冶金经济、文化变迁与铅暴露：中国山东北部地区（新石器时代至汉朝）人类遗骸中的铅含量及同位素特征

《Journal of Archaeological Science》：Metallurgical economy, cultural shifts, and lead exposure: Lead concentrations and isotopes in human remains from northern Shandong, China (Neolithic to Han Dynasty)

铅暴露动态与环境考古研究：基于山东北部六个遗址140例人牙釉质和骨骼样本的分析，结合ICP-OES和MC-ICP-MS技术，揭示新石器时代至汉代铅污染与青铜冶金活动的关系。结果显示铅浓度从原始背景值0.58μg/g增至汉代峰值3.48μg/g，同位素溯源确认污染源主要来自周边邹平、licity铜铅矿区，并建立东亚首套6000年连续铅暴露记录。

　　

张云璐|张星祥|董文斌|周亚伟|卢晓|秦向茹|栾凤石|王子萌|吴晓彤

中国科学技术大学考古计量实验室，合肥，230026，中国

摘要

古代的铅矿开采和冶炼活动导致了严重的环境重金属污染和人类铅暴露。本研究通过系统分析来自山东北部六个考古遗址（侯里、丁公、黄土崖、边县王、宗吕城和向建安）的140个人类牙釉质和骨骼样本，探讨了新石器时代到汉代（约公元前6000年-公元220年）的铅暴露动态。ICP-OES和MC-ICP-MS分析结果显示，人类遗骸中的铅含量显著增加，这与青铜生产的加剧和含铅文物的广泛传播有关。在汉代（公元前202年-公元220年），铅暴露水平在西汉和东汉时期有所波动，受到政府政策和铅基产品使用变化的影响，最终在东汉时期达到峰值。铅同位素证据进一步表明，污染主要来源于附近的邹平和淄川铜铅矿，太乙山HRL铜铅矿带也部分导致了高放射性的铅暴露。本研究建立了东亚地区从新石器时代到铁器时代长达6000年的人类铅暴露连续记录，为了解古代人类健康和重金属污染的历史动态提供了关键证据。

引言

铅（Pb）是人类最早冶炼和使用的金属之一，其大规模应用始于二里头文化时期（约公元前1750-1600年）。随后，铅被用于铅釉陶器、合成铅白化妆品和道教炼金术（汉代，2009年；Han等人，2022年）。然而，作为一种有毒重金属，高水平的铅暴露可导致铅中毒，引发心血管、神经、肾脏和生殖系统疾病（Chiodo等人，2007年；Kumar等人，2020年）。古罗马是铅使用广泛的典型例子，这一时期的污染水平在考古骨骼遗骸和北极冰芯中都有记录（McConnell等人，2025年；Scott等人，2020年）。

地壳中铅的平均丰度仅为12 ppm（Peucker-Ehrenbrink等人，1994年），历史上的冶金发展加剧了环境中的铅负荷。地球化学方法通过天然湖泊沉积物和泥炭层重建了区域污染历史（Kamenov等人，2009年）。同时，人类和动物遗骸中的铅积累提供了可生物利用铅的直接测量值，从而能够定量评估历史暴露情况。结合铅同位素追踪，这种方法可以识别区域暴露源，并揭示重要的社会文化和经济模式（Budd等人，1998年；Farmer等人，2006年；Kamenov和Gulson，2014年）。

山东北部位于黄河下游平原，是新石器时代到汉代重要的文化发展中心。该地区的新石器时代包括侯里文化（约公元前6000-5000年）、北辛文化（约公元前5000-4300年）、大汶口文化（约公元前4300-2400年）和龙山文化（约公元前2400-1900年）。约公元前1900-1400年的岳石文化时期也出现了青铜器（Zhang和Lu，2004年；Zhang和Chen，2013年；Sun，2018年；Tian，2022年）。随着商朝（约公元前1600-1046年）向东扩张，该地区被纳入王朝体系，引入了大规模的青铜冶炼和铸造技术（Bi，2013年；Liu，2022年）。在西周时期（公元前1046-771年），齐国通过分封在山东北部建立，其首都临淄后来发展成为重要的政治权威和经济活动中心。在战国时期（公元前475-221年）和汉代（公元前202年-公元220年），齐国首都临淄成为主要的青铜生产中心。《考工记》记载了春秋时期（公元前770-476年）齐国的青铜冶金体系。在古代临淄城的发掘中发现了广泛的铁冶炼、青铜铸造和货币生产作坊遗迹。出土的陶瓷镜模和青铜镜证实了临淄在西汉时期作为主要镜铸造中心的作用（Yang等人，2014年，2020年；Yang，2021年）。

本研究旨在通过分析人类骨骼遗骸中的铅浓度和同位素比值，探讨新石器时代到汉代山东北部地区人类铅暴露水平、生物铅来源以及采矿-冶金经济和文化变化之间的关系。

部分内容

铅的生物暴露机制

铅主要存在于地壳基岩和方铅矿沉积物中。它进入生物地球化学循环的途径包括自然释放机制和人为排放系统。自然机制包括火山活动、硅酸盐风化和生物质燃烧（美国国家科学院、工程院和医学院，2017年；Cheema等人，2020年）。在古代，人为排放主要来自采矿和金属冶炼等冶金活动（Cullen

考古遗址背景

山东北部地区具有独特的地理特征。东临渤海，南靠太乙山，北接华北平原。几条发源于太乙山的河流（如小伏河和子河）从北向南流经山东北部平原，最终注入大海。太乙山前分布着由黄河形成的广阔冲积平原。

成岩作用

对于牙釉质样本，我们采用了微量元素阈值方法（最大阈值浓度，MTC = 现代牙釉质中的最大元素浓度 + 2SD）来评估埋藏过程中的成岩变化。这种方法通过分析未受改变的现代人类牙釉质来确定考古样本的预期元素范围。由于山东北部缺乏现代样本，我们采用了来自欧洲、北美/中美洲/南美的全球现代人类牙釉质数据库（n = 77）。

山东北部居民的铅浓度

山东北部古代人群的铅暴露情况反映了长期的冶金活动。使用新石器时代的侯里和丁公遗址的数据确定了该地区的基线铅浓度（平均值 = 0.58 μg/g Pb）。从商代到东汉时期的后续阶段，铅含量超过了这一背景值。值得注意的是，商代、战国时期和西汉时期的铅暴露水平与

结论

本研究通过分析人类遗骸（牙釉质和骨骼）中的铅浓度和同位素，重建了新石器时代到汉代山东北部地区的人类铅暴露动态。主要发现如下：

1)

新石器时代（侯里和丁公遗址）古代人群的铅浓度平均为0.58 μg/g，代表了区域背景水平。从商代到汉代，冶金活动导致铅浓度显著上升，平均达到3.48 μg/g。

CRediT作者贡献声明

张云璐：撰写——初稿、可视化、方法论、调查。张星祥：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、监督、资源、项目管理、方法论、资金获取、正式分析、数据管理、概念化。董文斌：撰写——审稿与编辑、资源。周亚伟：资源。卢晓：撰写——审稿与编辑、方法论。秦向茹：撰写——审稿与编辑、方法论。栾凤石：撰写——审稿与

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

该项目得到了中国国家雕塑协会基金（授权号：22BKG039）、中国科学技术大学的学术领导人才培训计划（授权号：KY2110000046）以及中国考古人才促进计划（编号：2024-280）的支持。