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长江中游是东亚季风的必经之地和气候变化区域响应的重要地区，不仅受到东亚冬、夏季风“拉锯”作用的严重影响，而且也对夏季风系统内部东南季风和西南季风具有“翘翘板”特征的相互作用方式反应灵敏，是研究过去全球变化的理想地区。同时，长江中游地区是中华文明孕育和发展的重要地区之一，是楚文化的重要发源地，也是我国较早人类生存和从事重要社会经济活动地区。因此，在长江中游地区保存了大量的不同时代的考古遗址，为我们利用环境考古研究人类文明发展、环境变化及灾害事件等人地关系提供了极好的高分辨率的研究题材。
作为考古学的一分支学科——环境考古学是自然科学与社会科学相互交叉和渗透而形成的新兴边缘学科。环境考古学在研究人类自身及其与周围环境关系中起着其他学科无法替代的作用。它着重研究人类古代文化及其所处的生态环境之间的动态关系，即人类文化生态系统研究，最终目的是通过对过去人地关系的研究，重建远古时期的人地关系，探讨人地相互作用的机制。如何从考古遗址文化层中提取古环境变化的信息以及过去发生的人与自然环境演变相互作用关系的信息，是环境考古学研究人地关系的重要内容。而作为考古遗址重要环境信息的载体——文化层是环境考古中必不可少的组成部分，由于文化层的形成易受到人类活动、生物扰动等方面的影响。因此，在恢复文化层古植被、古环境信息研究方面，将受到一定程度上的限制。
然而，作为环境考古重要组成部分的理论方法和技术手段同样也是不可缺少的。由于自然科学中研究环境变化的方法和技术很多，从中选取合适的技术方法是成功分析考古遗址的环境变化和人类活动信息的关键。根据环境考古研究的对象、所要达到的目的和最终反映意义，本次选用了类脂物、植硅体和有机碳同位素三个替代指标对不同考古遗址进行研究。替代指标一：类脂物，也称生物标志物，是指那些地质体中保存的具有明确生物源意义的有机分子。类脂物是从分子级别上恢复生物种群面貌并借此重建生态环境是当前国际上研究环境变化新兴的技术方法。利用类脂物进行过去全球变化的研究开展已经有三十多年的历史，这一研究领域取得了很大的进展。目前研究较多的生物标志化合物，包括烷烃、芳烃、酸、醇、酮和酯以及某些具有气候和环境指示意义的特殊有机化合物等。研究载体已涉及到气溶胶、海相沉积物、湖相和泥炭沉积物、雪冰、古植被、黄土、洞穴石笋、河口沉积物和海相碳酸盐等。这些研究显示出在古气候、古环境变化的示踪研究中已见成效的类脂物，在现代土壤的研究中也有广阔的应用前景。但是，将类脂物应用到考古遗址文化层中记录环境变化的研究还未见报道。替代指标二：植硅体，植硅体分析是一门研究古气候、古环境的新兴的边缘学科。随着植硅体命名、分类、鉴定、组合与环境之间的关系研究的不断深入，植硅体分析被广泛应用到地学和考古学方面。考古遗址植硅体分析可在一定程度上帮助了解过去人类生活的环境；但是，古环境恢复的理想样品应该是采自于遗址以外相对未受干扰的沉积物即自然沉积剖面。在考古遗址中，有些植硅体能够反映古环境信息，而另一些则反映人类文化活动信息，如：分析当时的气候环境和农业情况，推测古代的原始农业生产活动。替代指标三：有机碳同位素，有机质δ13C作为良好的气候指标在地学和环境方面的应用日益广泛，用土壤有机质δ13C值反演古植被、古环境和古气候的研究已成为全球变化研究中的热点之一。
本文研究区湖北麻城金罗家、郧县梅子园和郧县辽瓦店子等考古遗址分别地处长江中游北面、长江最大支流——汉江中上游的两岸，是研究过去环境变化的理想地区。以环境考古的视角，运用多学科的理论方法和技术手段对考古遗址进行野外调查、探测、发掘，收集有关地质、地理、古生物等方面古环境信息；并结合实验的分析研究，应用多种气候替代指标，对长江中游三个不同地区自新石器时期仰韶文化以来的古环境演变进行分析研究。同时，在结合历史文献、考古资料基础上，将三个考古遗址古文化层环境变化记录与相邻区域环境变化研究进行一些对比，恢复遗址当时的古环境信息，有助于了解长江中游人类活动对环境的影响和人类对环境的适应性，有助于全面客观认识研究区内的人地关系。
对麻城金罗家遗址、郧县梅子园遗址和郧县辽瓦店子遗址进行野外科学采样，运用14C测年方法绝对定年以及出土器物类型学文化层相对定年相结合确定文化层的年代。将类脂物、植硅体、有机碳同位素等替代指标综合应用到三个考古遗址上，对考古遗址文化层的古植被、古气候等古环境信息进行分析研究，并对考古遗址环境变化与人类活动信息也进行了研究。经过了一系列具有重要环境考古价值的分析研究，取得主要结论和认识如下：
(1)将分子级别类脂物应用到考古遗址文化层中，并研究分析了文化层中的类脂物的正构烷烃、正构脂肪醇、正构脂肪酸、正构脂肪酮等的分布特征和一些重要的反映古植被、古气候有机地球化学参数，如正构烷烃的CPI、C27/C31、(C27+C29)/(C31+C33)、ACL等。利用正构烷烃的ACL、C27/C31、C27+C29/C31+C33等参数对金罗家遗址、梅子园遗址和辽瓦店子遗址的古植被和古气候分析结果是：
金罗家遗址文化层西周时期文化层，以草本植物为主，气候早期温暖湿润，后期变凉干；东周时期文化层，以草本植物为主，木本植物相对增多，气候早期温暖湿润，后期凉干；唐宋时期文化层，草本占优势，其气候温暖湿润，到后期变凉干；明清时期，以草本植物为主，但木本植物大幅度增多，气候暖湿，气候与事实相矛盾，其原因可能是明清文化层受到现代人类活动影响，被严重的扰动而造成。
梅子园遗址文化层仰韶文化时期，以草本植物为主，气候温暖湿润；屈家岭文化时期，以草本植物为主，气候温暖湿润，晚期可能有微小的降温变化；东周文化层，草本植物为主，整个时期相对较暖，晚期比早期略微凉干；生土层和现代水库淤积层以草本为主，生土层气候比较温暖湿润；现代水库淤积层气候表现相对凉干。
辽瓦店子遗址文化层生土层以草本植物为主，气候寒冷干旱；屈家岭文化时期也以草本植物为主，气候温暖湿润。
(2)尝试将有机碳同位素应用到考古遗址的文化层中分析古植被和古气候信息，以往有机碳同位素主要运用到海洋沉积物、湖泊沉积物、黄土-古土壤、红土、石笋、现代土壤等第四纪堆积物以及通过有机碳同位素来重建古气候和古植被。经笔者查证，到目前为止，在国内尚未有报道把有机碳同位素应用到考古遗址文化层中。通过本次研究分析，有机碳同位素是可以应用到文化层中反映古植被和古气候的信息，但要考虑到古人活动造成大量的有机质在某一文化层中的富集，可能影响到有机碳同位素值的变化。
(3)通过对替代指标的一些参数或某一特殊的成分在考古遗址文化层中应用分析，不仅可以反映古环境变化的信息，而且也可以反映过去生活在遗址上人类的活动以及当时的人地关系。
在金罗家遗址文化层中，还检测出菲、甲基菲、荧葸、芘、苯并蒽、屈、苯并荧蒽、苯并芘、卡达烯和惹烯等多种多环芳烃类的类脂物，荧蒽/菲、芘/菲和苯并荧蒽/菲等可以作为与陆生植物和化石燃料的燃烧有关芳烃的产物的标志，这些多环芳烃可能与人类活动有一定的关系，说明考古遗址土壤中的多环芳烃记录能够反映生活在该遗址上一些人类社会经济发展和活动的信息。因此，多环芳烃是人类活动的良好指示物。此外，在分析植硅体时，存在大量的炭屑，从不同古文化层的变化背景中分离出了因人口增长或火灾造成的2个炭屑高峰值，第一个峰值为东周时期，另一峰值为明清时期，这两个峰值与自西周以来历史记载的该地区两个人口繁盛、经济发达时期基本相符。在梅子园遗址文化层中，从屈家岭文化时期开始，发现有丰富具有典型特征的水稻横排哑铃形、扇形、双峰型植硅体，这些形态的植硅体，特别是双峰形植硅体，存在于梅子园遗址的屈家岭文化层、东周文化层、宋文化层等文化层中，表明在新石器时期屈家岭文化，这一地区存在栽培水稻的原始农业。同时，梅子园遗址植硅体的组合特征，反映着屈家岭时期是温暖湿润气候。而人类社会的早期，因生产力水平所限，人们征服自然、改造自然的能力较差，对自然的依赖较强，其农业活动，必然在很大程度上，受制于生态环境的优劣。这就是说，生活在屈家岭文化时期的先人们开始靠种植水稻来维持生活了。
(4)在替代指标的选取上，将类脂物、植硅体、有机碳同位素等多指标综合应用到考古遗址的文化层中进行环境考古的信息分析。突破了以往的环境考古单一指标的局限性，可以减少主观因素的影响，保证了分析结果的准确性，使环境考古研究更加客观和科学。
(5)为了进一步检验类脂物、植硅体、有机碳同位素等替代指标在考古遗址文化层所反映的古植被、古气候信息的准确性，本文还采用与相邻地区前人的研究成果进行对比，分析替代指标在人类活动的文化层结果与前人在自然沉积物同时期的结果之间的差异。以便在以后的环境考古中更好的应用替代指标反映古环境信息，最终实现考古遗址的古环境重建的目的。
总结本文研究的目的、意义以及所得结论，得出一点重要的认识是：开展考古遗址古文化层环境变化记录研究，不仅在理论上、方法和技术上是可行的，而且所反映的信息也是可信的。因此，进行古文化遗址的环境考古研究在恢复古气候变化方面具有重要的意义。