西山遺址出土器物淀粉殘留物分析

葛 威 劉 莉 趙叢蒼 金正耀

（1.廈門大學人文學院；2.斯坦福大學東亞語言文化系；3.西北大學文博學院；4.中國科學技術大學科技考古實驗室）

西山遺址位于甘肅禮縣縣城之西、西漢水北岸的山坡上，東距大堡子山遺址13公里。2005年3～7月對該遺址進行了集中發掘，發現有西周和東周兩個時期的遺跡。文化特點顯示其屬秦人的文化遺存[1]。

本研究旨在通過提取西山遺址石器和陶器上殘留物進行淀粉粒分析，以探索器物的用途及早期秦人的食物結構和祭祀習俗等相關問題。

一、材料與方法

2008年10月共選取55件石器和11件陶器為樣本進行分析。本文所分析石器年代多在西周時期，也有少部分為史前。陶器均系西山遺址出土西周時期墓葬之隨葬品。

1.石器樣本的取樣

取樣選擇肉眼可見白色殘留物的石器作為提取對象。均為單一位點取樣，共獲得樣本55個。石器樣本表面殘留物的提取及制樣步驟參考Loy和Fullagar的方法[2]。

2.陶器樣本的取樣

選擇肉眼可見表面有白色殘留物的陶器作為提取對象。共對10件陶器進行了取樣，包括8件陶罐和2件陶豆。除1件陶器進行了多位點取樣外，其余均為單一位點取樣，共獲得樣本11個。陶器樣本表面殘留物的提取及制樣步驟如下：①用微量取液器吸取200μl蒸餾水至1.5mlEP管中；②取潔凈竹簽一根，在陶器取樣部位輕刮；③將上述竹簽浸入EP管的蒸餾水中，輕輕攪拌，使刮取的殘留物溶入水中（可重復②和③的步驟以獲取盡可能多的殘留物）；④用微量取液器在上述EP管中反復吹吸，使混合均勻；⑤吸取20μl殘留物溶液到潔凈載玻片上，靜置，室溫干燥約1小時；⑥在干燥后的樣本中央滴20μl 50%甘油溶液；⑦加蓋玻片，并用中性樹膠封片。

大部分玻片是在庫房制作完成，而現代標本均未帶入取樣場所。這保證了至少在取樣以后不會產生現代淀粉粒的污染。除了在取樣現場對玻片進行封裝以外，我們還將EP管中剩余的殘留物溶液帶到實驗室，通過重液離心方法進行分離，步驟參考塞倫（Therin）[3]的方法。

3.樣本的鏡檢

樣本檢測在澳大利亞拉籌伯大學考古系實驗室進行。顯微鏡型號為Carl Zeiss Axio Scope A1，配備有微分干涉相差（DIC）及偏振光裝置。將玻片標本置于載物臺上，分別在亮視野、DIC及偏光下檢查。對在偏光下呈現十字形消光現象的淀粉顆粒通過Axiocam HrC數碼相機拍照記錄，并用Zeiss Axiovision V4.0軟件測量其最長徑。

4.現代對比標本庫的建立

收集適當的現代淀粉粒標本是進行古代淀粉粒鑒定的基礎?，F代對比標本的選擇是根據對遺址所處地區和時代可能出現的古代植物物種的理解。本實驗室所收集的近50種現代對比標本包括了中國常見農作物及其野生近緣植物、殼斗科植物及塊根作物等。這些樣本大多來自中國，主要通過田野工作采集獲得，少部分從市場購買。

對淀粉粒的鑒定主要依據其形貌特征，包括：形狀（圓、橢圓、三角形、多邊形等），臍點（是否清晰可見及位置），輪紋（是否清晰可見），凹陷（有無），裂紋或刻痕（有無及形態），以及在偏光下所呈現的消光十字的形狀及角度等。除了形貌特征的比較外，還需對其大小進行比較（用穿過臍點的最長徑表示），以進一步提高鑒定的準確性。表示長徑分布范圍的方法是用JMP軟件分析并繪制最長徑分布箱線圖。

二、結果與分析

1.石器樣本淀粉殘留物鑒定結果

圖一 取樣石器

圖二 取樣陶器（放大區域示取樣部位的表面殘留物）

圖三 樣本玻片抽樣區示意圖（陰影部分為檢視區域）

在55個石器樣本中，有7個檢測到了淀粉粒，占樣本量的12.7%。這7個樣本除1件來自石斧，另1件器形不明外，其余均為石刀(圖一）。淀粉粒的長度在2.38～28.45μm之間。經過與現代樣本的形態和長度分布范圍對比，鑒定為薏苡（Coix lacryma jobi）、小麥族（Triticeae sp.）和燕麥（Avenasp.）等。

2.陶器樣本淀粉殘留物鑒定結果

在11個陶器樣本中，有8個發現了可供鑒定的淀粉粒，占所處理陶器樣本數的72.7%（圖二）。其中LX58(陶罐口沿）和LX61(豆盤）的樣本最為豐富，初步估計每片均在300個以上。因時間關系，對這兩個樣本玻片進行了分區隨機抽樣檢視(圖三）。對未統計的區域也進行了快速的檢視，未發現新的淀粉粒類型。

將鏡檢得到的古代淀粉粒與本實驗室所收集的現代樣本進行形態比較，并用JMP軟件分析并繪制最長徑分布箱線圖?？梢澡b定出的種類包括薏苡（Coix lacryma jobi）、小麥族（Triticeae sp.）、燕麥（Avenasp.）、山藥（Dioscorea opposita Thunb.）以及粟（Setaria italica）或黍（Panicum milliaceun）等。

另外，前文提到，除了在取樣現場制作玻片，還有一部分殘留物溶液是經過重液分離后才制作成玻片標本的。選取進行重液分離的主要是那些已經在前期的鏡檢中發現有大量淀粉粒的樣本。但是，重液分離的結果并不是很理想，僅在LX03、LX09及LX62中提取到了淀粉粒。其中LX62中發現59個以聚集態存在的淀粉粒，其大小及形態與粟、黍相似，卻不見消光特征，疑為加熱所致。

在鑒定過程中，我們發現有一些古代淀粉粒呈現出被加工過的特征。為了探明其加工方式及對淀粉粒的影響，我們有針對性地開展了包括碾磨和加熱在內的多種模擬實驗[4]，并將加工后的淀粉粒形態與古代樣本進行比較分析。

3.淀粉粒形態分析

現代薏苡淀粉粒以單粒為主，少有雙粒。顆粒的長度在5.48～25.44μm之間，平均長度為13.5±2.99μm。其形狀以正圓形、近圓形及多邊形居多，兼有圓角矩形（圖四，A）。在正圓形及近圓形的類型中，表面常分布有密集程度不同的從臍點出發的放射狀條紋，消光十字的夾角為90°。圓角矩形類型中，臍點處與顆粒長徑垂直方向均有一道刻痕，消光十字的臂平直，夾角在80～90°之間。如（圖四，C3）中古代樣本的消光十字夾角為83.0°，現代標本（圖四，A3）的消光十字夾角為85.7°。薏苡淀粉粒的臍點位于中央。盡管多個物種的淀粉粒均存在正圓形類型，但一般較小（＜10μm），或消光十字的臂彎曲。薏苡的正圓形淀粉粒多在10μm以上，結合其消光十字和表面放射狀條紋，可以與其它物種較好地進行區分。類似薏苡特征的淀粉粒見于2件石刀和3件陶器（圖四，B、C），占陽性樣本總數的33.3%。

圖四 現代薏苡淀粉粒與古代淀粉粒對比

根據我們所收集的現代標本，小麥族中的多個屬（包括小麥屬、大麥屬、山羊草屬、黑麥屬等）的淀粉粒均非常相似，難以進行區分。小麥族的淀粉粒存在大小迥異的兩個群體[5]，其中的大型顆粒呈圓形或橢圓形，表面光滑，輪紋一般不可見，邊緣常見數道刻痕，其消光臂一般在臍點處較細，越向外越寬，也有的呈現大面積彌散。這一現象在石刀LX03、LX55、陶罐LX59以及陶豆LX61的淀粉粒鑒定結果中表現尤其突出（圖五，B1、B4～6、C1、2）。這些大型顆粒如果從側面觀察，則呈現狹長的梭形（圖五，A5、B3）。有5件石器和6件陶器上發現類似小麥族的淀粉粒，占陽性樣本數的73.3%。在西山古代樣本中，小麥族淀粉粒出現的頻率最高（表一）。

另外，古代樣本中的若干淀粉粒形態呈現出與現代小麥族對比標本形態相似但有區別的特征。其中有的破損、有的邊緣粗糙化及局部輪紋清晰化。根據我們的模擬實驗，這些現象系由加工處理（碾磨或加熱）所致（圖六）。

值得一提的是，在編號為LX03的石刀上發現了聚集的淀粉粒群體，在約20×50μm2的范圍內分布了至少12顆淀粉粒（圖五，B7），長度為2.38～12.77μm。其形態、長度分布及聚集狀態均與現代小麥族標本相符。在古代淀粉粒中出現聚集體的情況較難得；由于這群淀粉粒應該來源于同一次加工中的同一植物個體，它們的形態特征最有助于鑒定植物種屬。

現代燕麥淀粉粒以復粒居多，包括雙粒、三粒、四粒及更多。顆粒表面光滑，輪紋不可見，消光十字清晰，多相互垂直或呈X形。顆粒長度分布在2.92～12.75μm之間。單粒長度一般在10μm以下。其雙粒一般為圓形或橢圓形（圖七， A）。殼斗科的青岡屬和柯屬中也可以見到三?；蛩牧＝M成的復粒，但顆粒表面不如燕麥淀粉粒光滑。在古代樣本中，不僅大量存在總體輪廓為圓形及橢圓形的雙粒淀粉，而且還有三粒、四粒及更多粒的復粒淀粉，其表面特征均與現代燕麥標本符合，故鑒定為燕麥（圖七，B、C）。（圖七，C1、6）所示古代樣本呈現部分粒體缺失特征，當為碾磨所致。古代樣本中有2件石刀和2件陶器上發現有類似燕麥的淀粉粒，占陽性樣本總數的26.7%。

現代山藥的淀粉粒形態變化較大，有扇形、橢圓形和不規則形等。不同產地的山藥也有細微的差異，但主要特征為臍點位于一端，輪紋較清晰，長徑大于大部分谷類和麥類植物。西山出土西周豆盤上發現1顆山藥淀粉粒，為橢圓形，表面可見細密輪紋，臍點偏心，消光十字清晰。我們觀察分析了不同產地來源的現代山藥標本，發現其更接近產自河南的一種粗大型山藥（圖八）。

表一 各種屬淀粉粒在不同器物的陽性樣本中出現的次數和頻率

圖五 現代小麥淀粉粒與古代淀粉粒對比（比例尺:10μm）

另外，我們還在LX31石刀樣本和LX65陶罐樣本中發現了針晶（Raphides）。針晶是植物細胞或組織中所含有的一種特殊生物代謝產物，其形狀呈細長的針形，主要成份為草酸鈣。在明視野中，針晶呈淺灰色或半透明狀，在偏光下則呈明亮白色。根據阿因蘇（Ayensu）[6]的報道，針晶普遍存在于所有的山藥種類中，并且具有一定的分類學意義。洛伊（Loy）[7]在其收集的現代芋類及山藥類淀粉粒樣本中均發現了伴生的針晶，且以芋類中最多?；袈蹇怂?Horrocks）[8]在對新喀里多尼亞一處洞穴遺址(2700～1800BP）進行植物微化石分析時，也發現了這類針晶。我們在現代山藥塊莖樣本中也發現了大量針晶，其長度大多分布在100～200μm之間（圖九，3）。古代樣本中的針晶長度小于100μm，從其端部形態分析，可能為斷裂所致（圖九，1、2）。盡管缺乏關于不同植物針晶的形態學資料，其出現似乎可以與前文山藥淀粉粒的發現互為印證。石刀上的針晶或為加工山藥時所遺留（如刮除表皮）。

現代粟的淀粉粒有單粒和復粒兩種形態，其單粒常呈多邊形或近圓形，從臍點向外有1～3條短的刻痕。復粒中的顆粒呈多邊形。黍的淀粉粒也有單粒和復粒兩種形態。其單粒大多為多邊形，而復粒中的顆粒更是呈棱角分明的多邊形。在編號為LX62的豆盤樣本中，我們發現了大量的聚集顆粒。其DIC下的形態特征與粟和黍的淀粉粒非常接近，但這些顆粒在偏光下不見消光特性（圖一〇）。模擬實驗顯示，粟和黍在水中加熱煮沸后，淀粉粒體積膨脹，逐漸失去消光十字，并形成聚集體（不同于復粒）。體積膨脹隨著加熱時間的延長而持續，直到完全失去顆粒輪廓，并在偏光鏡下呈現全黑。在中間的過渡階段，顆?？赡苁ザ噙呅蔚睦饨?，而呈現近圓形。古代標本的長徑分布范圍為5.08～11.8μm，位于加熱處理過的粟/黍淀粉粒的長徑分布范圍之內（圖一一）。為此，我們認為，這些聚集顆粒應該是烹煮后的粟或黍的淀粉粒。由于粟和黍的淀粉粒形態及大小均非常接近，我們目前尚不能對其作進一步的甄別。在我們所收集的來自中國不同產地的粟和黍現代標本中，黍的長徑分布范圍相對于粟的更為集中，這一點與古代標本更為符合。因此，我們傾向于認為，古代標本中的聚集淀粉粒是黍的可能性更大。糊化淀粉粒聚集體的存在，也進一步證明了提取的淀粉粒來自器物曾經盛放的熟食，而非周圍沉積物的污染。

圖六 顯示加工痕跡的古代小麥族淀粉粒（箭頭示意加工特征：a.破損b.邊緣粗糙化c.局部輪紋清晰化）比例尺:10μm

圖七 現代燕麥淀粉粒與古代淀粉粒對比（比例尺:10μm）

圖八 現代山藥淀粉粒與古代淀粉粒對比（比例尺:10μm）

圖九 古代樣本中發現的針晶與現代山藥塊莖中的針晶對比

圖一〇 西山陶器樣本中發現的聚集態淀粉粒與現代樣本對比（比例尺:10μm）

另外，我們還在石刀樣本中發現了植硅體，其中一些經倫敦大學考古研究所艾琳（Arlene Rosen）鑒定為來自莎草科（Cyperaceae）莎草屬或薹草屬植物的葉或莖（圖一二，B、C）。另一些具有波浪形長細胞壁特征，可能是來自麥類或其它禾本科植物的種皮（圖一二，A）。植硅體不是本研究的主要對象，但它們在石刀上的出現提供了關于器物用途和古環境方面的補充信息。

三、討論

1.生計結構

分析結果顯示，居住在甘肅東南部西周晚期的秦人種植或采集多種經濟植物，包括薏苡、小麥族、燕麥、粟黍和山藥等。

薏苡是禾本科薏苡屬作物，其野生及栽培種均在中國各地廣泛分布。薏苡遺存發現早至距今7000～6000年的浙江余姚河姆渡遺址[9]，遠至新疆的山普拉遺址（距今約2000年）[10]。河姆渡遺址中的薏苡與水稻遺存共存，山普拉遺址中則與黍和大麥共存。這反映了我國薏苡分布在時間上和空間上的廣泛性。有人考證甲骨文中即有關于薏苡的記載[11]?！对娊洝贰吨苣稀て]苡》中有“采采芣苡”之句，描述作為一種古老的藥食兼用作物薏苡在中國最早的藥物學專著《神農本草經》中被列為草目上品，薏苡在考古遺存和文獻中的出現反映了它在古代中國經濟和信仰系統中的重要地位，但目前尚不清楚其早期栽培及傳播的情況。西山遺址石器和陶器殘留物中均發現有薏苡淀粉粒，這雖然不能解決其是否栽培的問題，但可以充實有關古人對該植物利用的資料。

圖一一 西山陶器樣本中聚集態淀粉粒與現代樣本長度對比

考古學界一般認為栽培小麥和大麥約在1萬年前起源于西亞[12]。國外有研究者在以色列發現并鑒定了舊石器時代晚期的野生麥類淀粉粒[13]。李璠[14]曾對大河村出土新石器時代面粉塊進行淀粉粒分析，認為“與小麥淀粉相似”。但這一結論不是建立在嚴格的淀粉粒形態分析的基礎之上。李明啟等人[15]對甘肅陳旗磨溝齊家文化遺址出土人牙結石進行了淀粉粒提取和鑒定，其中一半以上被鑒定為小麥或大麥。

近年來，由于放射性碳測年的普遍應用，人們對麥類作物在我國的傳播問題有了很多新的認識[16、17]。目前所報道直接測年的小麥遺存以山東的趙家莊、丁公等遺址為最早（約4300～4000cal.BP）[18]。

甘肅的火石梁、東灰山等遺址的四壩文化灰坑中發現的小麥遺存也進行了測年，校正后距今約4000～3800年[19]。青?；ブh的豐臺卡約文化遺址中出土大量炭化大麥（1487粒），占出土谷物種子總數的92%，鑒定可能為青稞(Hordeum vulgare var. nudum）[20]。有人考證，《詩經·周頌》中的“貽我來牟”中的“來牟”即是指中國最早的載培大麥[21]。以上資料說明甘青地區比較適于種植麥類作物，并有較長的種植歷史。不過，無論是商代甲骨文還是周人的早期文獻《詩經》，提到麥（來）的次數都遠遠少于粟和黍[22]；大量種植麥子可能始于漢代[23]。據伊洛地區植物考古的研究，至東周時期小麥數量才成為僅次于粟類的農作物[24]。

然而，我們所檢測的石器和陶器標本中卻普遍發現小麥族淀粉粒，其發現頻率遠遠超過粟和黍（表一）。當然，這種現象可能和先民對粟、黍的煮食方法有關。粟、黍的食用方法一般為粒食，即將種子去殼后放入容器中與水混合進行加熱。由于粟和黍的谷粒均非常小，相對來說受熱比較均勻，淀粉粒在加熱過程中大部分已經完全糊化，從而在鏡檢時無法顯示顆粒特征而被忽略。而小麥族種子的顆粒較大，在相同的加熱條件下，不容易完全糊化。如果排除這種情況的話，則說明西周時期麥類在甘肅地區可能已成為最重要的農作物。這是和其他地區不同的現象。

植物學的研究表明，中國是燕麥屬作物的多樣性中心之一，食用燕麥的歷史悠久[25]。然而，關于燕麥的早期栽培歷史，學術界尚缺乏足夠重視，對于發現的燕麥遺存也一般作為田間雜草對待。由于缺乏野生型與栽培型燕麥淀粉粒的對比資料，究竟西山遺址燕麥淀粉粒代表的是栽培還是野生種，尚無法判定。盡管如此，西山遺址燕麥淀粉粒的發現無疑豐富了有關燕麥早期利用歷史的資料。

粟和黍均為中國北方新石器和青銅時代最重要的栽培植物。在我們分析的器物中僅一件陶器上發現粟、黍淀粉粒，出現頻率遠遠低于麥類植物。這一現象也許意味著該遺址附近粟、黍的種植并不普遍。另一方面，如前所述，也不排除這只是由烹飪所造成的假象。

山藥是薯蕷科薯蕷屬作物，原名薯蕷，在《本草衍義》中始改稱為山藥，原產地為中國。目前中國南北方（包括甘肅東部）均有廣泛分布和種植。在中國的考古遺跡中，山藥的塊根遺存至今尚未發現，但其淀粉粒遺存見于浙江的上山遺址[26]和河南裴李崗文化的石磨盤[27]。盡管在西山所有的古代標本中我們僅發現1顆山藥淀粉粒，但是這未必意味著山藥的使用量很小。這是因為，新鮮山藥塊莖的含水量較大，容易被環境中的微生物分解；加上山藥塊莖中還含有一定量的淀粉酶，會對自身的淀粉進行水解；這些因素都使得古代的山藥淀粉粒很難保存至今。雖然我們不能僅僅根據這一顆淀粉粒的發現來推測山藥在當時食物結構中的重要性，但山藥淀粉粒在中國西北地區的發現為探索古人對塊莖植物的利用提供了方法論啟示。

莎草科為單子葉植物，約4000種，廣布于全世界。我國有31屬，670種，全國皆產之，其莎草屬及薹草屬中的有些種類均可作為織席的原料[28]。莎草科植物莖或葉植硅體在石刀上的出現，提示這些石刀可能曾用于切割該科植物的莖葉，以獲取編織草席或籃筐的原料。同時，莎草科植物常生長在淺水或沼澤中，反映了西山遺址當時較為溫暖濕潤的氣候。

2.谷物加工

陶器上淀粉粒的發現能幫助重建古代食物的加工和烹調方法。在提取的古代小麥族淀粉粒中，有形態完整的（圖五，B、C），也有反映加熱或碾磨處理所致損傷特征的（圖六）。具有碾磨特征的麥類淀粉粒可能是經杵臼搗碎。這是因為旋轉石磨在考古遺存中的出現晚至戰國時期[29]。西周的遺址中也沒有出土磨盤磨棒。與小麥加熱試驗結果對比，樣本號為LX61的豆盤上發現的小麥族淀粉粒最接近經粗略搗碎后進行短時間加熱的形態。這說明麥類種子的烹調方法為粒食，也就是文獻中記載的“麥飯”[30]。同時出現在該豆盤上的淀粉粒還有燕麥和薏苡，也顯示經過加熱的特征，可能反映了該豆盤曾用于盛放這三種作物加工而成的食物。

3.器物功能及秦人祭祀用食物

在石器和陶器樣本中檢測到的淀粉粒的種類和形態不盡相同。這可能與它們的使用功能不同有關。我們所分析的石器均出土于地層和灰坑，其表面的殘留物反映的是秦人的日常經濟活動。石器的淀粉粒主要來自石刀，而石斧上基本不見。這一規律說明石刀上的殘留物不應看成是埋藏過程中的環境污染，而是與其使用功能有關。過去考古學界一般把石刀歸類于農業收割工具，但我們的殘留物分析結果提示其為多功能工具。石刀上發現有疑似麥類種皮的植硅石表明其的確用于收割谷物，莎草科莖葉的植硅石反映其割草功能，淀粉粒證明其用于加工食物。這批石刀上發現的淀粉粒大多顆粒完整，僅有少量呈現經過碾磨或加熱的特征（圖五，B；圖六，A），說明其加工對象多為生食。

陶豆為盛食器，陶罐為儲藏器，而且都是出土于墓葬的隨葬品。雖然不能排除少量淀粉粒來自陶器長期使用而形成的殘留物，但這些器物上的淀粉粒應主要來自其最后一次使用所盛的食物祭品。在提取到淀粉粒的8件陶器中僅在2件豆盤和1件陶罐口沿上發現有經過加熱的淀粉粒。陶豆上多有經過加熱的食物淀粉粒，說明所盛祭品為熟食。而陶罐上的淀粉粒有些經過碾磨，但極少經過加熱（陶罐上共提取到156個淀粉顆粒，其中只有2個呈現加熱特征），說明陶罐中的祭品多為未經烹調的糧食。陶器上發現的淀粉粒類型反映了秦人在喪葬禮儀中所使用的淀粉類食物主要包括麥類和粟黍。而麥類可能比粟黍更普遍。編號為LX62的豆盤上提取到的山藥淀粉粒形態完整，并未顯示任何加工或加熱的特征。這或許說明西山先民用于祭祀的山藥為生的或經過短時加熱的山藥，因為根據相關的模擬實驗，山藥的淀粉粒較不容易糊化[31]。

古代文獻中提到周人祭祖時所用的谷物一般為粟或黍[32]。因此我們的標本中粟、黍淀粉粒罕見的現象值得注意?？紤]到這批陶器均來自墓葬，秦人的喪葬習俗是否與周人不同，或主要用麥食祭祀？由于我們測試的標本量太少，無法對此現象做結論，但可以作為以后進一步探討的研究課題。

附記：甘肅省文物考古研究所侯紅偉及陜西省考古研究院趙占銳在取樣過程中給予了支持和協助。淀粉粒分析得到悉尼大學顯微技術及微量分析國家重點實驗室Judith Field的指導及澳大利亞蒙納什大學考古系Sheahan Bestel和拉籌伯大學考古系Duncan Jones的幫助。文中植硅體由英國倫敦大學考古研究所Arlene Rosen鑒定。澳大利亞拉籌伯大學考古系實驗室為本文研究提供了實驗設備和技術支持。在此謹致謝忱。

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