科技考古|| 侯亮亮：磁縣南城墓地先商文化時期人群來源多元化的鍶同位素證據(jù)

作者簡介：

侯亮亮，男。山西大學(xué)歷史文化學(xué)院副教授、碩導(dǎo)。主要研究領(lǐng)域科技考古、食物結(jié)構(gòu)、生業(yè)經(jīng)濟。曾獲2011年, 明鋪遺址戰(zhàn)國至兩漢先民食物結(jié)構(gòu)和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的轉(zhuǎn)變, 獲“中國科學(xué)院大學(xué)第一屆格致論壇”優(yōu)秀論文三等獎；2013年，鄣鄧遺址動物骨的C、N穩(wěn)定同位素分析，獲“中國科學(xué)院大學(xué)第二屆格致論壇”優(yōu)秀論文一等獎；2019年, “三晉英才”支持計劃青年優(yōu)秀人才。

摘要:

關(guān)鍵詞:

南城墓地；先商文化；鍶同位素分析；人群來源多元化

引言

商族的來源一直是我國學(xué)術(shù)界的懸案之一。目前，基于甲骨文、金文與傳世文獻中有關(guān)商王地望記載的考證和研究，學(xué)術(shù)界普遍認為商族的來源是多元化的，其中“殷人屢遷”已成為基本共識。然而，商族在空間上的分布和遷移范圍卻缺乏相應(yīng)的研究。

隨著考古資料的發(fā)現(xiàn)和積累，辨識、解讀和研究商族的實物遺存成為揭示相關(guān)問題的突破口。1980年，鄒衡首次提出豫北冀南地區(qū)二里頭文化時期的遺存應(yīng)作為早商文化的前身，稱其為先商文化。他認為先商文化絕對年代的上限為“約相當于成湯滅夏以前(約2000～1600 BC)”，并將所發(fā)現(xiàn)的先商文化劃分為漳河、輝衛(wèi)和南關(guān)外等3個類型(圖1a)。1989年，李伯謙將先商文化定義為“湯滅夏以前商族(或以商族為主體)創(chuàng)造和使用的文化”。此后，數(shù)量眾多、內(nèi)容豐富的先商文化的考古資料被辨識和研究，先商文化的保北和鹿臺崗類型被提出。目前，先商文化的文化面貌和時空框架基本明確，但依然難以窺探商族遷移活動的具體狀態(tài)。

所幸，2005年至2008年，劉莊墓地發(fā)現(xiàn)先商文化墓葬338座，磁縣南城墓地發(fā)現(xiàn)先商文化墓葬116座，這些墓葬的布局清楚、排列規(guī)律、規(guī)模宏大，使得先商文化人群的遺骸得以確認。其中，石棺葬或簡化石棺葬、海洋貝敷面(扇貝和寶貝科貝殼)隨葬等典型的不同于中原傳統(tǒng)文化的喪葬習(xí)俗被發(fā)現(xiàn)(圖1b～1d)。同時，兩處墓地的陶器以卷沿鼓腹細繩紋陶鬲為主，反映出先商文化在發(fā)展進程中融合、吸取了周邊各地多元的文化因素。然而，囿于兩處墓地骨樣保存情況所限，全面的體質(zhì)人類學(xué)和古DNA研究無法開展，僅分析了兩處墓地人骨的C、N穩(wěn)定同位素，已發(fā)現(xiàn)了個別個體遷移的線索。作為人體最堅硬的組織，牙齒是最容易完整保存下來的部分，特別是牙釉質(zhì)還具有耐酸堿腐蝕等特性，近來已經(jīng)成為先商文化人群遷移及其相關(guān)活動的重要研究對象。

圖1 (a)先商文化遺址分布圖及南城墓地位置示意圖;其中紅色圓形實心標注文字的為本文涉及的磁縣南城墓地和鶴壁劉莊墓地;三角黑色空心標注文字的為其他重要先商遺址，即贊皇南馬、邯鄲飛機場、磁縣滏陽營、安陽鄣鄧和輝縣孫村遺址(侯亮亮等[16]改繪);(b)磁縣南城墓地M3局部圖(發(fā)掘者石磊提供);(c)鶴壁劉莊墓地積石墓局部(發(fā)掘者趙新平提供);(d)鶴壁劉莊墓地石棺葬(發(fā)掘者趙新平提供)

87Sr由87Rb衰變形成，礦物和巖石的鍶同位素比值取決于初始Rb/Sr比值和基巖的年齡。由于質(zhì)量數(shù)大，鍶在表生環(huán)境中分餾非常小，在風化、成壤過程和生物循環(huán)中，87Sr/86Sr值基本保持不變。鍶通過攝食和飲水進入生物體內(nèi)，牙齒和骨骼形成時，鍶以類質(zhì)同象形式替換羥磷灰石中的鈣，得以長期保存。牙齒萌出后，牙釉質(zhì)成分不再發(fā)生變化。對比個體牙釉質(zhì)87Sr/86Sr值與當?shù)乇尘爸档牟町?，可以揭示個體遷移行為的信息。作為大質(zhì)量同位素，Sr同位素從巖石圈到食物鏈的傳遞，并替代生物體中的鈣元素的過程中，幾乎不發(fā)生分餾效應(yīng)，因此生物體的87Sr/86Sr值取決于其生活區(qū)域的地質(zhì)背景。一般認為，家豬牙釉質(zhì)的87Sr/86Sr均值±2倍方差的范圍可以作為當?shù)厣锟衫面J同位素的比值范圍。因此，分析先民牙齒中的鍶同位素可以直接確定他們是否為本地人，進而討論先民的遷移和交流等問題。目前，國際上在相關(guān)問題上的成果豐碩，國內(nèi)也開始涌現(xiàn)出一系列的研究成果。例如，趙春燕等對石峁后陽灣、喇家、陶寺、瓦店和黑水國遺址先民的Sr同位素研究；尹若春等對賈湖遺址先民的Sr同位素研究；Wang等對吉爾贊喀勒墓地先民的Sr同位素研究；Zhang等對雞公山、紅營盤和營子壇遺址及麻玉田遺址先民的Sr同位素研究；Wu等對紗帽山和尹家城遺址先民的Sr同位素研究；房書玉對焦家遺址先民的Sr同位素研究；李雍對吐哈盆地青銅至鐵器嬗變期三處遺址先民的Sr同位素研究，均在各個遺址中發(fā)現(xiàn)有遷移的個體，這為特定時空框架下社會人群交流和文化傳播提供了重要證據(jù)。

南城遺址位于邯鄲市磁縣南城村西北，處于太行山東麓山地向平原過度的丘陵地帶，地理坐標為36°30'24″N，114°22'55″E。迄今，南城先商墓地是河北發(fā)現(xiàn)數(shù)量最多、范圍最大、保存最為完整、獲取資料最為豐富的一處先商墓地。其中，M3出現(xiàn)蚌敷面的特殊的葬式(圖1b)，M70先民的食物結(jié)構(gòu)迥異于大多數(shù)個體，都為人群的遷移等提供了一定的線索。基于陶器及其組合群的研究，該墓地屬于先商文化的漳河類型，處于先商文化南北交流的橋梁紐帶上，具有重要的區(qū)位優(yōu)勢。鑒于此，本文擬對南城墓地先民和家豬的牙齒進行Sr同位素分析，嘗試揭示南城墓地先商人群在空間上的分布和遷移范圍等問題。

1材料與方法

本研究將同一顆牙齒的牙本質(zhì)和牙釉質(zhì)都進行Sr同位素的提取和分析。為了區(qū)分和辨識同一顆牙齒的牙本質(zhì)和牙釉質(zhì)，在實驗室編號結(jié)尾以d(牙本質(zhì))和e(牙釉質(zhì))加以區(qū)分(表1和2)。

人不同的牙齒形成的時間不同，其中第二恒臼齒基本都形成于2歲左右，至8歲齒冠完全形成，可以完整地記錄整個童年的信息，因此是最為理想的實驗材料。同時，同一齒位上下頜牙齒同位素比值和各項化學(xué)特征基本相同，因此取樣過程沒有仔細區(qū)分。鑒于此，本文從南城墓地2007～2008年發(fā)掘的82座墓葬中隨機選擇了20例個體的第二恒臼齒(恒M2)作為研究對象(表2)。其中，M91為一個幼年個體。為了挖掘到更多可能的潛信息，同時選取M91的第二乳臼齒(乳M2)和第一恒臼齒(恒M1)(表2)。然而，南城墓地M3的葬式較為獨特(圖1b)，具有更大的研究和展示潛質(zhì)，被整體打包進行實驗室考古和展陳，故無法獲取相應(yīng)的樣品。

表1 南城墓地家豬牙本質(zhì)(d)和牙釉質(zhì)(e)的87Sr/86Sr值

家豬一般由先民飼喂，且集中在先民區(qū)或周邊活動，是建立當?shù)劓J同位素值范圍的最佳材料。灰坑和房址的家豬可能是古人食用后的食物殘余，結(jié)合C、N、S穩(wěn)定同位素的分析，可以認為是先商文化人群食用的重要的對象之一。因此，選取南城墓地灰坑與房址中5例豬的第二臼齒(M2)作為研究對象(表1)。

樣品的前處理在潔凈實驗室進行。根據(jù)Copeland等列出的方法，將牙齒切開后，用牙鉆打磨每一個樣品的內(nèi)外表面，除去任何可見的污垢或雜色物質(zhì)。然后，切割每一個牙齒的牙本質(zhì)和牙釉質(zhì)各10～30 mg。將樣品用Millie-Q純凈水超聲清洗3次，撈出加入丙醇清洗，然后過夜晾干。稱取10～30 mg樣品，在120℃的條件下，加入2 ml65%的HNO3反應(yīng)1 h，并在此溫度烘干8 h，直至晾干樣品。將晾干的樣品重新溶解在120℃的條件下1 ml 3 M的HNO3溶液中。將樣品轉(zhuǎn)移到預(yù)備好的樹脂填充柱內(nèi)，用400μL 3 M的HNO3清洗，用1.5 ml的Millie-Q純凈水洗脫鍶。最后，在120℃條件下8 h烘干樣品。在實驗過程中SEVA27864d(M55的牙本質(zhì))和SEVA27866e(M58的牙釉質(zhì))沒有提取到足量的Sr同位素(表2)。

表2 南城墓地先民牙本質(zhì)(d)和牙釉質(zhì)(e)的87Sr/86Sr值

用1 ml 3%HNO3溶解干燥的樣品，并用賽默飛NeptuneTM型多接收等離子體質(zhì)譜儀(PIMMS)測試。Sr同位素比值所用的標準物質(zhì)為SRM1486。每測試10個樣品中插入一個標樣SRM1486(表3)。分析精度小于0.00003。家豬和先民的牙本質(zhì)和牙釉質(zhì)測試數(shù)據(jù)詳見表1和2。

2結(jié)果與討論

2.1 樣品污染討論

鍶在生物體內(nèi)以類質(zhì)同象形式替換羥磷灰石中的Ca，所以同一個體各個部位的Sr元素含量都沒有一個固定的值。鑒于此，一般條件下很難區(qū)分是由生物作用所產(chǎn)生的Sr，還是由埋藏環(huán)境中土壤替代骨骼中的Ca所產(chǎn)生的Sr。

表3 實驗室標樣信息

本文擬比較各個樣品Sr同位素的濃度和87Sr/86Sr比值的相關(guān)性，尤其是Sr同位素濃度高的樣品的Sr同位素濃度與鍶同位素比值的相關(guān)性，來嘗試排除Sr同位素可能存在的污染情況。如果Sr同位素濃度高的樣品的鍶同位素比值都非常接近，則說明它們極可能是吸收了同一外來環(huán)境中的Sr同位素。如圖2所示，本研究中的Sr濃度和87Sr/86Sr比值之間R2值小于0.1，說明它們之間沒有相關(guān)性。同時，Sr同位素的濃度含量高的樣品的87Sr/86Sr比值差異較大(表1和2)，說明這些Sr同位素數(shù)據(jù)不太可能是從外界環(huán)境交替到牙齒中的Sr同位素。

圖2 南城墓地樣本Sr濃度和87Sr/86Sr值散點圖

為了進一步排除可能存在的污染情況，將同一樣品的牙本質(zhì)和牙釉質(zhì)的87Sr/86Sr比值做散點圖進行分析(圖3)。如圖3所示，無論是牙本質(zhì)的87Sr/86Sr比值，還是牙釉質(zhì)的87Sr/86Sr比值，都相對較為分散，沒有呈現(xiàn)出相關(guān)性或一致性，說明這些樣品的Sr同位素應(yīng)該沒有受到外界環(huán)境的污染。

然而，需要特別指出的是，盡管有學(xué)者使用骨骼和牙本質(zhì)來進行分析和研究，但可能存在污染的風險。鑒于本研究沒有對當?shù)芈癫厝撕蛣游锕趋赖耐寥雷鯯r同位素分析，無法進一步做更精確的污染判斷，因此本文只使用5例家豬和19例先民牙釉質(zhì)的Sr同位素比值來進一步研究。

圖3 南城墓地同一個體牙本質(zhì)和牙釉質(zhì)的Sr同位素比值

2.2 當?shù)豐r同位素比值范圍的確定

在確定當?shù)厣锟衫肧r同位素比值范圍之前，需要對南城墓地及周邊的地質(zhì)背景進行相應(yīng)的介紹。南城墓地坐落于古澗河主河道南岸臺地上，北為古澗河，西部是太行山東麓丘陵、隴崗，東部為太行山前傾斜平原區(qū)，傾斜平原與崗地交錯分布。該區(qū)地貌總體上西高東低，地勢由西向東表現(xiàn)為山地、丘陵、平原依次梯降的趨勢。南城墓地的地層處于華北平原分區(qū)和太行山分區(qū)的交接區(qū)，該地區(qū)出露地層自西向東依次為長城系、寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系、第三系及第四系(圖4)。

通過食物鏈傳遞并最終在人和動物體內(nèi)的鍶同位素來自于自然界巖石，因此巖石的形成過程及形成時間將直接影響鍶同位素比值的高低。南城墓地及其東側(cè)較厚的黃土堆積影響鍶同位素的滲出，會導(dǎo)致鍶同位素比值較低。同時，南城墓地西側(cè)的地質(zhì)堆積較為古老，南城墓地及其東側(cè)較為年輕，這會導(dǎo)致鍶同位素比值出現(xiàn)相應(yīng)的差異，也表明該地區(qū)地質(zhì)條件的復(fù)雜性或鍶同位素比值構(gòu)成的多樣性(圖4)。

圖4 南城墓地附近區(qū)域地質(zhì)圖(根據(jù)文獻改繪)

需要特別指出的是，本研究中家豬樣品量所限可能會導(dǎo)致當?shù)?7Sr/86Sr基準值的范圍過窄。因此，后續(xù)工作應(yīng)該更多地測試當?shù)氐耐寥馈?a href='/zhiwu/' target=_blank>植物、蝸牛等的87Sr/86Sr值，進而更真實的還原當?shù)?7Sr/86Sr基準值的范圍。

2.3 個體遷移現(xiàn)象的辨識

圖5 南城墓地19例個體牙釉質(zhì)的Sr同位素比值散點圖圖中陰影部分為當?shù)豐r同位素的基準值范圍

結(jié)合性別差異(表2)初步可知，僅有一男(M33)一女(M80)和兩例性別不明的個體(M9和M85)在本地出生并生活。經(jīng)過統(tǒng)計分析可見，7例男性、6例女性、6例性別不明的個體中分別有6例、5例、4例個體在出生至幼年時期一直不在當?shù)兀虼四铣悄沟厝巳旱倪w移行為不存在性別選擇。結(jié)合年齡差異(表2)可知，3例未成年個體(M9、M26、M91)，僅有M9在本地出生；3例(M70、M85、M88)沒有年齡信息的個體中，僅有M85在本地出生；20±歲至30±歲的9例個體(M28、M33、M44、M52、M55、M56、M75、M80、M83)，只有M33和M83出生至幼年時期在當?shù)鼗顒樱?5±歲至45±歲的5例個體中的4例(M10、M21、M51、M59)幼年時期都不在當?shù)鼗顒?。因此，南城墓地人群的遷移行為也不存在年齡選擇。

需要特別指出的是，M91為幼兒個體，保留有乳臼齒和恒臼齒。由圖5所示，不管是恒齒的牙釉質(zhì)，還是乳齒牙釉質(zhì)的Sr同位素比值都不在當?shù)豐r穩(wěn)定同位素值的范圍之內(nèi)，說明M91不是在本地出生，死亡前也長期在外地生活。

食物結(jié)構(gòu)和先民的生存環(huán)境存在很大的相關(guān)性。前人對上述個體做過C、N、S穩(wěn)定同位素分析，發(fā)現(xiàn)大部分個體的相關(guān)值都比較接近，說明他們的食物結(jié)構(gòu)相對一致。然而，M70這一個體的C穩(wěn)定同位素比值遠小于其他個體，S穩(wěn)定同位素比值則略高于其他個體，說明他可能是外來的個體。由圖5所示，M70牙釉質(zhì)的Sr同位素比值低于當?shù)氐幕鶞手?，進一步證明了M70在出生至幼年時期不在當?shù)鼗顒樱髞聿胚w移到當?shù)亍?/p>

綜上所述，19例先民中有15例個體牙釉質(zhì)的Sr同位素比值在當?shù)氐?7Sr/86Sr基準值范圍之外。其中，遷移的個體在性別和年齡方面沒有明顯的選擇。這說明大量個體幼年時未在本地生活，即南城墓地先商文化時期居民中存在著較大比例的遷移個體。

2.4 非本地人可能的來源

華北平原基本為黃土的沖積平原，一般認為Sr同位素的比值較為接近，相應(yīng)的地質(zhì)圖也呈現(xiàn)出類似的情況。同時，前人研究顯示，黃河干流河水的鍶同位素比值為0.70986～0.71139，平均值為0.71118，本研究先民牙齒的鍶同位素比值都處于相應(yīng)的區(qū)間內(nèi)。此外，河北平原地下水的鍶同位素比值為0.70800～0.71600，也涵蓋了本文的數(shù)據(jù)范圍。然而，太行山區(qū)的地質(zhì)條件極其復(fù)雜，各個區(qū)域內(nèi)的Sr同位素比值都有很大的區(qū)分(圖4)。如果想討論外來個體具體的來源，就需要更多的背景的基準值。因此，本文擬結(jié)合考古學(xué)背景知識，僅對部分人群最可能來源進行討論。

在與南城墓地臨近時間相近的劉莊墓地，出現(xiàn)了來自于東北地區(qū)的石棺葬和積石葬(圖1c～1d)，這似乎與“天命玄鳥，降而生商”的“北方說”有一定的契合關(guān)系。南城墓地作為先商文化遺址南北鏈接的橋梁，很有可能在石棺和積石喪葬文化的傳播中起到了重要的媒介作用。同時，豫北冀南地區(qū)的陶器及其組合群的分析顯示，先商文化存在著從北向南發(fā)展的趨勢。此外，在考古資料的基礎(chǔ)上，朱彥民認為“商族發(fā)源于河北燕山以南、今京津唐渤海灣一帶，河北唐山大城山可能是商族發(fā)展初期的考古學(xué)文化”；王震中認為“以商契為標志的商族發(fā)祥于冀南的古漳水流域”，“契至成湯八遷的范圍不出冀南與豫北地區(qū)”。結(jié)合相關(guān)區(qū)域的地質(zhì)背景，特別是河北平原部分地區(qū)的鍶同位素比值與本研究的部分數(shù)據(jù)也出現(xiàn)了重合。因此，有理由認為上述部分個體可能來自于河北燕山以南或今京津唐渤海灣一帶，即華北平原北部區(qū)。

陶器及其組合群的相關(guān)研究顯示，先商、早商文化中有很多文化因素來源于今山西地區(qū)。有學(xué)者認為，早商時期活躍在豫北冀南地區(qū)的人群有很大比例是來源于山西地區(qū)的羌人。鑒于太行山及山西地區(qū)地質(zhì)條件較為復(fù)雜(圖4)，特別是黃河中游地區(qū)的陶寺遺址的鍶同位素與本研究相關(guān)數(shù)據(jù)也有重合，因此也不排除部分個體來自于山西地區(qū)的可能性。

盡管南城墓地人群的來源極其多元，但究其具體來源地，還存在諸多不確定性。古、今學(xué)者對商族起源的研究通過對文獻中有關(guān)商王的地望進行考證，認為商族起源地是極其多元的。相關(guān)學(xué)說大致可以劃分為：西方說、山西說、中原說、東方說、北方說、東北說、東南說及夏商周同源說等。顯然，商族人群來源的多元化已得到多學(xué)科證據(jù)的證實，特別是鍶同位素研究的證實。

南城墓地人群來源的多元化和復(fù)雜性可能使得先商文化極具創(chuàng)造性和彈性，使得相關(guān)人群更好地融入到中原地區(qū)傳統(tǒng)的文化和生業(yè)之中，進而使得先商文化不斷持續(xù)發(fā)展和壯大，最終為滅夏提供了堅實的基礎(chǔ)。

3 結(jié)論

通過對磁縣南城墓地人和家豬牙本質(zhì)、牙釉質(zhì)的鍶同位素研究，為先商文化人群的遷移行為及與之相關(guān)的社會文化現(xiàn)象提供了直接證據(jù)。

本研究以活動范圍相對較小的豬的牙釉質(zhì)的均值的二倍方差的范圍作為當?shù)鼗鶞手档膮⒖肌＞唧w而言，5例豬牙釉質(zhì)Sr同位素均值為0.711830±0.000108(n=5)，因此南城墓地當?shù)鼗鶞手档姆秶鷳?yīng)該是0.711614～0.712046。在此基礎(chǔ)上，可以確定分析的19個體中的15個體可能存在遷移的行為，因此南城墓地的人群的來源或構(gòu)成是多元化的。其中，M10、M26、M21、M44、M52、M55、M59、M75、M80、M88和M91等11個個體牙釉質(zhì)的Sr同位素值高于當?shù)鼗鶞手档姆秶?；M28、M51、M56和M70這4個個體牙釉質(zhì)的Sr同位素值低于當?shù)鼗鶞手档姆秶?，因此被認為有可能從膠東半島等沿海地區(qū)遷入。同時，南城墓地人群的遷移不存在性別、年齡等方面的明顯差異。然而，需要特別指出的是，家豬樣品量所限可能會導(dǎo)致當?shù)?7Sr/86Sr基準值的范圍過窄，這也可能導(dǎo)致南城墓地先商時期居民表面上出現(xiàn)較大比例的遷移個體，因此期待更多后續(xù)工作的驗證。

相關(guān)研究顯示，先商文化諸多考古學(xué)文化因素是外來的。如，海貝敷面的葬式等可能來自于膠東半島；又如，石棺葬和積石葬等可能來自于東北地區(qū)；再如，先商、早商文化中有很多文化因素來源于今山西地區(qū)。同時，南城墓地部分先民的數(shù)據(jù)分別與山東半島及其濱海黃土的鍶同位素比值、河北平原北部地區(qū)的鍶同位素比值及黃河中游地區(qū)的陶寺遺址的鍶同位素比值接近，這為相關(guān)人群的來源提供佐證。此外，在與南城墓地臨近時間相近的劉莊墓地的相關(guān)個體長期食用海魚，這也為相關(guān)個體從濱海地區(qū)遷移到內(nèi)地提供了線索。因此，南城墓地部分人群很可能來自北方地區(qū)、沿海地區(qū)及山西地區(qū)等。

由此可見，人群來源的多元化和復(fù)雜性使得先商文化富有彈性和創(chuàng)造力，這可能是先商文化發(fā)展和壯大的重要動力，并助其最終滅夏。

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