Plant remains in archaeology : a multidisciplinary approach to cultivation,consumption, trade and migration of economic plants in Southern Finland AD 1000−1900

Abstract

Plant remains are derived from archaeological contexts and therefore they provide an interesting source material for investigating the role of economic plants and environments in the past. Plant remains can reflect past activities such as cultivation, consumption, trade and migration. Plant remains provide data and information for a number of other disciplines, and methods from other fields such as 14C radiocarbon dating, genetics and isotope analysis can be used to obtain additional data from macrofossil plant materials. In this thesis, I combined macrofossil, pollen, radiocarbon and genetic data in order to study what kind of new information can be achieved from archaeological contexts. I studied how cultivation, consumption, trade and barley migration are reflected in the archaeobotanical and historical data from ca. AD 1000 to the 20th century in southern Finland. Primary data used in this study consists of carbonised, waterlogged and mineralised archaeobotanical plant remains i.e. macrofossils recovered from archaeological excavations, and dried plant material derived from historical collections. Besides archaeobotanical analyses, palynology and genetics as well as radiocarbon dating are also involved in reconstruction and interpretation of past activities.

I studied early stages of agriculture and economy of a medieval rural village in Espoo at Mankby, and I found that rye (Secale cereale L.) cultivation started in the 12th century and continued until the abandonment of the village in 1556. The reason for the dominance of rye may be that it was considered a safer choice of crop as it is quite well suited to Finnish climatic conditions and it thrives on poor soils. Based on the study, it seems that the medieval cultivation of rye was increasing, but concentrated in some villages in southern Finland, and barley (Hordeum vulgare L.) was still important in most other parts of the country. I also studied what kind of information can be acquired from graves by combining macrofossil and pollen data. I found that plant material in graves is preserved only occasionally where the high proportion of metal oxides or calcium have preserved the plant remains. However, interesting results were gained from a 16th century grave at the Kappelinmäki cemetery in Kauskila, Lappeenranta. There, the grave gave evidence of the deceased's last meal, since a large number of mineralised raspberry (Rubus idaeus L.) seeds and some fish bones were discovered from the pelvis and stomach area. Pollen analysis of the same grave gave evidence of past environment, funeral practices and ritual usage of plants.

I also discuss the usage and origin of the plants, as I found that the plant material derived from the 1790s latrine at the sea fortress of Ruotsinsalmi in Kotka was mainly influenced by Russian food traditions. For instance, millet (Panicum miliaceum L.) and buckwheat (Fagopyrum esculentum L.) played an important role in the diet in the sea fortress. Finally, I tested the utility of archaelogical and historical samples of barley as sources of genetic data. I show that DNA concentrations obtained from charred archaeological barley grains are too low for successful KASP genotyping, while dried grains from herbariums and seed collections had in general a sufficient DNA quality for genetic analysis. I further show that genotypic variation in the historical samples of Finnish six-row barley is geographically clustered, while in the two-row barley genetic structuring is not linked to geography. Genotyping of functional markers revealed that the majority of barley cultivated in Finland in the late 19th and early 20th century was late-flowering under increasing day-length.

In general, the results of this thesis show that the selection of used plant taxa got more versatile from the Iron Age to the medieval era, however, from medieval to 1790s the number of used plant taxa did not grow remarkably as the archaeobotanical data is rather similar in 1790s as in the Middle Ages. From the medieval onwards, the number of used plants is growing due to the intensification of trading networks overseas. Significant agricultural change did not occur in Finland in 1000 AD to 1900 AD, as barley was the most common cultivated plant. However, local differences may occur, as e.g. rye was cultivated in coastal areas. As six-rowed barley has a long cultivation history in Finland as a main crop, it has adapted to the climate and the genetic structure of barley landraces is geographically clustered.

Kasvijäänteet ovat peräisin arkeologisilta kohteilta ja siksi ne tarjoavat mielenkiintoisen lähdemateriaalin menneisyydessä käytettyjen kasvien ja muinaisten ympäristöjen tutkimukselle. Kasvijäänteet antavat tietoa viljelystä, kulutuksesta, kaupankäynnistä ja kasvien levinnästä. Kasvijäänteet tarjoavat tietoa muille tieteenaloille sekä lisäksi niitä voi käyttää aineistona esimerkiksi 14C radiohiiliajoituksissa, geneettisessä tutkimuksessa sekä isotooppianalyyseissä.

Väitöskirjassani tutkin miten viljely, kulutus, kaupankäynti ja kasvien levintä näkyvät eteläsuomalaisessa arkeobotaanisessa ja historiallisessa aineistossa 1000-1900-luvuilla. Tutkimusaineistoni koostuu hiiltyneistä, hiiltymättömistä ja mineralisoituneista kasvijäänteistä, jotka ovat peräisin arkeologisilta kohteilta sekä kuivana säilytetyistä historiallisten kokoelmien kasvinäytteistä.

Espoon Mankbyssä sijaitsevan keskiaikaisen kylän varhaista viljelyä ja taloutta koskevan tutkimukseni mukaan rukiin (Secale cereale L.) viljely alkoi Mankbyn kylässä jo 1100- luvulla jatkuen aina kylän autioitumiseen asti vuoteen 1556. Ruis on vaatimaton kasvupaikan ja lämpötilan suhteen, joten se oli todennäköisesti turvallisempi ja siten taloudellisesti kannattavampi valinta ohran sijaan. Rukiin viljely oli 1000-luvulla lisääntymässä, mutta se oli aluksi keskittynyt vain tiettyihin kyliin Etelä-Suomessa, kun taas ohra (Hordeum vulgare L.) oli edelleen suosituin viljalaji suurimmassa osassa maata.

Haudoista tehtyjen kasvijäänneanalyysien perusteella voidaan todeta, että kasviaines säilyy parhaiten haudoissa, joissa on metalliesineitä tai luuta runsaasti, sillä esineiden metallisuolat ja luista erittynyt kalsium säilövät kasvijäänteitä. Esimerkiksi Lappeenrannan Kauskilan Kappelinmäen kalmistosta löytyi 1500-luvulle ajoitettu hauta, jossa oli vainajan vatsassa tuhansia vadelman (Rubus idaeus L.) siemeniä ja pienen muikkukalan luita. Siemenet olivat säilyneet vainajan luista erittyneen kalsiumin johdosta mineralisoituneina. Kasvijäänneanalyysin myötä saatiin tietoa ruokavaliosta ja haudasta tehty siitepölyanalyysi puolestaan antoi tietoa ympäristön kasvillisuudesta menneisyydessä sekä kasvien käytöstä haudassa.

Kotkan Ruotsinsalmen merilinnoitusta käsittelevässä tutkimuksessani havaitsin, että sotilaiden ruokavaliosta perustui venäläiseen ruokatraditioon, kun taas paikallisia kasvisperäisiä ruoka-aineita käytettiin vähemmän. Esimerkiksi hirssillä (Panicum miliaceum L.) ja tattarilla (Fagopyrum esculentum L.) oli huomattava rooli arkipäivän ruuassa. Venäläiset kauppiaat toivat merilinnoitukselle hirssin lisäksi mahdollisesti myös hapankirsikkaa, karhunvatukoita, tattaria, mausteita ja viikunoita sekä viljoja joko suoraan Venäjältä ja kauempaa ulkomailta.

Ohran DNA:ta (Hordeum vulgare L.) koskevien tutkimusten mukaan hiiltyneiden, arkeologisten ohranjyvien DNA:n määrät ovat liian vähäiset käytettäväksi geneettisissä analyyseissä. Geneettiset analyysit kasvimuseoiden ja siemenkokoelmien jyvistä, jotka on kerätty tuoreena ja kuivatettu, puolestaan sisälsivät riittävästi DNA:ta analyysien tekemiseen. Tulokset lisäksi osoittivat, että suomalainen kuusitahoinen ohra on voimakkaasti keskittynyt maantieteellisesti, kun taas nuorempaa ja harvemmin viljeltyä kaksitahoista ohraa viljeltiin tasaisesti maan eri osissa. Geneettisten analyysien perusteella näyttää siltä, että suurin osa 1800-luvun lopulla ja 1900-luvun alussa Suomessa viljellystä maatiaisohrasta oli myöhään kukkivaa lajiketta.

Väitöskirjani tulokset osoittavat, että arkeobotaanisilla analyyseillä saadaan lisätietoa varhaisesta viljelystä, taloudesta, kaupankäynnistä ja ruokavaliosta, jotka puolestaan tukevat merkittävästi arkeologista tutkimusta. Yhdistämällä eri menetelmiä, kuten kasvijäänne- ja siitepölytutkimusta, radiohiiliajoituksia ja geneettisiä analyysejä, saadaan tutkimusaineistosta enemmän tietoa, kuin vain yhdellä tutkimusmenetelmällä. Hiiltyneen materiaalin käyttö geneettisissä analyyseissä ei tuottanut tulosta, mutta sen sijaan kuivana talletetut tai kosteissa oloissa säilyneet kasviaineistot voivat antaa yllättäviäkin tutkimustuloksia.