考古遗址出土野生和栽培稻的鉴定问题

吕烈丹

关于中国稻作起源的研究至少可以追溯到1930年代(丁颖1933)。1970年代河姆渡遗址的发现更把这一研究推向新的高潮。最近，国内外学术界就稻作在长江流域起源的地点和时间。以及一些重要考古学遗存是否进入“发达的稻作社会”等问题展开了颇为热烈的讨论(i．e_Fuller and Qin 2008；Funer et a1．2007；Liu et a1．2007)。上述讨论的焦点之一是如何辨别和鉴定考古遗址中出土的野生或栽培稻。这当然是研究稻作起源首先要解决的问题。笔者在此提出一些不成熟的看法。以就教于方家。根据植物和基因学家的研究．稻亚科在亚洲、非洲、美洲和澳大利亚及太平洋地区都有分布(vaughan et a1．2008)，而且在不同地区还有不同的种和亚种。本文只讨论亚洲的普通野生稻(O．mfipogon)和栽培稻，后者指已经被人类驯化的亚洲一年生稻种(domesticated Asian dee，即Oryzasativa)。关于这一栽培种的野生祖先问题，农学家、植物学家和基因学家到目前为止还没有达成共识。学术界对多年生亚洲野生稻(O．rufipogon)属于一个种没有异议：基因学和形态学的研究也支持多年生野稻作为栽培稻祖先的观点；但一年生普通野生稻(O．nivara)到底是一个种，还是亚种，或是多年生野生稻和栽培稻自然杂交的结果。以及亚洲栽培稻的直接祖先到底是一年生还是多年生亚洲普通野生稻(0．rufipogon and O．nlvara)，则仍在争论中(Lu2006；Vaughan et a1．2008)。因此，本文着重探讨多年生亚洲普通野生稻(以下简称多年生野稻)和栽培稻(o．sativa)的辨别问题。

就笔者所知。目前主要是从植物生长周期和繁殖特征、植物形态学和基因学几个方面进行亚洲多年生野生稻和栽培稻的分辨工作。关于野生和栽培稻的植物特征、生长周期和繁殖特征，已经有不少学者做了工作(如丁颖1933；Lu 1999；2006；王象坤等1998)。农学家和植物学家们认为亚洲普通野生稻和栽培稻可以通过“生长习性、茎基部鞘色、剑叶长宽、花药长度、柱头颜色、芒性、落粒性、颖色、谷粒长宽比和米色”十个性状来辨别(王象坤等1998，16页)。再进一步分析，以上10个性状可分为三类：生长习性和落粒性是一类。属于生长周期包括种群繁殖的生物定性和定量特征；植物各个部位的颜色是第二类，包括茎基部鞘色、柱头色、颖色和米色等形态的定性特征。各部位的形态测量研究属于第三类。包括剑叶长宽、花药长度、芒性和谷粒长宽度等定量特征。

以上结论是根据对现代野生和栽培稻进行比较研究而得出的。可是。这些性状用于鉴定考古学遗址中出土的野生和栽培稻就有一定困难。史前稻的生长周期固然无法观察，而植物不同部位的颜色性状，经过长期的埋藏也往往面目全非。花药的观察和测量当然更是难以实行。史前稻谷的稻芒往往也未必能够保存完好，经过脱壳的稻米更已经没有稻芒。换言之。只有落粒性、谷粒和剑叶的测量有可能作为研究手段，用以辨别野生和栽培稻。前者属于种子形态学的研究范畴．通过对稻谷小穗轴和基盘的形態对比分析来探讨稻谷是自动脱落．还是经人工加工而脱落。后者包括了对剑叶和米粒的测量和对比，以及稻壳植物硅酸体的对比分析等(Liu et a1．2007；Fuller et aL 2007；Zhao et aL 1998)。

这些测量分析方法的目的是通过定性或定量分析，寻找多年生野生稻和栽培稻植物形态上的差别，作为鉴定两个物种的标准。但是，运用这些方法得出的结论仍然是有问题的。首先是在不同的环境、不同的气候和土壤条件中，经过数千年甚至万年的埋藏，稻谷和剑叶原来的颜色和尺寸往往已经发生了变化，而这些变化在不同埋藏环境可能还有不同性质、不同速度的差异。比如，史前稻谷在脱氧的沼泽埋藏环境，或石灰岩洞穴埋藏环境，或中性的黄土埋藏环境，或比较潮湿而偏碱性的贝丘遗址埋藏环境中，分别会发生怎样的变化?其尺寸会缩小。还是会膨胀。或两种可能兼而有之?其长宽是按比例变化。还是偏向变长或变宽?变化的速度如何?是否埋藏时间越长，变化越大，还是在不同环境中有不同的规律?等等，等等。目前，我们对上述问题基本没有进行过深入的研究。其次，即使同属野生或栽培稻，不同的亚种在不同的气候和土壤中生长．其谷粒的大小也有差别。在没有掌握上述种种可能影响稻谷和剑叶测量数据的因素之前，依靠测量数据作为分辨野生和栽培稻的唯一或主要标准．是否具有说服力?是否可靠?这是值得我们思考的问题。

分辨野生和栽培稻的另一个手段是植物基因学的研究，主要是对比野生和栽培稻基因结构的差别，特别是发生变异的基因如何决定从野生到栽培稻种的演化，哪些基因控制稻谷的发芽率，生长和开花的周期．以及成熟稻谷的自动脱落等生长和繁殖性状(如Cai and Morishima 2002；Vaughan et aL 2008)。这类研究目前似乎集中在现代野生和栽培稻标本上。如果能够对出土稻米进行古基因对比分析，可能有助于分辨考古遗址中出土的野生和栽培稻。

但是。上述所有方法都有一个共同的问题。考古学遗址出土的都是数千年甚至万年以前的稻子，而上述研究的对比标本是现代的野生或栽培稻。根据达尔文物种演化的原理，后两者都已经历了长期的演化．包括物种之间的基因交流，以及物种在自然和人类干扰下产生的种种形态和基因方面的变化。根据植物学家的意见．目前亚洲稻的分类鉴定基于三个要素：地理分布，一年生或多年生，以及其生存环境是被人类栽培还是野生。可是，植物学家也认为，除了非洲的多年生野生稻(O.longistaminata)之外，亚洲、非洲和澳洲的野生和栽培稻都缺乏可靠的形态学分类特征。因为它们之间有基因交流，而且人类过去的交往早已经把野生稻种带到其它地区。以至于多年生亚洲野生稻(O．rufipogon)可以在古巴发现，而非洲的栽培稻则渗入了亚洲栽培稻的基因。另一方面．分布在从亚洲大陆、澳大利亚到大洋洲的多年生亚洲野生稻(O．rufipogon)，在不同的生境中也有不同的亚种．而这些亚种在不同的气候和生态环境中又呈现出多种多样的植物特征(Vaughan et a1．2008)。简言之，现代和史前的野生稻和栽培稻到底存在哪些形态和基因方面的差别，目前我们还缺乏了解。在这样的情况下，我们不能不思考上述研究方法所得结果的准确度。

笔者无意否定上述研究方法。只是认为不能仅仅依靠上述方法，特别是不能只依靠其中一种方法来解决考古遗址出土野生和栽培稻的鉴定问题．而有必要综合其它的研究方法。具体而言．就是应当考虑参考实验考古学的材料，运用食性分析，微痕分析。植物硅酸体，孢粉分析等手段，与上述植物形态

学和基因学的研究方法以及稻谷遗存出土的考古学单元资料相结合去进行研究。

首先是结合实验考古学的材料。从1999年以来，笔者在广西、广东和香港对多年生野稻进行了实地观察和收割、栽培实验，发现这一植物生长、开花和结果的周期非常不同步，即使在同一穗上，不同的谷粒个体也会处于不同的生长周期，往往同一穗上某些谷粒正在开花，而另外一些谷粒正在结籽。此外．成熟的谷粒大部分都自动脱落。因为多年生普通野生稻的自然生境是浅水环境，所以，脱落掉入泥水中的谷粒是无法采集的。只有少数未完全成熟，或刚刚成熟而未脱落的谷粒可以被采集。因此．采集多年生野稻是回报极低的经济活动，每小时采集所得成熟的谷粒重量介乎24．4和28．6克之间。以此换算。如果依靠多年生野稻的谷粒作为主要食物．一个成年人需要花费超过8小时的采集活动，才能得到一千粒左右，大约250克可以食用的谷粒(Lu 2006)。

此外．栽培实验证明多年生野生稻的发芽率和谷粒生产率都极低。其发芽率只有17％左右。谷粒生产率无法准确统计．主要是因为每年每一植株产生的谷粒有差别，而成熟谷粒脱落严重：但经过一年的最少人工干预栽培(即完全不施肥，没有秧苗移植，也没有田间管理的栽培方法)，收获的谷粒只有播种谷粒的1．2倍。参考民族学材料，这种“最少人工干预栽培法”应该是早期谷物栽培者采用的方法。用此方法栽培多年生野生稻所得的回报只有20％。由此推论，开始进行多年生野生稻栽培的史前人类，其所获得的回报应当也是很低的。

简言之，实验表明。不管是采集还是初步栽培野生稻，其经济回报都是很低的。这低回报是由多年生野生稻的植物特征如低发芽率，种子少，自动落粒等等所决定的，而这些特征正是野生植物进行自我繁殖，以及野生稻以植物繁殖为主所需要的。特别是在水量比较稳定的生态环境中，多年生野生稻是以植物繁殖为主的，因此只产生很少量的种子(vaughan et al．2008)。而多年生野生稻的这些特点——采集难，可采集到的数量极其少；结籽难，数量极其少，而在采集和栽培中所花的劳动甚多——决定了它的种子不大可能作为史前采集者甚至是早期栽培者的主要粮食。只有当栽培活动发展到一定阶段，被栽培的野生稻在人类干扰下逐渐发生和积累向栽培种演变的基因和形态变化，其谷粒产量不断增加，这时，稻谷才可能逐渐成为史前人类的主要食物之～，而其副产品稻壳(稻糠)和稻秆等也可能用作喂饲家养的动物如鸡、猪、牛等。

食性分析恰恰可以在这里发挥重要的作用。通过检测史前人类和动物骨骼中所含的化学元素，食性分析可帮助我们了解其食谱。包括是以小米等c4植物还是以稻米等c3植物为主食(陈铁梅1993)。在這里．动物和人的综合研究十分重要。因为人的粮食可以通过交换取得，特别是新石器中期以后的考古学遗址不能排除这样的可能：但如果史前人类和动物都是以稻或其副产品等c3植物为主要食物，则有助我们了解稻在当时社会经济活动中的分量。

但是，属于c3的植物并不是只有稻亚科的植物。因此，对考古学遗址出土工具进行微痕分析和土壤中的植物硅酸体分析也十分重要。在考古遗址中发现稻的遗存。即使可以通过米粒测量或小穗轴分析确认为栽培稻，是否就能证明该史前群体已经进行栽培活动?这一结论是有待推敲的。因为在考古遗址中发现的稻米或其它谷物也可能来自交换或者，和贸易。要解决这一问题，栽培稻遗迹的发现和研究当然最为理想。最近在浙江省余姚田螺山发现的稻作遗迹(郑云飞2008)，说明当地史前居民已经在进行稻的栽培。

但不是所有遗址都有发现这类遗迹的运气。因此。我们需要对出土工具进行比较全面的微痕分析。特别是研究是否存在用于收割禾本科植物的工具，以及采集土壤标本进行植硅石分析。然后综合各项结果，方能够提出较有说服力的结论。如果考古遗址不仅出土栽培稻的遗存，而且土壤中含有大量稻秆和稻壳的植硅石。那就有助说明当地存在栽培活动。因为交换和贸易的内容一般应当是交换稻谷或稻米：稻秆的经济价值太低，作为交换物质的可能性太小。

微痕分析在中东地区研究农业起源研究中的应用已经有数十年的历史．主要是用于判断史前社会是否存在谷物收割和脱粒的行为。当然，禾本科的植物有上万种，微痕研究目前还不能分辨收割谷物和收割其它禾本科植物的微痕差别。而且，即使割的是稻秆．也未必就是为了取得稻谷，特别是野生稻的稻谷。可能因为产籽太少，采集野生稻谷的经济效益太低．笔者1999年在广西的调查中曾发现当地农民大面积割取多年生野稻作为燃料。因此，我们不能排除史前居民有类似的行为。但如果土壤中发现大量稻叶和稻壳的植硅石(后者尤其熏要．因为野生稻产籽极少)，工具上发现收割禾本科的微痕，而食性分析又说明C3植物是人和动物主要的粮食，那么，即使考古遗址中没有发现栽培稻，我们也可以综合上述几项研究结果。比较有把握地说稻的栽培活动应当已经开始。

辨别考古遗址中出土的野生和栽培稻。其目的当然是为了探讨史前稻作农业的起源和发展。可是，在中国的很多遗址，特别是南方偏酸性土壤的遗址，连稻谷的发现都是十分难得的。因此．要解决稻在中国的栽培何时、何地出现，以及稻作农业的起源和扩展问题，仅仅依靠辨别遗址中出土的野生和栽培稻是远远不够的。如果我们能够将孢粉、植物硅酸体、微痕分析、食性分析甚至淀粉残余分析和小穗轴、基因研究、稻米测量等方法综合起来．加上深入研究考古学的遗迹现象，特别是寻找农耕的遗迹：而且研究的重点不限于新石器时代早期的遗址．还包括新石器时代中期甚至更晚的遗址，那么。我们一定能够为解决稻作起源和发展问题收集到更多的资料。而要达到这个目的，必须要农学家、基因学家、植物学家、考古学家和化学家通力合作，作为一个团队去进行考古遗址的发掘和研究。