闽江下游史前聚落遗址域特征及LUCC和人口规模重建

2023-07-13邱俊杰任永青靳建辉刘海杰卫俊杰

热带地理 2023年6期

邱俊杰，任永青，靳建辉,3，刘海杰，卫俊杰

（1.福建师范大学地理科学学院，福州 350007；2.湿润亚热带生态-地理过程教育部重点实验室，福州 350007；3.福建师范大学东南环境考古中心，福建平潭 350400；4.陕西师范大学历史文化学院，西安 710119）

基于聚落遗址分析，探讨史前人地关系演变，是环境考古学的重要研究方向和研究手段，目前较为普遍的一种研究思路是利用地理信息系统等空间分析方法，探讨遗址分布特征与地理环境综合体及其各组成要素的相互关系，进而说明特定时空尺度内的人类-自然耦合关系。但是，这种遗址“点”状要素难以反映出时空动态变化上人类对地理环境的利用及响应，因此，相关面域分析在环境考古领域得到了一定重视，目前运用较多的有遗址域、资源域、可视域、汇水区、耕地面积重建以及过去人口估算等（赵春青，1998；王青，2005；秦岭等，2010；Hou et al., 2012；侯光良等，2013；李静，2017）。

“遗址域”概念于20世纪70年代兴起于西方国家，90年代引起了国内部分学者的关注（王琳等，2017a），而后在国内外研究中也取得了良好效果（郑朝贵等，2008）。其代表了某个或多个遗址内的古人类为了满足自身的生存，向聚居地外围地区探索并获取资源所能够到达的最大区域范围，即人类生产生活的地域范围（赵强等，2019）。目前学界未形成统一的遗址域界定方式，在范围界定上，不同社会经济模式下人类的生活生产条件会有所差异；在方法上可以选择基于遗址点的等间距半径范围、Thiessen 多边形分析以及成本距离分析等（王琳等，2014；吴立等，2017）。土地是地表与人类接触最为密切的自然地理综合体，也是其他自然地理组成要素相互连接的重要纽带。土地利用变化对大气的组成、性质及区域气候演变等具有重要影响，进而能够作用于人类活动，影响人类生存发展及文化的演替。结合遗址域和土地利用，学者们从不同的角度对不同地域的史前人地关系进行了研究。吴立等（2017）通过泰森多边形数量分析，反映出聚落布局集中度及区域文化交流水平；郑朝贵等（2008）通过分析重庆库区遗址域内的遗址点密度间接反映了古人对遗址周围资源的适应和利用程度；秦岭等（2010）通过对长江下游和中原地区的遗址资源域分析，利用古植被重建的方法还原了史前社会的农业作物类型和生业经济模式；王琳等（2017b）认为通过遗址域分析结合对特定遗址人口和农业单位面积产量估算，可以得出当时人们对周边土地利用的强度。综上所述，土地利用作为揭示古环境演变和全球变化的基础和核心之一，对全新世的遗址域及土地利用变化（Land Use and Cover Change，即LUCC）进行模拟和重建具有重大意义和价值（Gaillard et al., 2010; Kaplan et al., 2011）。

福建沿海地区海岸线曲折漫长，尤其是闽江下游流域地区，处于海陆河三者共同作用的交互地带，对环境的变化十分敏感。另外，作为福建考古事业的滥觞之地，闽江下游流域是福建省内史前考古成果最为丰富的区域之一，目前已经建立了全省唯一较为完整的新石器—青铜时期考古文化序列，新石器时期先后演绎了壳丘头文化（6 000—5 500 cal a B P）、昙石山下层文化（5 500—5 000 cal a B P）、昙石山文化（5 000—4 300 cal a B P）和黄瓜山文化（4 300—3 500 cal a B P），青铜时期主要为黄土仑文化（3 500—2 700 cal a B P）；区域内长期以来的史前考古研究，有助于人们认识福建海洋文化，闽台史前文化交流以及南岛语族起源等关键科学问题（福建省昙石山遗址博物馆，2018）。综合区域自然背景及考古进展，闽江下游流域可以成为探索史前人地关系的理想区域。本研究在厘清区内各遗址点所属时期的基础上，运用地理信息系统空间分析方法，重建了史前5个文化期的土地利用状况，并据之反演出对应时段人口规模，研究为深入了解和认识闽江下游史前人类活动范围及土地利用格局演变提供了新的证据，为揭示当地史前人地关系提供了参考。

1 研究区域、数据来源与研究方法

1.1 研究区域

闽江是福建省内第一大河流，也是华南地区最大的河流之一。其发源于武夷山脉东麓建宁县境内，全长562 km，流域面积达6万多km2，以建溪、富屯溪、大樟溪等为主要支流，闽江流域范围介于116°23′—119°35′E，25°23′—28°16′N之间（福建省地方志编纂委员会，2001）。闽清县安仁溪口以下的水系范围为下游流域（图1），主要包括福州市区、闽侯、闽清、永泰、罗源、连江、福清、长乐及平潭综合实验区。区域地貌以靠山面海为总体特征，地势上西北高东南低，区内地貌类型多样，包括山地、丘陵、盆地、海积-冲积平原、河谷平原等；闽江下游地区属典型的中-南亚热带海洋性季风气候，且河流水系众多，河网密布，水热资源充沛，土壤肥沃（福建省昙石山遗址博物馆，2018）。优越的自然环境既为古人所依赖的生存生产条件奠定了物质基础，也为孕育独特而灿烂的福建文明提供了有力支撑。

图1 闽江下游流域区位Fig.1 Locaiton of the lower Minjiang River Basin

1.2 数据来源

研究使用数字高程模型（Digital Elevation Model，即DEM），数据源于地理空间数据云的90 m 分辨率SRTM （Shuttle Radar Topography Mission）高程数据地形图，底图下载自福建省测绘地理信息发展中心提供的标准底图。考古遗址数据收集于《中国文物地图集·福建分册》（国家文物局，2007）和《闽江下游流域史前遗址考古调查与研究》（福建省昙石山遗址博物馆，2018），一共整理和收集遗址点数据326个，按照该区域已建立的史前文化发展序列将遗址划分为5期，其中新石器遗址包括壳丘头文化期8处，昙石山下层文化期5处，昙石山文化期18 处，黄瓜山文化期67 处，青铜时期遗址包括黄土仑文化期228处（图2）。收集整理信息包括遗址的名称，具体经纬度坐标和文化期次等。

图2 闽江下游流域不同文化期聚落遗址分布Fig.2 Distribution of settlement sites of different cultural periods in the Lower Minjiang River

1.3 研究方法

采用ArcMap 10.3对原始DEM底图进行坡度分析后，结合乔玉（2010）得出的正常人步行速度与坡度的函数关系：

式中：X是坡度值；Y是行走速度，即行走每米所需的时间，单位为s。

利用栅格计算器，将坡度表面转换为时间成本表面（图3-a）（汤国安等，2012）。结果发现闽江下游流域正常人步行的速度在0.609～1.307 s/m 间。根据遗址域分析的传统观点，农耕和游牧的社会经济形式分别以1和2 h作为遗址域的时间半径（张宏彦，2003；陈洪波，2006）。在上述时间成本面的基础上将整理过的各文化期遗址点坐标加载进来，以遗址点为中心计算3 600 s的累计时间距离（王青等，2014），即可得出每一个遗址点的人类活动范围，即遗址域分布范围。相对于等间距的缓冲区分析以及泰森多边形分析，成本面分析是在考虑了时间和空间等地理要素的基础上对原始地形图进行面域处理。因此，本文考虑了坡度大小在实际中会影响人行走的速度，在同样的时间内，各个方向上的最远距离会有所差异，也就造成了某一遗址点的遗址域呈现“非正圆”的不规则形状（图3-b）（王琳等，2014），是更为科学合理和接近古人的实际活动范围。

图3 闽江下游流域的坡度及成本距离表面（a）和基于固定半径与成本距离的单一遗址域范围（b）Fig.3 Slope and cost distance surface of the lower Minjiang River Basin(a) and single site catchment based on fixed radius and cost distance(b)

采用同样的工具和方法，以遗址点四周累计坡度30 000°为最大临界值，得到该遗址点周边人类可以利用的土地范围，而累计超过30 000°的土地被认为是过于遥远，不便开发利用的土地（王琳等，2014）；即如果在遗址点外的某一确定方向上地势平坦，则需要在这个方向的较远距离后累积达到30 000°，反之，在另一确定方向上地势陡峭，那么在较短空间距离上便可达到临界值。最终将遗址域与可获取土地范围掩膜提取，就是古人类实际利用到的土地。最终通过“添加字段”计算出上述每一类面域的面积值。

针对人口重建方法，现有的研究思路主要是以聚落、墓葬的空间面积、形态以及出土的人骨、人工制品和作物等各类遗存为依据，进而推算特定时期的人口规模（王建华，2003），依据土地面积等环境承载力来推导人口数量的相关研究还较少。但无论是哪种方法，目前关于史前人口规模研究还处于估算的初级阶段，新的理论及方法亟待深入探索（高熊等，2017）。本研究以区域各时期实际利用土地面积数据为基础，推算该区不同时期的人口规模，即实际利用土地面积与土地单产的乘积为被除数，人均粮食年需求量为除数。不同时期的土地单产根据公式（2）进行推断：

式中：an是指n的单产；a0是已明确时期的单产；x是单产年增长率，即0.77‰（杨贵，1988）；n代表所求单产时期的年代与已知单产时期的年代间隔。

据诸多先秦古籍著作记载，“人月食一石半”（杨贵，1988），经单位换算，每人每年的粮食需求为900 kg，因此人均粮食需求量采用这一标准进行计算。

2 结果与讨论

2.1 闽江下游不同文化期的遗址域分析

壳丘头文化期（6—5.5 ka）的8 处遗址点及遗址域主要分布于海坛岛南北两端和周围岛屿上（图4），总的遗址域面积为211.785 km2（表1），遗址域内遗址分布密度是0.038个/ km2，8个遗址的遗址域中只有唯一位于草屿上的遗址域与其他遗址域不存在重叠部分。

表1 闽江下游各文化期不同类型土地面积Table 1 Land area of different types in different cultural periods in the lower reaches of Minjiang River

图4 闽江下游流域不同文化期遗址域分布范围（a.壳丘头文化期；b.昙石山下层文化期；c.昙石山文化期；d.黄瓜山文化期；e.黄土仑文化期）Fig.4 The site catchment of different cultural periods in the lower reaches of Minjiang River (a.Keqiutou cultural period; b.Tanshishan lower cultural period; c.Tanshishan cultural period; d.Huangguashan cultural period; e.Huangtulun cultural period)

昙石山下层文化期（5.5—5 ka）是存在学术争论的文化阶段，该文化期的文化面貌和时代界限还有待考古学研究的进一步佐证。该时期的遗址数量下降到5个，遗址的分布也由海坛岛转移到了闽江下游两岸（钟礼强，2004），这可能与5.5 ka事件及随之而来的降温和海退事件有关，该期间内，福州盆地海水后退露出陆地，壳丘头文化一支向东发生迁徙，或逐渐衰落和消亡，随后在福州盆地内逐渐产生了一种新的文化，即昙石山下层文化。此时遗址域总面积和遗址点密度分别为302.895 km2和0.017个/km2，与上一时期相比，昙石山下层文化期的遗址数量及其分布密度均出现下降，而遗址域面积却增加，这主要归咎于壳丘头时期，遗址集中分布在海坛岛南北两侧的边缘区，人类的主要活动方向和范围受限于海岸线边界。存在相邻遗址居民活动的交叉重叠遗址占比为60%，较上一时期有所降低。

昙石山文化期是福建沿海新石器文化最繁盛的阶段。遗址数量在昙石山文化期（5—4.3 ka）增至18个。此时随着气候转暖，海平面上升，福州盆地再度形成了海湾，遗址分布呈现出以古福州湾为中心，并向内陆和海岸线扩散的趋势（福建省昙石山遗址博物馆，2018），包括海坛岛在内的沿海岛礁也再次出现了相同的文化遗存。遗址域总面积1 032.265 km2，达到了上一时期的3 倍多，遗址点密度0.017个/km2，与上一时期相比变动不大。出现遗址域重叠的遗址数占同时期遗址数的66.67%，与上一文化期比略有上涨。

4.2 ka 事件后，昙石山文化逐渐衰落，取而代之的是黄瓜山文化（4.3—3.5 ka），并在区域内繁荣扩张，在昙石山文化期活动范围基础上，人类开始向闽江下游的支流—鳌江和大樟溪流域扩散，其遗址数量达到了67个，与上一时期相比，遗址布局更加趋向于远离闽江主河道的河流阶地上（见图4）。该时期内遗址域总面积和域内遗址点密度分别达到2 277.781 km2和0.029个/km2，较前两个时期均有明显的提高，而且重叠遗址域的遗址数量达到92.54%，反映了该时段遗址间的文化扩散和交流程度得到了较高水平，这与其他学者的认识也较为一致（福建省昙石山遗址博物馆，2018）。

黄土仑文化期（3.5—2.7 ka）对应于夏商周及春秋时期，它的开始标志着本区域的史前文化进入了青铜时代，新一轮的气候转暖带来了充裕的动植物资源，人类活动范围迅速扩大，甚至分布于江河两岸的丘陵和台地上，这也表现出古人在居住地选址上对环境演变的有效响应（任永青等，2021）。此时的遗址数量高达228个，可以说该区域史前文化空前繁荣。该时段内的遗址域总面积和遗址点密度分别为4 858.105 km2和0.047 个/km2，具有交叉重叠遗址域的遗址数量占到了遗址总数的97.81%，均达到5个文化期中的最高水平。

两个或多个遗址点的遗址域所重叠部分，一方面反映了其人类活动范围有所交集，即古人类之间存在发生交流互动的条件和可能性，另一方面也体现出古人在聚落选址上具有相似的聚居趋向。这里用出现遗址域重叠的遗址数量与该时期总遗址数量的比值，表示该时期内聚落的密集度以及文化交流程度。以明确的5个文化期来看，从壳丘头文化期至黄土仑文化期，闽江下游流域史前先民的选址趋同性和交流频率分别是87.50%、60.00%、66.67%、92.54%和97.81%。除壳丘头文化期外，后4个文化期的文化交流一致表现出了逐步频繁的趋势。而在壳丘头文化期，其遗址点均分布于海坛岛及周围岛屿内，受到地域范围和生产力限制，其文化难以实现向陆上的传播，因此其选址聚集性和交流频率还要高于随后两个文化期。

2.2 闽江下游不同文化期可获取土地范围重建

史前聚落遗址包含了丰富的人类活动信息，通过模型与遗址信息关联可以重建过去土地利用状况（Zhang et al., 2010）。本研究可获取土地范围是指不考虑人类交通能力，而是以全部遗址点为中心，累计坡度不超过30 000°，基本满足生产条件的土地，其范围代表了特定时期内人类拥有最多土地的可能性。从各个时期人类可以获取的土地范围来看，除壳丘头文化期外，其他4 个时期的土地均被山地“钳制”在闽江及其支流的河谷平原内，也有很大一部分分布在沿海的风积或海积平原上（图5），可利用土地面积在各时期都有较大涨幅（见表1）。尤其是壳丘头文化期到昙石山下层文化期，遗址分布重心由沿海向内陆发展，即使遗址数量下降，可利用土地面积却增至原来的近10倍。由于遗址分布重心的缘故，壳丘头时期的可利用土地主要在海坛岛且近乎占据了整个岛屿；昙石山下层文化期，人类聚居于闽江干流下游地区，由于河谷内地势和缓，人类理论上可利用的平地快速增多，并呈现出由闽江口沿干流河道的“喇叭状”；昙石山时，人类重新登上了海坛岛，也开始出现了向闽江口南北两侧海湾地区分布的趋向，可利用土地范围也随之扩大；黄瓜山时期对应的北方夏家店下层文化（4—3.5 ka），也正处于全新世大暖期，为避免水患，古人类的可利用土地出现了向较高海拔迁徙的迹象，这可以为小规模农业的开展和史前人类生息繁衍提供相对稳定的生存环境（宋晋等，2021），闽江下游聚落遗址点和可利用土地范围较前期远离主要河流，到黄土仑期，山谷零星分布区通过河谷与干流和沿海土地分布区连成一片。

图5 闽江下游流域不同文化期可获取土地范围（a.壳丘头文化期；b.昙石山下层文化期；c.昙石山文化期；d.黄瓜山文化期；e.黄土仑文化期）Fig.5 The scope of available land in different cultural periods in the lower reaches of Minjiang River (a.Keqiutou cultural period;b.Tanshishan lower cultural period; c.Tanshishan cultural period; d.Huangguashan cultural period; e.Huangtulun cultural period)

实际情况下，人类活动受到交通等多方面的制约，并不能获取利用所有满足生产条件的土地资源。而真正可供人类开发利用的土地，需要满足的首要条件就是其在人类活动范围内，因此，还需对人类实际利用土地范围进行重建。

2.3 闽江下游不同文化期实际土地利用范围重建

实际利用土地范围代表了过去耕地的可能分布区域，是遗址域与可获取土地范围的重叠区域（图6）。全新世大暖期是我国早期农业迅速发展的时期，不仅表现在遗址数量和规模的扩大，生产工具的进步（方修琦等，1998），还体现在土地利用面积的逐步上升。闽江下游各阶段可利用土地范围随遗址域分布变化而演化，二者关系紧密，总体看来，实际利用土地面积逐步增多（见表1）。

图6 闽江下游流域不同文化期实际利用土地范围（a.壳丘头文化期；b.昙石山下层文化期；c.昙石山文化期；d.黄瓜山文化期；e.黄土仑文化期）Fig.6 Actual use of land in different cultural periods in the lower reaches of Minjiang River (a.Keqiutou cultural period; b.Tanshishan lower cultural period; c.Tanshishan cultural period; d.Huangguashan cultural period; e.Huangtulun cultural period)

与其他地区相类似，闽江下游流域开垦的土地主要位于谷地地貌区，随时间推移，开始向外缘，即向海拔较高的山地地区扩散（许长军等，2015）。特定文化期内，实际利用土地面积所占同期遗址域面积的比值，一定程度反映出该时期人类对其所能涉足到土地的利用程度或效率。5 个文化期的土地利用率分别为81.58%、92.95%、87.99%、79.33%和80.57%，大致表现出先上升后下降的趋势。土地利用率最高的昙石山下层—昙石山时期也大致对应于稻作及混作农业在该区的引入时段（戴锦奇等，2019）；也有研究发现，7—5 ka期间，包括福建在内的中国东南部山地的森林孢粉含量大幅下降，碳屑数量显著增多，反映了这一时期人类大规模应用新石器技术，土地利用方式或土地覆盖有所变化（Cheng et al., 2018）。黄瓜山时期即新石器晚期，区内古人无需完全开垦种植，即可获取的全部土地，反映了农业生产工具和技术的进步，土地单产有所提高，且可能已经出现了粮食盈余现象（陈强强等，2019）。

2.4 闽江下游各文化期的潜在人口规模重建

“人”与“土地”都是人地关系中的主体，探明史前时期的潜在人口规模对了解当时的人地关系具有重要意义。

本文已重建出各个时期内的实际利用土地面积和遗址域面积，想要推算出对应时间范围内的人口规模和密度，还需要掌握各时期土地的单位面积产量以及人均年消耗粮食总量。但史前农业产量既无文字记载，也缺少相关研究，只能靠现代数学、统计学等方法预测和推导。有学者（杨贵，1988）认为中原地区粟的产量以每年0.77‰ 的速率增长，并据此推测出了夏、商、周时期粟的单产分别为300、457.5 和623.3 kg/hm2。5 个文化期的土地单产时间节点，取其各自中间值，分别为距今5 750、5 250、4 650、3 900 和3 100 a，夏朝3 850 a。以夏朝土地的单产为基准，对区域史前文化序列中前4个文化期的产量进行回测，即公式中用“-”，第五个文化期（黄土仑文化）年代中间值在夏朝之后，所以用“+”。最后得到壳丘头、昙石山下层、昙石山、黄瓜山和黄土仑5 个文化期的单位面积产量依次为69.45、102.08、162、288.68和534.38 kg/hm2。

用某一时期的开发土地面积乘以对应时期土地单产，即这一时期的粮食总产量；再用这一结果除以人均年粮食需求量，就是这一时期的人口规模。计算结果显示，5个阶段的人口数量分别为0.13万、0.32 万、1.63 万、5.80 万和23.24 万人；以人口规模/遗址域面积作为各时期的人口分布密度，则5个文化期的人口密度分别为6.3、10.5、15.8、25.4 和47.8 人/km2。不论是人口数量还是分布密度，该区在这一较长时间范围内都处于增长的态势。人口压力可能带来两方面的影响：一方面，诱发生产经济的出现或者转型；另一方面，容易导致考古学文化冲突和演替，加速文化发展进程（吴小平等，2002）。该区在昙石山下层向昙石山文化期转变后，人口数量实现第一次数量级增长，与此同时，区域内的稻作及旱作并存的混合农业传播引进（戴锦奇等，2019），可能与该时期的人口压力和危机有关。从黄瓜山到黄土仑文化期，同时也是由新石器文化转变为青铜文化的时间，该区人口规模出现了第二次数量级的扩张。因此，史前人口激增在一定程度上会带来积极效应。与同时期的其他区域相比：在黄河中下游地区的仰韶文化中期（6—5.5 ka）和晚期（5.5—5 ka），豫陕鲁3省的人口规模分别达到了94万和107万、129万和49万、44万和49万，远远高于闽江下游流域，以及之后的龙山文化期和二里头文化期，同样远超出同期的闽江下游地区（王建华，2005），这与不同区域当时的自然条件、环境承载力及社会经济因素等有关；在西北内陆的青海东部地区，史前人口从新石器马家窑文化晚期的3.7 万骤降到青铜齐家期的0.8 万，4 ka前后的气候突变事件在其中发挥了重要作用且在甘青地区尤为明显（赵小浩等，2012），此时反而是闽江下游人口迅速扩展时期，可能与事件影响的区域差异有关；在长江中下游地区，自大溪期（6.5—5.3 ka）、屈家岭期（5—4.6 ka）到龙山期（4.5—3.9 ka），人口数量从4万增至14万再到49万，与闽江下游同样呈现出逐步上升趋势，在很大程度上反映了社会进化和生产力进步的结果（郭凡，1992）。

2.5 讨论

重建结果反映了区域各文化期土地利用格局及人口规模的大致面貌。然而，需要指出的是，由于闽江下游流域地理位置的特殊性，史前时期的实际情况可能与重建结果有所出入。究其原因，包括但不局限于以下几个方面：

1）地貌过程及海陆变迁。新石器时期以来，尤其是中全新世以来，区域内较大的地质构造活动未曾发生。但是显著的海面变化及随之而来的海岸地貌演化对于史前人类活动具有深刻的影响甚至控制作用（郑洪波等，2018）。这会对古人类活动范围和土地利用状况产生影响，即海面上升的环境背景下，居住于海拔相对较低且地势平坦地区的古人类会收缩活动空间及土地利用范围；反之，海面下降使原本被淹没的土地出露地表，进而可以被人类重新占据和开发。目前针对福建海岸带全新世海面升降波动变化仍存在不同观点，关于海侵中次一级海面波动旋回（马明明等，2016），以及海岸带地貌过程等方面研究有待加强。本文对不同类型的土地利用重建是基于现代海面水平和地貌格局下进行的，因此会与史前时期的实际情况有所不同。

2）生业经济模式的差异。主要是在推算史前人口规模时，生业经济模式对其具有较大的影响。但是囿于农业考古资料和证据，闽江下游流域各文化期内的农牧渔种类及其各自比例未有定论。同时，史前时期的耕作制度、农业技术及生产力水平等均会影响到人口规模的推测。本文借用其他地区的旱作农业产量数据进行人口估算，也会造成一定的偏差，但不失为一次有益的尝试和探索。

3）突发因素。包括自然灾害、部落战争和人口迁徙等一系列因素，都可能导致人口数量的“断崖式”变化。诸多因素引发的人口规模变动，目前难以衡量，未纳入考虑范围。

4）目前考古学证据的不足。农业考古、人口考古以及年代学证据的不足，导致缺少不同学科研究间的相互验证。相关研究有待后续进一步综合分析，以期为区域史前人地耦合关系研究提供更清晰的认识和更确凿的数据支撑。