基于考古成果的新石器时代“一江两河”地区耕地覆盖重建

Reconstruction of Cropland Distribution During the Neolithic Period Based on the Archaeological Achievements in the Yarlung Zangbo River and its Two Tributaries

摘要

通过收集、整理新石器时代“一江两河”地区的考古成果，利用典型遗址的浮选调查报告，在考虑农牧比重的前提下创设了单一农业、农业兼营牧业、牧业兼营农业3种生计模式情境；运用墓葬分析法估算了该区的人口数，结合人均粮食消费量进一步估算了相应情境下的耕地总量。采用考古遗址点与自然宜垦性相结合的耕地格网化分配方法，获得了3种情境下的新石器时代“一江两河”地区1 km×1 km的耕地空间分布。结果显示：（1）新石器时代“一江两河”人口约550人，该区在单一农业、农业兼营牧业、牧业兼营农业3种情境下的耕地总量分别为11.14 km²、6.77 km²和4.67 km²，区域垦殖率极低。（2）新石器时代“一江两河”地区耕地分布少，耕地格网仅占全区总格网的1%，以“插花式”分布于河谷地区，主要集中在拉萨河流域。（3）与创设的单一农业情境下的重建结果相比，国际数据集HYDE 3.2中同一时期“一江两河”地区的耕地总量约为本研究的三分之一，但耕地分布范围是本研究的3倍。该研究的重建结果不仅能客观、真实再现新石器时代“一江两河”地区耕地格局，也有效弥补了国际数据集在该区域的缺陷。

Abstract

This study compiles and analyzes archaeological findings from the Neolithic period in the Yarlung Zangbo River and its two tributaries (Lhasa River and Nianchu River). Three scenarios of livelihood model were established, taking into account the ratio of farming and pastoralism, exclusive agriculture, agriculture with supplementary pastoralism and pastoralism with supplementary agriculture based on flotation survey reports from typical Neolithic relic sites. The population size of the region was estimated using burial analysis, and the total cropland area under each scenario was further calculated by combining per capita grain consumption. Finally, a gridded cropland distribution at a 1km×1km resolution was reconstructed for the Neolithic period by integrating archaeological site data and natural land reclamation suitability. The results showed that (1) The population of the study area during the Neolithic was approximately 550 people and the total cultivated land in the area under the three scenarios of exclusive agriculture, agriculture combined with pastoralism and pastoralism combined with agriculture is 11.14 km², 6.77 km²and 4.67 km², respectively, and the regional reclamation rate is extremely low; (2) The distribution area of cropland was scarce and accounted for only 1% of the total grids, displaying a mosaic distribution along river valleys, and mainly concentrated in the Lhasa River Basin; (3) Compared with the exclusive agriculture scenario, the total cropland area in the HYDE3.2 dataset at the same period was approximately one-third of that reconstructed, but its spatial distribution scopewas three times larger. The reconstructed result from this study not only objectively reflects the cropland pattern in the region during the Neolithic period but also effectively addresses the limitations of global datasets in this area.

Graphical abstract

关键词

新石器时代 / 考古成果 / 生计模式 / 耕地重建 / “一江两河”地区

Key words

Neolithic period / settlement relics / livelihood model / reconstruction of cropland / Yarlung Zangbo River and its two tributaries

引 言

人为土地覆盖变化（Anthropogenic Land Cover Change, ALCC）极大地改变了陆地景观和生态系统，是全球变化的驱动力之一^[1]。而人类的土地利用活动对全球系统的影响具有累积效应，历史时期或更早时期的人类土地利用对当前生态的影响不应被忽视或低估^[2,3]。土地利用/土地覆盖变化（Land Use and Land Cover Chang，LUCC）重建不仅能够反映土地覆盖的时空演变过程，而且能为全球气候、环境变化的模拟以及长期的经济发展与环境保护政策的制定提供基础数据^[4,5]。

随着人口规模的增加以及技术手段的不断进步，人类活动对地表环境与地表形态的影响越来越显著。耕地是人类活动影响地表环境和地表形态的重要表现形式之一，重建长时间序列、高可靠性的耕地覆盖变化，能够为全球气候、环境变化的模拟研究提供基础数据支撑^[6-8]。因此，产生了一系列全球尺度的历史LUCC数据集，包括HYDE（History database of the Global Environment，HYDE）^[9]、PJ（Pongratz Julia，PJ）^[10]、KK10（Kaplan and Krumhardt 2010，KK10）^[11]等。但是，由于各数据集之间使用的原始资料、耕地总量估算方法、格网化分配方法等均有差异，上述数据集不仅彼此矛盾^[12,13]，且被众多区域重建研究结果证明其存在较大不确定性^[14-16]。因此，利用区域考古、历史文献资料与发展史实的耕地重建工作是解决当前各数据集所面临问题的有效途径。

近年来，我国耕地重建研究呈现出如下特点：空间上，尽管耕地重建工作集成至全国范围，但在少资料或无资料区，其结果可靠性有待提高^[17,18]；时间上，主要集中在文献记录相对丰富的历史时期^[19-22]，而对于无文献记载的史前时期的研究较少^[23,24]。此外，耕地总量的估算^[25,26]和格网化分配方法^[27,28]也在实际研究中不断得到完善与优化。

作为“世界屋脊”的青藏高原，是全球气候、环境变化的敏感区和启动区^[29,30]，是我国乃至东亚重要的生态安全屏障^[31]。青藏高原高寒、低氧的环境对人类的生存与适应构成了巨大的挑战，以食物经济为主要内容的生业经济是高原人群生存与社会发展的根本，耕地是人类获得稳定食物来源的主要土地利用方式^[32]，对保障青藏高原粮食安全和维护经济社会稳定发展具有非常重要的意义^[33,34]。重建该区长时序的耕地覆盖，不仅是探索青藏高原人地关系的重要突破口，也是区域乃至全球气候、环境变化预测与模拟的重要支撑^[35]。近年来，围绕青藏高原历史耕地的重建工作取得了丰硕的成果，但当前的工作主要呈现如下特点：一是重建工作主要集中在有历史文献记载的时期^[28,36-39]，而对于青藏高原史前耕地覆盖变化的重建研究较少，且主要集中在青藏高原的边缘区^[40,41]，而农业发展历史悠久且强度较高的“一江两河”鲜有开展。二是当前已有研究对于青藏高原各时期耕地总量的估算以间接估算为主，大多采用人口与人均耕地面积这一思路进行耕地总量的估算。这种耕地总量估算思路主要基于只存在单一农业的生计模式的假设，适用于以农为主的区域，对于类似青藏高原这种农牧兼营的区域来说，有关如何处理同时存在农业、牧业、狩猎采集等多种生计模式情况的研究较少。

1 研究区概况

“一江两河”地区大致位于E 87°00′～92°35′，N 28°20′～31°20′之间，主要指雅鲁藏布江干流、拉萨河、年楚河流域河谷地带。随着古人不断迁徙与定居，这一地区逐渐演变为粟、麦两种农作物传播的交汇处（图1）。中国北方的细石器人群在气候变化的背景下驯化了粟和黍^[42,43]之后，粟作人群的迁徙推动了仰韶文化和马家窑文化的西渐和南下^[44]。其中南下是指仰韶晚期以来，特别是马家窑文化向南扩张到横断山区，并影响到云贵高原东北部的过程^[32]。南下的一支进入昌都地区并形成了以卡若遗址为代表的卡若文化^[45]，并继续向西发展，在距今3 500年左右进入“一江两河”地区并形成以曲贡遗址为代表的曲贡文化。同时，麦类作物在西亚出现后迅速向外扩张，也在距今3 500年左右传播到“一江两河”地区。在曲贡、昌果沟、廓雄等遗址中发现的粟、麦等农作物遗存均可以证明这一时期的先民已经掌握了这两种作物的种植技术^[46]。

新石器时代“一江两河”地区对于青藏高原的农业发展具有重要意义。本研究基于这一时期的考古发掘成果估算出该区域的人口总数，设置了考虑农牧比重的3种情境，合并人均粮食消费量和粮食产量对该区域的耕地总量进行估算；并采用考古遗址点与自然宜垦性相结合的耕地格网化方法，获得了该区新石器时代耕地覆盖数据。

2 研究思路

本研究主要收集、整理新石器时代“一江两河”地区的考古成果，运用墓葬分析法估算出这一时期的人口总量。在考虑农牧比重的情况下，运用浮选调查结果将农业比重情况划分为单一农业、农业兼营牧业、牧业兼营农业3种情境，并结合人均粮食消费量和粮食产量估算出3种情境下的耕地总量。以遗址点为中心，运用步行速度函数划定最大农业范围。在最大农业范围内运用限制因子和非限制因子计算出该区域的自然宜垦性，构建出耕地格网化分配方法。使用该分配方法将得到的3种情境下的耕地总量进行空间化，得到新石器时代“一江两河”地区1 km×1 km分辨率下的耕地覆盖数据（图2）。

3 研究方法

3.1 新石器时代“一江两河”地区人口估算的数据来源和方法

新石器时代“一江两河”地区的遗址点信息主要来自《中国文物地图集·西藏分册》^[47]、《廓雄遗址 雅鲁藏布江中上游最早的史前农业证据》^[46]、《西藏堆龙德庆县嘎冲村遗址冶炼遗物的发现与初步研究》^[48]等专著和文献资料。一方面，基于ArcGIS 软件平台，将遗址点进行空间化，从而得到遗址点数据的空间分布。另一方面，从上述文献中选择发掘报告完整、遗址面积等信息清晰的遗址（如曲贡遗址），运用墓葬分析法估算出该遗址的人口总量。对于只有遗址面积而无详细发掘报告的遗址则运用同时期已估算出人口的遗址与其面积的比例进行估算；对于既没有详细发掘报告也无遗址面积的遗址则按照同类型的最小遗址的面积估算其人口规模。

墓葬分析法是通过考古发掘的墓葬状况提取信息，假定年出生人数等于年死亡人数，单个遗址的总人数等于年出生人数乘以墓葬死亡人数的平均寿命，即年死亡人数乘以平均寿命，得到聚落遗址的人口数量。这是采用静止的人口模式估算人口的一种方法^[49]。具体公式如下：

P=\frac{A\times D}{T}（1）

式中，P为年均人口，D为墓葬总死亡人数，A为平均死亡年龄，T为墓葬延续时间。

3.2 3种情境下的新石器时代“一江两河”地区耕地估算方法

3.2.1 基于考古成果创设的农牧比重的3种情境

根据新石器时代“一江两河”地区的考古成果可以得出，这一时期的大部分遗址都同时存在农业、牧业和狩猎采集等多种生计模式^[50]。因此，在进行耕地总量估算时不能只考虑农业。本研究尝试在考虑生计模式和农业比重的前提下进行耕地总量的估算，主要是基于这一时期已发表的遗址浮选调查结果，将这一时期的农业比重情况划分为3种情境，具体分类情况和原因如下：

（1）单一农业：本研究将单一农业即纯农业的情况设定为这一时期“一江两河”地区的极限情况。理由是，这一时期出土的植物遗存中，农作物占比较大。且这一时期很多遗址中出土的用于农业生产的石器都存在涂红现象。王仁湘^[51]认为，涂红的目的很可能是为了赋予石器力量。农业生产的石器上出现涂红现象表明这一时期的先民希望通过这种方式赋予用于农业生产的工具力量。此外，曲贡遗址中还存在明显的人牲人祭痕迹，表明原始先民对农神的崇拜^[52]。这两种现象均在一定程度上表明农业在这一时期的生计模式中具有很高的地位，很可能这一时期的先民所依赖的最主要的生计模式就是农业。因此，本研究选择单一农业的情况作为这一时期农业比重最高的情境。

（2）农业兼营牧业：根据昌果沟遗址2015年浮选调查报告显示^[53]，出土的植物遗存中，农作物占比达60%，藜属占比17%，果实类占比15%，其他占比6%，结合在曲贡和邦嘎遗址的动物考古资料可以判断^[54]，这一时期的生计模式以农业为主，牧业和狩猎采集为辅。因此，本研究选择60%的农业情况作为这一时期农业比重的中间情境。

（3）牧业兼营农业：根据曲贡遗址浮选调查结果显示^[44]，出土的植物遗存中农作物占40%。曲贡遗址是新石器时代“一江两河”地区曲贡文化的代表性遗址，同一时期的昌果沟遗址、邦嘎遗址等遗址的文化类型都属于曲贡文化^[55]。因此，本研究选择曲贡遗址浮选调查中的40%作为这一时期农业比重最少的情境。

3.2.2 3种情境下的耕地总量估算方法

新石器时代的耕地总量主要运用人均粮食消费量和粮食产量进行估算。在新石器时代“一江两河”地区的遗址中出土了大量粟的炭化粒遗存，因此判断这一时期的栽培作物以粟为主^[56]。粟的单产借鉴夏代单产，其理由为夏代的农业生产方式仍较为原始，且生计模式与新石器时代“一江两河”地区类似，都同时存在农业、牧业和狩猎采集^[57]。夏代粟的单产是300 kg/hm²^[58]，减去15%的种子量^[59]，取255 kg/hm²作为该时期“一江两河”地区粟的单产。人均粮食消费量是根据《巩义县志》记载而得，成人和儿童的年均粮食消费量分别为245 kg/人和192 kg/人，取其平均值219 kg/人。粮食生产过程中会有损耗，一般来说，加工后获得的粮食量是原粮食产量的80%～90%，取其平均值85%，因此取258 kg作为该时期的人均粮食消费量^[59]。将人均粮食消费量分别按照上述3种情境乘以对应的农业比重，从而得到不同情境下的人均粮食消费量。而人均耕地面积即为人均粮食消费量与粮食产量之比。此外，在进行耕地总量估算时还需要考虑到轮作制度。这一时期包括西藏在内的各主要农业区都采用轮荒耕作制度，即“连种三五年，撂荒三五年”的熟荒耕作制度^[60]。因此，在估算耕地总量时需要考虑到这一因素，新石器时代“一江两河”地区的遗址耕地面积可以通过以下公式计算得到：

S_{cm}=S_a\times R\times P_m=S_a\times \frac{\left(T_f+T_c\right)}{T_c}\times P_m（2）

式中，S_cm 为聚落的耕地面积，S_a 为人均耕地面积，R为栽培周期，P_m 为遗址面积，T_f 为休耕期，T_C 为耕作期。

利用公式（1）和公式（2）可以估算出不同农业比重情境下的耕地面积，并基于3种情境下的耕地面积分别进行耕地重建研究。

3.3 基于考古遗址点与自然宜垦性的耕地格网化分配方法

已有研究大多是基于自然宜垦性进行耕地格网化分配，这种分配方法会将耕地分配到所有自然条件好的区域，不适合原始农业或农业发展初期的耕地分配。因此，本研究采用考古遗址点划分农业分布的最大范围，在范围之内使用自然宜垦性确定耕地分布的多与少。

（1）基于考古遗址点划定农业分布最大范围

耕地一般都开垦于遗址点周边。农耕定居社会一般以5 km或步行1 h为半径作为活动范围，狩猎游动社会则是以10 km或步行2 h为半径作为活动范围^[61]。结合坡度以及乔玉得出的步行速度和坡度之间的关系^[59]，得到在不同坡度下的步行速度，具体公式如下：

Y=\mathrm{0.0002}{X}^{\mathrm{2}}+\mathrm{0.002}x+\mathrm{0.6086}（3）

其中，X为坡度值；Y为行走速度，即行走每米所需要的时间，单位：s。

利用栅格计算器将坡度转换为时间成本表面，之后利用成本距离工具计算出不同遗址农业活动的最大范围。考虑到坡度对步行速度的影响，因此所得到的最大农业活动范围为“非正圆”的不规则形状。在计算出最大农业活动范围后发现，部分遗址的最大农业活动范围中有河流流经，考虑到当时的生存条件与生产力情况不允许人类“越河而耕”，因此需要将被河流分割的最大农业活动范围中远离遗址点的部分去掉，从而得到比较符合新石器时代实际情况的最大农业活动范围。

（2）自然宜垦性方法采用的数据及处理方法

在最大农业活动范围内，使用王宇坤等^[62]根据“一江两河”耕地与各类自然因子的关系构建自然宜垦性耕地分配方法进行分配。将影响耕地分布的因子分为限制因子和非限制因子两类，其中限制因子决定耕地有无分布，包括海拔、坡度和土壤类型3种；非限制因子则影响分布的多少，主要有坡向、土壤有机质含量、气候生产潜力和人为因素等4种。

其中，海拔数据来自地理空间数据云（www.gscloud.cn）中的90 m的DEM数据，坡度和坡向数据由DEM数据提取得到。全国1 km网格气候生产潜力数据、1:100万中国土壤类型和土壤含氮量分布数据（1995年）来源于地球系统科学数据共享平台（www.geodata.cn）。将上述DEM、坡度、坡向、气候生产潜力等数据均重采样为1 km×1 km。此外，“一江两河”地区1980年耕地分布由中国多时期土地利用遥感监测数据集（CNLUCC）裁剪得到。中国多时期土地利用遥感监测数据集（CNLUCC）来源于资源环境科学数据注册与出版系统。最后，将本研究估算的耕地总量输入模型进行计算，得到1 km²内的耕地面积，再除以格网面积（1 km²）乘以100%，得到耕地覆盖数据，即垦殖率。

4 结果与分析

4.1 新石器时代“一江两河”地区人口和耕地面积估算结果分析

新石器时代人口数量极低，人均占地面积为384.61 m²，不足2010年人口数量的0.1%。此时该区域农业仍处于原始农业阶段，在单一农业、农业兼营牧业、牧业兼营农业3种情境下的耕地面积分别为11.14 km²、6.77 km²和4.67 km²，全区垦殖率极低，均不足0.02%。

4.2 新石器时代“一江两河”地区耕地空间分布特征

新石器时代“一江两河”地区3种农业比重情境下的1 km×1 km的耕地空间分布如图3所示。从耕地分布状况来看，3种农业比重情境下的耕地均主要分布在遗址点周围且大多沿雅鲁藏布江干流、拉萨河、年楚河流域分布。从分布区域上看，拉萨河以及雅鲁藏布江东段为耕地分布的集中区，有近80%的耕地分布于此，而雅鲁藏布江西段以及年楚河流域耕地分布较少，仅占20%。从分布海拔来看，耕地主要分布在海拔3 552～4 697 m之间，其中55%的耕地分布在4 000 m以下，37%的耕地分布在4 000～4 500 m之间，仅有7%的耕地分布在4 500 m以上；从垦殖强度上看，新石器时代“一江两河”地区垦殖率极低，3种农业比重情境下有耕地分布的格网仅占全区总格网的1%左右。3种情境下，垦殖率最高值分别为4.83%、2.93%和2.02%，最低值分别为0.19%、0.11%和0.08%；平均垦殖率较低，分别为1.28%、0.78%和0.54%。

4.3 与HYDE 3.2数据集的对比结果与分析

与当前国际具有代表性的HYDE 3.2数据集进行对比^[9]，该数据集的空间分辨率为5′×5′。提取HYDE 3.2数据集中对应新石器时代、距今3 000年的“一江两河”地区耕地数据与本研究单一农业情境下耕地结果进行总量和空间分布上的对比。由于HYDE 3.2数据集的分辨率为5′×5′，因此需要将本文得到的1 km×1 km耕地分布处理为5′×5′的耕地分布。

对比结果显示，在耕地总量上，HYDE 3.2距今3 000年的耕地总量约为4 km²，是本研究的三分之一。然而在空间分布上，HYDE 3.2数据集的耕地呈连续均匀分布，几乎覆盖到研究区所有格网（图4a和图4b），这一个格局即便在现代（1980年）耕地分布^[63]数据中也难以出现（图4c）。相比而言，本研究所得到的结果是按照步行速度函数，将坡度转为步行速度，将耕地分配在遗址点周围，这种“插花式”分布相较于HYDE 3.2数据集更符合新石器时代“一江两河”的实际情况。

5 讨 论

运用本文的人口估算方法得到新石器时代“一江两河”地区人均占地面积为384.61 m²，这一结果与其他研究结果相近^[41]，因此判断所估算的这一时期人口总量符合当时的实际情况。而耕地总量是利用人口总数、人均粮食消费量和粮食产量得到的，因此本研究估算的耕地总量也符合当时的实际情况。

从气候背景来看，距今3 500年左右的温度条件不及全新世中期。然而，在气候变冷的背景下，人类活动的强度和范围却有所提高。这意味着新石器时代从单一生业模式向农牧混合经济生业模式的转换^[64]，因此本研究提到的3种农业情境的创设符合这一时期生业模式的实际情况。

本研究所得到的耕地分布结果显示，耕地主要分布在河谷地区，这与西藏的实际情况相符^[65]。此外，西藏地区的新石器聚落遗址规模与黄河、长江等流域的遗址规模相比要小得多。即便是目前考古成果较为完善的卡若遗址，其房屋也仅有28座^[66]。而曲贡、昌果沟、邦嘎等在“一江两河”地区遗址所发现的房屋基址加起来才不过几座^[67]，因此推测“一江两河”地区这一时期的遗址规模和耕地规模均不大，且耕地应该都分布在遗址点周围，这与本研究所得到的结果相符。

此外，运用传统的只考虑自然宜垦性的方法^[62]所得到的新石器时代“一江两河”地区的耕地几乎分布在河谷地区，这种空间分布不符合新石器时代“一江两河”地区的生产条件与生产力，而本研究得到的“插花式”分布更符合这一时期的区域史实。

6 结 论

通过收集、整理新石器时代“一江两河”地区的考古遗址有关成果，依照典型遗址的浮选调查结果划分出单一农业、农业兼营牧业和牧业兼营农业3种情境，并分别估算出3种情境下的耕地面积。利用格网化模型将其分配到格网中，得到新石器时代“一江两河”地区的耕地空间分布，并将其与HYDE 3.2数据集进行比对，得到如下结论：

（1）新石器时代“一江两河”地区总人口约550人，在单一农业、农业兼营牧业、牧业兼营农业3种情境下的耕地面积分别为11.14 km²、6.77 km²和4.67 km²。耕地主要呈“插花式”分布在雅鲁藏布江干流、拉萨河和年楚河流域河谷地带，海拔集中在3 552～4 697 m之间。在1 km×1 km空间分辨率下耕地格网仅占全区格网的1%左右。

（2）单一农业、农业兼营牧业、牧业兼营农业3种情境下，垦殖率最高值分别为4.83%、2.93%和2.02%，最低值分别为0.19%、0.11%和0.08%；平均垦殖率较低，分别为1.28%、0.78%和0.54%。

（3）与本研究创设的单一农业情境相比，HYDE 3.2数据集中同一时期“一江两河”地区的耕地面积极小，约为本研究的三分之一，但在空间分布上几乎是本研究的3倍，这不符合西藏的自然条件和生产力情况。而本研究“插花式”耕地分布结果可能更符合新石器时代“一江两河”地区的自然条件和区域史实。

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基金资助

国家自然科学基金项目(42307563)

青海省科技厅自然科学基金项目(2023-ZJ-972Q)

第二次青藏高原综合科学考察研究项目(2019QZKK0603)