兰州大学环境考古团队揭示古老的集约化农业
人类起源、农业起源和文明起源是史前人类社会发展的三大里程碑。新石器时代晚期（距今-年），在西南亚的两河（底格里斯河和幼发拉底河）流域、北非的尼罗河流域、南亚的印度河流域、东亚的长江和黄河流域相继出现了大型聚落或中心城市、明显的贫富分化、社会分工和公共权力，这一社会发展过程被称为社会的复杂化，也被称为文明化进程或文明起源。社会的复杂化意味着，在中心聚落或城市会出现大量不从事农业生产的工匠、商人、士兵、统治阶层等非农业人口。那么，什么样的农业策略可以生产足够的粮食盈余来供养这些非农业人口？
中国是世界文明起源和发展的核心地区之一。在东亚夏季风的影响下，新石器时代的中国形成了南稻北粟的农业格局——北方的黄河流域以粟作农业为主，南方的长江流域以稻作农业为主。在南北两套农业体系的支撑下，中国南方和北方在新石器时代晚期开始了社会复杂化进程（图1）。在黄河流域，仰韶文化早中期（距今-年）的半坡、姜寨遗址已经显现社会复杂化的信号，出现了有规划的大型聚落、墓地以及象征特殊权力的器物。仰韶文化晚期（距今-年），以大地湾、下河、西坡和双槐树遗址为代表，出现了大型仪式性建筑、宫殿和等级化墓地等明显的社会复杂化现象。至距今年左右，以石峁遗址和陶寺遗址为代表的城市中心崛起，最终在距今年前后，以二里头遗址为代表的区域性国家出现。在长江流域，距今年已经出现了以良渚古城为代表的区域性国家，植物考古研究显示，单一的精细化稻作农业支撑了良渚的城市发展。
图1新石器时代晚期中国地区社会复杂化的代表性遗址及黄河流域粟作农业遗址分布（1,大地湾.2,半坡.3,姜寨.4,下河.5,石峁.6,西坡.7,陶寺.8,二里头.9,双槐树.10,良渚.）
为什么单一的稻作农业能支撑良渚古国？一个重要原因是水稻的产量高。但在黄河流域，粟作农业的两种主要农作物粟（俗名谷子，脱壳后称为小米）和黍（俗名糜子，脱壳后称为黄米），其产量不及水稻的一半。而且，粟、黍的主要种植区在黄土高原，土壤粘土含量低，有机物容易流失，无法维持长期高强度的耕种，如果不施肥的话需要休耕来恢复地力。产量低和休耕使北方的粟作农业社会面临粮食生产的瓶颈。如何提升产量？是扩大耕种面积？还是通过施肥来避免休耕期？
兰州大学环境考古团队以位于陇西黄土高原的甘肃秦安大地湾遗址（图1）为研究对象，从遗址出土的粟作农业系统核心要素——粟、黍和家猪入手，通过猪牙表层残留物中的淀粉粒和植硅体分析重建猪的食谱，通过粟、黍炭化种子的氮同位素（δ15N）分析追踪农田的施肥行为，发现在距今年前，大地湾遗址已经形成了一种高度集约化的农业模式（图2）：1）人吃粟米，猪吃稃壳；2）圈养家猪，收集粪便；3）猪粪肥田，维持地力，避免休耕，提高产量。这种农业模式与现代可持续的集约化农业模式完全一致，说明新石器时代晚期中国北方粟作农业社会便通过粟、黍种植与家猪饲养的紧密结合，克服了粟、黍产量低和黄土肥力有限的瓶颈，为当时中国北方的复杂社会发展提供了经济基础。该研究于年6月16日以“Sustainableintensificationofmillet-pigagricultureinNeolithicNorthChina(新石器时代中国北方可持续的集约化粟作农业系统)”为题，在线发表于Nature杂志子刊NatureSustainability（IF=19.）。
图2新石器时代中国北方可持续的集约化粟作农业系统
甘肃秦安大地湾遗址是中国北方新石器时代典型的粟作农业遗址，包括了前仰韶和仰韶文化时期的各类遗存。遗址出土了大量家猪骨骼和粟、黍的炭化种子，为本研究提供了丰富的研究材料。以往研究发现，新石器时代晚期中国北方粟作农业遗址的家猪骨骼碳同位素（δ13C）数据指示，C4植物（包括粟和黍）在猪的食谱中占比高达80-90%，这不免让人怀疑猪与人是否同时消费粟米，形成竞食关系。通过此项研究发现，大地湾遗址中猪与人并不存在竞食关系，家猪食用的是农作物废料-稃壳；而用稃壳喂猪是一种严格的食谱控制行为，暗示家猪是圈养的模式，更方便于收集粪便。
目前，全球有25亿农民从事类似的集约化农业生产模式（intensivecrop-livestocksystems），管理着全球60%的耕地，生产了全世界50%的粮食。在当今自然环境恶化和粮食危机背景下，在广大发展中国家和地区发展可持续的集约化农业，仍然是捍卫全球粮食安全和推进生态文明建设的关键途径。中国农业农村部的调查数据显示，-年，中国采用类似集约化生产模式的农户比例从71%下降到了12%，家畜粪便越来越不被回收利用，不仅浪费重要资源而且破坏生态环境。正如NatureSustainability高级编辑WilliamBurnside博士对该研究的评论中指出的“Thedevelopmentof
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