北京1月19日电  中国北方是黍粟(俗称糜子、谷子)农业起源中心，也是中华文明起源和发展的核心地区之一。黍粟农业如何从中国北方起源？尽管这一跨学科问题长期受到学界广泛关注，但目前认知仍未统一。

中国东北地区1.4万年以来的稳定碳同位素、气候记录和考古数据的对比。王建 供图

中国科学院古脊椎动物与古人类研究所(中科院古脊椎所)研究团队联合中外同行最新完成的一项研究成果认为，不断好转的自然环境生态背景和早期人类的持续管理或栽培行为，共同驱动了中国北方地区以黍粟为代表的旱作农业起源。

查海遗址剖面相关对比图。王建 供图

黍粟属于“小粒”碳四类型作物

不同于欧亚大陆小麦和水稻等驯化作物，黍粟属于为数不多的“小粒”碳四(C4)类型作物，其植物同化固定二氧化碳时生成的最初产物为四碳化合物，该类植物相比于常见碳三植物具有更高的固碳效率。这两种作物如何成为早期人类优先栽培的驯化对象？自然和人类两类因素怎样影响黍粟农业的起源和形成？两者在这一过程中相对重要性随时间如何变化？

针对上述科学问题，中科院古脊椎所/生物演化与环境卓越中心和天津大学地球系统科学学院、德国哥廷根大学通过合作研究，近日在国际地学领域知名学术期刊《地球物理研究通讯》(Geophysical Research Letters)上发表研究论文，探讨早期人类行为与区域自然生态背景两者在旱作农业起源过程中相对角色的演变，这对理解中国北方黍粟农业的起源机制、农业文化演变与气候环境变化具有重要科学意义。

早期人类管理种植碳四作物能力持续增强

论文通讯作者、中科院古脊椎所周新郢研究员接受采访介绍说，研究团队基于稳定碳同位素、花粉、炭屑以及高精度放射性碳测年等多指标记录，对新石器时代早期(距今约1万至7000年)东北查海遗址农业历史进行深入研究，并在此基础上收集目前已发表的碳同位素和考古学数据，论证了全新世(距今1.17万年以来)期间中国北方的区域碳四生物量(碳四植物的相对百分比，可指示自然生态环境背景)与黍粟为主的碳四农业历史的相互关系。

研究显示，相比于北方区域其他各类自然沉积物，查海遗址多期文化层具有较高的碳四生物量估值，这种差异不能仅凭自然气候因素的变化进行解释，此外花粉、炭屑和植物遗存等记录，也指示全新世早中期的人类活动包括农业活动和森林砍伐等行为。

周新郢指出，结合查海遗址磨石表面高比例碳四植物淀粉粒以及现代碳四作物种植实验等证据，研究人员认为新石器时代早期查海地区存在耕作种植和土地清理等行为，符合已有的狩猎采集到农业耕作连续模型。进一步研究发现，查海遗址文化层与周边自然沉积物的碳同位素差值在全新世期间逐步增加，与黍粟遗存等植物考古数据所揭示的驯化过程近乎同步，由此表明早期人类管理种植碳四作物能力持续增强。

自然环境背景和人类行为共同驱动黍粟驯化

论文第一作者、中科院古脊椎所博士生王建补充道，为从更大时空尺度评估黍粟驯化过程中人类和自然因素的相对影响变化，研究团队进一步建立首张中国北方1.4万年以来的碳四生物量等值线图，并汇总已有考古遗址和黍粟遗存年代数据。对比结果显示，全新世早中期东北碳四生物量的变化与黍粟农业的起源和发展大致同步，这种同步关系受北半球中高纬度降温影响于距今4000年左右不复存在，可能预示在一定碳四生物量阈值内，人类因素开始取代自然因素在黍粟农业中扮演更为重要的角色。

研究团队负责人、中科院古脊椎所李小强研究员认为，以上研究结果表明，较高碳四生物量的自然环境背景和人类对碳四植物的持续管理或栽培行为，共同驱动了中国北方地区碳四农业的起源。碳四生物量的增长，有助于提高潜在碳四作物(包括黍粟及其野生祖本)的数量和多样性、维持相对安定的史前人类定居环境、增加人类管理种植各种碳四植物的练习尝试机会。

李小强表示，中国北方部分地区在气候好转后率先实施碳四植物集约化利用策略，最终导致早期碳四农业的出现和人口的增长。同时，人口膨胀引起的粮食供需矛盾增大又进一步促进黍粟农业的集约化和推广。这种正反馈机制显示一种渐进的共同进化模式，而碳四生物量与黍粟遗存首个峰值约2000年的偏差，也再次证实野生植物驯化是一个延续数千年的过程。