近日，山东大学文化遗产研究院环境与生业考古团队在国际期刊Frontiers in Plant Science上发表最新研究成果“Charring-induced morphological changes of Chinese ‘Five Grains’: An experimental study”（炭化条件下中国五谷形态变化的实验考古研究）。论文共同第一作者为山东大学文化遗产研究院博士研究生刘洋和苏州市拙政园管理处遗产管理科奚洋，通讯作者为山东大学文化遗产研究院陈雪香教授，共同作者包括山东大学的张飞、王珍珍、王灿和江苏师范大学的于世永四位学者。

炭化过程会影响种子在遗址中的保存情况，从而影响有关古代作物组合、植物利用等问题的判断。五谷（粟、黍、水稻、小麦、大豆）是中国历史上最重要的主食，也是中国考古遗址中发现最多的栽培作物。研究者通过对有氧条件下五谷种子在不同温度（240-300℃）和不同炭化时间下（1-3-5h）进行炭化模拟实验，使用扫描电镜等观察了炭化前后五谷种子的形态和结构特征，对比观察了五种粮食作物在同等受热条件的变化。在对五谷的尺寸、体积、重量损失等进行统计分析的基础上，探讨了炭化过程对种子保存状态的影响。

图1不同炭化温度和时间下五谷形态变化

水稻、粟、黍、小麦和大豆的炭化温度和炭化时间（从炭化开始至失去可鉴定特征）分别为240-300℃（1h）、260-290℃（1h）、260-290℃（1h）、270℃（1h）-300℃（5h）、260℃（1h）-300℃（5h）。从受热结果看，大豆最易在炭化后保存下来，其他依次是小麦、水稻、粟和黍。因此，需要进一步考虑炭化对遗址中作物组合定量分析产生的影响。

长宽比和收缩率是植物考古研究关注的两个重要指标，常被用以判断驯化-野生类型、种子成熟与否。受炭化温度和时间影响，多数种子在较低的温度下收缩，在较高的温度下迅速膨胀。不同温度下水稻、大豆的平均长宽比较炭化前增大，小麦和粟黍的长宽比则较前缩小。随着温度的增高，水稻、大豆、小麦长宽比的波动相对粟黍而言更加明显，因此在讨论这些作物时，需要考虑不同遗址炭化过程变化导致的量化结果差异。

图2 五谷炭化前后的指标变化（BC表示炭化前，AC表示炭化后，B-Millet代表黍，F-Millet代表粟)。(A)平均长宽比；(B)平均体积；(C)平均重量；(D)每组的平均密度

大植物遗存的数量有时与微体植物遗存等方法取得的结果存在差异，体积和重量可以作为转换因子以减少炭化保存概率造成的植物遗存数量比偏差。在类似炭化条件下，水稻、小麦、大豆在炭化前后体积变化较小，其中水稻、大豆的平均体积较炭化前缩小，其余三种则较前增大；五谷的重量在炭化后则出现了明显的损失，且重量损失随着温度升高、加热时间增长而增加。因此，在对遗址内水稻、小麦和大豆进行定量统计时，体积可作为较好的换算因子进行讨论。本研究发现，现代粟黍在炭化后的平均重量和体积差异分别为2.08和2.42，而在炭化前这两个数值分别为2.05和2.38，表明炭化对粟黍的重量和体积的影响很小，因此粟黍的体积和重量均可以作为换算因子讨论遗址中的农作物组合的定量问题。

相对绝对数量而言，体积或重量更适合在不同时间和空间框架内比较同一作物的占比，但由于五谷体积、重量变化的趋势并不趋同，因此在不同种属的对比中体积和重量没有作为转换因子用于定量统计的优势。

总之，对炭化过程的研究可以加深对炭化种子在遗址中保存条件的认识，为理解炭化的影响提供基础信息，从而为古代人类饮食、农业、生态等问题提供参考。

Frontiers in Plant Science为植物科学领域的顶级专业期刊,该刊2021年影响因子/JCR分区：6.627/Q1。

原文链接：https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1063617

【作者：刘洋 审核：陈雪香  编辑：孙士美】