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在遗址的考古发掘现场，考古工作者根据地层的土质、土色，各地层的上下叠压关系，出土文物的器形特点以及长期积累的实践经验，可以初步推断每个层位的大概年代。河姆渡遗址两次考古发掘，清楚地揭示了该遗址的地层堆积情况，自上而下分别为：
耕土层，为土质松软的灰黑色土，厚10～98厘米。
冲积层，为土质纯净的黄褐色土，厚O～100厘米。
第一文化层，为土质坚硬的黄褐色灰土，厚O～106厘米。发现11座墓葬、3个灰坑和坩锅状柱础，主要出土文物有石器和陶器两大类。石器有斧、锛、凿、钺等。陶器按质料分有夹砂红灰陶、泥质红陶、泥质灰陶等陶系。主要器形有釜、鼎、盉、甑、罐、豆、盆、盘、钵、杯、支脚等。在文化层的底部还发现大量呈颗粒状的红烧土块。
第二文化层，又可分为两个小层，每层堆积都比较薄。
第一层，为土质坚硬的黄绿色土，厚O～30厘米。由西向东逐渐减薄，出土陶片甚少。按质料分，夹砂红陶居多，少量夹炭红衣陶和泥质黑陶。器形主要有釜、鼎、豆、罐、盆和支脚等。
第二层，为青灰色粘土。发现墓葬3座，还有零星柱洞、垫板，灰坑6个。第一次考古发掘时，还发现木构水井一座。出土的陶系有夹砂灰陶、夹炭灰陶和泥质黑陶等。主要器形有釜、鼎、豆、罐、盆等，另外还发现陶盉、异形鬹、石锛、石刀、石蝶形器、骨耜、木耜等。
第三文化层，又可分为3个小层。
第一层，为黑色粘土，堆积较薄，厚O～50厘米。出土遗物有石、骨、木器。陶系有夹砂灰陶、夹砂红陶、泥质红陶和泥质灰陶，几乎没有完整器和复原器，可辨器形仅有釜、豆、罐。
第二层，为土质松软的砂质灰土，堆积厚度10～30厘米。发现有木柱、木板、木桩及木桩板等木构房屋建筑构件，灰坑7个，墓葬7座。出土遗物丰富，石、骨、木、陶器均有。陶系以夹砂灰陶为主，还有夹炭黑陶和泥质红陶。主要器形有釜、罐、钵、豆、盆、盘、灶、甑、器盖、釜支架、小陶器、纺轮和陶塑制品。特别引人注目的是发现象牙蝶形器和木胎漆碗。
第三层，为土质略硬的绿色砂土，厚O～60厘米。除发现2个灰坑外，其它遗迹、遗物发现甚少。
第四文化层，为河姆渡遗址的主要堆积层，堆积最厚，内涵也最丰富，遗迹、遗物的保存状况也最良好，它又可分2个小层。
第一层，为土质松软的黑褐色土，厚42～106厘米。发现大面积稻谷、谷壳、稻杆、稻叶及木屑等组成的稻谷堆积层，发现大片干栏式木构建筑遗迹，灰坑5个，婴儿骨架2具，还有不胜细数的动物骨骸和大量保存器新鲜的橡子、菱角、酸枣等植物果实，还发现大大小小的苇编。出土的遗物很多，有石、木、骨、陶器等。陶器以夹炭黑陶为主，夹砂黑陶次之。石器以小型石斧、石锛为多见。骨器以骨耜、骨哨为典型。
第二层，为土质松散的灰褐色土，厚16～90厘米。发现鳞次栉比的木排桩和地龙骨，大部分出土物与上层雷同。还新发现了彩陶片，有藤条捆扎木柄的骨耜和木筒等。
生土层，为浅蓝色海相亚粘土沉积层，含有海洋性微生物化石。
河姆渡遗址发掘以后，考古专家以及广大考古工作者面对如此丰富的出土文物惊喜不已，然而对于遗址的年代，大家却意见不一，特别是第三、四两个文化层，揭示的是一种完全新颖的文化类型，在浙江省其它新石器时代遗址中未曾遇见。
为了全面认识河姆渡遗址的文化内涵，浙江省文化厅于1976年4月5日至12日，邀请来自全国的文物、考古、历史、农史、古动物、植物、地质、水文和古建筑专家、学者30多人，在杭州举行“河姆渡遗址第一期发掘工作座谈会”，并前往河姆渡实地考察。与会者一致认为河姆渡遗址四个文化层叠压关系清楚，每层遗迹各有特色，特别是第二文化层出土的文物同分布在钱塘江北岸杭嘉湖地区当时最早的马家滨文化面貌接近，所以叠压在这层之下的第三、第四文化层便成为长江下游最早的全新的文化类型，距今约有6000～7000年之久。但是也有学者认为，6000～7000年前的南方不可能有如此先进的生产力水平，遗址出土的彩绘陶片应相当于庙底沟二期（距今约4800年），也就是说河姆渡遗址的年代应在距今5000年左右。为了搞清它的实际年代，浙江省考古部门便将有关标本送到中国科学院考古研究所实验室和北京大学考古实验室，进行碳…14年代测定。用碳…14法测定地层的年代是考古学上的一项新技术，我国在70年代才引进。其测定原理是，一切有生命的物体都含有碳元素，当其活着的时候，碳元素始终保持一定的数量，其死后，碳元素失去补充的来源，遂慢慢减少，其半衰期为5730年。所以只要测出有关地层中出土的含碳物体如木构件、稻谷、动物骨骸中碳元素含量，便可以计算出它死亡的年代，从而推断出它所在的文化层的绝对年代。在送去的30多个标本中，其中第四文化层共测定9个标本，最远的数据是6950年，最近的是6570年，平均值为6770年，上限已达7000年。第三文化层测定标本4个，年代平均值为6141年。第二文化层距今约5730年，第一文化层距今约5000年前后，共延续2000年之久。
面对如此久远的年代数据，人们不禁要问，这么多的稻谷、稻叶、木构件以及动植物遗存等有机质，为什么在地下埋了这么多年，仍能保持它原有的形态和色泽呢？究竟是什么原因使得它们历经几千年而不腐朽呢？原来，遗址所在的姚东平原地势低洼，平均海拔不足5米，到河姆渡附近只有2米左右，地下水位高，遗址文化层被长期浸泡在水里。同时遗址与姚江紧临，姚江正常水位也在文化层之上，这些原因使得遗物与外界空气隔绝，起到了良好的密封作用。另据专家研究，河姆渡遗址的土质与水质皆呈弱酸性，非常有利于有机质的保存。
河姆渡遗址发现和发掘之初，从遗址的年代数据和完全新颖的文化面貌看，绝对早于浙江省境内其它新石器时代的遗址，被学术界命名为河姆渡文化。但是一部分专家仍坚持认为，河姆渡遗址上面两个文化层与下面两个文化层之间有明显的缺环。其第一文化层与崧泽文化相当，应归属崧泽文化；第二文化层与马家浜文化相当，应归属马家浜文化。然而，我国已故著名考古学家夏鼐先生曾经提出：“一种文化所特有的一群特征，是别的文化所没有的，这并不是说别的文化遗存中绝对不包含有这一群特征性的类型品种之一二，但是不会包含全部整群”。尹达先生也曾提出：“一个文化的命名应当是能够反映出一定时期，一定地区的某种文化遗存的基本特征，它必须反映着一定的时间观念和空间现象，必须能够概括它各方面的相互关联着的主要内容，然后审慎地选择典型性的遗址，以遗址所在的地名命名”。根据以上关于文化命名的基本原则，结合河姆渡遗址所揭示的文化内涵，四个文化层都是河姆渡文化有机组成部分。
1994年，河姆渡以东1公里处鲞架山遗址的发掘，填补了河姆渡遗址第一、二文化层与第三、四文化层之间的某些缺环，进一步支持了河姆渡一至四层文化是一脉相承的观点。
长江下游最古老的稻作遗址
在旧石器时代晚期，原始人类在长期的采集和狩猎活动中，已逐渐积累并掌握了一些植物生长规律，发现有些植物的种子或块根等，在适宜的气候、水分、土壤中，能够萌芽、生长、结实和成熟。受此启发，原始人类逐渐在住地附近的一些适宜地方开始有意识地尝试栽培植物，于是就出现了最初的农业，社会也从此跨入了以生产食物为主的新时期——新石器时代。我国原始农业的起源，至少可追溯到1万年以前，到了距今7000年左右，大江南北普遍已由原始的“刀耕火种”发展到较为发达的“耜耕”或“锄耕”农业阶段，人类的定居生活也更趋稳定。此时，长江下游的河姆渡人的原始农业是以种植水稻为主，且已较为发达。
1973年和1977年河姆渡遗址两期大规模考古发掘，在大多数探方的第四文化层上部普遍发现了稻谷、稻杆、稻叶和木屑等组成的稻谷堆积层，一般厚20～50厘米，最厚处超过100厘米。在这一稻谷堆积层中间夹杂着灰、黄、白三色粘性细砂土，形成2～10厘米厚的多层次连续堆积。稻谷堆积层的主要成份是秕谷、谷壳及碎木屑，其中所含稻谷的比例很小，是河姆渡人稻谷脱壳后的废弃物与建造房屋时砍削加工木构件留下的木屑等形成的垃圾。稻谷已无多大的食用价值，尽管如此，考古学家仍从其中挑选出大量谷粒饱满的稻谷而且保存也十分完好，这在全国，甚至世界其它史前遗址中都是极为罕见的。河姆渡遗址出土的稻谷经碳…14测定，并经树轮校正，距今约7000年，是目前长江下游地区最古老的稻谷之一。
河姆渡遗址刚出土的稻谷色泽金黄如新，可惜不久便炭化变色，但外形大多保存完整，有的稻谷连稻壳上的隆脉、稃毛及芒尖等仍清晰可辨。每千粒稻谷重量14～22克，已接近现代栽培水稻，单粒稻谷的重量更远远超过了普通野生稻。这些稻谷经农史学家们的多次抽样鉴定，已有和籼、粳之分，是一个存在类籼、类粳及中间型等各种粒型的亚洲栽培稻属杂合群体，但以籼稻为主。最近，中日学者共同合作利用电镜扫描技术在河姆渡遗址出土稻谷中还鉴别出4粒普通野生稻，这为研究新石器时代野生稻的分布及我国稻作农业的起源提供了弥足珍贵的材料。河姆渡遗址栽培稻的发现，不仅纠正了我国新石器时代考古史上“有粳无籼”的说法，而且还把我国种植水稻的历史往前推了2000多年，并首次以实物证明了我国也是世界上最早人工栽培水稻的国家之一。
生产工具的发展是衡量社会生产力发展的客观尺度，是人类改造自然能力的显著标志之一。河姆渡人已普遍使用骨耜耕作，用骨、石、蚌制作工具收割稻穗，并且用木杵和陶臼脱壳，标志着当时的稻作农业已脱离原始的刀耕火种阶段进入到和耜耕农业阶段。
骨耜是河姆渡文化中最具特征的一种农具，二次考古发掘共出土170余件。它们都是以水牛、大象和梅花鹿等大中型哺乳动物的肩胛骨加工而成的，外形基本上保留着肩胛骨的自然形状，上端绑柄部位厚而窄，下端刃部薄而宽。因势加工，肩臼部位顶端和脊椎一面削磨平齐，另一面略加修整。骨耜平整一面中央挖凿一道纵向浅槽，其下端呈圆舌形，浅槽两侧凿琢有两个长方形孔，大部分肩胛骨颈部还穿凿横向方銎，这些圆孔都是为使木柄安装得更牢固而设计的。遗址第二期发掘时，曾出土一些长木柄，捉手部位加工成“T”字形或透雕出三角形等，同时还发现一件用藤条捆绑残木柄的骨耜，表明河姆渡骨耜是一种用藤条捆绑了竖向木柄的复合农具。装上木柄后的骨耜，修整光滑的骨和肩臼部位还可供人足踏推耜刃入土，其使用方法犹如现代使用的铁铲，既省力又省时，提高了劳动功效。骨耜的刃部，形式多样，有的刃部大致平齐或略成孤形，有的刃部呈双齿形，有的刃部呈斜状等。刃部呈双齿状的骨耜，器身最长，数量也较多，以第一期发掘为例，第四文化层共出土53件较完整的骨耜，其中双齿刃的就占了2/3，利于剌土深耕，是河姆渡人耕作水田的主要农具；刃部呈斜状或平齐的骨耜，是双齿刃骨和在使用过程中两侧刺状刃折断，磨损后再加工、再利用的产物，因此，器身已较短，显得通体光滑。由于它们的刃部都较宽阔，故有利于铲土，可作为挖掘或铲土的工具，当时用来开沟、掘渠、构筑田埂等。
河姆渡遗址两次考古发掘共出土骨、木、石、陶质文物6700余件，其中仅骨器一项就占了3000余件，可见河姆渡人有大量使用骨器的习惯，这与当时的地理环境有着密切关系。7000年前河姆渡周围有适宜各种动物繁衍生息的优越环境，给河姆渡人提供了肉食来源和御寒的皮毛，而食剩的大量兽骨，不但在取材上为河姆渡人制作工具节省了人力和时间，而且骨制工具使用时也比石质工具轻便，减轻了劳动强度。但是，到了河姆渡文化的晚期阶段，由于狩猎经济的衰退和保存条件差，用兽骨制作的生产工具、生活用器迅速减少，有的甚至绝迹。与此相应，在河姆渡文化晚期代替骨耜而兴起的是木耜，木耜平面为长方形、相面正中也像骨耜一样�