西山遗址出土器物淀粉残留物分析

葛 威 刘 莉 赵丛苍 金正耀

（1.厦门大学人文学院；2.斯坦福大学东亚语言文化系；3.西北大学文博学院；4.中国科学技术大学科技考古实验室）

西山遗址位于甘肃礼县县城之西、西汉水北岸的山坡上，东距大堡子山遗址13公里。2005年3～7月对该遗址进行了集中发掘，发现有西周和东周两个时期的遗迹。文化特点显示其属秦人的文化遗存[1]。

本研究旨在通过提取西山遗址石器和陶器上残留物进行淀粉粒分析，以探索器物的用途及早期秦人的食物结构和祭祀习俗等相关问题。

一、材料与方法

2008年10月共选取55件石器和11件陶器为样本进行分析。本文所分析石器年代多在西周时期，也有少部分为史前。陶器均系西山遗址出土西周时期墓葬之随葬品。

1.石器样本的取样

取样选择肉眼可见白色残留物的石器作为提取对象。均为单一位点取样，共获得样本55个。石器样本表面残留物的提取及制样步骤参考Loy和Fullagar的方法[2]。

2.陶器样本的取样

选择肉眼可见表面有白色残留物的陶器作为提取对象。共对10件陶器进行了取样，包括8件陶罐和2件陶豆。除1件陶器进行了多位点取样外，其余均为单一位点取样，共获得样本11个。陶器样本表面残留物的提取及制样步骤如下：①用微量取液器吸取200μl蒸馏水至1.5mlEP管中；②取洁净竹签一根，在陶器取样部位轻刮；③将上述竹签浸入EP管的蒸馏水中，轻轻搅拌，使刮取的残留物溶入水中（可重复②和③的步骤以获取尽可能多的残留物）；④用微量取液器在上述EP管中反复吹吸，使混合均匀；⑤吸取20μl残留物溶液到洁净载玻片上，静置，室温干燥约1小时；⑥在干燥后的样本中央滴20μl 50%甘油溶液；⑦加盖玻片，并用中性树胶封片。

大部分玻片是在库房制作完成，而现代标本均未带入取样场所。这保证了至少在取样以后不会产生现代淀粉粒的污染。除了在取样现场对玻片进行封装以外，我们还将EP管中剩余的残留物溶液带到实验室，通过重液离心方法进行分离，步骤参考塞伦（Therin）[3]的方法。

3.样本的镜检

样本检测在澳大利亚拉筹伯大学考古系实验室进行。显微镜型号为Carl Zeiss Axio Scope A1，配备有微分干涉相差（DIC）及偏振光装置。将玻片标本置于载物台上，分别在亮视野、DIC及偏光下检查。对在偏光下呈现十字形消光现象的淀粉颗粒通过Axiocam HrC数码相机拍照记录，并用Zeiss Axiovision V4.0软件测量其最长径。

4.现代对比标本库的建立

收集适当的现代淀粉粒标本是进行古代淀粉粒鉴定的基础。现代对比标本的选择是根据对遗址所处地区和时代可能出现的古代植物物种的理解。本实验室所收集的近50种现代对比标本包括了中国常见农作物及其野生近缘植物、壳斗科植物及块根作物等。这些样本大多来自中国，主要通过田野工作采集获得，少部分从市场购买。

对淀粉粒的鉴定主要依据其形貌特征，包括：形状（圆、椭圆、三角形、多边形等），脐点（是否清晰可见及位置），轮纹（是否清晰可见），凹陷（有无），裂纹或刻痕（有无及形态），以及在偏光下所呈现的消光十字的形状及角度等。除了形貌特征的比较外，还需对其大小进行比较（用穿过脐点的最长径表示），以进一步提高鉴定的准确性。表示长径分布范围的方法是用JMP软件分析并绘制最长径分布箱线图。

二、结果与分析

1.石器样本淀粉残留物鉴定结果

图一 取样石器

图二 取样陶器（放大区域示取样部位的表面残留物）

图三 样本玻片抽样区示意图（阴影部分为检视区域）

在55个石器样本中，有7个检测到了淀粉粒，占样本量的12.7%。这7个样本除1件来自石斧，另1件器形不明外，其余均为石刀(图一）。淀粉粒的长度在2.38～28.45μm之间。经过与现代样本的形态和长度分布范围对比，鉴定为薏苡（Coix lacryma jobi）、小麦族（Triticeae sp.）和燕麦（Avenasp.）等。

2.陶器样本淀粉残留物鉴定结果

在11个陶器样本中，有8个发现了可供鉴定的淀粉粒，占所处理陶器样本数的72.7%（图二）。其中LX58(陶罐口沿）和LX61(豆盘）的样本最为丰富，初步估计每片均在300个以上。因时间关系，对这两个样本玻片进行了分区随机抽样检视(图三）。对未统计的区域也进行了快速的检视，未发现新的淀粉粒类型。

将镜检得到的古代淀粉粒与本实验室所收集的现代样本进行形态比较，并用JMP软件分析并绘制最长径分布箱线图。可以鉴定出的种类包括薏苡（Coix lacryma jobi）、小麦族（Triticeae sp.）、燕麦（Avenasp.）、山药（Dioscorea opposita Thunb.）以及粟（Setaria italica）或黍（Panicum milliaceun）等。

另外，前文提到，除了在取样现场制作玻片，还有一部分残留物溶液是经过重液分离后才制作成玻片标本的。选取进行重液分离的主要是那些已经在前期的镜检中发现有大量淀粉粒的样本。但是，重液分离的结果并不是很理想，仅在LX03、LX09及LX62中提取到了淀粉粒。其中LX62中发现59个以聚集态存在的淀粉粒，其大小及形态与粟、黍相似，却不见消光特征，疑为加热所致。

在鉴定过程中，我们发现有一些古代淀粉粒呈现出被加工过的特征。为了探明其加工方式及对淀粉粒的影响，我们有针对性地开展了包括碾磨和加热在内的多种模拟实验[4]，并将加工后的淀粉粒形态与古代样本进行比较分析。

3.淀粉粒形态分析

现代薏苡淀粉粒以单粒为主，少有双粒。颗粒的长度在5.48～25.44μm之间，平均长度为13.5±2.99μm。其形状以正圆形、近圆形及多边形居多，兼有圆角矩形（图四，A）。在正圆形及近圆形的类型中，表面常分布有密集程度不同的从脐点出发的放射状条纹，消光十字的夹角为90°。圆角矩形类型中，脐点处与颗粒长径垂直方向均有一道刻痕，消光十字的臂平直，夹角在80～90°之间。如（图四，C3）中古代样本的消光十字夹角为83.0°，现代标本（图四，A3）的消光十字夹角为85.7°。薏苡淀粉粒的脐点位于中央。尽管多个物种的淀粉粒均存在正圆形类型，但一般较小（＜10μm），或消光十字的臂弯曲。薏苡的正圆形淀粉粒多在10μm以上，结合其消光十字和表面放射状条纹，可以与其它物种较好地进行区分。类似薏苡特征的淀粉粒见于2件石刀和3件陶器（图四，B、C），占阳性样本总数的33.3%。

图四 现代薏苡淀粉粒与古代淀粉粒对比

根据我们所收集的现代标本，小麦族中的多个属（包括小麦属、大麦属、山羊草属、黑麦属等）的淀粉粒均非常相似，难以进行区分。小麦族的淀粉粒存在大小迥异的两个群体[5]，其中的大型颗粒呈圆形或椭圆形，表面光滑，轮纹一般不可见，边缘常见数道刻痕，其消光臂一般在脐点处较细，越向外越宽，也有的呈现大面积弥散。这一现象在石刀LX03、LX55、陶罐LX59以及陶豆LX61的淀粉粒鉴定结果中表现尤其突出（图五，B1、B4～6、C1、2）。这些大型颗粒如果从侧面观察，则呈现狭长的梭形（图五，A5、B3）。有5件石器和6件陶器上发现类似小麦族的淀粉粒，占阳性样本数的73.3%。在西山古代样本中，小麦族淀粉粒出现的频率最高（表一）。

另外，古代样本中的若干淀粉粒形态呈现出与现代小麦族对比标本形态相似但有区别的特征。其中有的破损、有的边缘粗糙化及局部轮纹清晰化。根据我们的模拟实验，这些现象系由加工处理（碾磨或加热）所致（图六）。

值得一提的是，在编号为LX03的石刀上发现了聚集的淀粉粒群体，在约20×50μm2的范围内分布了至少12颗淀粉粒（图五，B7），长度为2.38～12.77μm。其形态、长度分布及聚集状态均与现代小麦族标本相符。在古代淀粉粒中出现聚集体的情况较难得；由于这群淀粉粒应该来源于同一次加工中的同一植物个体，它们的形态特征最有助于鉴定植物种属。

现代燕麦淀粉粒以复粒居多，包括双粒、三粒、四粒及更多。颗粒表面光滑，轮纹不可见，消光十字清晰，多相互垂直或呈X形。颗粒长度分布在2.92～12.75μm之间。单粒长度一般在10μm以下。其双粒一般为圆形或椭圆形（图七， A）。壳斗科的青冈属和柯属中也可以见到三粒或四粒组成的复粒，但颗粒表面不如燕麦淀粉粒光滑。在古代样本中，不仅大量存在总体轮廓为圆形及椭圆形的双粒淀粉，而且还有三粒、四粒及更多粒的复粒淀粉，其表面特征均与现代燕麦标本符合，故鉴定为燕麦（图七，B、C）。（图七，C1、6）所示古代样本呈现部分粒体缺失特征，当为碾磨所致。古代样本中有2件石刀和2件陶器上发现有类似燕麦的淀粉粒，占阳性样本总数的26.7%。

现代山药的淀粉粒形态变化较大，有扇形、椭圆形和不规则形等。不同产地的山药也有细微的差异，但主要特征为脐点位于一端，轮纹较清晰，长径大于大部分谷类和麦类植物。西山出土西周豆盘上发现1颗山药淀粉粒，为椭圆形，表面可见细密轮纹，脐点偏心，消光十字清晰。我们观察分析了不同产地来源的现代山药标本，发现其更接近产自河南的一种粗大型山药（图八）。

表一 各种属淀粉粒在不同器物的阳性样本中出现的次数和频率

图五 现代小麦淀粉粒与古代淀粉粒对比（比例尺:10μm）

另外，我们还在LX31石刀样本和LX65陶罐样本中发现了针晶（Raphides）。针晶是植物细胞或组织中所含有的一种特殊生物代谢产物，其形状呈细长的针形，主要成份为草酸钙。在明视野中，针晶呈浅灰色或半透明状，在偏光下则呈明亮白色。根据阿因苏（Ayensu）[6]的报道，针晶普遍存在于所有的山药种类中，并且具有一定的分类学意义。洛伊（Loy）[7]在其收集的现代芋类及山药类淀粉粒样本中均发现了伴生的针晶，且以芋类中最多。霍洛克斯(Horrocks）[8]在对新喀里多尼亚一处洞穴遗址(2700～1800BP）进行植物微化石分析时，也发现了这类针晶。我们在现代山药块茎样本中也发现了大量针晶，其长度大多分布在100～200μm之间（图九，3）。古代样本中的针晶长度小于100μm，从其端部形态分析，可能为断裂所致（图九，1、2）。尽管缺乏关于不同植物针晶的形态学资料，其出现似乎可以与前文山药淀粉粒的发现互为印证。石刀上的针晶或为加工山药时所遗留（如刮除表皮）。

现代粟的淀粉粒有单粒和复粒两种形态，其单粒常呈多边形或近圆形，从脐点向外有1～3条短的刻痕。复粒中的颗粒呈多边形。黍的淀粉粒也有单粒和复粒两种形态。其单粒大多为多边形，而复粒中的颗粒更是呈棱角分明的多边形。在编号为LX62的豆盘样本中，我们发现了大量的聚集颗粒。其DIC下的形态特征与粟和黍的淀粉粒非常接近，但这些颗粒在偏光下不见消光特性（图一〇）。模拟实验显示，粟和黍在水中加热煮沸后，淀粉粒体积膨胀，逐渐失去消光十字，并形成聚集体（不同于复粒）。体积膨胀随着加热时间的延长而持续，直到完全失去颗粒轮廓，并在偏光镜下呈现全黑。在中间的过渡阶段，颗粒可能失去多边形的棱角，而呈现近圆形。古代标本的长径分布范围为5.08～11.8μm，位于加热处理过的粟/黍淀粉粒的长径分布范围之内（图一一）。为此，我们认为，这些聚集颗粒应该是烹煮后的粟或黍的淀粉粒。由于粟和黍的淀粉粒形态及大小均非常接近，我们目前尚不能对其作进一步的甄别。在我们所收集的来自中国不同产地的粟和黍现代标本中，黍的长径分布范围相对于粟的更为集中，这一点与古代标本更为符合。因此，我们倾向于认为，古代标本中的聚集淀粉粒是黍的可能性更大。糊化淀粉粒聚集体的存在，也进一步证明了提取的淀粉粒来自器物曾经盛放的熟食，而非周围沉积物的污染。

图六 显示加工痕迹的古代小麦族淀粉粒（箭头示意加工特征：a.破损b.边缘粗糙化c.局部轮纹清晰化）比例尺:10μm

图七 现代燕麦淀粉粒与古代淀粉粒对比（比例尺:10μm）

图八 现代山药淀粉粒与古代淀粉粒对比（比例尺:10μm）

图九 古代样本中发现的针晶与现代山药块茎中的针晶对比

图一〇 西山陶器样本中发现的聚集态淀粉粒与现代样本对比（比例尺:10μm）

另外，我们还在石刀样本中发现了植硅体，其中一些经伦敦大学考古研究所艾琳（Arlene Rosen）鉴定为来自莎草科（Cyperaceae）莎草属或薹草属植物的叶或茎（图一二，B、C）。另一些具有波浪形长细胞壁特征，可能是来自麦类或其它禾本科植物的种皮（图一二，A）。植硅体不是本研究的主要对象，但它们在石刀上的出现提供了关于器物用途和古环境方面的补充信息。

三、讨论

1.生计结构

分析结果显示，居住在甘肃东南部西周晚期的秦人种植或采集多种经济植物，包括薏苡、小麦族、燕麦、粟黍和山药等。

薏苡是禾本科薏苡属作物，其野生及栽培种均在中国各地广泛分布。薏苡遗存发现早至距今7000～6000年的浙江余姚河姆渡遗址[9]，远至新疆的山普拉遗址（距今约2000年）[10]。河姆渡遗址中的薏苡与水稻遗存共存，山普拉遗址中则与黍和大麦共存。这反映了我国薏苡分布在时间上和空间上的广泛性。有人考证甲骨文中即有关于薏苡的记载[11]。《诗经》《周南·芣苡》中有“采采芣苡”之句，描述作为一种古老的药食兼用作物薏苡在中国最早的药物学专著《神农本草经》中被列为草目上品，薏苡在考古遗存和文献中的出现反映了它在古代中国经济和信仰系统中的重要地位，但目前尚不清楚其早期栽培及传播的情况。西山遗址石器和陶器残留物中均发现有薏苡淀粉粒，这虽然不能解决其是否栽培的问题，但可以充实有关古人对该植物利用的资料。

图一一 西山陶器样本中聚集态淀粉粒与现代样本长度对比

考古学界一般认为栽培小麦和大麦约在1万年前起源于西亚[12]。国外有研究者在以色列发现并鉴定了旧石器时代晚期的野生麦类淀粉粒[13]。李璠[14]曾对大河村出土新石器时代面粉块进行淀粉粒分析，认为“与小麦淀粉相似”。但这一结论不是建立在严格的淀粉粒形态分析的基础之上。李明启等人[15]对甘肃陈旗磨沟齐家文化遗址出土人牙结石进行了淀粉粒提取和鉴定，其中一半以上被鉴定为小麦或大麦。

近年来，由于放射性碳测年的普遍应用，人们对麦类作物在我国的传播问题有了很多新的认识[16、17]。目前所报道直接测年的小麦遗存以山东的赵家庄、丁公等遗址为最早（约4300～4000cal.BP）[18]。

甘肃的火石梁、东灰山等遗址的四坝文化灰坑中发现的小麦遗存也进行了测年，校正后距今约4000～3800年[19]。青海互助县的丰台卡约文化遗址中出土大量炭化大麦（1487粒），占出土谷物种子总数的92%，鉴定可能为青稞(Hordeum vulgare var. nudum）[20]。有人考证，《诗经·周颂》中的“贻我来牟”中的“来牟”即是指中国最早的载培大麦[21]。以上资料说明甘青地区比较适于种植麦类作物，并有较长的种植历史。不过，无论是商代甲骨文还是周人的早期文献《诗经》，提到麦（来）的次数都远远少于粟和黍[22]；大量种植麦子可能始于汉代[23]。据伊洛地区植物考古的研究，至东周时期小麦数量才成为仅次于粟类的农作物[24]。

然而，我们所检测的石器和陶器标本中却普遍发现小麦族淀粉粒，其发现频率远远超过粟和黍（表一）。当然，这种现象可能和先民对粟、黍的煮食方法有关。粟、黍的食用方法一般为粒食，即将种子去壳后放入容器中与水混合进行加热。由于粟和黍的谷粒均非常小，相对来说受热比较均匀，淀粉粒在加热过程中大部分已经完全糊化，从而在镜检时无法显示颗粒特征而被忽略。而小麦族种子的颗粒较大，在相同的加热条件下，不容易完全糊化。如果排除这种情况的话，则说明西周时期麦类在甘肃地区可能已成为最重要的农作物。这是和其他地区不同的现象。

植物学的研究表明，中国是燕麦属作物的多样性中心之一，食用燕麦的历史悠久[25]。然而，关于燕麦的早期栽培历史，学术界尚缺乏足够重视，对于发现的燕麦遗存也一般作为田间杂草对待。由于缺乏野生型与栽培型燕麦淀粉粒的对比资料，究竟西山遗址燕麦淀粉粒代表的是栽培还是野生种，尚无法判定。尽管如此，西山遗址燕麦淀粉粒的发现无疑丰富了有关燕麦早期利用历史的资料。

粟和黍均为中国北方新石器和青铜时代最重要的栽培植物。在我们分析的器物中仅一件陶器上发现粟、黍淀粉粒，出现频率远远低于麦类植物。这一现象也许意味着该遗址附近粟、黍的种植并不普遍。另一方面，如前所述，也不排除这只是由烹饪所造成的假象。

山药是薯蓣科薯蓣属作物，原名薯蓣，在《本草衍义》中始改称为山药，原产地为中国。目前中国南北方（包括甘肃东部）均有广泛分布和种植。在中国的考古遗迹中，山药的块根遗存至今尚未发现，但其淀粉粒遗存见于浙江的上山遗址[26]和河南裴李岗文化的石磨盘[27]。尽管在西山所有的古代标本中我们仅发现1颗山药淀粉粒，但是这未必意味着山药的使用量很小。这是因为，新鲜山药块茎的含水量较大，容易被环境中的微生物分解；加上山药块茎中还含有一定量的淀粉酶，会对自身的淀粉进行水解；这些因素都使得古代的山药淀粉粒很难保存至今。虽然我们不能仅仅根据这一颗淀粉粒的发现来推测山药在当时食物结构中的重要性，但山药淀粉粒在中国西北地区的发现为探索古人对块茎植物的利用提供了方法论启示。

莎草科为单子叶植物，约4000种，广布于全世界。我国有31属，670种，全国皆产之，其莎草属及薹草属中的有些种类均可作为织席的原料[28]。莎草科植物茎或叶植硅体在石刀上的出现，提示这些石刀可能曾用于切割该科植物的茎叶，以获取编织草席或篮筐的原料。同时，莎草科植物常生长在浅水或沼泽中，反映了西山遗址当时较为温暖湿润的气候。

2.谷物加工

陶器上淀粉粒的发现能帮助重建古代食物的加工和烹调方法。在提取的古代小麦族淀粉粒中，有形态完整的（图五，B、C），也有反映加热或碾磨处理所致损伤特征的（图六）。具有碾磨特征的麦类淀粉粒可能是经杵臼捣碎。这是因为旋转石磨在考古遗存中的出现晚至战国时期[29]。西周的遗址中也没有出土磨盘磨棒。与小麦加热试验结果对比，样本号为LX61的豆盘上发现的小麦族淀粉粒最接近经粗略捣碎后进行短时间加热的形态。这说明麦类种子的烹调方法为粒食，也就是文献中记载的“麦饭”[30]。同时出现在该豆盘上的淀粉粒还有燕麦和薏苡，也显示经过加热的特征，可能反映了该豆盘曾用于盛放这三种作物加工而成的食物。

3.器物功能及秦人祭祀用食物

在石器和陶器样本中检测到的淀粉粒的种类和形态不尽相同。这可能与它们的使用功能不同有关。我们所分析的石器均出土于地层和灰坑，其表面的残留物反映的是秦人的日常经济活动。石器的淀粉粒主要来自石刀，而石斧上基本不见。这一规律说明石刀上的残留物不应看成是埋藏过程中的环境污染，而是与其使用功能有关。过去考古学界一般把石刀归类于农业收割工具，但我们的残留物分析结果提示其为多功能工具。石刀上发现有疑似麦类种皮的植硅石表明其的确用于收割谷物，莎草科茎叶的植硅石反映其割草功能，淀粉粒证明其用于加工食物。这批石刀上发现的淀粉粒大多颗粒完整，仅有少量呈现经过碾磨或加热的特征（图五，B；图六，A），说明其加工对象多为生食。

陶豆为盛食器，陶罐为储藏器，而且都是出土于墓葬的随葬品。虽然不能排除少量淀粉粒来自陶器长期使用而形成的残留物，但这些器物上的淀粉粒应主要来自其最后一次使用所盛的食物祭品。在提取到淀粉粒的8件陶器中仅在2件豆盘和1件陶罐口沿上发现有经过加热的淀粉粒。陶豆上多有经过加热的食物淀粉粒，说明所盛祭品为熟食。而陶罐上的淀粉粒有些经过碾磨，但极少经过加热（陶罐上共提取到156个淀粉颗粒，其中只有2个呈现加热特征），说明陶罐中的祭品多为未经烹调的粮食。陶器上发现的淀粉粒类型反映了秦人在丧葬礼仪中所使用的淀粉类食物主要包括麦类和粟黍。而麦类可能比粟黍更普遍。编号为LX62的豆盘上提取到的山药淀粉粒形态完整，并未显示任何加工或加热的特征。这或许说明西山先民用于祭祀的山药为生的或经过短时加热的山药，因为根据相关的模拟实验，山药的淀粉粒较不容易糊化[31]。

古代文献中提到周人祭祖时所用的谷物一般为粟或黍[32]。因此我们的标本中粟、黍淀粉粒罕见的现象值得注意。考虑到这批陶器均来自墓葬，秦人的丧葬习俗是否与周人不同，或主要用麦食祭祀？由于我们测试的标本量太少，无法对此现象做结论，但可以作为以后进一步探讨的研究课题。

附记：甘肃省文物考古研究所侯红伟及陕西省考古研究院赵占锐在取样过程中给予了支持和协助。淀粉粒分析得到悉尼大学显微技术及微量分析国家重点实验室Judith Field的指导及澳大利亚蒙纳什大学考古系Sheahan Bestel和拉筹伯大学考古系Duncan Jones的帮助。文中植硅体由英国伦敦大学考古研究所Arlene Rosen鉴定。澳大利亚拉筹伯大学考古系实验室为本文研究提供了实验设备和技术支持。在此谨致谢忱。

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