2018, Vol. 30 
(2: Faculty of Science, Kafrelsheikh University, Kafrelsheikh, Egypt)
(2: Faculty of Science, Kafrelsheikh University, Kafrelsheikh, Egypt)
自然地理要素(气候和地貌)在人类文明发展中所扮演的角色一直是环境考古研究的重要问题[1-3]，是理解人类文明演进与环境背景联系的关键因素.距今约12000 a前，在全球气候转暖、海平面随之快速上升的背景下，古人逐渐走出洞穴，走向三角洲平原地区，开始农耕生活，从而进入新石器文明时代[4].距今约8500~6500 a前后海平面趋于稳定，三角洲开始发育形成，在这些资源丰富的三角洲地区，新石器文明随之开始快速发展起来[5-6].大量相关研究已证明，三角洲农业活动的出现与气候、地貌环境演变关系紧密，为新石器时期人类发展对环境适应性的相互联系提供了生动的例证[7-9].
发源于尼罗河三角洲的古埃及文明源远流长，根据尼罗河三角洲地区大量的古人类遗址点的研究发现，古埃及文明先后经历了“前王朝”(6500-5150 cal a BP)—“早王朝”(5150-4636 cal a BP)—“古王国”(4636-4131 cal a BP)—“第一中间期” (4131-3090 cal a BP)—“中王国”(3090-3736 cal a BP)—“第二中间期”(3736-351 cal a BP)—“新王朝”(3517-3035 cal a BP)—“第三中间期” (3035-2614 cal a BP)—“后王朝”(2614-2282 cal a BP)等时代，过去数十年一直受到学者的密切关注[10-11].由于尼罗河的定期泛滥，古人类一般选择在河漫滩平原的高地定居，这些高地被形象地称为晚更新世—早全新世冲积平原的“龟背层”(图 1)，它们主要由洪水过境后的残存物堆积形成，属于河道两侧天然堤沉积[12-13].
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图 1 研究区域概况及KH1剖面位置(根据Butzer等[14, 20]和Tronchère等[21]修改) Fig.1 Sketch map of the study area and the location of KH1 site (modified after Butzer et al [14, 20] and Tronchère et al [21]) |
目前在尼罗河三角洲很多地区发现了“龟背”这一独特的地貌现象，比如萨马拉地区迄今为止已经在“龟背层”之上发现了47个考古遗址[11]，表明在距今7000~5500 a左右的尼罗河三角洲气候和水文条件都比较适宜人类活动，对应着古埃及文明的前王朝时期.一些学者猜测当时尼罗河三角洲已经具备了人类定居并开展农业活动的条件[14-15].过去几十年在尼罗河三角洲的考古发掘证实了下埃及文化是由新石器文化过渡而来，但具体的转变过程与气候、环境变化之间的关系未得到更为详实的科学论证[14-16].尽管已有一些学者开展了孢粉古植被方面的研究，但还未涉及早期农业活动与环境变化之间的关系[17-19].
本研究利用尼罗河三角洲东北部“Kom El-Khilgan”文化遗址KH1沉积物剖面的25个样本进行了沉积物粒度分析、14C测年和孢粉学分析，旨在通过该剖面的沉积物孢粉记录反映KH1遗址点附近早—中全新世8000-4000 cal a BP期间的植被变化、人类活动历史及其与环境变化之间的联系.
1 研究区域Kom El-Khilgan(KH1)遗址(30°54.6′N, 31°56.7′E)位于尼罗河三角洲东北部(图 1)，属于典型的地中海气候，干燥少雨，通常年降水只有100~200 mm，而且主要集中在冬季.夏季7、8月间平均气温约为30℃，最高可达48℃左右，冬季气温通常在5~10℃之间[22].目前遗址点所在的尼罗河三角洲地区以农业植被和亚热带地中海稀树草原为主[22]，其植被类型与尼罗河上游和中游植被覆盖差异显著.尼罗河上游地区以热带亚热带干旱落叶阔林和疏林为主，伴有一些热带亚热带稀树草原和草本沼泽，中游流经非洲热带、亚热带荒漠地区，以禾草灌木荒漠为主[23].
在Kom El-Khilgan 10 km范围内，现已发现17个前王朝—古王国时期的遗址(约6500-4000 cal a BP)[11] (图 1).此外，法国考古团队在此发现了埃及迄今最古老的人类遗骸，可以追溯到超过6000 a前，因此Kom El-Khilgan被认为是尼罗河三角洲古埃及文明诞生最古老的遗址之一[11].
如今的Kom El-Khilgan是一个扁平的残丘，占地面积约8600 m2，从南到北缓坡坡降约1 cm/m，周围有小块耕地零星分布[24]，因其高于洪水泛滥水位，在前王朝时期被用来举行大型祭祀[11].
2 研究方法和样品来源2014年3月在Kom El-Khilgan遗址点获取一个1.5 m长的剖面，将其命名为KH1 (图 1).现场对剖面进行照相和岩性描述.顶部27 cm为人工填土，依据岩性变化将150~27 cm部分分为4段：第1段(Ⅰ：150~100 cm)为黄色中砂层，为全孔最粗；第2段(Ⅱ：100~70 cm)为灰黄至棕灰色中砂；第3段(Ⅲ：70~38 cm)为棕灰至黄灰色极细砂；第4段(Ⅳ：38~27 cm)为土棕色细砂.其中第3段多见陶器碎片，其余层位未见或偶见陶片(图 2).剖面采样时，由于剖面顶部27 cm为人工填土，未采样；剖面深度80~27 cm段，约每隔3 cm密集采样，获得20个样品；在深度100~80 cm之间每隔5 cm采样, 获得4个样品；在剖面底部150~100 cm处采1个样品，共计获取25个样品，用于沉积物粒度和孢粉分析.在剖面73、52和27 cm处挑选3个有机质泥样品进行14C年代学分析(图 2).
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图 2 KH1剖面沉积物综合信息 Fig.2 Sediment profile of KH1 |
对KH1剖面采集的全部25个样品进行了沉积物粒度分析，每个样品取0.5 g左右，先加入10 %过量盐酸去除碳酸盐，再加入10 %过氧化氢去除有机物，随后加入超纯水洗至中性.最后添加0.5 mol/L的六酸磷偏钠，置于超声震荡仪震荡10 min使样品充分分散后上机测试.所用仪器为Beckman激光粒度分析仪(LS13320)，测量范围为0.04~2000 μm，测试工作在华东师范大学河口海岸国家重点实验室完成.
2.2 孢粉和微碳屑分析对KH1剖面100~27 cm部分采集的24个样品称重，每个样品取10 g左右进行孢粉分析，样本前处理依据Faegri等[25]的标准处理.
孢粉样品预处理的主要步骤为：先加入盐酸(15 %)去除碳酸盐，加入氢氟酸(40 %)去除硅酸盐.将剩余样品通过10 μm的筛布筛选，收集大于10 μm的残留物放置于甘油中保存.每个样品的孢粉统计量至少达到300粒.
孢粉鉴定采用尼康E200型光学显微镜进行，放大倍数为400倍，少数样品需要在1000倍油镜下进行鉴定.孢粉鉴定参照萨达特城市大学的欧洲和北非孢粉图谱，并参考中欧和邻近地区的数据库以及热带非洲的花粉图谱[17, 26-27].已有研究认为，禾本科孢粉直径>35 μm，且萌发孔的孔膜比孢粉外壁厚，则被认为是谷物，可以用于指示人类活动的强弱[28].因此本文对>35 μm的禾本科(Poaceae)孢粉单独进行统计.
采用孢粉流程法进行碳屑提取后，在显微镜40倍镜下采用颗粒计数法统计微碳屑总数，并根据所加石松孢子数计算出微碳屑颗粒浓度：
| $ GC = G{\rm{ }}\cdot L/(l{\rm{ }}\cdot V) $ | (1) |
式中，GC为微炭屑的颗粒浓度(grains/g)；G为微炭屑总颗粒数(grains)，等于多个视域中的全部微炭屑的颗粒数总和；L为外加石松孢子的数目(27637颗/片)；l为统计的石松孢数；V为样品的重量(g).
本研究用孢粉百分比和孢粉浓度作为反映植被组合和下垫面变化以及人类活动的指标.其中孢粉浓度通过外加石松孢子的方法获得.在此基础上，利用CONISS软件[29]对孢粉百分含量数据进行有序聚类分析来帮助描述花粉组合之间的相关性.
2.3 年代分析KH1剖面27、52和73 cm处的有机质泥样品AMS14C测年材料为样品中的有机碳[30]，半衰期采用5568 a，在西安加速器质谱中心完成.原始14C年龄使用OxCal4.3软件，选择IntCal13校正程序转换为日历年[31](图 2和表 1).考虑到尼罗河上游物质对三角洲沉积物的贡献，三角洲沉积物中难免存在老碳混合现象，因此根据剖面沉积相、有机质测年数据和现有的考古定年资料，经综合分析认为KH1剖面在千年尺度上是连续沉积的.因此采用线性内插计算得到相邻测年点间的年代，由此建立剖面年龄—深度序列(图 2).
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表 1 KH1剖面沉积物加速器质谱(AMS14C)测年结果 Tab.1 AMS14C dating results of profile KH1 |
KH1剖面下部Ⅰ和Ⅱ(150~70 cm)主要由黄色和灰黄色中砂组成，平均粒径为350~250 μm，上部(Ⅲ和Ⅳ：70~27 cm)主要由棕色和灰色细砂组成，平均粒径为200~100 μm，且整体呈现细化趋势(图 2).根据KH1剖面年代结果(图 2和表 1)，剖面上部73 cm(100~27 cm)的年代为早—中全新(8000-4000 cal a BP)，跨越了大约4000 a，涵盖了埃及前王朝—古王国时期(6500-4131 cal a BP).剖面底部为黄色中砂层(150~100 cm)，且岩性特征与尼罗河三角洲大量分布的“龟背层”吻合[13]，推测为早全新世河流相沉积物.
3.2 KH1剖面孢粉组合带KH1剖面共鉴定出43个科属的孢粉类型，其中以草本花粉占绝对优势(平均含量在70 %以上)，木本花粉含量较少，最高不超过30 %.草本花粉以禾本科(Poaceae)占多数，木本花粉则以榕属(Ficus sp.)和柳属(Salix sp.)为主.依据花粉的来源、气候学和人类活动指示意义，将鉴定的孢粉分为以下6类：喜湿草本(莎草科(Cyperaceae)、睡莲科(Nymphaeceae)、香蒲科(Typhaceae)等)；尼罗河上游属种(水龙骨科(Polypodiaceae)、南洋杉科(Araucariacea)、罗汉松科(Podocarpaceae))[32-33]；喜干草本(亚麻科(Linaceae)、菊科(Asteraceae)、藜科/苋科(Chenopodiaceae/ Amaranthaceae)等)；耐干木本(柳属、榕属等)；三缝孢子(Trilete spores)和人类活动指示属种(禾本科)，其中包括大于35 μm的禾本科(图 3).通过CONISS软件对孢粉百分含量数据进行有序聚类分析，将孢粉谱划分为3个孢粉组合带(图 3).
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图 3 KH1剖面孢粉百分含量图谱 Fig.3 Pollen diagram of the profile KH1 |
孢粉组合带Ⅰ(100~77 cm，8000-6700 cal a BP)：喜湿草本(莎草科、睡莲科和香蒲科等)占该孢粉组合带的绝大多数，比例高达35 %.禾本科和水龙骨科其次，比例均接近15 %，未出现>35 μm禾本科；罗汉松科和南洋杉科二者比例相加接近15 %；喜干草本(亚麻科、菊科和藜科/苋科等)和耐干木本占比在5 % ~10 %之间，偶见三缝孢子.该层位微炭屑浓度在10000颗/g以下，处于较低水平.
孢粉组合带Ⅱ(77~52 cm，6700-5200 cal a BP)：喜湿草本(莎草科、睡莲科和香蒲科等)花粉大量减少，占比约17 %.喜干草本(亚麻科、菊科和藜科/苋科等)明显增加，比例高达40 %左右.禾本科总体接近25 %，其中>35 μm的禾本科从70 cm开始出现并持续增加，比例接近10 %.耐干木本和三缝孢子也呈现增加趋势，其中耐干木本由组合带I的6 %增长至12 %左右，三缝孢子由最初的1 %不到增长至5 %左右.南洋杉科、罗汉松科以及水龙骨科均大幅减少.该层位微炭屑浓度较之前大幅增加，平均浓度约为30000颗/g.
孢粉组合带Ⅲ(52~27 cm，5200-4200 cal a BP)：以莎草科、睡莲科和香蒲为代表的喜湿草本进一步减少，占比仅8 %左右.喜干草本(亚麻科、菊科和藜科/苋科等)仍维持在30 % ~35 %的较高比例.禾本科增加至40 %左右，其中>35 μm的禾本科增加至25 %左右.耐干木本和三缝孢子继续增加，所占比例约为15 %和8 %.与此相反，南洋杉科、罗汉松科以及水龙骨科仍持续减少，下降至9 %左右.该层位微炭屑浓度较之前出现较大幅度的增加，平均值增加至150000颗/g.
4 讨论与结论禾本科常常用来反映人类农业活动，其中>35 μm禾本科的出现往往与人类驯化有关，目前已经得到了较多应用[34-35]；喜干草本(亚麻科、菊科和藜科/苋科等)被用来指示干旱环境；以莎草科、睡莲科为代表的喜湿草本用来指示湿润环境；耐干木本(柳属和热带榕属等)和三缝孢子往往指示盆地气候干旱的特征[18, 32, 36]；罗汉松科、南洋杉科以及以水龙骨科多见于尼罗河上游地区，在尼罗河三角洲地区极少见，据此判定以上3类孢粉主要通过水流从上游搬运至三角洲地区[32-33]，因此用来反映上游气候环境.此外，可以利用喜湿草本和喜干草本花粉的多少反映局地干湿的变化；利用禾本科(尤其是>35 μm的禾本科)和微炭屑的变化来反映KH1遗址点过去的人类活动情况.
4.1 全新世早期：湿润期在早—中全新世8000-6700 cal a BP期间(图 2和表 1)，研究区地表以草本植物为主(超过70 %)，木本植物不甚发育(图 3).喜干草本(亚麻科、菊科和藜科/苋科等)(12.3 %)、耐干木本(柳属和热带榕属等)(5.2 %)和三缝孢子(1.2 %)仅占很小的比例，为全新世最低(图 3)，表明全新世早期气候温暖湿润，对应于“非洲湿润期(Africa Humid Period，10000-4500 cal a BP)”[37-38]的早期阶段.大量的尼罗河源(水龙骨科、南洋杉科和罗汉松科)的花粉(27.6 %)表明尼罗河上游降水充沛，这与该时期尼罗河三角洲的高沉积速率相一致[38]. KH1遗址受到尼罗河的影响显著，遗址附近出现较多的喜湿草本(如莎草科、睡莲科和香蒲科)(30.3 %)，反映了研究区处于湿润的沼泽环境中(图 3和表 2)，说明遗址区当时受洪水泛滥影响较大，还不适宜早期人类的居住.同时研究区禾本科含量与微炭屑浓度均处于全新世最低水平，且未出现>35 μm的禾本科(图 3)，暗示了该时期尚未出现人类活动的迹象.
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表 2 埃及历史年表及研究区与之对应的植被状况 Tab.2 Historical chronology of Egypt and the vegetation cover of the research area |
到了中全新世6700-5200 cal a BP时期(图 2和表 1)，花粉组合中喜干草本(26.7 %)、耐干乔木(12.4 %)和三缝孢子(5.9 %)迅速增加，反映了该时期气候开始趋干[39] (图 3).尼罗河源的花粉(14.7 %)和喜湿草本(15.3 %)大幅减少(图 3)，反映了尼罗河上游来水减少，KH1遗址的沼泽湿地逐渐变干，导致越来越多的土地出露水面，表明当时的气候由全新世早期的暖湿逐渐向温和气候过渡，研究区由早—中全新世的沼泽湿地环境转变为相对湿润的开放式草甸草原环境(表 2).同时禾本科增加到21.6 %，>35 μm的禾本科在距今约6500 a首次出现，并持续增加，陶器碎片几乎与>35 μm的禾本科同步出现，微炭屑浓度也相应地显著增加(图 3).上述证据证明了先民在距今6500 a左右开始移居三角洲平原，开始了烧荒和土地开垦活动，拉开了农耕生活的序幕[40, 41]，为前王朝文明(6500-5150 cal a BP)的诞生发展奠定了基础.
4.3 早王朝—古王国时期：气候趋干期与早期农业活动的关系到5200-4200 cal a BP期间(图 2和表 1)，喜干草本(26.3 %)、耐干木本(17.7 %)和三缝孢子(8.06 %)所占比例较高(图 3)，反映了研究区的气候进一步趋干.有研究表明在非洲湿润期结束后，气候逐渐趋干，尼罗河来水减少，季风降水减弱[42-45]，这与本研究的结论基本吻合.喜湿草本(7.8 %)和尼罗河源花粉(8.1 %)进一步减少，处于最低水平(图 3)，反映KH1遗址区受尼罗河的影响逐渐减弱.沼泽湿地进一步减少，相对湿润的开放式草甸向干草甸转变[46].
随着沼泽湿地进一步减少，越来越多的土地在5200-4200 cal a BP期间出露，这为古埃及文明的发展提供了更优越的环境.禾本科(由21.6 %增至36.4 %)和炭屑的大幅增加(图 3)，反映了该时期人类活动在KH1遗址区域持续开展，并且强度加大.
总之，尼罗河三角洲自古以来就是一个气候、地貌景观和人类三者相互作用的很好的例子.在全新世早期气候湿润的背景下，研究区受洪水泛滥影响，尚不能满足人类居定居所需，该时期并未出现人类活动的信号.而当进入前王朝时期(6500-5150 cal a BP)，气候相对温和，沼泽环境向草甸草原环境过渡，大量可利用的土地出现，农业活动开始出现并逐渐发展.随着气候趋干，沼泽湿地进一步减少，逐渐向干草甸转变，越来越多的土地在早王朝和古王国期间(5150-4131 cal a BP)出露，这为古埃及文明的发展提供了更优越的环境.
由此看来，尼罗河流量的下降以及季节性洪水消退可能是驱动人类活动扩张到三角洲平原，从而改变当地生态结构和资源可用性的重要诱因，而当尼罗河三角洲人类活动开始出现后，气候趋干背景下的三角洲地貌景观变化可能是控制人类活动规模和强度的首要因素.
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