农业的形成和发展是古代文明兴起的最重要的前提条件之一，世界上的文明古国无一不是建立在农业高度发展的基础之上，中国亦不例外。中国是粟作农业和稻作农业的重要起源地，两个农业体系相互交流与融合，共同推进了中国古代文明的诞生和演进。黄河流域的华夏文明是中国古代文明的核心，而其兴起和发展的摇篮则在中原地区，这与中原地区农业的起源和发展密不可分。因此，揭示中原地区古代农业的基本面貌和发展过程，对深入认识中华文明和社会发展的来龙去脉具有重要意义。目前，基于炭化植物遗存分析，中原地区古代农业发展的宏观图景已初步形成，但是早期阶段，即裴李岗-仰韶时期的农业结构特点、演变过程、不同类型遗址农作物种植的差异等问题尚不清楚。原因在于早期炭化植物遗存易溶蚀、难保存，以及区域系统植物考古研究的缺乏。在中原关键区域，如嵩山周边地区，选择不同类型遗址进行系统采样，利用多种植物考古方法提取植物遗存证据，是中原早期农业研究的重要途径。　　目前在北方旱作农业的研究中，有关粟、黍比例的问题，存在同一遗址或区域，植硅体和炭化植物遗存分析结果相矛盾的现象，从而影响了对旱作农业结构的判断。粟、黍种子在炭化过程中保存下来的概率是否存在不同，进而导致植物考古统计分析出现误差，是解释上述矛盾的关键。利用炭化模拟实验复原粟、黍种子的炭化条件对解决这一问题具有重要意义。然而，目前的炭化模拟实验更多关注的是炭化过程中粟、黍颗粒形态、大小和结构特征的变化，粟、黍炭化的温度条件有无差别尚不清楚，还需要更多细致的工作和数据加以揭示。　　农业的形成也是人类植物利用历史上的重大变革。旧石器时代晚期以来，人类植物生计从采集到农业生产的转变过程以及随后的农业发展情况，已在西亚地区得到了清晰的记录。近年来，随着植物考古数据的大量积累，为描绘中国古代农业形成过程中植物利用方式的演变进程提供了机会。收集已有植物考古数据，并进行定量化分析，是重建这一进程的主要方法。　　农业的兴衰、环境的变化与人类文化变迁关系密切。目前，史前人类活动与气候变化关系的研究受到了极大关注，而随着考古碳十四概率密度方法的运用，国际学界已在重建史前人口规模及其与气候变化关系上取得许多进展。然而，这一方法很少用到中国的史前人口研究中，气候变化是否影响中国史前人口的发展也是不清楚的。建立集成性的中国考古碳十四数据库，利用概率密度方法对数据进行分析，并与气候曲线对比，是探讨人口变化及其与气候变化关系的重要方式。　　本文在中原核心区—嵩山腹地的郑州地区选择位于不同地貌部位、不同规模的13处裴李岗-仰韶文化遗址进行系统采样，通过考古学文化和AMS14C测定确立年代框架，并以植硅体分析为主，结合炭化植物遗存分析，揭示了中原地区裴李岗-仰韶时期农业结构特点以及不同类型遗址农作物种植的差异，并且结合环境资料，探讨了气候变化与中原早期农业格局形成和发展之间的关系。通过设计不同的加热温度、时间和氧气条件，对现代粟和黍种子进行了炭化模拟实验，确定了粟和黍种子炭化的温度区间，探讨了炭化粟、黍形成条件的差异及原因。编汇了中国旧石器时代晚期到新石器时代中期的植物考古数据库，通过对数据的定量分析重建了史前植物利用的宏观发展进程。编录了我国考古遗址14C年代数据库，利用14C数据的总和概率密度分布，重建了区域至全国人口的长时间尺度变化，并探讨了人口变化与最近5万年气候变化的关联。得到以下几点结果与认识:　　1、中原地区早期农业是在中国北方对禾草类尤其是黍族植物集约利用的宏观图景下发展起来的，而距今1万年前后对黍和粟两种小米的耕作和驯化奠定了中原地区早期农业的基础。　　2、中原地区在裴李岗-仰韶文化时期(c.8000～5000a BP)均属于以黍为主的黍、粟、稻混作农业;相较于裴李岗时期，仰韶时期粟和稻的比例显著提高，标志着仰韶时期农作物多样化程度的加深以及农业种植结构的优化;裴李岗时期的农业生产属于采集经济之外辅助性的生产活动，到仰韶时期农业生产取代了野生植物采集成为主要的经济活动。　　3、不同地貌单元和规模等级的遗址具有不同的农业格局:裴李岗时期，在平原地带和大型聚落为旱稻混耕，在台塬沟谷区和中小聚落为黍粟农业;仰韶时期，台塬沟谷区和中小聚落更侧重于黍的种植，平原地区和大型聚落中粟和稻的比例相对较高，但水稻耕作开始向中小聚落及沟谷地区扩散。这种差异可能与土壤、水分、耕作技术等因素有关。　　4、中原地区裴李岗时期以黍为主的旱作农业，可能与北方早全新世相对较干的气候状况有关;距今8，000年前后，在全新世适宜期气候转暖变湿的背景下，稻作北传至中原旱作区，形成了最早的旱稻混耕模式，农业的扩展伴随着文化的融合。　　5、根据目前的植硅体鉴定标准，中原地区裴李岗和仰韶时期发现的水稻植硅体均为驯化类型，而且属于粳稻品种，表明距今8，000年前后，在远离水稻起源地的中原地区已经出现驯化粳稻。这意味着中国水稻驯化开始的时间至少不晚于8ka cal BP，或者更早，并为粳稻最先起源于中国的观点提供了考古学证据。　　6、以加热时间和升温速率一致为前提，在氧化条件下，无壳粟的炭化温度区间为270～390℃，无壳黍为275～325℃;在还原条件下，无壳粟的炭化温度区间为275～380℃，无壳黍为275～315℃。此外，氧化条件下，带壳粟的炭化温度区间为275～350℃，带壳黍为250～295℃;还原条件下，带壳粟的炭化温度区间为275～345℃，带壳黍为250～295℃。说明无论在什么环境下，黍的炭化温度区间均小于粟，因此在考古遗址中黍被炭化而保存下来的概率要低于粟，炭化遗存组合中黍的含量相对于粟可能会被低估。以炭化植物遗存研究旱作种植格局，其结果还需植硅体方法验证。相比于黍，粟一般具有更多的直链淀粉含量，由此种子颗粒的淀粉晶体结构强度更高，耐热性就越好，这可能是粟比黍更耐高温，炭化温度范围大于黍的原因。　　7、中国旧石器时代晚期到新石器时代中期植物利用的宏观进程可划分为4个阶段:旧石器时代晚期(33～19ka cal BP)，新旧石器过渡时期(14～9ka cal BP)，新石器时代早期(9～6ka cal BP)和到新石器时代中期(6～5ka cal BP)。从旧石器时代晚期开始，一些野生植物资源特别是野生禾草类种子，已被人类有意地采集和利用。在此之后，野生植物采集一直是最主要的植物生计，但其重要性从早到晚逐步减弱，到新石器时代中期，被以谷物栽培和驯化为基础的农业生产所代替。此外，中国北方地区和南方地区的植物利用方式存在明显不同，体现在某些植物种类（如小麦族、块根块茎类）在生业经济中的比重，谷物的驯化速率以及农业主导地位建立后的植物生计方式等方面。旧石器时代晚期对禾草类的有意采集，与末次冰期的干冷气候和以禾草类为主的植被状况有关，而农业的形成及其主食来源地位的确立，与全新世适宜期稳定暖湿的气候条件密不可分。　　8、中国大规模人口扩张始于距今9ka前，发生在农业出现之后，并与早全新世气候转暖有关;史前人口规模较小和人口减少时期主要出现于距今46～43ka，41～38ka，31～28.6ka，25～23.5ka，18～15.2ka和13～11.4ka，对应于末次冰期的快速变冷事件，如Heinrich和YD事件，而全新世期间人口规模较大的时段，如距今8.5～7ka，6.5～5ka和4.3～2.8ka，则与暖湿气候期和新石器文化、农业发展繁荣期同步，表明冷干气候会显著限制人口的规模，而适宜的气候条件会促进人口的增加和人类文化的进步;由于区域环境状况和人类适应水平存在差异，不同区域的人口具有不同的发展模式，人口波动对气候变化的响应方式也有所不同。