研究對象與方法

結本次研究所得的成果，同時檢討缺失並提出未來展望。

第二節、研究對象與方法

本研究選取的研究材料為卑南遺址經發掘出土的陶質遺留，以及卑南遺址發 掘探坑與現象結構的土壤樣本。以陶質遺留來說，由於植物矽酸體分析是一種破 壞性的工作，因此主要選取數量上最多的陶容器，根據設定的各種抽樣策略進行 抽樣，或以直觀的方式尋找殘留植物壓痕的陶片，選取原則是以具有完整出土層 位、區位資訊的陶質標本為主，沒有特別限制陶器的類型和部位。土壤樣本是另 一項重要的研究材料，因為從陶片中擷取的植物矽酸體所富含的資訊不如土壤豐 富，畢竟陶土經過人為篩選的過程，已經不屬於原始的自然狀態，在植物矽酸體 的計量上可能不夠精確，因此從土壤樣本中觀察植物矽酸體可以獲得更佳的效果 與充份的資訊，且實驗流程也較為省時。

本研究主要藉由兩種科學分析方法尋找卑南遺址的史前植物遺留。一是運用 目前已有部分成果的植物矽酸體分析以瞭解史前的植物生態，二是近來日本考古 學在研究植物遺留方面所採用的陶器壓痕翻模法來分析植物種屬，以作為前者的 輔助。因為植物矽酸體分析仍有本質上的限制，並非所有植物皆能產生矽酸體或 是產生具有辨識意義的矽酸體，例如豆類植物或根莖類植物等。所以筆者希望藉 由這兩種分析方法盡可能地獲取卑南遺址的植物遺留資訊，再進一步分析是否呈 現特殊的時間與空間分布，同時也配合文獻資料推測史前人類對於特定植物的利 用情形，嘗試以植物遺留為切入的視角揭開史前人類過去生活情景的另一面向。

最後，筆者經由對稻屬矽酸體形態的觀察與量測，研判其栽培化程度及其所屬的 稻米亞種種類，瞭解當時可能的稻作情形。

以下將針對兩種分析方法的研究歷史、理論基礎、物理性質、現有國外研究 等項目加以說明。

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一、植物矽酸體分析

植物矽酸體的研究已有超過 150 年的歷史，然而被考古學家所重視及應用卻 是近 40 年以來的事，這段漫長的研究歷程可劃分成四個階段（Piperno 1994：1-7）。 1. 發現和探索階段（1835-1900 年）：1835 年德國植物學家 Struve 首先在現代

植物中觀察到矽酸體。接著由德國科學家 Ehrenberg 將之命名，並從環境中 分離出來，建立了最早的矽酸體分類系統，他繪製的矽酸體插圖至今仍堪稱 是最精緻的。

2. 植物學階段（1900-1936）：此時的研究中心在德國，植物矽酸體的產生、型 態學和分類學的研究正式開始。此一階段開展了最早對於現代植物中矽酸體 含量的定量研究，並提出了植物細胞中矽酸體的沉澱機制，但由於主要文獻 大多是使用德文書寫，因此在以英文為主的科學界中鮮少被注意到。

3. 生態學研究階段（1955-1975）：此時禾本科矽酸體的型態有了更詳細的研 究，並首次引起英語系科學家的重大興趣，植物矽酸體分析第一次被運用於 研究北美的植被歷史。在此階段中發現到 1. 同一植物中常出現多種矽酸體 形狀，2. 毫無相關的兩種植物常含有相同的矽酸體形狀，其中禾本科植物 的研究程度最為深入。

4. 現代考古學矽酸體研究階段（1971-）：考古植物學家開始研究植物矽酸體在 考古沉積物中的情形。在早期的考古植物學文獻中矽酸體分析並未受到重 視，原因是在近東的新石器遺址中碳化植物遺留非常豐富，減低了矽酸體分 析的應用價值，然而自從 Rovner 評價了矽酸體分析在考古學上的應用潛力 後，帶動了考古植物學家對矽酸體分析有更進一步的比較和定量化工作，才 奠定了植物矽酸體分析成為古植物學的分支學科。

植物矽酸體分析是一種針對高等植物細胞中所發育的矽質顆粒的研究，植物 矽酸體在英文中稱為 Phytolith, Plant opal, Opal phytolith, Grass opal, Biogenic

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opaline silica, Silica body 等，在日文中稱為植物珪酸體，中國大陸稱為植物蛋白 石、植硅石或植硅體，在臺灣有以植物矽酸體、植矽石為稱呼，但主要以植物矽 酸體為主。植物矽酸體形成的原理在於：某些植物透過根系從土壤中的地下水吸 收可溶性的二氧化矽（SiO2），經維管束傳送，在細胞內腔或細胞外部位置以二 氧化矽的形式出現，在植物體內形成難溶的矽酸型態，以這種形式存在的矽佔植 物體矽總量的 90%以上，其形狀會依照原來植物細胞的形狀和細胞之間的空隙而 形成（王永吉、呂厚遠 1993：1；Piperno 1994：8）。不同的植物或者同一種植 物的不同部位，其矽酸體的形態組合、型態特徵各不相同，因此植物矽酸體分析 就是利用植物矽酸體的高殘留性及型態上的種間特異性來推斷植物種類。

植物矽酸體廣泛存在於單子葉及雙子葉植物，它不會受到細菌分解，在各環 境下容易被保存下來，甚至經火燒後依然存在（徐子富等 2006:17-3）。植物矽 酸體具有個體小（大小在 2-2000μm 之間，一般為 20-200μm）、產量高（1g 稻葉 中約含有 20 萬個矽酸體）、抗燒（熔點在 950℃）、抗風化、抗酸鹼（在 PH 值 3-9 之間，矽酸體溶解度不受影響）、比重大（1.5-2.3）、分散程度低（可以確定 是當地的原生沉積）等特點，亦可用於碳 14 定年或環境化學元素測定（王永吉、

呂厚遠 1993；宇田津等 1998；湯卓煒 2004）。植物矽酸體分析的優點在於易於 保存，且材料的取得相對於孢粉容易，在考古遺址中的土壤、陶器、石器、灰坑、

火塘、人類或動物的牙齒、糞便中皆可能發現。一般來說，木本植物的矽酸體型 態研究較不理想，草本植物的矽酸體辨識度較高，而在栽培植物中，禾本科、菊 科、桑科、胡椒科、蕁麻科和薔薇科的植物可以產生豐富而具有重大分類意義的 矽酸體（姜欽華 1994a，1994b；陳報章、劉廣民 1995；陳報章 1997）。

因此，植物矽酸體分析的用途十分廣泛，在植物學、土壤學、地質學、農學 和考古學皆有應用，與考古研究直接相關的研究議題如推測史前遺址的環境性質 與變遷、陶器製作原料（陶土）的產地來源、栽培作物的起源和擴散情形以及農 業系統的發展、野生植物的可得性及其經濟與非經濟用途，以及技術、經濟和社 會組織間的關係等（周曉陸 1993；姜欽華 1994c；杉山真二 2000；張玉蘭、張

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敏斌、華棣 2002）。

自 1970 年代開始植物矽酸體分析的相關研究與日俱增，筆者將主要的研究 取向歸納成下列三種類別：

1. 分類學

為了更透徹地瞭解植物矽酸體的特性及形態，有部分的植物科學研究者花費 大量時間及心力投入在矽酸體本身的研究上，從而得知環境變化如何影響矽酸體 的生成、哪些植物及在哪些部位容易生成多少含量的矽酸體、以及特定植物或特 定地區的植物矽酸體之型態學及分類學等（Rapp & Mulholland 1992）。

2. 區域研究

對區域性的考古學研究進行植物遺留的相關討論，目前在美洲、歐洲、西亞、

南亞、日本等地區都累積了部分成果（Meunier & Colin 2001；宇田津 2005）。

中國近年來也大量運用植物矽酸體分析於未曾發現稻米的考古遺址上，如針對江 蘇省新石器時代的 7 個遺址中發掘出土的陶器進行分析，結果在句容丁沙地遺 址、鎮江丹徒鎮四腳墩遺址、連雲港朝陽遺址、海安青墩遺址和南京北陰陽營遺 址等 5 個遺址檢測到水稻矽酸體，其中除了海安青墩遺址外有 4 個遺址在發掘時 未發現稻作遺存，因此提出在發掘遺址時可以多加採用植物矽酸體分析，即使是 發掘過的遺址也能再次確認是否為稻作遺址（宇田津等 1999）。又如對於山西襄 汾陶寺遺址的矽酸體分析中證實與孢粉分析有相似的結果，即當時遺址處於溫暖 潮濕的環境中，而中梁一帶的蘆葦扇形矽酸體印證了遺址南高旱、北低溼的些微 環境差異，進而暗示了水稻田潛在的位置，這部分對於先前所作的孢粉分析結果 而言是一大突破（姚政權等 2006）。有鑒於植物矽酸體分析在考古遺址中發現植 物遺留的可行性，這個分析方法已經逐漸成為考古發掘時例行採用的一個分析項 目，在中國江蘇、浙江、安徽、內蒙古等許多地區遺址皆曾進行相關分析，這些 遺址中也都發現了稻米及其他植物的矽酸體（王才林等 2001、2002；姚政權等 2005；吳妍等 2005、2007；王丹等 2007；黃翡等 2009），中國各地的植物矽酸 體分析結果猶如一片片的拼圖，由研究者將這些資料拼合成一塊大的資料地圖。

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3. 農業研究

如前所述，在許多栽培作物中都可以產生大量的矽酸體，尤其是禾本科植物 不僅可以做到科別的鑑定，甚至可以細緻到屬的辨識，而大部份的研究者特別關 注於稻米的矽酸體。

稻米的矽酸體主要來自於其穎殼及葉片，一般所見的稻米扇形矽酸體是出自 於稻米葉片中的機動細胞（圖 2），每個個體約在 40-50μm 上下，與其他禾本科 矽酸體的最大差異在於其頭頂有龜殼狀的凹陷。判斷野生稻或栽培稻的方式亦在 於觀察其矽酸體頭頂的紋樣，野生稻的頭頂表面或呈光滑、或見雜亂的細微凹陷 與突起；栽培稻則呈排列較整齊的龜殼式凹陷（王永吉、呂厚遠 1993：73；陳 有貝 2006：131）。在確認稻種之後，還有判斷稻米亞種是屬於秈稻或稉稻的一 些鑑定方法，如套用稻米扇形矽酸體各部位的測量數值之計算公式（圖 3）（王 永吉、呂厚遠 1993：73-75；宇田津 2005），或是由稻米穎殼矽酸體的形態差異 來判斷（陳報章、王象坤 1995）。

圖 2、稻米葉片的橫切面（修改自杉山 2000：190）

圖 2、稻米葉片的橫切面（修改自杉山 2000：190）