《Review of Palaeobotany and Palynology》：Indications of topsoil phytolith assemblages for Pooideae cereals cultivation in the middle Yarlung Tsangpo River Valley, Tibetan Plateau
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硅酸體組合可有效區分雅魯藏布江中游農田與非農田土壤，揭示長期耕作歷史主導硅酸體形態差異，為高原農業考古提供新參考。
林娜·宋 | 曹超群 | 齊曉凱 | 李德輝 | 王楠楠 | 曹先勇
高山古生態與人類適應研究組（ALPHA），青藏高原地球系統、環境與資源國家重點實驗室（TPESER），中國科學院青藏高原研究所，北京 100101，中國
摘要
利用植硅體在沉積物中識別農業活動對于追蹤早期的人類生存策略非常有效。然而，在青藏高原，這項工作受到缺乏針對該地區典型河谷農業區域的系統化現代植硅體參考框架的制約。在這項研究中，我們分析了在雅魯藏布江中游收集的77個農田和37個非農田表土樣本，以評估植硅體組合對不同土地利用類型的響應。結果表明，農田和非農田地區的植硅體組合存在明顯且具有統計顯著性的差異。農田樣本中，以花序衍生的植硅體形態類型為主，包括“細長樹枝狀”、“乳突放射狀”和“乳突圓形”，并且具有更高的同質性。而非農田地區的植硅體組合則以短細胞形態類型為主，表現出更大的組成變異性。機器學習分類和指示物種分析（ISA）表明，可以根據植硅體組合區分土地利用類型，“細長樹枝狀”植硅體表現出一個明確的閾值（2.8%），能夠有效區分農田和非農田樣本。作物類型對植硅體組合的變化影響較小，僅解釋了總方差的8%。這一結果可能表明，由于輪作和淺層耕作，植硅體在多個種植周期中發生了混合，這進一步表明表土中的植硅體組合主要反映了長期的綜合土地利用歷史，而不僅僅是單個季節或當前種植的作物。本研究為青藏高原南部的河谷農業提供了現代植硅體參考，為識別沉積物中的農業信號和支持高海拔地區的考古學及古環境研究方法提供了潛在的基礎。
引言
研究人類與環境的相互作用是考古學和地理學的重要目標（Dong等人，2017年；Holland-Lulewicz等人，2025年）。在沉積記錄中識別農業活動對于揭示早期生存策略的演變至關重要，并能提供關于人類如何適應和影響其環境的重要見解（?kesson等人，2020年）。然而，在高海拔地區，人為活動的影響往往被更強且更廣泛的氣候變化所稀釋（Cheng等人，2022年）。此外，大型植物遺存的保存狀況較差，使得在考古沉積物中識別農業證據變得具有挑戰性（Birks，2001年）。
植硅體是高等植物細胞內或細胞間隙中形成的生物硅質顆粒，具有很強的抗風化能力、分類學信息豐富且產量高，能夠在沉積物中長期保存（Piperno，2006年）。植硅體分析已被廣泛認為是重建農業起源和作物使用的寶貴工具。在黃河流域和長江中下游地區，植硅體證據被用來追蹤小米和水稻種植系統的出現和演變（Lu等人，2009年；Zhang等人，2024年）。大迪灣遺址的豬牙殘余物中的植硅體被用來重建新石器時代華北地區小米-豬農業可持續集約化的關鍵組成部分（Yang等人，2022年）。這些應用突顯了植硅體分析在闡明古代農業實踐方面的重大價值。
青藏高原是世界上人口居住最高的地區之一，有著悠久的耕作歷史。全新世晚期，大麥農業的建立使得人類能夠在高原上永久定居（Chen等人，2015年；d'Alpoim Guedes等人，2015年）。該地區的大部分植硅體研究集中在氣候和植被上，而關于農業（尤其是大麥和小麥種植）的現代研究仍然有限（An等人，2015年；Ge等人，2022年；Li等人，2026年）。這種模式限制了基于植硅體的環境和農業考古學的發展。
作為青藏高原南部農業最集中的區域以及史前作物傳播的關鍵通道（Gao等人，2020年），雅魯藏布江谷地為研究植硅體對農業活動的響應提供了理想的背景（Wang等人，2020年）。目前，該地區考古沉積物中農業證據的識別主要依賴于燒焦的種子（d'Alpoim Guedes等人，2014年），而系統的現代植硅體參考數據尚不完善，農田和非農田地點之間的比較驗證也缺乏。這些限制不僅制約了對區域農業考古材料的詳細解釋，也延緩了高海拔環境中植硅體指示系統的建立。
在這項研究中，我們系統地采集了雅魯藏布江中游的現代農田和非農田表土樣本，以考察不同土地利用類型下的植硅體組合差異。我們的目標是建立一個當代參考框架，用于識別青藏高原南部的農業活動。
研究區域
雅魯藏布江谷地（北緯28°06′–31°26′，東經82°01′–97°04′）位于青藏高原南部（圖1a）。其中游地區跨越了青藏高原南部的寬闊河谷和東南部的山峽地帶，海拔高度在2800–5000米之間，河谷形態寬窄交替（圖1b）。寬闊的河谷段開闊且坡度平緩，有梯田和沖積平原。該地區屬于溫帶半干旱高原氣候，年平均氣溫...
樣本采集與實驗室分析
2023年8月，在雅魯藏布江中游共采集了114個表土樣本，包括77個農田地點和37個非農田地點（圖1c；表1）。這些地點的地形條件大致相似。選擇非農田地點時，考慮了與相鄰農田的地形明顯分離、相對較高的海拔或足夠的空間間隔，以盡量減少農業活動的直接影響...
表土植硅體組合的特征
共鑒定出26種植硅體形態類型（不包括“其他”類別；圖2）。結果表明，非農田和農田地點的植硅體組合存在顯著差異（圖3a）。在非農田地點，短細胞植硅體形態類型占主導地位（48.50%–88.72%，平均67.66%），其豐度明顯高于農田地點。在這一組中，“雙葉狀”（包括亞型）最為豐富，平均占比26.88%。“圓環狀”（10.00%–37.66%，平均18.69%）...
植硅體可以有效地指示雅魯藏布江中游的耕作活動
我們的研究表明，雅魯藏布江中游的表土植硅體組合具有識別耕作活動的潛在診斷價值。這種診斷潛力體現在兩個方面：特定植硅體形態類型的豐度變化以及整體組合的同質性增加。與非農田樣本相比，農田植硅體組合中花序衍生形態類型的豐度顯著增加...
結論
本研究分析了雅魯藏布江中游農田和非農田地點的現代表土植硅體組合。農田土壤中以花序衍生的植硅體形態類型為主，包括“細長樹枝狀”、“乳突放射狀”、“乳突圓形”，以及較高比例的“圓環狀刺狀”和“圓環狀鋸齒狀”，形成了獨特且同質的組合，從而將其與非農田地點區分開來。
利益沖突聲明
作者聲明沒有利益沖突。
致謝
本研究得到了“青藏高原地球系統優秀研究組計劃”（項目編號：42588201）的支持。我們感謝Cathy Jenks在語言編輯方面的幫助。
