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    遺址土壤的系統(tǒng)分類研究①

    2020-07-25 03:05:38查理思吳克寧高曉晨
    土壤 2020年3期
    關(guān)鍵詞:古人類人為剖面

    查理思,吳克寧,鞠 兵,高曉晨

    遺址土壤的系統(tǒng)分類研究①

    查理思1,吳克寧2*,鞠 兵3,高曉晨4

    (1廣東財經(jīng)大學公共管理學院,廣州 510320;2中國地質(zhì)大學(北京)土地科學技術(shù)學院,北京 100083;3中國科學院南京土壤研究所,南京 210008;4河北省不動產(chǎn)登記服務(wù)中心,石家莊 050051)

    選取4個典型遺址土壤剖面為研究對象,基于剖面形態(tài)和理化性質(zhì)的分析,根據(jù)世界土壤資源參比基礎(chǔ)(WRB)、美國土壤系統(tǒng)分類(ST)、中國土壤系統(tǒng)分類(CST),對供試土壤進行分類歸屬研究。結(jié)果表明:目前的分類方案均不能較好地體現(xiàn)遺址土壤的特征,因此建議在CST人為土土綱中增加技術(shù)人為土亞綱,并先被檢索出來,下設(shè)緩透技術(shù)人為土和遺址技術(shù)人為土土類,分別下設(shè)遺址緩透技術(shù)人為土、含磷遺址技術(shù)人為土和普通遺址技術(shù)人為土亞類。修改方案不僅可以較少地改動土壤系統(tǒng)分類診斷體系,也能夠較好地將古人類影響的土壤特征和產(chǎn)生的技術(shù)物質(zhì)融合到新增的“人為緩透或不透層次”或“人工制品”中,作為從古到今所有人類活動和技術(shù)物質(zhì)的一部分,從而實現(xiàn)遺址土壤在系統(tǒng)分類中的歸屬。

    遺址土壤;土壤系統(tǒng)分類;土壤考古

    土壤是人類生存與發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)及活動平臺,人類文明與繁榮既受土壤的制約,又對土壤的形成和演變產(chǎn)生強烈的影響。自人類文明產(chǎn)生以來,土壤的外在形態(tài)、內(nèi)在性質(zhì)發(fā)生著顯著的變化,不同生產(chǎn)方式及區(qū)域文化特征下形成的典型土壤已進入到細化的系統(tǒng)分類中[1-2],這對認識土壤特性及發(fā)掘土壤潛力具有重要的意義。目前國外人為土壤的分類主要集中于技術(shù)土和人為土,其研究區(qū)域主要在城市和工業(yè)地區(qū)[3-8]。國內(nèi)以耕作土壤居多[9-12],其次為城市和工礦區(qū)土壤[13-14]。國內(nèi)外學者針對上述人為土壤提出了許多具體建議方案,設(shè)立了技術(shù)物質(zhì)等診斷特性,封閉等土類形容詞,含磷等亞類形容詞,推動了耕作、城市、工礦等人為土壤的系統(tǒng)分類研究。

    相比之下,遺址土壤的系統(tǒng)分類和診斷特征研究甚少,其歸屬尚存未確定且也存在疑問。如Golyeva等[15]對莫斯科一處青銅時代的遺址土壤進行分類時發(fā)現(xiàn),這些土壤既因為沒有受到現(xiàn)代人為活動影響劃分到技術(shù)土,又因為含有豐富的古人工制品和特殊土壤理化性質(zhì)而不適合劃分到其他土壤類型中。地處中原的河南是我國人類遺址較多的地區(qū),在第二次全國土壤普查時,河南省將遺址土壤劃分為廢墟土土屬,但在土壤系統(tǒng)分類中并沒有建立該土壤的診斷標準和劃分到對應(yīng)的土壤類型。隨著國家日益重視“文化自信”,越來越多考古遺址被發(fā)掘和保護,故對遺址土壤進行科學的系統(tǒng)分類將促進土壤學和考古學的結(jié)合,并指導后續(xù)的土地規(guī)劃和利用[16]。為此,本文綜合國內(nèi)外人為土壤的研究成果[17-20],選取河南省4個典型遺址土壤,根據(jù)世界土壤資源參比基礎(chǔ)(WRB)、美國土壤系統(tǒng)分類(ST)、中國土壤系統(tǒng)分類(CST),對供試土壤進行分類歸屬研究,探討建立遺址土壤特有性質(zhì)的診斷層和診斷特性,提出適用于中國的系統(tǒng)分類建議。

    1 材料與方法

    1.1 研究區(qū)概況

    河南省具有豐富的歷史,現(xiàn)已發(fā)掘的文化遺址可追溯至新石器時代,并坐擁多座歷史古城,如洛陽、開封等。從人類活動影響的歷史進程和方式上看,保存有完好的受古人類活動影響的土壤。因此,以河南地區(qū)為研究區(qū),研究遺址土壤在屬性、剖面形態(tài)特征和分類上的特異性,具有一定的代表性。本研究涉及的4個文化剖面分別采自仰韶村遺址、漢魏故城遺址、二里頭遺址。

    仰韶村遺址坐落于三門峽市澠池縣,位于韶山南麓、黃土臺地上,地處丘陵山地地帶,屬于暖溫帶季風氣候,年平均氣溫12.6℃,年均降水量662 mm,年均蒸發(fā)量1 995 mm。漢魏故城遺址坐落于洛陽市,北靠邙山,南臨洛水,地處伊洛平原中心,屬溫帶季風氣候,年平均氣溫14.2℃,年均降水量 578 mm,年均蒸發(fā)量1 793 mm。二里頭遺址坐落于偃師市,位于洛陽盆地東部,屬于溫帶季風氣候,年平均氣溫14.2℃,年均降水量531 mm,年均蒸發(fā)量1 708 mm。

    1.2 樣品采集

    利用手持GPS記錄采樣點的經(jīng)緯度及海拔等信息,按照《野外土壤描述與采樣手冊》[21]要求挖掘土壤剖面、修理剖面、劃分土層,記錄各層深度范圍、顏色、質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、新生體、侵入體、石灰反應(yīng)和亞鐵反應(yīng)等信息,拍攝景觀和剖面,自下而上分別采集各土層分析樣品和紙盒標本。4個遺址成土因素信息詳見表1。

    1.3 試驗方法

    對照《中國標準土壤色卡》[22]進行土壤顏色定量化,包括色調(diào)、明度和彩度。野外采樣帶回的土壤樣品風干,記錄直徑>2 mm粗骨物質(zhì)的體積。土壤基本理化性質(zhì)分析依據(jù)《土壤調(diào)查實驗室分析方法》[23]進行,包括顆粒組成(激光粒度儀法)、pH(電位法)、有機碳(重鉻酸鉀-硫酸氧化法)、全磷(H2SO4-HClO4混合酸溶,鉬銻抗比色法)和電導率(電導儀法)。其中顆粒組成轉(zhuǎn)換成質(zhì)量含量,以便判別質(zhì)地[24]。

    表1 供試土壤的形成環(huán)境

    2 結(jié)果

    2.1 土壤剖面特征

    由表2可知,遺址土壤剖面干態(tài)顏色均以濁橙和濁黃橙為主,潤態(tài)顏色均以棕和亮棕為主,色調(diào)均以7.5YR和10YR為主,干態(tài)明度大部分集中在6 和7,潤態(tài)明度絕大部分集中在3和4,干態(tài)彩度集中在 2 和 3,潤態(tài)彩度集中在 1。值得注意的是,受古人類活動干擾形成的文化層,其干態(tài)顏色差異明顯,以灰棕和淡灰為主。遺址土壤剖面的土壤結(jié)構(gòu)均以塊狀和團塊狀為主,而受古人類活動干擾形成的灰燼層,其土壤結(jié)構(gòu)為粒狀。遺址土壤剖面中明顯有較多古人工制品或人工形成物,如石器、陶片、磚瓦、骨骼和灰燼。遺址土壤剖面均表現(xiàn)較強的石灰性。

    表2 供試土壤的剖面特征

    2.2 土壤理化性質(zhì)

    由表3可知,遺址土壤剖面黏粒含量變化無規(guī)律,因古人類用火產(chǎn)生大量粗顆粒物質(zhì)(>2 mm),降低了黏粒含量,含量范圍為40.2 ~ 189.0 g/kg,平均值為13.43 g/kg。遺址土壤剖面粗骨含量明顯增多,體積含量范圍為1% ~ 30%,平均值為5.52%。文化剖面1中雖然出現(xiàn)上覆土層黏粒含量<150 g/kg、下伏土層黏粒含量絕對增量超過30 g/kg,但經(jīng)診斷明顯受到古人類活動干擾,土質(zhì)土色差異明顯,為古人類客土形成[25],非土壤自然發(fā)育淀積形成。但文化剖面3中出現(xiàn)上覆土層黏粒含量<150 g/kg、下伏土層黏粒的絕對增量超過30 g/kg,經(jīng)分析判定為黏化層。

    由表4可知,遺址土壤剖面的pH波動較大,因古人類用火產(chǎn)生大量偏堿性的草木灰物質(zhì)侵入土體,改變了土壤穩(wěn)定的pH環(huán)境,pH變化范圍為8.11 ~ 8.96,平均值為8.53。遺址土壤剖面的電導率波動也較大,因古人類用火產(chǎn)生大量草木灰可溶性鹽物質(zhì),變化范圍為0.02 ~ 0.13 dS/m,平均值為0.08 dS/m。遺址土壤剖面的有機碳含量變化無規(guī)律,且因古人類存儲糧食和填埋生活垃圾,增加了土壤有機碳含量,含量變化范圍為2.10 ~ 24.12 g/kg,平均值為8.41 g/kg。遺址土壤剖面的全磷含量變化無規(guī)律,但因古人類居住、飲食活動增加了土壤全磷含量,平均值為3.56 g/kg。

    表3 供試土壤的物理性質(zhì)

    表4 供試土壤的化學性質(zhì)

    3 討論

    3.1 供試土壤WRB分類

    根據(jù)WRB分類方案[26],遺址土壤剖面1 ~ 4雖然滿足技術(shù)土對人工制品的深度和含量要求,但具有黏化層、雛形層,從而剖面1、2、4可劃分為雛形土(Cambosols),剖面3可劃分為淋溶土(Luvisols),具體結(jié)果詳見表5。

    技術(shù)土(Technosols)一級單元的前綴修飾詞中表征了“薄層”“封閉”“緩滲”“城市”“工業(yè)廢棄物”等人工制品的特性,其他一級單元如剖面2和剖面3的雛形土和淋溶土的后綴修飾詞中也有“技術(shù)”前綴表征人工制品的影響。WRB設(shè)立技術(shù)土一級單元,且在其他一級單元中也有“技術(shù)”“有毒”和“運移”等后綴修飾詞,較好地體現(xiàn)了土壤受人為擾動的特性,但前綴修飾詞或后綴修飾詞不能完全描述受古人類活動形成的文化剖面。

    3.2 供試土壤ST分類

    根據(jù)ST分類方案[27],遺址土壤剖面1 ~ 4中雖含有人工制品,但是因剖面中有雛形層或黏化層,剖面1、2、4被劃分為始成土(Inceptisols),剖面3被劃分為淋溶土(Alfisols),而這兩個土綱只有以“水耕”為詞綴的亞類表征受到人為活動的影響,具體結(jié)果詳見表6。

    新成土(Entisols)均在其亞類中體現(xiàn)人為運移擾動特征,且在土族命名中加入人為擾動和人為運移物質(zhì)等級標準,細化人工制品的類型和含量等,充分體現(xiàn)了土壤受人類擾動的程度。然而人為運移擾動特征只在新成土中有所體現(xiàn),而其他土綱中未體現(xiàn)該特征,這使得具有其他土壤特性的遺址土壤參照ST分類時,只能體現(xiàn)自然成土特征,而忽略人為運移擾動特征。

    表5 供試土壤WRB分類結(jié)果

    Tab1e 5 WRB classification of studied soils

    表6 供試土壤ST分類結(jié)果

    Tab1e 6 Soil taxonomy classification of studied soils

    3.3 供試土壤CST分類

    根據(jù)CST分類方案[28],遺址土壤剖面1、2、4因有雛形層均被劃分為雛形土(Cambosols),剖面3因有黏化層被劃分至淋溶土(Argosols),具體結(jié)果詳見表7。

    遺址土壤參照CST被劃分為擾動人為新成土(Turbi-Anthric Primosols)屬最適合的類型,但該類型土壤多指由平整土地、修筑梯田等而形成的人為土壤,“人為擾動層”的定義中并未包含人工制品等侵入體,故不能完全描述含有古人工制品的土壤。所以目前CST分類方案缺乏明確的診斷依據(jù)來描述遺址土壤特征。

    表7 供試土壤CST分類結(jié)果

    Tab1e 7 CST classification of studied soils

    3.4 遺址區(qū)遺址土壤的系統(tǒng)分類建議

    根據(jù)本文研究結(jié)果,建議在CST中增加或修訂以下診斷特性:①新增“人為緩透或不透層次”,即人為制造的緩透或不透膠結(jié)硬化物質(zhì),包括古人類活動形成的磚瓦、地基等構(gòu)成的任何厚度的層次,其性質(zhì)顯著不同于自然物質(zhì),并橫向覆蓋土壤95% 以上面積。②修訂“人為擾動層次”。在目前CST中,由人類活動留下的建筑材料、建筑垃圾和生活垃圾等物質(zhì)堆填而形成的土層因不滿足相應(yīng)的鑒定條件而不能稱為“堆墊表層、堆墊現(xiàn)象、人為擾動層次”,故建議將“由平整土地、修筑梯田等形成的耕翻擾動層”修改為“平整土地、修筑梯田等塑造人工地貌形成的耕翻擾動或挖掘回填層”,包含新增“人為緩透或不透層次”的定義。③增加“人工制品”內(nèi)涵,即人類創(chuàng)造或進行重大加工、改造的物質(zhì),包括古人工制品陶片、石器等。④新增磷質(zhì)特性。目前CST中,富磷特性或富磷現(xiàn)象局限于含有較高含量鳥糞和珊瑚砂、貝殼碎屑的土壤,由于遺址土壤磷富集是一個顯著的特征,但由于磷素不是來自鳥糞,因此不能劃分為磷質(zhì)濕潤正常新成土,因此,建議新增磷質(zhì)特性,將其在分類中體現(xiàn)出來,定義為土壤中具有較高含量非鳥糞來源磷的特性。

    參照前人研究成果中控制層標準[29],建議在CST中增加“遺址”土類限定詞:土表至200 cm范圍內(nèi),厚度大于20 cm、含20%(體積分數(shù),加權(quán)平均)以上古人工制品的土壤。增加“緩透”土類限定詞:土表至200 cm范圍內(nèi)存在人為緩透或不透層次。增加“磷質(zhì)”亞類限定詞:土表至200 cm范圍內(nèi),全磷(P2O5)含量<35 g/kg而≥3.5 g/kg,或0.5 mol/L NaHCO3浸提磷(P2O5)≥35 mg/kg的土壤。

    參照 ST,建議在 CST 中增加人工制品類別,用于遺址土壤土族和土系劃分,體現(xiàn)古人類活動對土壤的技術(shù)侵入。根據(jù)古人工制品類型,可分為灰燼、古陶瓦、古石器、古有機垃圾、混合古人工制品。其中古有機垃圾多為古人類利用廢棄的窖穴、水井或建筑取土后的凹坑傾倒生活垃圾,垃圾物包括植物殘渣、動物骨骼。

    如表8所示,按照上述方案以及土族命名方法,4個典型遺址土壤均劃分到技術(shù)人為土中,表明其受到人為作用的影響。其中,剖面1具備古人工制品和磷質(zhì)特征,故劃分為含磷遺址技術(shù)人為土;剖面2和3雖均具備古人工制品,但不具備磷質(zhì)特征,故劃分為普通遺址技術(shù)人為土;剖面4為古人類夯土而成的土墻,剖面中含有人為緩透層次,并具備古人工制品,故劃分為遺址緩透技術(shù)人為土。在土族命名中,各自體現(xiàn)了特點,剖面1中含有因大量古人類用火形成的灰燼,剖面2中含有因古人類丟棄垃圾形成的灰坑,含有古有機垃圾,剖面3中因含有大量古陶瓦片,剖面4中古人工制品多種。該建議方案既體現(xiàn)土壤自然發(fā)生過程,又表征了古人類活動對土壤的影響,分類更加具體細致。

    表8 建議方案分類結(jié)果

    4 結(jié)論

    為最小限度地改變CST原框架、概念和定義,本研究建議在人為土土綱中增加技術(shù)人為土亞綱,并先被檢索出來,下設(shè)緩透技術(shù)人為土和遺址技術(shù)人為土土類,分別下設(shè)遺址緩透技術(shù)人為土和含磷遺址技術(shù)人為土、普通遺址技術(shù)人為土亞類。與前人相關(guān)研究相比,該方案不僅可以較少改動目前CST分類診斷體系,也能夠較好地將古人類影響的土壤特征和產(chǎn)生的技術(shù)物質(zhì)融合到新增“人為緩透或不透層次”“人工制品”中,作為從古到今所有人類活動和技術(shù)物質(zhì)的一部分,從而實現(xiàn)遺址土壤在系統(tǒng)分類中恰當?shù)臍w屬。同時在土族劃分中加入古人工制品類別,具體體現(xiàn)了古人類活動對土壤的技術(shù)侵入。

    致謝:感謝中國科學院南京土壤研究所張甘霖研究員和中國農(nóng)業(yè)大學張鳳榮教授對本文的指導和建議。

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    Study on Soil Taxonomy of Relic Soils

    ZHA Lisi1, WU Kening2*, Jü Bing3, GAO Xiaochen4

    (1 School of Public Administration, Guangdong University of Finance and Economics, Guangzhou 510320, China; 2 School of Land Science and Technology, China University of Geosciences, Beijing 100083, China; 3Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China; 4 Real Estate Registration Service Center of Hebei Province, Shijiazhuang 050051, China)

    Soil is becoming an important object in archaeological research, yet Chinese Soil Taxonomy (CST) doesn’t have any explicit diagnostic basis for characterizing relic soils. Therefore, it is essential to intensify the characteristics of relic soils in CST, which could not only promote the diagnostic features of relic soils, but also facilitate the integration of archaeology and soil science. In this paper, 4 typical cultural relic soil profiles in Henan Province were selected as the study objects, based on the morphological and physicochemical analyses, their soil types were classified in WRB, Soil Taxonomy (ST) of USDA and CST, respectively. The results showed that all of them lacked appropriate prefix or suffix to describe diagnosis of relic soils containing ancient artifacts. Then, scheme of relic soils in CST was proposed, adding a new soil suborder of technic anthroposols which contains two new soil groups of impermeable technic anthroposols and relic technic anthroposols. Three new subgroups of relic impermeable technic anthroposols, phosphorous relic technic anthroposols and normal relic technic anthroposols were added respectively. This proposal scheme alters current CST little, and can integrate the characteristics of relic soils into the new adding of “artificial slow penetration or impermeable layer” or “artifact” as a part of human activities and material technology since ancient times, thus can give relic soil a proper place in CST.

    Relic soil; Soil taxonomy; Soil archaeology

    S155

    A

    10.13758/j.cnki.tr.2020.03.030

    查理思, 吳克寧, 鞠兵, 等. 遺址土壤的系統(tǒng)分類研究. 土壤, 2020, 52(3): 633–639.

    國家自然科學基金項目(41907007,4137226)和國家科技基礎(chǔ)性工作專項項目(2008FY110600)資助。

    (wukening@cugb.edu.cn)

    查理思(1988—),男,江西廬山人,博士,講師,研究方向為土壤分類和土壤考古。E-mail: 511611249@qq.com

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