Med hjälp av satellitbilder och drönarspaning, arkeologer från Washington University i St Louis har upptäckt ett gammalt bevattningssystem som gjorde det möjligt för ett jordbrukssamhälle i det torra nordvästra Kina att föda upp boskap och odla grödor i ett av världens torraste ökenklimat.

Förlorade i århundraden i de karga foten av Kinas Tian Shan-berg, det forntida bondesamhället förblir gömt i sikte – det verkar inte mycket mer än en udda spridning av runda stenblock och sandiga hjulspår när de ses från marken.

Undersökt från 30 meter ovanför med hjälp av drönare och specialiserad bildanalysmjukvara, webbplatsen visar de omisskännliga konturerna av kontrolldammar, bevattningskanaler och cisterner som matar ett lapptäcke av små jordbruksfält. Inledande provutgrävningar bekräftar också placeringen av utspridda bondgårdar och gravplatser, sa Yuqi Li, en doktorand vid institutionen för antropologi i konst och vetenskap som upptäckte platsen med anslagsstöd från National Geographic Society.

Preliminär analys, som beskrivs av Li och medförfattare i decembernumret av tidskriften Arkeologisk forskning i Asien , antyder att bevattningssystemet byggdes på 3:e eller 4:e århundradet e.Kr. av lokala vallskapssamhällen som ville lägga till mer växtodling till sin blandning av livsmedel och boskapsproduktion.

"När forskningen på forntida skördutbyte längs sidenvägen mognar, arkeologer bör undersöka inte bara grödorna själva, men också svit av teknologier, såsom bevattning, som skulle ha gjort det möjligt för "agropastorister" att diversifiera sina ekonomier, " sa Li.

"Under de senaste åren har fler och fler arkeologer började inse att de flesta av de så kallade pastoralist/nomadsamhällena i det antika Centralasien också var involverade i jordbruk, ", tillade Li. "Vi tycker att det är mer korrekt att kalla dem agropastoralister, eftersom att ha en jordbrukskomponent i sin ekonomi var ett normalt fenomen istället för ett övergångsvillkor."

Arbeta med The Spatial Analysis, tolkning, och Exploration (SAIE) laboratorium vid Washington University, Li och kollegor använde först satellitbilder för att rikta in sig på ett område som kallas MGK, så uppkallad efter den intilliggande Mohuchahan-dalen, en intermontane dal av Tian Shan.

Mer detaljerad kartläggning på plats gjordes med hjälp av en quadcopter drönare av konsumentkvalitet och ny fotogrammetrimjukvara som sammanfogade cirka 2, 000 geotaggade flygfoton för att skapa 3D-modeller av webbplatsen.

Webbplatsen ger forskare ett anmärkningsvärt välbevarat exempel på ett småskaligt bevattningssystem som tidiga bönder skapade för att odla spannmålsgrödor i ett klimat som historiskt sett får mindre än 3 tum (66 millimeter) årlig nederbörd – ungefär en femtedel av vatten som anses nödvändigt för att odla även de mest torktoleranta hirsstammarna.

Forskare tror att platsen användes för att odla hirs, korn, vete och kanske vindruvor.

Upptäckten är viktig, Li sa, eftersom det hjälper till att lösa en långvarig debatt om hur bevattningsteknik först tog sig in i detta torra hörn av Kinas Xinjiang-region.

Medan vissa forskare antyder att alla större bevattningstekniker först togs hit av trupperna från Kinas Han-dynastin (206 f.Kr.-220 e.Kr.), Lis studie tyder på att lokala agropastorala samhällen anammade många bevattningstekniker i torrt klimat före Han-dynastin och fortsatte att använda dem till eran efter Han.

En bäck känd som Mohuchahan-floden dränerar dalen och bär ett säsongsbetonat pip av snösmältning och knappa regn ner från bergen innan den försvinner i sanden i Kinas vidsträckta Taklamakanöken.

Tian Shan-bergen, som utgör den norra gränsen till denna öken, är en del av en kedja av bergskedjor som länge har fungerat som en central korridor för de förhistoriska sidenvägarna mellan Kina och Främre Orienten.

Lis forskning om MGK bygger på arbete av hans Washington University-kollega Michael Frachetti, professor i antropologi, vars forskning tyder på att vallningssamhällen som bodde längs dessa bergskedjor bildade ett massivt utbytesnätverk som sträckte sig över stora delar av den eurasiska kontinenten.

Pågående forskning av Frachetti och kollegor vid Washington University hävdar att fröna från tidiga inhemska grödor gradvis sprids till nya områden längs denna inre asiatiska bergskorridor genom sociala nätverk bildade av forntida nomadgrupper – som träffades när de flyttade besättningar till säsongsbetonade betesmarker.

Baserat på hans forskning vid MGK, Li hävdar att tidiga bevattningstekniker också följde samma väg, gå från en pastoral grupp till en annan under tusentals år.

Li noterar att småskaliga bevattningssystem liknande MGK etablerades vid Geokysur floddeltaoas i sydöstra Turkmenistan omkring 3, 000 f.Kr. och längre västerut vid bosättningen Tepe Gaz Tavila i Iran cirka 5, 000 f.Kr.

Wadi Faynan bondesamhälle, etablerad i en ökenmiljö i södra Jordanien under sen bronsålder, har ett bevattningssystem nästan identiskt med det på MGK, inklusive stenblocksbyggda kanaler, cisterner och åkergränser.

Jämfört med kända Han-dynastins bevattningssystem i Xinjiang-regionen, MGK-systemet är litet, bevattnar cirka 500 tunnland över sju skiften längs Mohuchahanfloden. Lis nuvarande studie fokuserar på ett av dessa sju paket, känd som MGK4, som gav bevattning för ca 60 tunnland.

Däremot de "tuntianska" bevattningssystemen – som introducerades av Han-dynastin vid Xinjiang-samhällena i Milano och Loulan – användes längre, bredare och djupare raka kanaler för att bevattna mycket större områden, med en som bevattnar mer än 12, 000 hektar.

Medan vissa forskare uppskattar att arbetare i Handynastin skulle ha behövt flytta omkring 1,5 miljoner kubikmeter smuts för att bygga ett tuntiansystem som kan bevattna 2, 500 hektar, Li beräknar att det 500 hektar stora systemet vid MGK kunde ha byggts av ett litet samhälle av bönder med mycket mindre ansträngning på några år.

"Bevattningssystemet vid MGK4 tyder på att, även om Han-dynastin förde sofistikerad bevattningsteknik till Xinjiang, denna uppsättning teknik ersatte inte bevattningstekniken som dök upp tidigare i Xinjiang, " sa Li. "Istället, den fortsatte att användas under tiden efter Han. Vi tror att anledningen var att denna uppsättning teknik var väl anpassad till de ekologiska och sociala förhållanden som lokala agropastorala samhällen möter.

"Med tanke på den senaste tidens forskning om vägarna för tidiga utbyte av grödor, det är möjligt att det tekniska "kunnandet" av bevattning i denna region har sitt ursprung i tidigare agropastorala traditioner i västra Centralasien, ", tillade Li. "Som en grundläggande teknologi som stödde de agropastoralistiska samhällena i Xinjiang, bevattning spred sig förmodligen till Xinjiang genom den inre asiatiska bergskorridoren tillsammans med grödor under förhistorien."