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植硅体分析方法的应用与改进

作　者: 吴妍
导　师: 王昌燧；Linda Cummings；赵志军
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 科学技术史
关键词: 遗址分析方法商周时期考古学农业活动稻作农业古人类三维图像淮夷人类化石
分类号: Q914
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

植硅体是指某些高等植物从地下水中吸取可溶性二氧化硅而后沉淀于植物细胞内或细胞外部位置,由此形成的含水非晶态二氧化硅颗粒。植硅体分析就是利用植硅体的原地沉积及其形态上的种间差异等独特优势,对比分析土壤中所含植硅体的大小、形状、种类及丰度,并依此推断其母源植物的种类和(或)产量,复原古代植被环境、农业活动以及探索人类活动对环境的影响的一种古生物学方法。20世纪70年代以来,这一方法在考古学诸多研究领域,都有着广泛运用,尤其在农业考古和环境考古领域,呈迅速上升趋势。其独特优势和不可替代性,已一再为众多不同考古遗存的研究提供了丰富的、有价值的信息。尽管如此,人们普遍感到,植硅体分析目前也存在很多的缺点,它的研究方法、分类术语和应用解释急需完善,特别是系统化问题,业已成为其应用与发展的瓶颈。因此,探寻新的研究方法,切实解决这些难题,越来越显得迫在眉睫。本论文利用植硅体分析的独特优势,将其应用于农业考古和环境考古研究,同时也针对植硅体分析方法的弊端进行改进,将植硅体研究推向新的高度。论文的第一章主要依据前人的研究成果,总结了植硅体的一些基本概念以及其具有的独有特性如耐高温性、原地沉积性等,追溯了植硅体的研究历史,在此基础上,分析了植硅体在考古学中的研究现状与问题,并且提出本论文的研究内容。论文的第二章主要依据国内外植硅体分析的最新研究成果,对植硅体分析方法进行系统化的梳理和归纳。从植硅体的野外采集到植硅体的实验室制备与鉴定,分别一一阐述。此章详细介绍了目前国内外研究方法的动态,并根据实际实验积累,分析了各种实验方法的优缺点,并提出将针对植硅体分析方法的弊端进行改进,以提高植硅体分析方法的精度。论文的第三章以何郢、堰台遗址样品为研究对象,对这两个遗址的农业活动做了具体探讨。安徽滁州何郢遗址的文化内涵丰富,代表着商代中心区以外的地方聚落,记录了多种祭祀活动情景,在江淮流域和长江中下游流域商周时期的社会、经济、文化等方面的研究中,具有十分重要的地位。何郢遗址发现有大量具有典型特征的水稻横排哑铃形、扇形、双峰形植硅体。这些形态的植硅体,特别是双峰形植硅体,存在于何郢遗址的许多文化层中,表明在商末周初之时,这一地区存在较为发达的稻作农业。同时,特殊硅化颖片表皮植硅体的发现,并结合现代样本的分析,表明该遗址还有小麦的种植。更为重要的是,该遗址中还发现了切割形态特征的植硅体,这在国内尚属首次。这一发现蕴藏着商周作物收割与加工方式的信息,可望探明商周农业生产工具的类型。而位于安徽省霍邱县的堰台遗址是一个典型的淮夷族团遗址。对农作物植硅体类型的分析表明,堰台遗址的先民以稻作农业为主,兼有麦类种植的多种生产方式并存的农业经济。其中,水稻种植的品种是以粳稻亚种占多数。此外,堰台样品中可见大量炭屑,表明当时人类燃烧植物十分频繁。对这两个遗址的植硅体分析,获取了这一时期安徽地区淮夷先民的农业活动,同时切割形态植硅体在国内的首次发现,将给古代作物的收割与加工方式的认识与研究带来新的启示,并藉此将深入研究有关商周时代政治、经济的信息,这将对于我们全方位、多层次的了解淮夷文化具有重要意义。论文的第四章通过黄龙洞、何郢、堰台遗址的植硅体分析,尝试探讨不同年代跨度的遗址所蕴含古环境信息,以期为揭示一系列相关问题提供重要的科学证据。湖北郧西黄龙洞遗址是一处珍贵的更新世晚期古人类遗址,其首次出土了中国境内距今100～50 ka的人类化石,弥补了我国人类化石在这一阶段的“缺环”。它的发掘有助于探讨中国晚更新世人类演化和现代人起源等相关重大问题。我们运用植硅体方法分析旧石期黄龙洞遗址的有关沉积,尝试探讨该洞穴所蕴含环境变迁与植物利用的信息,以期为揭示现代人起源等一系列问题提供重要的科学证据。植硅体分析得出,黄龙洞遗址总体上表现为温暖的气候环境。但从第四层到第三层,是从半干燥温暖气候转为降水充沛、植被良好的森林环境。文化层的森林环境特点显示适合古人类生活和繁衍,黄龙洞古人类与所处的生态环境有很好的耦合关系。而位于安徽省的何郢、堰台遗址是两个典型的淮夷族团遗址,本论文的第三章已经对这两处遗址的农业活动作了认真的探讨。本章将通过植硅体分析,结合历史文献所载,宏观探讨商周时期淮夷地区的环境状况,以期从这一侧面透现出古淮夷文化的特色。植硅体分析表明,何郢、堰台遗址保持着适宜的自然环境,气候温暖湿润,尽管西周早期气候略为凉爽,不过总体上较为稳定,没有大的波动。第三章的分析已表明,商周时期,淮夷的农业基础已相当厚实。不难理解,商周时期淮夷地区能有着较高农业生产水平,正是得益于其适宜的地理环境。论文的第五章则针对植硅体分析方法的缺点进行改进。与任何其他方法一样,采用植硅体分析亦有各种程度的不准确性。例如,其分类系统还没有统一,鉴别的主观性较强,特别是某些形态难以鉴定、各种形态统计和参数的测量,极为费事费力,常常令人望而却步。这些缺点至今仍是影响其广泛应用与发展的瓶颈,它迫使人们探寻新的方法,以切实解决这些难题。因此,本章将三维图像重建方法移入植硅体分析领域,针对扫描电镜和光学显微镜的各自特点,分别设计出可行的试验方法,利用EFI全景深照片,使各种形态便于鉴定与统计,同时利用显微镜照片重建植硅体的三维形态,使各类参数便于测量。这不仅能明显提高统计与测量速度,而且还将降低植硅体分析的随意性,使植硅体分析向规范化、系统化迈出坚实一步,从而有力地推动植硅体研究的纵深发展。

全文目录

中文摘要  5-8
Abstract  8-13
第一章绪论  13-20
  1.1 引言  13
  1.2 植硅体的概念  13-14
  1.3 植硅体的特点  14-15
  1.4 研究历史  15-16
  1.5 在考古学中的应用  16-17
  1.6 本论文的主要工作与意义  17-18
  参考文献  18-20
第二章植硅体分析方法  20-31
  2.1 引言  20
  2.2 野外采样方法  20-22
    2.2.1 考古遗址的采样方法  20-21
    2.2.2 地质取芯的采样方法  21
    2.2.3 现代植硅体的采样  21-22
  2.3 实验室分析方法  22-29
    2.3.1 植硅体各种制备方法  22-28
    2.3.2 植硅体的鉴定与统计(Microscope techniques)  28-29
  2.4 展望  29-31
第三章植硅体分析方法在农业考古中的应用  31-50
  3.1 引言  31-33
  3.2 安徽滁州何郢遗址的植硅体分析  33-41
    3.2.1 遗址的考古学背景  33-34
    3.2.2 样品采集  34
    3.2.3 植硅体统计方法与数据  34-35
    3.2.4 水稻植硅体的分析  35-37
    3.2.5 小麦植硅体的对比分析  37-39
    3.2.6 切割形态植硅体的分析  39-40
    3.2.7 小结  40-41
  3.3 安徽霍邱堰台西周遗址的植硅体分析  41-45
    3.3.1 遗址的考古学背景  41-42
    3.3.2 样品采集  42-43
    3.3.3 遗址的农业生产状况  43-44
    3.3.4 小结  44-45
  3.4 分析与讨论  45-46
  3.5 结论  46
  3.6 展望  46-47
  参考文献  47-50
第四章植硅体分析在环境考古中的应用  50-69
  4.1 引言  50-52
  4.2 湖北郧西黄龙洞遗址的植硅体分析  52-59
    4.2.1 遗址的考古学背景  52-54
    4.2.2 样品采集  54-55
    4.2.3 样品的处理与数据  55-56
    4.2.4 植硅体分析  56-59
    4.2.5 讨论与结论  59
  4.3 两处商周时代遗址的植硅体分析  59-63
    4.3.1 何郢遗址古环境的植硅体分析  60-61
    4.3.2 堰台遗址古环境的植硅体分析  61-62
    4.3.3 分析与小结  62-63
  4.4 未知特殊形态分析  63-64
  4.5 结论  64-65
  参考文献  65-69
第五章植硅体分析方法的改进  69-85
  5.1 引言  69-70
  5.2 扫描电子显微镜下的三维重建  70-74
    5.2.1 样品介绍  70
    5.2.2 样品的三维图像重建  70-72
    5.2.3 样品三维图像分析  72-73
    5.2.4 实测方法  73
    5.2.5 测量精度分析  73-74
    5.2.6 小结  74
  5.3 光学显微镜下的三维重建  74-79
    5.3.1 EFI光学显微系统的三维重建  75-77
    5.3.2 VHX显微系统的三维重建  77-79
    5.3.3 小结  79
  5.4 光学显微镜下EFI全景深形态的统计分析  79-82
    5.4.1 EFI全景深形态统计分析的原理  79-80
    5.4.2 全景深照片的形态统计分析  80-82
  5.5 分析和讨论  82-83
  5.6 结论  83-84
  参考文献  84-85
致谢  85-87
攻读学位期间发表的学术论文目录  87

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