高明燦 , 呂紅醫(yī) , 張冰雪 , 王珂昕

(鄭州大學(xué) 建筑學(xué)院，鄭州 450000)

0 引言

位于黃河中游的河?xùn)|地區(qū)是中國早期國家文明起源的重要區(qū)域，區(qū)域內(nèi)分布大量舊石器時代、新石器時代、夏商周時期的文化遺址。對河?xùn)|地區(qū)早期文化遺址的時空分布進(jìn)行系統(tǒng)的研究，對于揭示早期國家文明的發(fā)展、演進(jìn)具有重要的實(shí)證意義。

目前，國內(nèi)已有學(xué)者對文化遺址的時空分布展開了廣泛的研究[1-4]，主要分為兩個方面：一是研究對象，主要包括對舊石器時代至夏商周時期遺址生成環(huán)境的專題研究，如朱誠等對湖北舊石器時代至戰(zhàn)國時期人類遺址分布的研究，揭示了這一階段遺址分布與地勢、河流之間的關(guān)系[5]；王成玲等對魯東南地區(qū)新石器時代遺址時空分布特征的研究，揭示了從大汶口文化時期至龍山文化時期文化遺址分布與環(huán)境、氣候、經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的聯(lián)系[6]。此外，還有對人類史前聚落時空演變特征的專題研究，如李中軒等對河南省史前人類遺址時空分布的研究，通過空間分布、瀕河性、空間集聚度等指標(biāo)，探討了其時空分布的驅(qū)動因子[7]；王琳等探討了西遼河地區(qū)史前聚落的時空演變與生業(yè)模式和氣候歷史之間的相關(guān)性[8]。二是研究方法，呈現(xiàn)出了從定性向定量研究的轉(zhuǎn)變，尤其是近年來GIS空間分析方法的應(yīng)用。定性研究如霍修順對青海古代文化遺址時空分布特征的研究，通過對青海省古代的各個歷史階段文化遺址以及文物的研究，提出了青海古代文化遺址分布特點(diǎn)及原因[9]。定量研究如李開封等對舊石器時代至商周時期貴州遺址空間分布的研究，借助GIS空間分析方法，揭示了貴州地區(qū)舊石器時代至夏商周時期遺址的分布和自然地理之間的聯(lián)系以及這些文化遺址分布伴隨時間推移而發(fā)生的演變[10]；張達(dá)等借助GIS空間分析方法對湖南省早期聚落遺址時空分布特征的研究與考察[11]。

本研究聚焦于河?xùn)|地區(qū)舊石器時代至夏商周時期文化遺址的時空分布現(xiàn)狀，通過GIS空間分析法分析古代河?xùn)|地區(qū)早期文化遺址的分布及其演變規(guī)律，探究其生成的地理環(huán)境因素，以期厘清中國早期國家文明的發(fā)展、演變過程。

1 研究區(qū)域、數(shù)據(jù)來源和研究方法

1.1 研究區(qū)概況

河?xùn)|地區(qū)范圍為今山西沁水以西、霍山以南地區(qū)，相當(dāng)于今山西臨汾市、運(yùn)城市(圖1)。河?xùn)|地區(qū)屬于溫帶大陸性氣候，地形以山地丘陵為主，整體呈四周高、中間低，西有呂梁山脈，北有太岳山，南有王屋山和中條山，其間有臨汾盆地、運(yùn)城盆地兩大盆地，其中運(yùn)城盆地與臨汾盆地的平均海拔分別為320～400 m，450～600 m。另外，河?xùn)|地區(qū)區(qū)域內(nèi)有河流200余條，其中汾河流域面積最大[12]。

圖1 河?xùn)|地區(qū)[13]

史載上古時期的都城多在河?xùn)|地區(qū)，夏后禹曾受禪都于平陽(今山西安邑或臨汾)[14]，河?xùn)|地區(qū)已發(fā)現(xiàn)早期文化遺址2 000余處，包括新石器時代陶寺遺址等國家級遺址。

1.2 數(shù)據(jù)來源

文化遺址數(shù)據(jù)主要來源于運(yùn)城市、臨汾市文物保護(hù)單位，包括山西省文物局官方網(wǎng)站2017年5月公布的全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位名錄(第1～8批)、2017年3月公布的山西省文物保護(hù)單位名錄(第1～5批)，并且以《中國文物地圖集·山西分冊》中記錄的市級文物保護(hù)單位、縣級文物保護(hù)單位、未定級文物保護(hù)單位作為補(bǔ)充，并將其按照舊石器時代、新石器時代、夏商周時期進(jìn)行分類，得到3類早期文化遺址，其中舊石器時代文化遺址76處，新石器時代文化遺址1 053處，夏商周時期文化遺址941處。通過谷歌地圖抓取其經(jīng)緯度信息，確定其在空間上的位置，并在ArcGIS 10.0軟件中建立數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行可視化處理，得到不同時期的河?xùn)|地區(qū)文化遺址分布圖。高程數(shù)據(jù)采用谷歌地圖中河?xùn)|地區(qū)12.5 m精度DEM數(shù)據(jù)，將其與文化遺址分布圖進(jìn)行疊加分析，此外，還有基于DEM數(shù)據(jù)的坡度、坡向、地表水流數(shù)據(jù)。研究區(qū)域邊界主要以譚其驤先生的《中國歷史地圖集》中舊石器時代、新石器時代和夏商周時期的歷史地圖[13]作為參考依據(jù)。

1.3 研究方法

1.3.1標(biāo)準(zhǔn)差橢圓(SDE)。通過標(biāo)準(zhǔn)差橢圓來確定各時期文化遺址的分布方向，以橢圓的長軸代表文化遺址分布的主要方向，短軸代表文化遺址分布的次要方向，橢圓的傾斜角度代表文化遺址的分布趨勢，通過對比各時期文化遺址的分布趨勢及方向，可得出其時空分布方向的演變特征[15-16]。

1.3.2核密度估算法。運(yùn)用核密度估算法可以反映文化遺址在空間上的分布密度及聚集特征，通過文化遺址的核密度值來反映其集聚程度，核密度值越大，文化遺址點(diǎn)分布越密集[17-18]。

1.3.3最鄰近指數(shù)法。通過對文化遺址進(jìn)行最鄰近指數(shù)分析，確定研究區(qū)域內(nèi)文化遺址的空間分布類型，并得出各文化遺址點(diǎn)的鄰近值。如果最鄰近指數(shù)小于1，則遺址點(diǎn)空間分布類型屬于聚集分布型；如果最鄰近指數(shù)等于1，則遺址點(diǎn)空間分布類型為隨機(jī)分布型；如果最鄰近指數(shù)大于1，則遺址點(diǎn)屬于均勻分布型[19]。

1.3.4地貌差異分析。地形的坡度、坡向往往對文化遺址點(diǎn)的分布產(chǎn)生顯著的影響。通過ArcGIS 10.0軟件生成坡度、坡向分析模型，將文化遺址點(diǎn)與之建立空間連接，分析不同坡度、坡向?qū)ξ幕z址點(diǎn)分布的影響。

1.3.5雙變量相關(guān)性分析。借助SPSS軟件，分析各高程等級與文化遺址數(shù)量之間的相關(guān)性，用Pearson相關(guān)系數(shù)來表示二者的相關(guān)程度。若Pearson相關(guān)系數(shù)值大于0，表明高程等級和遺址數(shù)量呈正相關(guān)；若等于0，二者非線性相關(guān)；若小于0，二者呈負(fù)相關(guān)。其中雙尾值為顯著性檢驗(yàn)結(jié)果，小于0.05即認(rèn)為顯著，表明分析結(jié)果具有統(tǒng)計學(xué)意義，公式為：r12=s12/(s11s22) 。式中：r12表示變量1(高程等級)和變量2(文化遺址數(shù)量)之間的Pearson相關(guān)系數(shù)；s12是變量1和變量2的協(xié)方差；s11為變量1的方差；s22為變量2的方差[20]。參與分析的數(shù)據(jù)樣本需服從正態(tài)分布，因此，在進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析前需對數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，若檢驗(yàn)結(jié)果顯著性大于0.05，則數(shù)據(jù)樣本服從正態(tài)分布，反之，數(shù)據(jù)樣本不服從正態(tài)分布，無法用該方法進(jìn)行相關(guān)性分析。

1.3.6水文分析。運(yùn)用ArcGIS 10.0軟件水文分析功能提取河?xùn)|地區(qū)地表水流方向，分析文化遺址的分布與水系之間的關(guān)系[21]。

2 早期文化遺址的分布格局及特征

2.1 早期文化遺址聚集特征

運(yùn)用GIS最鄰近指數(shù)計算工具，探究河?xùn)|地區(qū)早期文化遺址的空間分布模式。結(jié)果顯示：早期文化遺址在舊石器時代、新石器時代、夏商周時期的分布模式皆為空間聚集，且舊石器時代文化遺址集聚程度較低[22]，自舊石器時代至夏商周時期，最鄰近指數(shù)R變化不大，但臨界值z值變化顯著，在新石器時代達(dá)到-20.133 158，說明文化遺址的集聚程度大大增加(表1)。究其原因，是由于舊石器時代人口數(shù)量少，原始社會結(jié)構(gòu)單一，人群間活動關(guān)聯(lián)度低；至新石器時代，生產(chǎn)力進(jìn)步，人口增多，導(dǎo)致這一時期文化遺址數(shù)量激增，文化遺址聚集度增大；夏商周時期在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展，呈現(xiàn)出相似的聚集特征。

表1 平均最鄰近的相鄰要素匯總

2.2 各時期文化遺址分布核密度

運(yùn)用核密度估算法進(jìn)一步識別河?xùn)|地區(qū)不同時期文化遺址的分布格局，得到核密度分布(圖2)。其中舊石器時代文化遺址呈組團(tuán)狀分布且數(shù)量僅占早期遺址總量的3.7%，新石器時代開始至夏商周時期，文化遺址總的數(shù)量占比分別為50.9%，45.5%，且開始呈帶狀分布。在其分布帶中出現(xiàn)多個高密度組團(tuán)，其中最為顯著的便是以陶寺遺址為中心的高密度組團(tuán)，究其原因是陶寺文化對其周邊地區(qū)強(qiáng)大的影響力，是其大范圍吸納、高度興盛的特點(diǎn)所致[23]。處于河?xùn)|地區(qū)的陶寺文化，早在距今4 300～4 000 年前就已進(jìn)入了邦國階段，成為中國文明核心在中原形成的起點(diǎn)[24]。

圖2 河?xùn)|地區(qū)文化遺址核密度分析

2.3 各時期文化遺址分布方向

運(yùn)用ArcGIS 10.0標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析各時期文化遺址的分布方向(圖3)。在舊石器時代，由于采集和狩獵經(jīng)濟(jì)的限制，早期人類難以結(jié)成大的集團(tuán)[25]，為適應(yīng)環(huán)境的變化和生存的需要，舊石器時代早期人類逐漸形成了依托山地洞穴的棲居方式[26]，該時期留存的文化遺址較多地分布在山地邊緣。新石器時代，文化遺址的分布方向整體呈西南—東北走向，該特征至夏商周時期更為顯著。因此，河?xùn)|地區(qū)早期文化遺址整體上在區(qū)域中部呈現(xiàn)西南—東北走向的帶狀分布(圖3)。河?xùn)|地區(qū)早期文化遺址的分布與地勢地貌息息相關(guān)，其中舊石器時代文化遺址主要分布在該區(qū)域西北部的呂梁山脈、中部太岳山區(qū)，南部的中條山、王屋山區(qū)，東南部的太行山脈，其分布與山地聯(lián)系尤為緊密；新石器時代文化遺址集中分布在地勢平坦的運(yùn)汾盆地內(nèi)；考古學(xué)研究證實(shí)，新石器時代晚期文化和夏商文化有明顯的繼承關(guān)系，因此，夏商周時期文化遺址在此基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展，呈現(xiàn)出了相似的分布格局[27]。

圖3 不同時期文化遺址分布方向

3 早期文化遺址分布的影響因素

3.1 地勢地貌的影響

河?xùn)|地區(qū)地形以盆地為主，黃土高原溝壑縱橫，地形破碎，崎嶇不平[28]，其復(fù)雜的地勢地貌對早期文化遺址的分布有著顯著的影響。史前時期的人類對環(huán)境有著強(qiáng)烈的依賴性，聚落選址的地帶意味著擁有滿足人類生存需要的資源與環(huán)境[29]。

3.1.1坡度因素。畢碩本等在相關(guān)研究中指出，坡度大小對地表物質(zhì)流動和能量轉(zhuǎn)換的規(guī)模與強(qiáng)度會造成一定的影響，并且坡度大的地方更容易發(fā)生山體滑坡、泥石流等自然災(zāi)害，因此，坡度小的地方更加適宜人類生存[30]。根據(jù)其坡度等級劃分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級：第 1級坡度為[0°，3°)，非常適宜人類居?。坏?級坡度為[3°，6°)，較為適宜人類居?。坏?級坡度為[6°，10°)，不太適宜人類居??；第4級坡度為10°及以上。以此坡度分級統(tǒng)計舊石器時代、新石器時代、夏商周時期文化遺址數(shù)量(表2)，繪制3個時期不同坡度文化遺址百分比變化散點(diǎn)圖(圖4)。由表2和圖4可知，舊石器時代處于1級、2級、3級、4級坡度上的文化遺址占該時期總數(shù)量的比例分別為26.3%，9.2%，13.2%，51.3%，新石器時代分別為49.1%，14.9%，13.1%，22.9%，夏商周時期分別為52.8%，14.5%，12.0%，20.7%?？梢钥闯觯阂皇歉鲿r期文化遺址的分布受坡度等級影響，且大多集中在第1級坡度[0°，3°)范圍內(nèi)，反映出古人定居選址多傾向于地勢平坦的低坡度區(qū)[31]；二是自舊石器時代至夏商周時期，處于第1級坡度[0°，3°)范圍內(nèi)的文化遺址占比提高了1倍。這一現(xiàn)象說明河?xùn)|地區(qū)早期聚落選址出現(xiàn)了逐漸向低坡度地區(qū)轉(zhuǎn)移的傾向，但這一時期較高坡度地帶仍分布有少部分文化遺址。

圖4 不同坡度文化遺址數(shù)量占比變化

表2 不同坡度文化遺址分布數(shù)量

3.1.2坡向因素。坡向是決定一個地帶獲取日照多少最重要的因素，而日照條件直接影響人們的居住、取暖、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等。因此，坡向也是影響聚落選址的一個重要因素。統(tǒng)計各坡向舊石器時代、新石器時代、夏商周時期文化遺址數(shù)量(表3)。由表3可知，研究區(qū)域內(nèi)早期文化遺址絕大多數(shù)分布在平坦地帶或者朝陽的坡向，以東南向、西南向和南向遺址分布最多；舊石器時代文化遺址分布在東南向和西南向的占比最大，為17.1%，新石器時代文化遺址分布在西南向的占比最大，為17.4%，夏商周時期分布在南向的占比最大，為15.7%；在一些不適宜人類居住的坡向中也有文化遺址分布，這與所處地區(qū)的河流水系以及土地資源的限制有關(guān)[32]。

表3 不同坡向文化遺址分布數(shù)量

3.1.3高程因素。為探究聚落選址與高程的關(guān)系，將河?xùn)|地區(qū)高程進(jìn)一步分為11級。第1級為203～300 m，第2級為301～400 m，第3級為401～500 m，第4級為501～600 m，第5級為601～700 m，第6級為701～800 m，第7級為801～900 m,第8級為901～1 000 m，第9級為1 001～1 100 m，第10級為1 101～1 200 m，第11級為1 200 m以上[33]，并以此高程分級統(tǒng)計舊石器時代、新石器時代、夏商周時期文化遺址的數(shù)量(表4)，并分析各時期不同高程文化遺址數(shù)量變化(圖5)。由表4和圖5可知，舊石器時代處于第1～11級高程上的文化遺址占該時期總數(shù)量的比例分別為0，9.2%，25.0%，15.8%，15.8%，11.8%，6.6%，5.3%，1.3%，2.6%，6.6%，新石器時代分別為0.5%，0，25.5%，17.4%，10.1%，10.3%，8.5%，7.7%，5.0%，3.5%，11.5%，夏商周時期分別為0.4%，14.2%，23.7%，15.9%，8.4%，9.8%，7.4%，5.7%，5.4%，4.0%，5.1%。3個時期文化遺址數(shù)量在不同等級高程中分布的共性表現(xiàn)是舊石器時代、新石器時代與夏商周時期文化遺址分布隨著高程等級的升高，有明顯的下降趨勢，且在第3級高程即401～500 m高程處出現(xiàn)拐點(diǎn)，此后占比逐漸下降，但在較高高程處仍有部分文化遺址分布，表明河?xùn)|地區(qū)最適合早期人類居住的高程范圍為401～500 m。差異性表現(xiàn)則是相較于舊石器時代、新石器時代文化遺址，在第2級高程即301～400 m的較低海拔地帶，夏商周時期文化遺址數(shù)量占該時期文化遺址總數(shù)量的比例為14.2%，占比增大。在第11級高程即1 200 m以上的地帶依然分布有119處新石器時代文化遺址，占比為11.5%，這與《尚書·堯典》中“日永星火，以正仲夏。厥民因，鳥獸希革”相契合，即在水災(zāi)多發(fā)的地帶，新石器時代的先民多生活在高處以避水災(zāi)[34]。

表4 不同高程文化遺址分布數(shù)量

圖5 不同高程文化遺址數(shù)量占比變化

除去遺址數(shù)量中的極端值后，對各時期遺址數(shù)量進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，樣本中各個時期文化遺址數(shù)量正態(tài)性檢驗(yàn)顯著性均大于0.05，可進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析。

借助SPSS軟件對各時期文化遺址數(shù)量和高程等級進(jìn)行雙變量相關(guān)性分析。3個時期的文化遺址數(shù)量與高程等級相關(guān)性顯著，分析結(jié)果具有統(tǒng)計學(xué)意義，舊石器時代、新石器時代、夏商周時期的Pearson相關(guān)系數(shù)分別為-0.959，-0.913，-0.883，說明二者呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，即高程越高的地區(qū)，文化遺址數(shù)量越少。此外，3個時期的Pearson相關(guān)系數(shù)絕對值分別為0.959，0.913，0.883，呈現(xiàn)出自舊石器時代至夏商周時期遞減的趨勢，說明文化遺址與高程等級的相關(guān)性發(fā)生了變化，呈現(xiàn)出逐漸減弱的趨勢，表明地勢對早期人類定居選址的束縛逐漸減弱。究其原因，是由于舊石器時代生產(chǎn)力低下，高海拔地區(qū)有天然巖洞，為該時期人類提供天然居所，而到了新石器時期和夏商周時期，隨著人類生產(chǎn)力水平提高，其居住方式逐漸脫離天然巖洞的束縛，經(jīng)過了從半地穴式到茅茨土階的發(fā)展，且農(nóng)業(yè)生產(chǎn)逐漸取代采集狩獵，海拔較低處人們可以較容易地利用與改造地形[35]，因此，文化遺址逐漸轉(zhuǎn)移至海拔較低的平坦地帶。

3.2 地表水流的影響

河?xùn)|地區(qū)河流分屬黃河、海河兩大水系，其中汾河是黃河的第二大支流。運(yùn)用GIS軟件的水文分析功能提取河?xùn)|地區(qū)地表水流并分析其密度。為進(jìn)一步探究各時期文化遺址分布與河網(wǎng)密度之間的聯(lián)系，將河?xùn)|地區(qū)河網(wǎng)密度值分為9級，第1級為0～0.14，第2級為0.15～0.27，第3級為0.28～0.41，第4級為0.42～0.54，第5級為0.55～0.68，第6級為0.69～0.82，第7級為0.83～0.95，第8級為0.96～1.09，第9級為1.10～1.22，并以此河網(wǎng)密度分級統(tǒng)計舊石器時代、新石器時代、夏商周時期文化遺址的數(shù)量(表5)和3個時期不同河網(wǎng)密度等級文化遺址數(shù)量變化(圖6)。

表5 不同河網(wǎng)密度文化遺址分布數(shù)量

圖6 不同河網(wǎng)密度文化遺址數(shù)量占比變化

由表5和圖6可知，舊石器時代處于第1～9級河網(wǎng)密度中的文化遺址占該時期總數(shù)量的比例分別為0，1.3%，24.7%，32.5%，19.5%，9.0%，13.0%，0，0；新石器時代文化遺址占比分別為0，0.9%，7.8%，13.3%，16.5%，41.4%，17.3%，2.3%，0.6%；夏商周時期文化遺址占比分別為0，0.5%，4.8%，11.2%，16.7%，40.0%，21.1%，3.6%，2.1%?？梢园l(fā)現(xiàn)：舊石器時代文化遺址多分布在河網(wǎng)密度值為0.28～0.68的地帶，其占比變化較大，說明舊石器時代早期人類定居選址受多種因素影響較大，除考慮水源外，還要兼顧地形地貌等因素的影響；新石器時代文化遺址多分布在河網(wǎng)密度值為0.42～0.95的地帶；夏商周時期文化遺址分布與新石器時代文化遺址分布趨勢相近，主要分布在河網(wǎng)核密度值為0.42～0.95的地帶，新石器時代與夏商周時期文化遺址多處于運(yùn)汾盆地內(nèi)，該地帶地勢較低，地形平坦，地貌組成簡單，適合地表水流匯聚，說明早期遺址的發(fā)展、演變與水源等自然地理?xiàng)l件有著不可分割的聯(lián)系。河網(wǎng)密布、水源充沛的地區(qū)是古人建立都城、定居、生產(chǎn)生活的最佳位置，各時期文化遺址所處地帶河網(wǎng)的密度值呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢，究其原因，是隨著社會生產(chǎn)力不斷進(jìn)步和社會結(jié)構(gòu)逐漸復(fù)雜，水源對早期人類的重要性不斷提升。

4 結(jié)論

(1)舊石器時代的文化遺址多出現(xiàn)在坡度較大、海拔較高的地帶，平坦地帶分布極少。通過坡向分析發(fā)現(xiàn)，西南向和東南向分布遺址數(shù)量最多，占比最大，其選址與河網(wǎng)密度尚未形成明顯的線性關(guān)系，這一時期的早期人類選址受多重因素的綜合影響。

(2)新石器時代的文化遺址依然分布在河網(wǎng)密集處，但文化遺址分布區(qū)域的海拔逐漸降低，呈現(xiàn)從山地向丘陵轉(zhuǎn)移的特征，且呈現(xiàn)明顯的聚集性。對比地表水流的分布密度，發(fā)現(xiàn)新石器時代文化遺址多分布在河網(wǎng)密集地帶，相比舊石器時代，遺址與水源的聯(lián)系更為密切，且其分布在南向、東南向、西南向所占比例最大。

(3)夏商周時期的文化遺址的分布對高海拔、高坡度地形的依賴大幅降低，該時期的文化遺址在新石器時代文化遺址的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展，多集中分布在運(yùn)汾盆地內(nèi)的平原地區(qū)，呈現(xiàn)以陶寺遺址(史稱堯都)為中心的集聚特征。

(4)河?xùn)|地區(qū)自舊石器時代至夏商周時期，文化遺址的分布整體上呈現(xiàn)從高海拔的山地向中部平坦、水源充足的運(yùn)汾盆地移動，從散點(diǎn)式、無明顯聚集向政治文化中心集聚的特征。