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中国全新世作物记录并非单一农业边界推进:小米、水稻、小麦/大麦各走各的空间机会结构

核心概要

中国全新世农业并非单一农业边界的均匀外扩。研究把考古作物记录与古气候、地形、河网数据结合,构建按作物分别参数化的动态非局部扩散模型,估计6000–2000 BP新作物记录出现的相对概率。小米记录与同作物延续和非局部扩散关系最强,水稻记录最依赖湿润低地环境过滤,小麦/大麦记录则与河西走廊—中原一带的通道可达性和更高的前沿迁移性一致。

Source-provided article image: Asynchronous crop-record expansions reveal spatial opportunity structures in Holocene China
researchsquare.com · 第 2 页

深度剖析

中国全新世三种作物系统的考古记录呈现多中心、不同步、按作物分化的空间格局,而不是一条农业边界向外均匀推进。 此前对作物扩散的解释多停留在定性路线描述,或局限于单一作物、单一区域和特定文化序列,难以在全国尺度上比较不同作物是否走同一套扩散过程。 汇编的考古作物记录显示,小米记录早期广泛出现在北方与黄河流域,水稻记录集中于长江流域及邻近湿润低地,小麦/大麦最早证据总体偏晚并先集中于西北、甘青、关中与中原。

模型把新作物记录出现的相对概率拆成同作物局地延续、非局部扩散、动态环境适宜性和扩散—环境交互四部分,让三种机制在同一框架内比较。 非局部扩散项用距离衰减、地形代价、河流相关可达性和固定的作物分区可达性权重构成核函数,这些权重是弱的、非排他的空间修正项,不是预先设定的路线掩膜。 模型在0.5°经纬网格、300年时间窗上运行,主建模区间为6000–2000 BP,最终数据集含2100条唯一考古作物记录,其中小米1223条、水稻450条、小麦/大麦427条。

单步条件模拟下,全模型对新作物记录的空间富集能力在三种作物上一致,且优于空间零模型和采样强度对照。 随机期望、同作物核密度零模型和全部作物采样强度核密度零模型都被用作对照,用来排除预测仅来自随机、既往同作物聚集或一般考古采样强度。 小米、水稻、小麦/大麦的AUC分别约为0.94、0.93、0.93,AP约为0.17、0.20、0.15;只保留预测概率最高的5%候选网格时,三者召回率约为0.73、0.68、0.74。

反事实消融把三种作物的主导机制区分开:同作物延续对三者都是最强预测信号,但非局部扩散与环境适宜性的贡献各不相同。 移除同作物局地延续使小米、水稻、小麦/大麦的AP平均下降约0.151、0.186、0.147;移除非局部扩散使水稻和小麦/大麦AP分别下降约0.059和0.038,小米降幅更小;移除环境适宜性使水稻AP下降约0.064,对小米没有降低AP,对小麦/大麦影响很小。 环境门控诊断中水稻的门控比最高,小麦/大麦的前沿迁移性最高、其Q75前沿速度明显高于小米和水稻,与引入作物经非局部或跳跃式扩散的图景一致。

启示与展望

模型估计的是考古作物证据被观测到的相对概率,而非实际种植范围、产量、饮食贡献或人口迁移;定量解释限定在6000–2000 BP,更晚记录的减少反映源数据的时间覆盖而非耕作衰退。

环境项是复合适宜性指标,不代表单一气候变量的因果效应或作物生理阈值;非局部扩散与可达性项是预测性空间权重,不能区分迁徙、交换、技术采纳或文化传播;部分空间可达性参数支持度中等,被谨慎解释为预测权重而非精确历史路线。