PNAS丨全新世土壤溫度的大幅波動深刻影響了東亞粟作農業演化

2026年5月5日，中國科學院地球環境研究所聯合國內外多家科研機構，在國際學術期刊《美國國家科學院院刊》（PNAS）在線發表題為《全新世土壤溫度波動調控新石器時代東亞粟作農業演化》（Soil temperature fluctuations modulated millet agriculture evolution in Neolithic East Asia）的研究論文。該研究建立了黃土高原全新世高分辨率的土壤溫度變化記錄，提出全新世土壤溫度是東亞新石器時代粟作農業時空演化的重要調控因素，為理解中華文明起源演化的環境因素提供了新的觀測證據和模型視角。

此項研究由中國科學院地球環境研究所、蘭州大學環境考古與文物科學中心、中國科學院地質與地球物理研究所、韓國基礎科學研究院、大英博物館以及華盛頓大學等單位的研究人員共同完成。研究團隊在新石器時代粟作農業發展核心區、黃土高原中部慶陽地區選取龍骨溝黃土沉積（厚約4米）為研究對象，通過18個光釋光年代和14個全有機碳十四年代建立了高分辨率年代序列。在此基礎上開展生物標志物（GDGTs和正構烷烴）分析，建立了距今約12300-2800年的土壤溫度變化曲線。通過其與中國北方考古和古氣候資料的對比分析，并應用粟作分布模型模擬方法，揭示了全新世土壤溫度變化對新石器時代東亞粟作農業時空演化過程的影響。

研究結果顯示：距今約12300-7500年，土壤溫度相對較高，濕度較小，植被覆蓋相對較差；距今7500-6000年，土壤溫度持續降低，濕度增大，植被覆蓋良好；距今6000年以后，土壤溫度迅速回升并進入長達數千年的穩定期，濕度持續降低，植被覆蓋變差。通過與粟作農業發展模式的對比分析，研究獲得以下重要認識：距今8000-7500年，相對較高的土壤溫度有利于粟黍種植，在生存壓力較大的燕遼地區，古人類率先采用粟黍種植作為重要生計方式。同一時期，在黃土高原古人類的生計仍以狩獵為主。距今7500-6000年，較高的植被覆蓋度與土壤濕度導致土壤溫度顯著降低，對粟黍種植產生重要影響。粟作分布模型模擬顯示該時期燕遼大部分地區的粟黍種植環境惡化，粟作農業發展中心南移至黃土高原及周邊區域。距今6000-4000年，相對溫暖且穩定的土壤溫度以及較低的植被覆蓋度，可能促進了粟作農業的快速發展與擴張，從而為中國北方新石器晚期文化繁榮奠定了基礎。該研究還指出土壤溫度變化對東亞農業體系演化的重要影響主要出現在新石器時代，與主要種植作物粟黍對低溫敏感的特性有關，青銅時代以后耐低溫麥類作物的傳入則改變了這一模式。

本研究建立了東亞地區高分辨率年代支撐下的土壤溫度變化記錄，提出土壤溫度是新石器時代粟作農業發展的重要調控因子，初步闡釋了早期粟作農業時空演化的環境機制。研究成果為理解中華文明從“八千年起源”到“六千年加速”的大延誤現象背后的環境因素提供了新的觀測數據和模型視角，助力了“中華文明探源工程”的相關研究。

蘆永秀博士生與韓國基礎科學研究院的阮驕楊博士（現為中國科學院地質與地球物理研究所特聘研究員）為共同第一作者，康樹剛研究員與董廣輝研究員為共同通訊作者。本研究得到中國科學院戰略性先導科技專項（B類）、中國科學院青年創新促進會（Y2022102）、中國科學院青年交叉團隊（2024000021）、歐洲研究委員會資助項目（ERC-2019-ADG-883700-TRAM）、韓國基礎科學研究院項目（IBS-R028-Y3）、中國科學院地球環境研究所創新基金（E551031256）以及陜西自然科學基礎研究計劃（2024JC-JCQN-37）等的資助。

論文鏈接：

www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2529151123

圖1 新石器時代東亞土壤溫度變化影響粟作農業社會演化示意圖（董廣輝設計）

圖2 中國北方距今4千年以前具有粟作農業的考古遺址及brGDGTs溫度重建點位分布圖

圖3 東亞粟作核心區土壤溫度、水文氣候與人類活動對比圖

圖4 粟作生長適宜性對溫度變化的響應