难，缺少与环境变化直接关联的野生-驯化农作物证据。植硅体分析是有效鉴别腐烂灰化植物的新方法，本项目拟通过对现代粟、黍、麦等旱作农作物、亲缘野生植物植硅体等研究，建立驯化、野生植物植硅体鉴定标志；明确旱作农作物分布区土壤植硅体等微体化石组合判别标准；揭示末次冰消期以来黄河流域典型考古遗址、自然地层记录的微体化石和环境变化序列，探讨粟、黍、麦等农作物起源、传播过程，为正确认识黄河流域旱作农业的起源、传播与气候环境变化的关系提供科学证据。

中国黄河流域是世界农业起源的主要中心之一，粟（Setaria italica）、黍（Panicum miliaceum）等是在这个地区最早被驯化的农作物。目前对史前粟类旱作农业起源与演化的时间、地点、种类、过程以及与气候变化和人类适应关系的认识, 仍然是不确定的和有争议的。本项目针对目前旱作农业起源演化关键问题，系统开展了1）现代农作物与亲缘、野生祖本植物植硅体的鉴定标志；2）黄河流域冰消期以来重点考古遗址地层和器物中植硅体种类纸盒特征，分析旱作驯化、传播过程；3）研究区域和全球古气候变化背景下旱作农业驯化、传播的时间、空间特征等研究。共采集到990余份粟、黍、稗、稻、麦、茶等典型农作物（经济作物）和亲缘野生现代植物样品；从100处遗址/剖面获取2326个沉积样品和100余份浮选样品，共获得280余个年代样品，完成了全部样品的实验室分析；建立了覆盖全国1063处遗址的4656个14C年代数据库和全国523处稻作、498处旱作遗址植物考古数据库。.通过对我国现代粟、黍、麦等农作物-亲缘野生植物植硅体形态分析, 以及对黄河流域考古遗址和沉积地层植硅体及环境指标研究，本项目取得以下主要成果: .(1) 建立了现代粟、黍、麦等农作物-亲缘野生植物植硅体鉴定标志和图版, 农作物植硅体鉴定方法获得了突破。建立了植硅体准确测年的新方法，并在考古遗址、农业起源研究中获得成功的应用。在国际著名刊物PNAS，SR等发表系列论文. 通过条件试验在农作物化石埋葬学方面获得进展。.(2) 在黄河流域旱作农业起源-演化研究方面取得新进展，获得粟、黍起源于1万年前后的直接证据，获得1万年以来粟、黍旱作农业时间、空间分布证据，获得了小麦传入中国历史和传入途径的新认识。.(3) 发现不同时期人类对不同植物种类利用或驯化具有选择性，分析了多种农作物植物传播与气候环境变化的可能关系，建立了史前人类活动与气候环境变化的关系,表明温暖的气候有利于旱作农业的发展。.完成了预先设计的研究目标，在执行过程及时追踪新发现的科学现象和问题，获得了许多重要的成果，发表论文31篇。