北京通州路縣故城城郊遺址地層土壤元素與人類活動研究

呂硯 賈祥英 孫勐 劉乃濤

摘 要：運用X射線熒光光譜分析（X-Ray Fluorescence，XRF）方法分析北京通州路縣故城城郊遺址文化層中的土壤礦質(zhì)元素全量，分析比較對人類活動有指示意義的元素，以恢復(fù)自東漢以來遺址地層記錄的人類活動特征。東漢至魏晉時期，路縣故城城郊遺址地區(qū)與手工業(yè)相關(guān)的示蹤元素豐富，表明這一時期城郊人類活動處于活躍期，且主要從事手工業(yè)生產(chǎn)活動;后期與居住相關(guān)的示蹤元素P、Ca、Ba以及與手工業(yè)活動相關(guān)的Mn含量都明顯高于前期，說明伴隨著人類手工業(yè)活動的增加，城郊地區(qū)的居住功能隨之增強。南北朝時期，Ba含量增加趨勢明顯，推測這一時期城郊區(qū)域人類的居住活動逐漸增加。Mn、Pb含量高，表明手工業(yè)生產(chǎn)依舊活躍;Cu含量下降明顯，大量出土陶片，說明南北朝時期手工業(yè)生產(chǎn)主要從事陶器制作活動。遼金時期，示蹤元素大幅度下降，至明清時期氣候轉(zhuǎn)干冷，遺址區(qū)域不再是人類聚居地。

關(guān)鍵詞：古人類活動;路縣古城城郊遺址;土壤元素;燒失量

中圖分類號：K854 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）19-0118-05

Abstract： This paper uses the XRF method to analyze the total amount of soil mineral elements in the cultural layer of the Luxian County Suburban Ruins in Tongzhou， Beijing， also analyzes and compares the elements that are indicative of human activities and restores the characteristics of human activities recorded in the site strata since the Eastern Han Dynasty. From Eastern Han Dynasty to Wei and Jin dynasties， the trace elements related to handicrafts were abundant in the ruins of the ancient city Lu County， indicating that human activities in the suburbs were in an active period during this period and mainly engaged in handicraft production activities; the trace elements P， Ca， Ba related to residence and the element Mn associated with handicraft activities in later period is significantly higher than the previous period， indicating that with the increase in industrial activities， the residential function also increases. During the Southern and Northern Dynasties， human activities in the suburbs were still active， and element Ba increased significantly. It is speculated that with the abandonment of the ancient city of Lu County during this period， human activities in the suburbs gradually increased. The content of element Mn and Pb is high， the handicraft production is still active， the element Cu has dropped significantly， and a large number of pottery pieces have been unearthed， all of these indicating that the handicraft production during the Northern and Southern Dynasties was mainly engaged in pottery making activities. During the Liao and Jin Dynasties， the tracer elements dropped significantly， and during the Ming and Qing Dynasties， the climate became dry and cold， so the site area was basically abandoned as a human settlement.

Keywords： ancient human activities;suburban site of Luxian County;soil elements;loss on ignition

道庫恰耶夫在1883年出版的《俄羅斯黑鈣土》一書中，首次提出氣候、地形、母質(zhì)、生物和時間是土壤形成的5大關(guān)鍵因素這一理論。人類作為重要的生物因素，其行為對土壤的影響越來越受關(guān)注[1-7]。土壤元素遷移變化的根本原因是自然環(huán)境變化引起的土壤環(huán)境改變，因此自然層中未受到人類影響的元素種類、含量等變化可以有效地反映自然環(huán)境的變遷[8]。而受到人類活動影響的地層即文化層，由人類的耕作、居住、飲食、灌溉排水、施肥、手工業(yè)生產(chǎn)及工業(yè)生產(chǎn)等活動過程引起了特定元素的富集，并導(dǎo)致了土壤在自然狀態(tài)下的元素遷移。這些與人類活動相關(guān)的土壤化學(xué)元素的二次沉積過程，最終導(dǎo)致了土壤中地球化學(xué)元素的明顯改變[9-12]。人類活動區(qū)域及其周圍的土壤中的地球化學(xué)元素會隨不同的人類活動而改變，土壤中的化學(xué)元素組成卻并不會因為遺址的廢棄而改變[4]。因此，除了古器物外，土壤的元素組成也能夠為探究古人活動提供重要線索[13-19]。通過北京通州路縣故城城郊遺址各個時期文化層剖面中相關(guān)元素含量的X射線熒光光譜分析（X-Ray Fluorescence，XRF）測試結(jié)果，分析各個文化層土壤的地球化學(xué)元素特征，嘗試恢復(fù)該遺址區(qū)域自東漢以來的人類活動記錄。

1 遺址概況

路縣故城遺址保護(hù)展示工程項目位于路縣故城城址城郊遺址區(qū)的東南部，西北方向為路縣故城遺址公園，南鄰待建的東古城街，東為副中心行政辦公區(qū)水系鏡河北段。經(jīng)度116°43′9″E，緯度39°54′45″N，海拔19.5～20.5 m，屬于典型的暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫13.8 ℃，年平均降水量620.9 mm。

為配合路縣故城遺址保護(hù)展示工程項目的建設(shè)，2020年9月6日至2020年12月21日，北京市文物研究所在前期考古勘探的基礎(chǔ)上于其占地范圍內(nèi)進(jìn)行了考古發(fā)掘，發(fā)掘面積為3 500 m2。古城遺址及具體挖掘位置見圖1。

此次主要使用探方法進(jìn)行發(fā)掘，共發(fā)掘10 m×10 m探方35個，編號依次為T2601、T2701～T2705、T2801～T2808、T2901～T2906、T3001～T3006以及T3101～T3110。據(jù)初步統(tǒng)計與判斷，共清理出西漢至明清時期的遺跡408處。其中，西漢時期灰坑195座、溝1條、水井8口、灶1處等;東漢至魏晉時期灰坑109座、溝1條、房址1座、道路1條、水井5口、窯址1座、墓葬1座、瓦棺葬1座。出土器物的種類包括陶器（主要器型有陶罐、釜、甕、盆）、銅器（主要器型有銅鏃、弩機(jī)、錢幣）、鐵器（主要器型有鐵刀、錛、斧）、石器（主要器型有石臼、磨盤）、木器（主要器型有木篦、筒、盤）等。

研究探方T3106位于發(fā)掘區(qū)的東南部，北鄰T3006號探方，南部未進(jìn)行發(fā)掘，西為T3105號探方，東為T3107號探方。本研究剖面為探方T3106的北壁，根據(jù)發(fā)掘區(qū)內(nèi)整體的地層分布與劃分，以及本探方土質(zhì)、土色和包含物等具體情況，可分為5層，剖面見圖2。

自下而上特征分述如下。

第①層分為①a、①b兩個亞層，本探方缺失①b層。第①a層厚度約3.25 m，內(nèi)含現(xiàn)代建筑垃圾等。

本探方缺失第②層。

第③a層為黃褐色土，土質(zhì)松散，無包含物，距地表深3.25 m，厚0.15 m。第③b層為淺灰褐色土，土質(zhì)松散，無包含物，距地表深3.40 m，厚0.80 m。

第④層為淺灰褐色土，土質(zhì)松散，內(nèi)含碎陶片、碎磚塊，距地表深4.20 m、厚0.20 m。

第⑤層為灰褐色土，土質(zhì)松散，內(nèi)含紅燒土顆粒、木炭顆粒、泥質(zhì)灰陶片、夾砂紅陶釜殘片、甑底、盆口沿、甕口沿、爐口沿、陶磨殘片、豆柄、板瓦殘片以及筒瓦殘片等。小件器物有1號圓陶餅、2號陶罐、3號紅陶盆、4號瓦當(dāng)、5號銅鏃、6號瓦當(dāng)、7號圓陶餅、8號瓦當(dāng)、9號圓陶餅、10號鐵器以及11號骨器。本層距地表深4.40 m，厚0.60 m。

第⑥a層為灰褐色土，土質(zhì)松散，內(nèi)含草木灰、木炭顆粒、紅燒土顆粒以及泥質(zhì)灰陶片等。器形可辨有盆口沿、盆底、罐口沿、罐底、豆柄、豆盤、夾砂紅陶釜口沿、紅陶爐口沿以及獸骨等。⑥a層內(nèi)出有小件器物有1號陶紡輪2件、2號圓陶餅2件、3號瓦當(dāng)、4號圓陶餅3仵、5號陶磨殘塊、6號圓陶餅3件、7號陶紡輪2件以及8號圓陶餅2件。⑥a層距地表深5 m、厚0.60 m。第⑥b層為灰褐色土，土質(zhì)松散，內(nèi)含少量的泥質(zhì)灰陶片，距地表深5.60 m、厚0.70 m。

地層堆積的成因及特點：第①層為渣土層，現(xiàn)代人類活動堆積形成;第③層為黃褐色土層，明清時期人類活動堆積形成;第④層為淺灰褐色土層，遼金時期人類活動堆積形成;第⑤層為灰褐色土層，南北朝時期人類活動堆積形成;第⑥層為淺灰褐色土層，東漢至魏晉時期人類活動堆積形成。

2 測試結(jié)果

采用自下而上不等距的采樣方法，共獲取有效測試樣本32個，用于指標(biāo)測試。土壤元素分析取樣品5 g，40 °C烘干，研磨成粉末至200目完全過篩，以硼酸作為黏合劑在壓片機(jī)上壓制成圓餅。分析測試采用XRF熒光光譜儀分析。校正曲線使用18個國家土壤成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GSS2-GSS19）、6個水系沉積物成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GSD2a、GSD7a、 GSD9-GSD12），微量元素的試驗誤差為5%。

文化層剖面土壤樣品測試結(jié)果見圖3。根據(jù)土壤元素含量的變化，將整個剖面劃分為上中下3個層段。

下段（560～690 cm）為東漢至魏晉文化層。該層段中P、Cu、Zn、Pb以及Sr的含量平均值均為整個剖面最高，平均含量分別為14.41 g/kg、0.28 g/kg、0.22 g/kg、0.08 g/kg和0.08 g/kg，其中P、Mg、Zn、Pb含量整體呈現(xiàn)上升趨勢。本層段中Fe2O3和Al2O3含量整體呈下降趨勢，平均百分含量分別為2.19%和12.79%，相對于剖面其他層位表現(xiàn)出較低的風(fēng)化水平。燒失量平均值為4.95%，有機(jī)質(zhì)含量較低[8]，但為整個剖面除表土層外的最高值。

中段（500～560 cm）為南北朝文化層。與其下段的東漢魏晉文化層相比，本層段元素變化最明顯的是P、Ba、Cu以及Pb，其平均含量分別為9.50 g/kg、0.72 mg/kg、0.21 g/kg和0.05 g/kg。與其對應(yīng)的下層土壤相比，P、Cu和Pb含量分別下降了34.08%、26.02%和34.42%，Ba含量增加了20.44%。Mn含量有明顯的上升趨勢，平均值為整個剖面最高值。本層位中Fe2O3和Al2O3的含量均值分別為3.35%和14.29%，較下段東漢至魏晉文化層表現(xiàn)出相對較高的地層沉積物風(fēng)化作用過程，燒失量平均值為4.69%，為低有機(jī)質(zhì)含量的地層特征，較上層變化不明顯，整體呈現(xiàn)下降趨勢。

上段（0～440 cm）為遼金文化層到現(xiàn)代表土層。對比其下段的南北朝文化層元素含量，變化比較明顯。含量變化幅度最大的元素是P，平均含量降至1.88 g/kg，較南北朝文化層下降了80.15%;其他變化明顯的元素分別為Ca、Ba、Mn、Pb和Sr，平均含量分別為43.69 g/kg、0.89 g/kg、0.47 g/kg、0.34 g/kg和0.03 g/kg。Mn、Pb和Sr含量分別下降了28.77%、30.54%和31.62%;Ca和Fe2O3含量分別增加了30.42%和32.14%。其中：P、Mn、Cu、Zn、Pb和Sr的含量值為整個剖面的最低值;Ca、Ba、Fe2O3、Al2O3的含量值為整個剖面的最高值。本段的Fe2O3、Al2O3的百分比含量分別為4.31%和15.27%，表現(xiàn)出較高的風(fēng)化水平。本段燒失量波動較為明顯，均值為4.09%，其中明清文化層的燒失量為整個剖面最低值3.75%。

3 結(jié)果分析

3.1 東漢至魏晉文化層（560～690 cm）

本期地層的燒失量相對平穩(wěn)，平均值為4.95%;有機(jī)質(zhì)含量較低[20-26]，低于北京平原區(qū)土壤有機(jī)碳平均含量[27-28]，表明植被覆蓋率較低。古人類活動是造成剖面土壤有機(jī)碳含量下降的主要原因。從剖面整體來看，本層段的燒失量為整個剖面最高，說明東漢至魏晉時期，氣候較后期更加濕潤[29]。Fe2O3、Al2O3含量反映了區(qū)域的風(fēng)化強度[30]。在整個剖面中，本層中的Fe2O3、Al2O3含量最低，表明與后期相比，東漢至魏晉時期環(huán)境氣候較好，水土流失相對較少。

東漢魏晉文化層下段（620～690 cm）元素變化幅度較小，Cu、Zn、Sr平均含量為整個剖面最高，Mn、Mg、P、Pb含量較高且呈現(xiàn)上升趨勢，反映地層中動物骨骼、生活垃圾、焚燒遺跡和器物作坊等遺物遺跡導(dǎo)致的元素輸入作用明顯[31-32]，但與人類居住活動相關(guān)的Ba、Ca含量較低[33]，表明路縣故城城郊遺址在該時期不是人類主要的居住區(qū)域，而是手工業(yè)制造活動區(qū)域。

東漢魏晉文化層上段（560～620 cm）相對下段，與居住活動相關(guān)的Mg、P、Ca含量明顯升高，與手工業(yè)相關(guān)的Pb、Mn含量也表現(xiàn)出升高趨勢[34]。結(jié)合這些元素的地層記錄特征，可以認(rèn)為東漢至魏晉后期遺址區(qū)域人類活動強度較前期有所增加。

地層元素整體分布特征表明，東漢至魏晉時期路縣故城城郊地區(qū)不是古人類的主要居住區(qū)，而是手工業(yè)活動區(qū)域，同時伴有手工業(yè)生產(chǎn)相關(guān)的飲食及居住等活動。后期隨著手工業(yè)活動的增加，居住活動呈現(xiàn)明顯增加趨勢，城郊人類活動強度也隨著時間推移逐漸增加。

3.2 南北朝文化層（500～560 cm）

本期燒失量平均值為4.69%，有機(jī)碳含量較東漢至魏晉南北朝時期有所下降，單變化幅度不大。本時期處于氣候波動期，土壤的風(fēng)化作用較前期有所增強[35]。本層段P含量較東漢魏晉時期有明顯降低，但依然保持較高水平;Mn含量均值達(dá)到最高值0.66 g/kg;Ba、K以及Ca含量值較下層有明顯升高;Sr含量與下段文化層基本持平。這些示蹤元素的含量說明，在南北朝時期本區(qū)域人類活動仍處于活躍期。其中：Ba、K以及P的富集與人類居住活動密切相關(guān)，Ba、K含量的明顯升高說明在南北朝時期遺址區(qū)域人類的居住活動較東漢魏晉時期有所增加;較高的Mn、Pb含量與手工業(yè)生產(chǎn)有關(guān)，且該層位中出土有大量陶片，說明遺址區(qū)域在南北朝時期仍為手工業(yè)區(qū)，有制陶活動的歷史;本層位Cu含量明顯降低，表明青銅器的使用已經(jīng)逐漸退出歷史舞臺。

3.3 遼金文化層～現(xiàn)代表土層（0～440 cm）

本層段燒失量波動較大，較前期變化明顯，其中遼金文化層的燒失量平均值為4.62%，較南北朝時期文化層變化不大。明清文化層和現(xiàn)代表土層變化明顯，明清文化層燒失量平均值下降至3.75%，表土層上升至5.52%。燒失量的變化與植被和降雨有關(guān)[29]，說明在明清時期降水有明顯減少，這與明清時期小冰期相對應(yīng)[35-36]。本層Fe2O3和Al2O3平均值為4.31%和15.27%，表現(xiàn)出較高的風(fēng)化水平，應(yīng)該由氣候轉(zhuǎn)干、生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化以及水土流失嚴(yán)重等因素造成。P含量在本層段急劇下降，平均含量下降至1.88 g/kg，較南北朝文化層下降了80.15%;其他與人類活動相關(guān)的示蹤元素Sr、Pb、Cu以及Mn含量也下降明顯，表明本地區(qū)在遼金后擾動地層因人類活動導(dǎo)致的元素輸入作用明顯減弱，說明該遺址在遼金后不再是人類聚居地。

明清層和現(xiàn)代表土層的Ba、Ca含量增加明顯，說明含Ca物質(zhì)不斷輸入，但其他示蹤元素的減少意味著人類居住、耕作以及手工作坊等活動的減少，推測應(yīng)為人工炭屑的增加導(dǎo)致了明清至現(xiàn)代層Ba、Ca含量的增加，且炭屑沉積時間較短，沒有引起更多的元素交換作用[37]。

4 結(jié)語

本文利用通州路縣故城城郊遺址T3106剖面地層樣品的礦質(zhì)全量及燒失量指標(biāo)，嘗試恢復(fù)遺址地層記錄的整體環(huán)境變化特征與人類活動的基本特征。土壤元素分析取樣品5 g，40 °C烘干，研磨成粉末至200目完全過篩，以硼酸作為黏合劑在壓片機(jī)上壓制成圓餅。分析測試采用XRF熒光光譜儀分析。校正曲線使用18個國家土壤成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GSS2-GSS19）、6個水系沉積物成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GSD2a、GSD7a、 GSD9-GSD12），微量元素的試驗誤差5%。東漢至魏晉時期路縣城郊地區(qū)示蹤元素豐富，說明這一時期本區(qū)域人類活動處于活躍期。遼金后示蹤元素大幅度下降，該地區(qū)不再是人類聚居地。

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