“时光胶囊”解码万年农耕文明

青海喇家遗址出土的4000年前的粟米面条。

上山遗址地层剖面中的水稻扇形植硅体（上三排）和水稻壳植硅体（下一排）。以上图片均为吕厚远提供

在青海喇家遗址的黄土层中，一只倒扣的陶碗里，凝固了4000年前的米黄色粟米面条，封存着史前人类的饮食智慧；浙江上山文化遗址的土壤地层里，显微镜下闪烁着宝石般光彩的植硅体，记录着水稻从野生到驯化的10万年漫长演化历史；汉阳陵地宫半炭化的植物叶片和西藏阿里古如江寺墓葬出土的食物残渣，作为最早的茶叶实物，揭开了横跨青藏高原的文明交流密码……解读这些隐藏在泥土中的遗存，都离不开“植硅体”这个微体化石。

中国科学院地质与地球物理研究所古生态古环境团队，以植硅体、孢粉、蜗牛等生物微体化石研究为手段，历经30年深耕，构建起一套“从微观化石到宏观文明”的研究范式。植硅体就像一把微观钥匙，解码万年农耕文明。

在传统考古中，植物遗存主要依赖炭化种子，但早期地层中的有机物极易腐烂、灰化，微小破碎的粟与黍的炭化颗粒更是难以区分。植硅体的出现，彻底改变了这一困局。这种沉淀在植物细胞中的二氧化硅颗粒，如同植物的“微缩身份证”，能保存数万年，不仅产量丰富，而且更携带着独特的“植物指纹”。为了揭开这些“指纹”的秘密，我们耗时10多年，解剖分析了2000余种现代植物的植硅体，建立起中国首个植硅体分类鉴定体系，进一步建立了粟、黍、稻野生—驯化的农作物植硅体国际鉴定标准。

河北磁山文化、河南裴李岗文化遗址，长期以来被认为是以粟为主的农业结构。通过植硅体研究，我们发现早期地层中黍的比例占95%以上，这一结果重新定义了中原文化分布区新石器早期的农业结构。

水稻驯化也有自己的“鱼鳞纹密码”。在对现代野生稻—驯化稻的植物、土壤中水稻植硅体进行系统研究的基础上，我们建立了利用水稻泡状细胞中扇形植硅体鱼鳞纹数量作为判别水稻野生—驯化的标准和统计方法，明确了水稻扇形植硅体鱼鳞纹数量增加与水稻驯化程度增强的植物生理和农艺性状的联系。通过对浙江上山文化遗址的植硅体研究，我们有了一系列重大发现：早在约10万年前，野生水稻就已经在长江下游地区广泛分布；大约在2.4万年前向末次盛冰期过渡时，人类就已经开始采集并利用野生稻；在大约1.3万年前，开始了野生稻驯化前栽培的过程；在大约1.1万年前，水稻植硅体驯化比例迅速积累达到显著标准，这标志着稻作农业起源的开始。这一发现揭示了东亚野生稻从采集到驯化完整而漫长的过程，进一步确认了我国是水稻的起源地。1.1万年前上山文化区的稻作农业起源与西亚两河流域的麦作农业同步，对世界人类社会的历史进程产生了深远影响。

气候变化是文明演进的底层驱动力。我们采集全国不同气候带3000多个表土样品，建立起植硅体、孢粉等与年均温、降水量的定量转换函数，实现了古气候参数的精准重建，从而揭示了中国东部2万年以来的温度、降水气候变化，系统量化了从旱作区到稻作区气候变化的时空格局。

我们发现，全新世的3次千年尺度气候温暖湿润期，恰好对应裴李岗文化、仰韶文化、龙山文化农耕文化繁盛期；而约500年周期性气候变暖有利于华北地区区域性农耕文化的发展，与季风气候波动紧密相关。我们提出了温暖气候促进东亚史前农耕文化发展的模式，为理解文明与气候的关系提供了科学依据。

农业为什么起源？全球农业为什么都在最近2万年以来起源，为什么集中在中南美洲、西亚和东亚3个中心地区起源？为什么不同地区的农业起源都选择禾本科植物进行驯化？通过定量的古气候数据、粟黍稻植硅体和炭化颗粒变化数据以及人类活动强度变化的数据，我们分析对比气候变化与农业起源及人类活动的证据，发现了3个关键节点：1.4万年前短期增温，1.2万年前突然变冷，1万年前以来长期增温，与水稻驯化前栽培、水稻退化、黍粟稻的驯化完成，在时间上一一对应，建立了相互关联的东亚气候与农业起源及人类活动的证据链。在末次冰期，气候寒冷、快速变化，没有驯化条件，1.4万年前气候转暖、1.2万年前突然降温、1万年前以来的持续升温，是驱动北半球中纬度禾本科驯化、农业起源的普遍机制。

植硅体这一微观世界的“时光胶囊”，不仅记录了植物的生死轮回，更见证了人类文明的起源与发展。从一粒粟的植硅体到一个文明的延续逻辑，微观世界里藏着中华文明“多元一体”的基因密码。

（作者为中国科学院地质与地球物理研究所研究员）