洞庭湖区史前聚落规模及聚落群时空演变

杜心宇，龚 维，胡希军，金晓玲，赵思文，罗紫薇

(中南林业科技大学 a.风景园林学院; b.湖南省自然保护地风景资源大数据工程技术研究中心;c.城乡景观生态研究所,长沙 410004)

0 引言

聚落规模是在区域范围内由主体聚落和其他聚落共同构成的具有一定秩序、组织和等级的内部结构和外部形态的表现[1]。史前聚落规模研究为史前社会分化、聚落形态演变及文化迁移等领域提供了重要的理论基础和依据[2]。对史前聚落规模及聚落群时空演变进行研究,分析区域聚落群形态及演变规律,可为探究区域文明进程和史前人地关系提供重要的依据。目前,对史前聚落规模研究主要根据聚落分布面积划分聚落规模等级,聚落分布面积越大,规模越大,聚落等级越高[3-4]。由于聚落分布面积具有不确定性,学者们在基于聚落面积的基础上增加了文化层厚度、重要的遗迹和遗物等因素,并运用聚类分析方法划分聚落规模等级[5-7],然而对于聚落规模划分仍以聚落面积作为主要的依据[8]。

聚落群是区域内聚落因地缘或血缘关系聚集而形成的具有一定组织关系的聚落群聚形态,是聚落和聚落、群体和群体之间的组织形态[9]。分析史前不同文化时期聚落群的形成和演变对探讨聚落等级、形态和内部组织结构具有重要意义。对史前聚落群的划分有按行政区或河流划分聚落群[10-11],也有通过分析聚落之间的空间距离和地形水系等影响因素,运用聚类分析方法划分聚落群[12]。两种方法均表明了聚落群之间存在一定的空间关系,但未明确聚落群之间的演变关系,且研究区域多聚焦于黄河流域,对长江中游洞庭湖区史前聚落的研究主要集中在聚落时空分布与自然环境关系[13-15]、新石器时代文化与人地关系[16-17]、史前农业研究[18-19]等方面,而聚落规模及聚落群时空演变方面鲜有研究。

洞庭湖区作为长江中游史前文明的重要组成部分,是我国内陆地区环境变化的敏感地带,也是文化遗产类型最为丰富且最具代表性的区域之一。在该区域西北部的澧阳平原诞生了约9.0 ka B.P.的彭头山文化,是中国史前文化类型的代表之一,也是全世界最早的稻作农业发源地[20],代表着古人在新石器早期便开始了稳定的聚落生活和生产,同时影响了聚落规模及聚落群的演变。因此,本研究以洞庭湖区为例,利用ArcGIS空间分析工具、位序-规模法则及DBSCAN聚类算法对史前聚落遗址规模及聚落群时空演变进行分析,通过由点及面的研究,探讨洞庭湖区史前聚落的空间形态及内部组织结构,揭示区域聚落时空演变规律,为探究洞庭湖区史前聚落时空演变及聚落形态提供新的研究思路和视角。

1 研究区域、数据来源与研究方法

1.1 研究区域

洞庭湖区位于长江中游以南,湖南省北部,总面积18 700 km2,包含湘、资、沅、澧四水。以洞庭湖为中心,向东、南、西方向过渡为冲积平原,湖区内主要为洞庭湖冲积平原,西北为澧阳冲积平原。湖区周边由西到东主要分布了武陵山区、雪峰山山脉、连云山山脉和幕阜山山脉等,向内靠近洞庭湖地形主要为丘陵、岗地和平原[21](图1)。洞庭湖区在早期已形成了原始文化体系,先后经历了彭头山文化(9.0～7.8 ka B.P.)、皂市下层文化(7.8～6.8 ka B.P.)、汤家岗文化(6.8～6.3 ka B.P.)、

图1 洞庭湖区区位环境

大溪文化(6.3～5.3 ka B.P.)、屈家岭文化(5.3～4.6 ka B.P.)和石家河文化(4.6～4.0 ka B.P.)共6个文化时期[22]。该区域史前考古工作不断开展,积累了丰富的考古资料,为探究史前聚落社会发展提供了良好的基础。

1.2 数据来源

聚落遗址属性信息包括遗址空间坐标信息和遗址规模信息。遗址空间坐标信息数据主要来源于《中国文物地图集(湖南省分册)》[23]、《中华人民共和国不可移动文物目录(湖南卷)》[24]、临澧县和汨罗市文物局提供的资料等,提取聚落遗址所属文化时期信息,各文化时期聚落遗址单独统计数量分别为彭头山文化时期22处、皂市下层文化时期37处、汤家岗文化时期11处、大溪文化时期123处、屈家岭文化时期122处、石家河文化时期562处。规模信息属性数据主要来源于《考古》《湖南考古辑刊》《湖南考古(上、下册)》《江汉考古》等书刊中有关洞庭湖区各文化时期遗址的发掘简报,根据《中国史前聚落群聚形态研究》[25]、《长江流域新石器时代以来环境考古》[26]、《长江中游的史前时代》[27]等专著对遗址规模数据加以补充,力求数据准确和详实。

1.3 研究方法

1.3.1 位序-规模法则

利用位序-规模法则[28]表达不同等级聚落遗址规模分布的均衡性,反映其社会组织复杂程度,总结不同文化时期的聚落形态特征,从聚落的规模和位序可反映出聚落等级分布的规律。通过线性拟合模型进行估计,绘制位序(R)-规模(S)对数曲线[29]。

1.3.2 DBSCAN聚类分析

DBSCAN算法是一种基于密度的空间数据聚类方法[30-31],针对在某一聚类中的每一个对象,在给定半径范围内数据对象的个数大于某个给定值,计算对象之间的距离,将距离短、密度较高的区域作为一个群体,划分聚落群。

2 史前不同聚落规模空间分布

2.1 各时期不同聚落规模类型

根据相关研究对聚落规模等级划分标准,将洞庭湖区聚落遗址的规模分为小型聚落(0～1 000 m2)、中小型聚落(>1 000～5 000 m2)、中型聚落(>5 000～10 000 m2)、大型聚落(>10 000～100 000 m2)、特大型聚落(>100 000 m2)5种类型。从聚落规模来看,各时期大型聚落和中小型聚落数量较多,特大型聚落数量最少,且不同类型聚落随时间的推移数量不断地增长(表1)。具体来看,彭头山文化时期以大型聚落规模为主,未出现特大型聚落,聚落面积最大为73 000 m2,皂市下层文化时期,出现了特大型聚落,聚落面积达到150 000 m2。汤家岗文化时期是皂市文化向大溪文化时期的过渡期,属于该时期的聚落遗址数量较少,但出现了面积达250 000 m2的特大型聚落。大溪、屈家岭和石家河文化时期大型和特大型聚落数量增长,这些特大型聚落多具有城址聚落的性质,表明该类型聚落已具有中心聚落的特征,聚落之间的竞争关系逐渐明显。

表1 各文化时期不同聚落规模和数量

洞庭湖区大型城址聚落主要分为居住和祭祀两种类型(表2),城垣、环壕、建筑群和祭坛等建筑物和构筑物的出现表明社会复杂化程度加深。随着聚落之间的竞争关系增强,城址的“圈地”现象也逐渐凸显,城内范围逐渐扩大[32]。此外,城墙、环壕和护城河主要为防御功能,既可以抵御洪水灾害,又可以用于战争防御,并且形成了单环壕和三重环壕聚落,表明城址聚落的重要性不断增强,并逐步演变成为区域的政治、经济和文化中心。

表2 洞庭湖区典型的大型聚落城址特征

2.2 各时期不同聚落规模空间分布

从聚落规模空间分布情况来看,大型和特大型聚落主要分布在洞庭湖北部和西北部地区,小型、中小型、中型聚落集中于洞庭湖区中部,随时间发展不同类型的聚落向南扩展的趋势明显(图2)。具体来看,彭头山文化时期大型规模聚落数量较多,主要分布在洞庭湖西北部(图2a)。皂市下层文化时期不同规模类型的聚落数量增多,特大型聚落出现在洞庭湖北部地区,且洞庭湖西北地区的大型聚落较前一期有所增长(图2b)。汤家岗文化时期不同规模类型的聚落数量减少,特大型聚落向洞庭湖北面移动(图2c),而大溪文化时期不同规模类型的聚落数量在洞庭湖周边及西北地区迅速增多,大型聚落向洞庭湖南部扩展(图2d)。屈家岭文化时期洞庭湖周边及西北地区的大型和特大型聚落数量较前一期有所增长,但分布在洞庭湖南部的不同规模类型聚落数量下降(图2e),石家河文化时期不同规模类型聚落向南蔓延,且遍布整个洞庭湖区,除洞庭湖西北地区外,在洞庭湖南部和北部地区各类型聚落分布密集(图2f)。

图2 洞庭湖区各文化时期不同聚落规模分布

3 史前聚落规模特征

3.1 各时期聚落的位序-规模特征

从聚落位序-规模(lnR-lnS)曲线分布(图3)来看,彭头山文化时期的聚落位序-规模曲线呈凹型,且较贴近理想值线,属单一因素作用的聚落区域,齐夫指数q值为0.929,小于1,表明不同规模聚落均衡性较好。皂市下层和汤家岗文化时期聚落位序-规模曲线分别呈凸曲线和凹曲线,且曲线贴近于实际理想值,表明汤家岗文化时期不同规模聚落均衡性高于皂市下层文化时期。而大溪和屈家岭文化时期聚落的位序-规模曲线为凸型曲线,两个时期q值均大于1,表明两个时期聚落之间均衡性下降,与大溪文化时期相比,屈家岭文化时期大型规模聚落数量增多,且具有一定的影响力。石家河文化时期的位序-规模凸曲线反映了该时期大型聚落遗址的规模影响力增加,中小型聚落同大型聚落之间的差距较大,q值增大表明该时期聚落均衡性有显著下降趋势。总体来看,彭头山文化至汤家岗时期不同规模聚落分布的均衡性较高,聚落之间的差距较小。大溪文化时期聚落分布的均衡性下降,大型规模聚落数量增多,聚落之间的等级差距逐渐明显。新石器晚期随着大型规模的聚落影响力增强,逐渐出现了不同等级、功能、性质的聚落体系,中小型聚落和大型聚落之间的差距越来越明显,聚落之间开始出现分化、竞争的关系。

图3 洞庭湖区不同文化时期聚落位序-规模分布

3.2 聚落规模总体变化特征

通过对各文化时期的遗址数量和其所经历的时间进行比较,得到各时期聚落数量的增速。彭头山文化和皂市下层文化时期,历时约2 200 a,平均每37 a诞生一个新聚落。汤家岗文化和大溪文化时期,历时约1 500 a,平均每11 a诞生一个新聚落,增速是前一阶段的3.36倍。屈家岭文化和石家河文化时期,历时约1 300 a,平均1.9 a诞生一个新聚落,增速是前一阶段的近6倍。因此,随着时间推移,聚落数量倍速增长。

根据聚落遗址数量及面积计算得到聚落遗址平均面积(聚落遗址面积/聚落遗址数量)(图4)。石家河文化时期聚落遗址平均面积最大,是彭头山文化时期的近18倍。以各文化时期聚落总面积作为计算人口总量的衡量标尺,设彭头山文化时期的人口指数为1,各时期人口总量变化比值(各时期聚落总面积/彭头山文化聚落遗址总面积)为11.992.056.357.6017.96,表明各时期人口总量随着时间增长不断扩大。其生存空间随着人口总量的增加而逐渐下降,将彭头山文化时期的生存空间面积指数设为1,各时期的生存面积变化指数(各文化时期各聚落遗址平均生存空间面积/彭头山文化各聚落遗址平均生存空间面积)为10.700.620.590.510.17,表明随着聚落遗址和人口数量的增多,石家河文化时期遗址平均拥有的生存空间迅速降低。根据前两个指数可以计算得到人类生存压力,即各文化时期的人口总量和生存空间的比值(人口总量变化比值/生存面积变化指数),其变化指数为12.833.3210.6814.81104.94,说明石家河文化时期人类生存压力最大,意味着在石家河文化时期要有近7倍的产量才能满足人们的生存需要。

图4 洞庭湖区史前聚落平均面积和平均生存空间统计Fig.4 Average area and average living space of prehistoric settlements in Dongting Lake area

4 史前聚落群时空演变特征

4.1 各时期聚落群划分

通过运用DBSCAN聚类分析计算得到,彭头山文化时期聚落群(PTS)给定半径值范围为20 km,产生1个聚落群,聚落群PTS内聚落遗址总数为18个,以大型规模聚落为主(图5a,表3)。皂市下层文化时期聚落群(ZS)给定半径值范围为12 km,产生1个聚落群,聚落群ZS内开始出现特大型规模聚落,其周边环绕大型和中型规模聚落(图5b)。汤家岗文化时期聚落遗址分布较分散,无法形成聚落组群,因而不进行分析探讨。大溪文化时期聚落群(DX)给定半径值范围为12 km,产生4个聚落群。该时期澧水附近的聚落遗址数量逐渐增多,具有典型的特大型规模聚落城址出现在聚落群DX1内,其中以城头山、优周岗聚落为代表。与此同时,分布在洞庭湖区的聚落群DX2内出现了七星墩大型聚落城址,聚落城址周边中小型规模的聚落数量增加,表明聚落之间的差距逐渐明显。聚落群DX1和DX2成为该时期两个大型聚落群(图5c)。屈家岭文化时期聚落群(QJL)给定半径值范围为10 km,产生4个聚落群。该时期洞庭湖以南区域的聚落遗址减少,聚落群主要沿澧水和洞庭湖附近分布,澧水周边聚落群及聚落群内遗址数量增加,聚落群内大型规模聚落数量较多。聚落群QJL1内分别出现了以鸡叫城、城头山和优周岗三大中心城址聚落,表明聚落群内聚落之间的竞争关系逐渐复杂化,出现三足鼎立的局势(图5d)。石家河文化时期聚落群(SJH)给定半径值范围为8 km,形成11个聚落群。该时期分布在洞庭湖区、沅水、资水和湘江周边的聚落群数量明显增多,聚落群SJH1内大型的聚落城址增加到4个,聚落群SJH1和SJH2为该时期的两个主体聚落群,其周边小型聚落群呈向心式分布结构包围着主体聚落群。由此可见,沿湘、资、沅、澧四水以及洞庭湖附近分布的聚落群数量随时间推移不断增加,聚落群先由澧水区域向洞庭湖北部区域再向南面的资水区域迁移,总体迁移趋势大致呈倒“L”型(图5e)。

图5 洞庭湖区各文化时期聚落群划分

表3 洞庭湖区各时期聚落群内不同聚落规模数量

按区域划分,环洞庭湖区域分布的聚落群有6处,主要由大溪、屈家岭和石家河文化时期聚落群组成;澧水区域共有7处聚落群,各时期聚落群均有分布;沅水区域仅有2处聚落群,属石家河文化时期;资水区域有3处聚落群,主要为大溪和石家河文化时期聚落群;湘江区域聚落群2处,以大溪和石家河文化时期聚落群为主(表4)。从数量变化趋势来看,澧水区域分布的聚落群数量最多,聚落群内的聚落遗址数量随时间的演变呈不断增长的趋势,遗址总数量为308个,表明该区域非常适合古人居住。其次为环洞庭湖周边的聚落群,聚落群内的聚落遗址数量总计为108个,表明从大溪至石家河文化时期古人逐渐向湖区迁移并聚居生活。而在沅水、资水和湘水区域分布的聚落群内聚落遗址数量较少,且主要为石家河文化时期的聚落遗址,表明新石器晚期古人逐渐向洞庭湖以南的区域迁移。

表4 洞庭湖区不同时期聚落群内聚落数量

4.2 聚落群总体演变特征

地理对象前后时空变化过程存在发生、发展和消亡3种状态[33]。将各时期聚落群看作空间对象,从各时期聚落群前后状态间的时空演变过程来看,彭头山文化时期的聚落群PTS被继承,并持续演变为石家河文化时期的聚落群SJH1。大溪文化时期发展了3处新的聚落群,且聚落群DX2,DX3,DX4得到了继承,分别演变为石家河文化时期聚落群SJH2,SJH9,SJH10。屈家岭文化时期的聚落群QJL3,QJL4分别由聚落群DX1发展而来,并分别演变为石家河文化时期的聚落群SJH3,SJH5,石家河文化时期的聚落群多半为继承和演变而来,但也有新发展的聚落群SJH4,SJH6,SJH7,SJH8,SJH11(图6),并且聚落群在时间演变过程中没有消亡。由此可见,分布在澧水区域的聚落群得到了继承和演变,分布在洞庭湖区域的聚落群在屈家岭文化时期得到了发展和继承,分布在资水附近的聚落群在石家河文化时期得到了演变和发展。

图6 洞庭湖区各文化时期聚落群演变历程

5 结论

(1)洞庭湖区史前聚落以大型和中小型规模聚落为主,特大型聚落具有城址的性质。大型和特大型规模聚落主要分布在洞庭湖北部和西北部,小型、中小型和中型规模聚落集中于洞庭湖中部腹地,各类型规模聚落向南迁移趋势明显。

(2)聚落规模的壮大、人口的增长、聚落遗址数量的增加、人均生存空间减小、生存压力增大使得聚落之间为扩大生存空间、争夺资源,产生了相互斗争的关系,聚落之间分布均衡性下降,社会组织结构发生转变,聚落间差距逐步明显。

(3)古人倾向于在澧水区域聚集生活,新石器中晚期分布在环洞庭湖、沅水、资水和湘江区域的聚落群数量增长,且澧水和洞庭湖区域的聚落群成为两大主体聚落群。聚落群总体演变方向呈倒“L”型,由澧水区域向洞庭湖北部区域再向资水区域迁移,分布在澧水、环洞庭湖和资水区域的聚落群随时间推移得到了继承、演化和发展。