集聚、遷徙與動態均衡:嵩山周邊史前聚落的空間格局

李中軒，袁勝元，焦士興，孫艷麗

(1.許昌學院 城市與環境學院,河南 許昌 461000; 2.安陽師范學院 資源環境學院,河南 安陽 455000)

0 引言

史前聚落的時空格局是了解過去人地關系演變的關鍵信息[1]。新石器早期的人類對聚落區位的選擇注重漁獵、采集等資源豐度和防御等要素,新石器中晚期農業社會聚落區位的選擇關注農耕作業的便利性。在聚落的時空演變過程中,地理環境的劇變往往促成聚落的遷移,這種被動式的生境適應與較低的生產力水平相關。因此,有研究用資源總量、個體數和競爭系數等指標解釋群落的空間過程[2]。C.M.Giovas等用理想化自由分布模型(IFD)探討了加勒比地區的史前聚落遷徙,發現早期聚落的區位遵循適宜性優先原則[3]。E.E.Jones基于GIS的視域分析法討論了自然和政治景觀變遷對Onodaga Iroquois聚落區位選擇的影響,發現可耕地和可防御是聚落區位選擇的主要因素[4]。事實上,史前聚落區位選擇往往遵循“最佳區位配置最多的人口”原則,如B.F.Codding等引入植被凈初級生產力(NPP)、人口密度等參數證實了上述原則[5]。

聚落的集聚與擴散是生業模式改變的標志,也是自然環境和社會變遷的結果。已有研究認為,成都平原從三星堆時期到十二橋時期聚落格局的變遷與生業結構、洪水災害和外來文化干擾相關[6];西漢水上游地區的仰韶時期和龍山時期的聚落區位傾向于瀕水布局[7];鄭(州)洛(陽)地區史前聚落的變遷與古環境關系密切,在穩定的外部環境下,聚落的疊置現象十分突出[8]。這表明史前聚落發生遷移的概率遠低于空間集聚,但目前尚缺乏相關的研究。

嵩山周邊的新石器晚期文化包括河南龍山文化(約4.6～4.0 ka B.P.)、新砦文化(約4.0～3.8 ka B.P.)和二里頭文化(約3.8～3.5 ka B.P.)3個時期[9-10]。已有研究對本地區的新石器聚落的時空分布進行了探討[8,11-15],但對聚落的空間集聚、時空遷移和動態均衡的模式研究尚不多見。本研究先討論嵩山地區3個時期聚落群的空間分布和位序-規模特征,然后基于聚落的空間數據分別探討洛陽盆地和嵩山南麓聚落的集聚和遷移機制,以便歸納史前聚落集聚、遷移與區域均衡的空間模式。

1 研究區域、數據來源與研究方法

1.1 研究區域

嵩山周邊地區是指河南西部嵩山南北兩側的洛陽盆地和潁河、雙洎河上游地區,行政區上涵蓋洛陽市區、孟津、伊川、偃師、鞏義、登封、新密、禹州、長葛和新鄭等地,總面積約8 392 km2(圖1)。區域地貌單元以嵩山為界,西北是洛陽盆地,東南是登封盆地、新密黃土丘陵和豫中平原。洛陽盆地的核心區是伊洛河沖積平原,地勢平曠,盆地外圍是黃土丘陵。嵩山南麓主要包括潁河上游和雙洎河上游谷地。潁河上游為登封盆地,被嵩山、箕山和具茨山所包圍,盆地內是潁河及其支流沖積的東西走向的河谷平原。雙洎河發源于嵩山東段,上游區地貌主要是黃土丘陵和黃土臺地,地形較為破碎。

以聚落所在水系作為區域單元,研究范圍包括以王城崗和瓦店聚落群為代表的嵩山東南麓的潁河上游地區、以新砦聚落群為代表的雙洎河上游地區以及以二里頭聚落群為代表的嵩山西北洛陽盆地的伊河、洛河中下游地區(圖1)。

圖1 研究區域與嵩山周邊史前聚落群分布

1.2 數據來源

DEM和地圖數據分別來源于SRTM V4.1數據庫(https://earthexplorer.usgs.gov)和國家基礎地理信息中心(https://www.webmap.cn/store.do?method=store&storeId=2);遺址數量和地理坐標主要來源于《中國文物地圖集·河南分冊》[16]和《河南省文物志》[17];出土的炭化種子浮選數據來源于中國社會科學院趙志軍團隊的研究成果[18-21]。

1.3 研究方法

1.3.1 野外勘查與樣品采集

實地勘查了登封王城崗、禹州瓦店、新密新砦、洛陽王灣和偃師二里頭遺址的地形地貌,并在遺址外圍無人工擾動的地層露頭采集了對應文化地層的土壤樣品作為古環境指標研究的依據。

1.3.2 GIS空間分析

利用SRTM數據和研究區域的遺址坐標,用ArcGIS 10.2軟件進行遺址分布的地學分析。核密度分析(kernel density estimation, KDE)[22]是地理點/線要素基于空間插值函數生成地理要素三維密度曲面,用于估計不同聚落群的聚落密度分布特征;標準差橢圓分析(standard deviational ellipse, SDE)[23]是基于點狀要素在橢圓x軸和y軸方向上的距離標準差估計點狀要素集聚或離散的特征,用以測算聚落群的集聚度和空間延伸方向;Voronoi資源域分析[24]是利用泰森(Thiessen)多邊形分割,相鄰兩點的分界為它們的垂直平分線,可以分析離散的點狀要素的空間地域特征。

1.3.3 古環境指標測試

本研究測試了二里頭遺址區對應文化地層的土壤樣品的環境參數磁化率和重金屬元素含量。磁化率是樣品中磁性礦物的磁場強度,用于分析文化地層的風化環境特征,測試儀器是Bartington MS2磁化率儀。重金屬元素含量主要利用銣-鍶比值(Rb/Sr)反映地層沉積時期地表元素的遷移特征,間接描述目標地層的古風化環境,測試儀器是Thermo Scientific Niton 便攜式X射線熒光重金屬測試儀。

2 嵩山南北史前聚落的分布特征

4.0 ka B.P.前后的嵩山地區是夏文化發源的核心區,如嵩山南麓潁河上游的瓦店(面積40 hm2)和王城崗(面積30 hm2)是龍山晚期(約4.2～4.0 ka B.P.)的大型聚落,雙洎河上游的新砦(面積超過70 hm2)是新砦時期(約4.0～3.8 ka B.P.)的大型聚落。而位于洛陽盆地中的二里頭遺址(面積300 hm2)則是二里頭時期(約3.8～3.5 ka B.P.)的大型核心聚落。它們在時間序列上存在前后銜接關系[9,25]。以聚落群為單位闡述潁河上游聚落群(龍山文化晚期)、新砦聚落群(新砦文化期)和二里頭聚落群(二里頭文化期)聚落的地理特征。

2.1 聚落群分布的地貌特征

潁河上游聚落群主要分布在潁河左岸的二級黃土階地上,地貌類型主要是黃土丘陵;禹州平原河段的龍山晚期聚落多位于潁河右岸的二級階地上,地勢低平,適宜農業耕作。新砦聚落群集中分布于雙洎河北岸的黃土臺地上,地勢較高,多沖溝。二里頭聚落群則集中于洛陽盆地的伊河、洛河之間,大多位于伊河、洛河及其支流的二級階地面上,地勢低平,土壤類型以褐土、壚土和潮土為主,利于發展多樣性農業。從3個聚落群在不同地貌單元的比例(表1)可以看出,從龍山晚期到夏代(包括新砦期和二里頭期)聚落逐漸向100～200 m的低平原區集聚,聚落區位一般選擇坡度小于3°的平緩地貌(多為0°～1.5°)。其中龍山晚期的潁河上游聚落群占47.4%,二里頭聚落群占70.5%;而新砦聚落大多位于雙洎河上游的黃土丘陵臺地,平坡區聚落僅占28.9%。從坡向的特征看,潁河上游區聚落偏向于南西坡向,新砦聚落群和二里頭聚落群則集中分布于北西坡向。

表1 三大聚落群在不同地貌單元上的聚落比例 %

2.2 聚落群的空間集聚度

聚落群遺址點的空間集聚情況可以用KDE進行估計。根據聚落的分布情況,確定3個聚落群遺址點KDE的搜索半徑和輸出像元。潁河上游聚落群遺址點KDE的搜索半徑和輸出像元分別為3 km,10 km×10 km,新砦聚落群遺址點KDE的搜索半徑和輸出像元分別為5 km,20 km×20 km,二里頭聚落群遺址點KDE的搜索半徑和輸出像元分別為2.5 km,10 km×10 km。為考察聚落點分布的空間拓展趨勢,用標準差橢圓法對各區聚落群進行分析,其中橢圓中心是聚落坐標的算術平均值[26]。

聚落的高密度區均以大型聚落為中心。其中,潁河上游呈現王城崗和瓦店雙核結構,它們是潁河上游聚落群的核心區(5.23～5.88個/100 km2);新砦聚落是雙洎河上游地區的核心(3.25～3.70個/100 km2);二里頭聚落則代表伊洛河地區的核心(11.03～12.41個/100 km2)。根據標準差橢圓(SDE)估算結果(表2),二里頭聚落群的集聚度最高,為0.66;潁河上游聚落群集聚度次之,為0.21;新砦聚落群的集聚度最低,僅為0.04,表現出顯著的空間分散特征。

根據SDE的長軸旋轉角度可以估計點狀要素的空間拓展方向。潁河上游落群的SDE旋轉角為123.2°,即該聚落群的擴散方向為潁河下游地區;新砦聚落群的SDE旋轉角為72.6°,指向賈魯河中游地區;二里頭聚落群的SDE旋轉角為87.3°,指向伊洛河下游。

表2 3個聚落群的標準差橢圓分析基本參數

2.3 聚落群的資源域

Voronoi多邊形分割法用于聚落資源域的面積估算[27]。3個聚落群的Voronoi多邊形(資源域)參數(表3)顯示,潁河上游聚落資源域極值面積比與新砦聚落相當;二里頭聚落資源域的極值面積比則較大(35.81)。從變差系數(CV)看,從龍山晚期(0.59)到二里頭時期的聚落域面積離散程度逐漸增大(0.92),反映了聚落核心區和外圍區在生產力水平上差異逐漸擴大,這種差異在二里頭時期尤其突出。此外,資源域多邊形的節點從龍山晚期到二里頭時期從5.12增加到5.73,大體接近六邊形模式,暗示二里頭時期的聚落資源域格局已接近成熟型農業聚落。

2.4 聚落群的位序-規模

共整理出潁河上游龍山文化晚期聚落34處,雙洎河上游新砦文化聚落49處,伊洛河中游二里頭文化聚落89處?，F用位序-規模法則(Rank-Size Law)考察3個聚落群的位序-規模特征[28],其雙對數回歸結果如圖2所示。其中,縱坐標為聚落的面積規模(S)對數、橫坐標為同一聚落群內各單個聚落面積的排序(R)對數。圖2b顯示,新砦聚落群的回歸斜率是1.09,接近齊夫(Zipf)法則均衡狀態;潁河上游聚落群(圖2a)、二里頭聚落群(圖2c)的斜率分別為1.19和1.47,表明大型聚落地位突出而且有聚落大型化趨勢。二里頭聚落群的截距為7.00,顯著大于龍山晚期(4.73)和新砦期(4.48),表明二里頭時期的首位聚落規模異常突出。

表3 3個聚落群的Voronoi多邊形參數

圖2 3個聚落群的位序-規模分布

3 聚落的集聚與遷移機制

綜合以上聚落分析,從龍山晚期至二里頭時期,嵩山周邊聚落的區位傾向于河流兩岸的低平原,以迎合種植業發展之需。隨著農業經濟的發展,伊洛河和潁河上游聚落的數量和規模在龍山文化時期都達到較高水平,并出現了王城崗、瓦店等面積大于30 hm2的大型城邑,空間集聚特征顯著。類似于龍山時期,二里頭文化時期同樣表現出聚落的高度集聚性,其資源域極值面積比達到35.81。而新砦聚落群的平均聚落面積較小(<10 hm2)且集聚度較低,可視為從龍山文化向二里頭文化的過渡階段?？梢?聚落在空間上的集聚是社會經濟發展的必然趨勢。

3.1 地貌類型與聚落區位

龍山晚期以后,嵩山地區的原始農業進入快速發展階段,大型聚落多選擇地勢平坦的河流階地和沖(洪)積平原。表1顯示,龍山晚期的潁河上游有53.0%的聚落、新砦時期有55.4%的聚落、二里頭時期有61.7%的聚落選址于高程200 m以下的低地平原。其中新砦期為洪水多發時期[29],導致了潁河中下游地區聚落數量的萎縮。此外,地貌的坡度、坡向、土類和地下水深度都會影響聚落的分布。表1顯示,龍山晚期81.6%的聚落分布在坡度3°以下的平坡區,這一區位在二里頭時期的聚落占比高達91.1%。因為坡向影響作物的生長狀況,所以潁河上游52.8%聚落分布于90°～270°的南東、南西坡向;二里頭時期則有64.3%的聚落選擇南西、北西坡向,以滿足該時期粟、黍等作物的生長需要。

3.2 氣候變遷對聚落區位的限制

盡管龍山文化期的東亞夏季風顯著減弱,但新砦時期年均氣溫亦高于現代0.2 ℃左右[30],根據神農架三寶洞石筍的氧同位素記錄[31],新砦-二里頭時期的降水量高于現代20%～30%,處于農業發展的適宜期。沉積物的頻率磁化率是指示古環境水熱條件的常用指標[32],Rb/Sr比值可以間接指示夏季風和冬季風的強度[33]。二里頭遺址剖面的古環境指標顯示(圖3),二里頭時期的低頻磁化率(圖3a,均值109×10-8m3/kg)、頻率磁化率(圖3b,均值7.3%)和Rb/Sr(圖3c,均值0.35)均出現峰值,反映外部環境的水熱條件良好。與新砦文化期相比,二里頭文化早中期的氣候相對暖濕,晚期趨于涼干。從龍山晚期到新砦時期的低頻磁化率(圖3a)和Rb/Sr值(圖3c)處于峰值區,結合前述的石筍氧同位素記錄可以推知該時期嵩山地區的降水量偏多。

雙洎河、潁河上中游以及洛陽盆地的伊河、洛河地區在新砦文化時期均有持續性洪澇災害[29,34],尤其是地勢較為低洼的潁河中下游地區,持續性洪水導致本區的聚落數量僅為龍山晚期的14%[35]。根據聚落群的標準差橢圓分析(表2),潁河上游王城崗聚落群的SDE長軸指向雙洎河上游地區,可能指示了該區聚落在洪水期遷移的主要方向。

3.3 生業經濟對聚落格局的影響

嵩山地區的史前聚落,主要分布在潮褐土地區(71.9%),其次是潮土地區(12.6%)、丘陵棕壤區(8.8%)和黃壚土區(2.7%)[36]。種植業結構基本以粟(Setariaitalica)、黍(Panicummiliaceum)為主,其次是稻谷(Oryzasativa)和大豆(Glycinemax)[37]。新砦時期水稻種子的出土概率達到51.4%,大豆的出土概率為37.7%;二里頭時期稻谷出土概率為70%,大豆為27%[18],表明二里頭時期的稻谷生產已接近粟、黍的比重。此外,小麥的引入和推廣(新砦時期占0.9%,二里頭時期占8.5%,二里崗時期占33.0%)大幅提高了聚落的人口承載力。同時,牛羊養殖業的發展促進了二里頭時期生業經濟的復雜化[38],而生業結構的復雜化和社會化對聚落集聚有較高要求。

3.4 史前聚落集聚的空間格局

災害氣候事件如持續性洪澇、干旱會產生區域性環境梯度。龍山時期潁河中游的湖沼區由于氣候變干而適宜農耕[39],其耕作條件與登封盆地形成環境梯度差,于是登封盆地的聚落沿潁河向中下游遷徙,在禹州的瓦店、谷水河、吳灣等地集聚,逐漸發展成為嵩山南麓的聚落集聚區[40]。4 ka B.P.的降溫事件導致了多年性洪澇災害[34],造成大型城邑消亡、中小聚落向登封盆地和雙洎河上游地區遷移。另外,社會文化資源的區域差異也可導致環境梯度。農業經濟因規?；a導致了聚落的空間集聚,如龍山晚期的瓦店、郝家臺就因農業和手工業繁榮形成大型城邑;伊河、洛河之間二里頭不僅是夏代的政治中心,而且極具商業和文化優勢[41]。

集聚是聚落空間均衡的一般表現,遷移只是實現重新集聚的一種過渡。本研究將嵩山周邊史前聚落的空間集聚模式歸納為4類(圖4):(1)新石器早期社會的采集捕獵聚落集中于山區(圖4a);(2)到了農耕時期濱水而居成為聚落分布的主要特征(圖4b),如禹州瓦店、登封王城崗;(3)災害性環境事件會脅迫聚落發生空間遷移,但改變不了集聚這一趨勢(圖4c),如新密新砦、古城寨;(4)到了銅石時期,手工業和商業提高了史前社會應對環境災害的韌性,交通便利的河口區成為商業集聚的首選(圖4d),如偃師二里頭聚落。

圖4 史前聚落區位集聚的4種模式

4 結論

史前聚落的時空遷移與均衡取決于氣候、地貌和社會文化3個要素耦合過程中形成的環境梯度。這種自然-社會綜合要素梯度的時空耦合機制驅動了聚落空間格局的周期性遷移和動態均衡。

從龍山晚期至二里頭時期,嵩山周邊聚落的平均資源域逐漸縮小,大型聚落的首位特征顯著。這表明,盡管不時有災害性環境事件的脅迫,但隨著生產力水平的提高,聚落分布在空間上仍呈集聚趨勢,這是社會化大生產在空間上的必然反映。潁河上游聚落群和二里頭聚落群即屬于空間集聚型聚落,而新砦聚落群則表現為空間擴散特征。根據關于聚落空間集聚均衡的觀點,可知新砦聚落群屬于過渡性遷移類型,而潁河上游聚落群和二里頭聚落群則屬于典型的空間均衡型聚落。