在此基础上,通过对浙江省浦江县上山遗址、龙游县荷花山遗址等上山文化典型遗址的考古地层-自然剖面的采样分析。基于上山遗址、荷花山遗址38个光释光年龄和植硅体14C年龄的贝叶斯模型,建立了距今约10万年以来的高精度年代地层序列。通过对地层序列359个样品植硅体系统分析,结合孢粉、炭屑、土壤微形态、粒度、磁化率等沉积学分析、地貌调查、考古遗址14C人口概率密度分析和考古发掘等,首次系统地重建了上山文化遗址地层序列中水稻从野生到驯化的连续轨迹和环境变化过程(图1)。
图1过去10万年以来长江下游地区水稻驯化利用的综合记录。(A)东亚石笋的δ18O(黑线)(Chengetal.,2016);(B)炭屑浓度(灰色条)和全国14C概率密度总和(红线为华南地区的结果,黑线为华北地区的结果)(Wangetal.,2014);(C)来自SS(黑色,上山遗址)、SSP(灰色,上山遗址)和HHS(红色,荷花山遗址)部分的≥9鱼鳞纹水稻扇型植硅体百分比;(D-F)来自HHS、SSP和SS的水稻壳(橙色条)和扇型植硅体(浅蓝线)百分比;(G)30000~8000年前SS、SSP和HHS中≥9鱼鳞纹的水稻扇型植硅体的平均百分比堆叠记录(平均值+/-标准差),灰色区域表示标准差(SD);(H)来自SS、SSP和HHS的水稻壳(橙红色)和扇型植硅体(浅蓝色)的平均百分比及其标准差(平均值+/-标准差);(I)来自SS、SSP和HHS的水稻壳和扇型植硅体的浓度总和;(J)自3万年前以来长江下游地区水稻驯化利用的概念模型。淡黄色条表示触发水稻开发的LGM。浅粉色条表示温暖的B?lling-Aller?d事件(BA),该事件为野生稻的预驯化栽培做出了贡献。浅蓝色条表示寒冷的新仙女木期(YD),对野生稻的驯化过程影响有限
这项研究取得了以下主要的认识:
一、野生稻在长江中下游分布可以追溯到10万年前
在所有剖面的样品中普遍发现了水稻扇型和双峰型植硅体,通过对10万~1.15万年期间的水稻植硅体鉴定和形态参数统计,属于野生稻的范围,尽管约2万年以后≥9鱼鳞纹扇型植硅体比例逐渐增加,没有超过驯化稻阈值。表明野生稻在长江中下游地区的分布历史至少可以追溯到10万年前。这一发现改变了长江流域冰期没有野生稻的传统认识,扩展了野生稻在冰期时的分布北界,野生稻的存在是水稻驯化、稻作农业起源的必要条件,为长江中下游地区、上山文化分布区稻作农业起源奠定了野生祖本的基础。
二、2.4万年前人类开始采集野生稻植物资源
三、1.3万年前开始了野生稻的驯化前栽培
在约1.3万年前开始,炭屑浓度增加,稻壳和水稻扇型植硅体含量增加到驯化前的高峰,≥9鱼鳞纹扇型植硅体比例快速增加,但仍低于驯化稻的阈值。随着博林BA暖期(约14700-12900年前)夏季风加强,本应该增加的木本植物-水生植物反而下降,这些变化都无法用自然演化解释,揭示了人类通过改变局部环境、脱离浅水湿地,有意或无意地管理了野生稻生长以增加产量。在1.2万年前后,处于新仙女木YD寒冷事件,≥9鱼鳞纹扇型植硅体比例略有下降,说明野生稻的开发受到影响但没有中断。这一发现揭示了稻作农业起源的漫长而复杂的过程,并表明人类早在全新世以前的博林暖期-新仙女木冷期气候大幅度波动期间,为适应气候变化已经开始了野生稻的驯化前栽培过程。
四、1.1万年前实现水稻驯化,稻作农业起源开始
在约1.1万年前,新仙女木寒冷期结束以后,≥9鱼鳞纹扇型植硅体的比例急剧增加,超过了40%的驯化阈值,实现水稻驯化。同时炭屑浓度升高、各种文化遗存、陶器、石器等增加。尽管全新世降水量开始增加,但地层中树木花粉和水生盘星藻却在减少。这些证据也指向了人类开始大规模改变水稻管理方式,增加水稻产量,标志着1.1万年东亚稻作农业起源的开始,与西亚两河流域麦作农业的起源同步,共同构成了人类历史上的一个重要里程碑,深化了我们对世界农业起源格局的理解。
该研究提供了浙江上山文化遗址10万年以来从野生稻分布到最终驯化的连续证据,揭示了水稻与气候、人类活动和文化发展之间复杂的相互关系和漫长的水稻驯化过程,将世界农作物驯化的连续记录扩展到了西亚两河流域之外的东亚地区,对理解人类社会的发展、农业文明的起源以及上山文化的重要性做出了贡献。论文也得到审稿专家的高度评价,认为这一创新性的发现,是对人类与水稻协同演化研究的重要贡献,对理解人类社会发展有深远影响。