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大地湾遗址根据地层可分四期：即大地湾一期，仰韶文化早、中、晚期。它的发现，在考古学上不仅对探讨甘肃东部地区考古编年与序列有着现实意义，也为研究仰韶文化的起源及文化多源说提供了新的证据和资料。
到目前为止，考古工作者共在大地湾遗址清理发掘出房屋遗址240座，灶址98个，灰坑和窖穴325个墓葬71座，窑址35座及沟渠12段，累计出土陶器4147件、石器（包括玉器）1931件、骨角牙蚌器2218件以及动物骨骼1．7万多件。
2006年发掘工作的最新发掘研究成果显示，大地湾遗址的人类活动历史由距今8000年推前至距今6万年。这次发掘工作由兰州大学、甘肃省文物考古研究所和甘肃大地湾文物保护研究所共同主持，其间有来自美国的考古学者参与工作。
据考古工作者介绍，通过细致研究，第1—3文化层形成于距今60000至20000年，地层中仅发现石英砸击技术产品，如石英石片、碎片等；第4文化层距今20000至13000年，细石器技术产品和大地湾一期陶片开始出现，但在遗物总体数量上处于从属地位；第5文化层距今13000——7000年以细石器和大地湾一期陶片为主；第6文化层距今7000——约5000年，主要文化遗物为半坡和仰韶晚期陶片。对这些遗物的研究显示，古人依次经历了原始狩猎采集、发达狩猎采集、大地湾一期原始农业和仰韶早晚期成熟的农业四个经济发展阶段。专家们认为，人类自距今6万年就进入到大地湾地区，成功度过了寒冷的末次盛冰期并延续下来，使用先进细石器技术的狩猎采集人群可能随末次盛冰期的来临向南迁徙到这一地区，在大地湾地区开始了原始的粟作农业，并大约于仰韶晚期发展成成熟的粟作农业。
中国最早的旱作农作物标本
大地湾一期出土的炭化稷标本，与国外最早发现的希腊阿尔基萨前陶器地层出土的同类标本时代相近，它不仅将我国北方旱作农业的起源时间上推了1000年，而且表明北方最早种植的粮食品种为稷，然后才是粟的推广。而此前国内考古发现的北方农作物标本大多是粟，时间距今7000年左右。
中国最早的彩陶
大地湾一期文化出土的三足钵等200多件彩陶，是我国迄今为止发现的时间最早的一批彩陶。这批距今约8000年的紫红色彩陶，图案虽还不太完整，却将中国彩陶制造的时间上推了1000年，并以不容置疑的事实说明，西北黄土高原地区就是中国彩陶的起源地。
中国文字最早的雏形
大地湾一期出土的陶器上共发现了十几种彩绘符号，这些符号比过去国内最早发现的西安半坡陶器刻划符号的时间早了1000多年，且有一些符号与半坡符号基本一样。虽然这些神秘符号的意义至今未能破解，但专家们认为，它们可能就是中国文字最早的雏形。
中国最早的宫殿式建筑
距今5000年的大地湾四期文化发掘出的一座编号为“f901”的建筑，是目前所见我国史前时期面积最大、工艺水平最高的房屋建筑。这座总面积420平方米的多间复合式建筑，布局规整、中轴对称、前后呼应、主次分明，开创了后世宫殿建筑的先河。
中国最早的“混凝土”地面
面积达130平方米的“f901”宫殿式建筑主室，全部为料礓石和砂石混凝而成类似现代水泥的地面。这与古罗马人用火山灰制成的水泥同属世界上最古老的混凝土。
中国最早的绘画
专家们确认，大地湾编号为“f411”的房址地面上发现的一幅黑色颜料绘制的画作，是我国目前发现的时代最早的独立存在的绘画。这幅长约1．2米，宽约1．1米，保存大部完好的地画，改写了中国美术史，将其前推了2000多年。据考证，此前最早单独作为绘画保存至今的，是出土于长沙马王堆的楚国帛画。
中国最早的度量衡与十进制
大地湾仰韶晚期房f901中出土的一组陶质量具，是迄今为止，我国发现最早的量器。大地湾这套陶质古量器，出土于房f901的主室中（前堂）；主要有泥质槽状条形盘、夹细砂长柄麻花耳铲形抄、泥质单环耳箕形抄、泥质带盖四把深腹罐等。其中条形盘的容积约为264.3立方厘米；铲形抄的自然盛谷物容积约为2650.7立方厘米；箕形抄的自然盛谷物容积约为5288.4立方厘米；四把深腹罐的容积约为26082.1立方厘米。
由此可以看出，除箕形抄是铲形抄的二倍外，其余三件的关系都是以十倍的递增之数。为了与古代量具名称相贴切，我们将在其相应容量的名称上冠以升、斗、斛之称谓，即可称为"条升、抄斗、四把斛"等，另外，在大地湾仰韶早期遗迹中出土的几件骨匕和铲形器上多见有等距离的圆点形钻窝刻度，并在窝内涂有红色颜料，它们应为当时测定某些东西长宽地尺度。包括前述f901内所出的一组陶质量具在内，它们都是我国最早“度、量、衡”器的实物佐证；并将我国度量衡实物史提前了二三千年。同时，这些度量衡具的发现也为研究我国古代分配制度、度量衡史以及十进制的起源等，提供了非常珍贵的实物资料。
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大地湾遗址是一处规模较大的新石器时代遗址，出土房址238座。大地湾遗址最早距今7800年，最晚距今4800年，有3000年文化的连续，其规模之大，内涵之丰富，在我国考古史上亦属罕见。
除陶器、骨角器、石器、蚌器、原始雕塑等艺术珍品外，特别值得提出的是大地湾的房屋建筑遗址，不仅规模宏伟，而且形制复杂。尤其是属于仰韶文化晚期（距今约5000年前）的f405大房子，是一座有三门开和带檐廊的大型建筑，其房址面积270平方米，室内面积150平方米，平地起建，木骨泥墙，其复原图为四坡顶式房屋。这一房屋的规模在我国新石器时代考古学文化中可以说是独一无二的。
更引人注目的是f411房屋居住面上，还绘有地画，图案由人与动物构成，是我国目前最早地原始地画，这一发现为研究我国古代绘画史提供了极为珍贵的资料。大地湾遗址的房屋，多采用白灰现，多种柱础的建筑方法，充分显示了当时生产力的提高和建筑技术的发展。
大地湾遗址出土大量的陶、石、骨器。石斧、石刀，陶刀等农业生产工具数量很多，贮存物品的大袋形窑穴的建造，大型陶瓮，缸、罐等贮藏器的大量出现，都说明和反映了其经济形态属于定居的以农业为主的类型。
从出土的生产工具和生活用具可以看出，出土的器物明显地反映出生产技术由粗到精的发展过程。
生活用具中的陶器，已出土的有红陶、灰陶、彩陶； 有手捏制、敷贴模制、轮制； 有夹砂陶，泥质陶；有小、中、大各型器物； 如钵、罐、盆、瓶、杯、尊等。陶器上装饰纹有绳纹、弧线、三角、条纹、勾叶纹；有变体鱼纹、鸟纹；有两兽相朴的写实纹、蛙纹；有圆点、条线、弧线、组成的几何图形等；有紫红色、黑色、白色和朱色彩绘。特别是出土的人头形器口彩陶。
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