科技日报记者 王延斌 通讯员 谢成才
作为世界三大主粮之一，水稻何时被人类采集利用？从野生到驯化，过程是怎样的？如今，科技手段的深度介入让远古时代的水稻遗存“开口说话”，为上述问题提供了答案。
近日，临沂大学资源环境学院于禄鹏教授团队与中国科学院地质与地球物理研究所、浙江省文物考古研究所等13个单位的研究人员在国际学术期刊《科学》发文揭示了水稻从野生到驯化的10万年演化史。
作为本文的共同通讯作者，于禄鹏教授告诉记者，科研人员通过长江下游上山文化区上山和荷花山两个考古遗址中的水稻植硅体证据结合沉积物光释光和植硅体碳十四测年，重建了10万年以来水稻从野生到驯化的演化历史。
释光测年大显身手，揭露沉积物“真实年龄”
日前当记者来到临沂大学释光年代学实验室，科研人员正在对一块含有植硅体的沉积物进行光释光测年。
植硅体是指高等植物从地下水中吸取可溶性二氧化硅而后沉淀于植物细胞内或细胞外部位置，由此形成的非晶态水合二氧化硅颗粒。它也被称为植物的“结石”，可以用于碳-14测年。
相对于测定文物年龄的碳-14测年法，释光测年法有其优势。
光释光测年常用于测定沉积物经日光照射后被埋藏的年代，其测年范围介于几十年到几十万年之间。王昌盛实验员介绍，释光现象是指矿物晶体在埋藏过程中从环境中接受辐射，所储存的能量在被光或热激发后以光电子的形式释放出来的现象，发光量由埋藏时间和环境辐射强度决定。通过加热释放光的方式称为热释光；通过光照释放光的过程称为光释光。
对沉积物进行光释光测年，需要经过严格的流程。科研人员从考古现场使用钢管打入剖面，避光采回沉积物，在红光暗室（不会破坏样品中信号）里进行处理和测试；他们先用盐酸除掉碳酸盐，用双氧水除掉有机质，剩下各种矿物；同时，筛出测试需要的粒径，再用可把砂子浮起来的重液浮选出密度范围为2.62-2.70g/cm3的石英；最后，这个过程还要经历氢氟酸刻蚀表面，盐酸溶解氟化物和筛掉变小的颗粒，才能得到可以测试的纯净石英。
科研人员把石英放到测片上，用仪器测试；仪器用光激发出晶体中储存的天然释光信号，然后通过放射源对石英人为施加不同的辐射剂量并激发释光信号，以获得信号和辐射剂量之间的函数关系，以此计算出石英在埋藏过程储存的天然信号所代表的辐射剂量（古剂量）；最后通过沉积物中放射元素的含量、所处的地理位置（计算宇宙射线）、含水量等参数计算出每年可以吸收多少辐射剂量（年剂量率）。
“用古剂量除以年剂量率就能计算出埋藏时间，也就是沉积物的年代。”工程师安萍说。
地下石英透露关键信息，重要发现“重见天日”
在我国南方的考古遗址中，由于湿热的气候条件，含碳物质难以保存，致使难以找到适合碳-14测年的材料。于禄鹏表示，随着释光测年技术的发展以及释光测年的广泛应用，释光测年在考古研究中的使用逐渐增多，解决了大量遗址的年代学的问题。
与国内外其他考古年代学实验室相比，临沂大学释光年代学实验室的设备配置大同小异，记者走访时发现，这里有一台常规释光测年仪、一台单颗粒释光测年仪，两台便携式释光仪，其中一台为自主研发。
于禄鹏提到，首批水稻遗存样品于2021年初开始测试，但在测试过程中遇到了两大难题，即南方红土中常见的风化引起的钾长石含量极低，这意味着测年尺度可能受限；以及考古遗址中的地层扰动，即不同年代的土被混到了一起。“如果没有足够的经验，不通过各种尝试选择正确的方法，很可能得不到正确的结果，从而与重要的发现失之交臂。”于禄鹏说。
做好考古测年工作，既需要努力，也需要幸运。在他看来，幸运的是，虽然考古遗址的长石（测试较老样品常用的矿物）基本已经风化殆尽，但是石英却能意外地测到较老的范围（通常石英只能测到三五万年），保证了十万年框架的建立；并且这里的石英很“亮”（吸收同等辐射剂量的情况下，能发出更多的光信号），这样就可以对几个颗粒或者单个颗粒的石英进行年代测试。因此，研究人员用单颗粒（或者颗粒少的小测片）技术区分出混在一起的、不同年代的颗粒，这样就解决了地层扰动的问题，把关键层位的年代测准。
记者注意到，临沂大学释光年代学实验室目前已独立开展或与中国科学院地质与地球物理研究所，中国科学院青藏高原研究所，南京大学，湖南考古研究院等众多研究单位合作，并已在《科学》《第四纪科学评论》《地球科学前沿》等国际期刊发表成果。
作为一所区域性高校实验室，他们与大院大所合作的竞争力在哪里？“打铁必须自身硬。”于禄鹏表示，首先是我们的经验，数据的可靠性和广泛的认可度；然后是态度和行动，不负所托，积极落实，及时反馈，甚至共同前往野外考察，只为又好又快地为合作方解决年代学问题。
