興縣碧村遺址土壤微形態(tài)初步研究

李春霞 張海 張光輝 莊奕杰

本文系國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“中華文明探源研究·北方長(zhǎng)城地帶文明進(jìn)程研究”（編號(hào)：2020YFC1521601）階段性成果。

摘要：碧村遺址是黃河?xùn)|岸一處重要的石城聚落，發(fā)現(xiàn)了距今4000年前后一套布局規(guī)整結(jié)構(gòu)嚴(yán)密的大型門址。本文對(duì)碧村遺址城門東門址處建筑的土構(gòu)部分開(kāi)展了土壤微形態(tài)研究。薄片觀察顯示，碧村先民對(duì)周邊可利用的土料有較為清晰的認(rèn)識(shí)，有意采集黏土含量較高的褐土用于鋪墊和制作土坯，并且對(duì)采集的土料進(jìn)行了一定程度的處理加工。

關(guān)鍵詞：碧村遺址 土壤微形態(tài) 生土建筑 土坯

Abstract： The Bicun site is an important prehistoric stone-walled settlement on the east bank of the Yellow River.? We conducted a systematic micromorphological examination of the earthen part of the well-designed eastern gate. Our results show that the people at Bicun had a basic understanding of sediments and soils in this area. They collected brown earth with a higher clay content， which performs better as construction materials， for mudbricks and ground-raising layers. Some treatments may also be done to improve the properties of the earth.

Keywords： Bicun site Soil Earth construction Mudbrick

石城聚落是亞歐大陸北方地區(qū)一種獨(dú)具特色的聚落形態(tài)，其在中國(guó)北方地區(qū)的出現(xiàn)大約是在公元前2800年左右，并一直延續(xù)到青銅時(shí)代。石城聚落在大量使用石材的同時(shí)，也使用土鋪墊地坪、黏合石塊，并發(fā)展出了土石混筑、石包土等建筑形式。但目前對(duì)于其建筑技術(shù)的研究主要著眼于石墻營(yíng)建方式、建筑形式等方面，還少有研究關(guān)注土構(gòu)部分，限制了我們對(duì)北方地區(qū)建筑技術(shù)的理解。

土壤微形態(tài)分析是研究土構(gòu)建筑的常見(jiàn)技術(shù)手段，可以提供土料來(lái)源和加工技術(shù)等方面的豐富信息。例如，土壤微形態(tài)研究確認(rèn)了灰嘴遺址所見(jiàn)“白灰面”是直接利用了天然的石灰華板，平糧臺(tái)遺址的土坯墻被侵蝕后重新涂抹墻皮等。本文嘗試運(yùn)用土壤微形態(tài)分析的方法對(duì)山西興縣碧村遺址石砌建筑的土構(gòu)部分開(kāi)展研究，以期獲得對(duì)龍山時(shí)期北方地區(qū)建筑技術(shù)以及技術(shù)與環(huán)境之間關(guān)系的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。

一、遺址簡(jiǎn)介與區(qū)域地貌背景

碧村遺址位于山西省呂梁市興縣碧村村北，是一處龍山時(shí)代至二里頭時(shí)期早期的石城聚落。城內(nèi)殘存面積75萬(wàn)平方米，應(yīng)當(dāng)是蔚汾河流域及周邊區(qū)域龍山時(shí)代晚期的區(qū)域中心。

聚落北、西、南三面臨河或溝，核心區(qū)以東有兩道城防設(shè)施。已發(fā)掘的最重要的遺存是小玉梁核心建筑區(qū)和外城墻所設(shè)東城門。小玉梁的建筑早期為南向土構(gòu)房屋，之后修筑了西向石構(gòu)排房及臺(tái)地周圍的石圍墻。東城門發(fā)現(xiàn)目前所見(jiàn)史前時(shí)期結(jié)構(gòu)最為規(guī)整的門址，由三個(gè)呈“品”字形分布的大型墩臺(tái)和周邊的障墻及門塾組成。墩臺(tái)采用石包土的技術(shù)，修筑前普遍鋪墊了墊土。半圓形墩臺(tái)外側(cè)夾墻兩端為石砌，中間為土坯墻，是目前發(fā)掘所見(jiàn)最早的土坯和石砌相結(jié)合的案例。

遺址所在的黃土高原北部，黃土廣布，溝壑縱橫，地貌層級(jí)結(jié)構(gòu)明顯（圖一）。碧村位于蔚汾河與黃河的交匯處，周邊地貌單元由上而下依次為黃土臺(tái)地、河流高階地、河流低階地和河漫灘；遺址坐落在黃土臺(tái)地之上，與黃河漫灘的高差可達(dá)數(shù)十米至百米。

二、研究方法、樣品采集及實(shí)驗(yàn)室處理

土壤微形態(tài)分析借助顯微和/或超顯微技術(shù)對(duì)未受干擾的定向樣品進(jìn)行研究，以確定其成分的組成及相互的時(shí)間、空間關(guān)系。其操作流程是在田野中采集成塊的土壤或沉積物，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)將樣品干燥并灌膠硬化后分割成合適大小，固定到載玻片上磨制成厚30μm的薄片，然后在顯微鏡下對(duì)薄片進(jìn)行觀察。

這一方法在考古學(xué)研究中獲得了廣泛的應(yīng)用。一方面，對(duì)于遺址內(nèi)外自然沉積及古土壤的微形態(tài)研究可以提供氣候、植被以及人類活動(dòng)的多方面的信息，對(duì)于理解古環(huán)境具有重要意義；另一方面，考古堆積的微形態(tài)研究可以觀察到田野中肉眼忽視的細(xì)小現(xiàn)象和遺物，如微小的動(dòng)植物遺存和其他與人類行為相關(guān)的包含物，豐富了研究資料；且薄片固定了堆積的形態(tài)，保留了不同組分之間的空間位置關(guān)系，薄片中的現(xiàn)象和遺物可以在其本身的背景（context）下被觀察和解釋，有助于理解堆積形成過(guò)程及埋藏后改變。

本次研究的采樣地點(diǎn)位于碧村遺址東城門發(fā)掘區(qū)，以涵蓋不同類型的堆積為原則進(jìn)行抽樣。共采集土壤微形態(tài)樣品6塊，包括城門石墻下墊土（碧村1）、甕城外夾道土坯（碧村2、3）、F2室內(nèi)（碧村4）以及甕城外夾道柱洞內(nèi)堆積（碧村5、6）。取樣位置和部分采樣照片見(jiàn)圖二。

土壤微形態(tài)樣品由中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）處理成薄片。每張薄片規(guī)格大體為10cm×10cm，樣品大小超過(guò)此規(guī)格的，分割樣品制片，獲得薄片8張。土壤薄片在偏光顯微鏡下參照Stoops的方法進(jìn)行觀察和記錄。

三、土壤微形態(tài)觀察

各薄片具體描述見(jiàn)文后附表，現(xiàn)將對(duì)樣品的主要認(rèn)識(shí)總結(jié)如下。

柱洞

在甕城夾道內(nèi)北部有一排柱洞，打破了原有的夾道空間結(jié)構(gòu)，其形成應(yīng)晚于墩臺(tái)和外側(cè)夾墻，具體功能不明。根據(jù)薄片觀察，兩個(gè)柱洞內(nèi)的堆積主要為分選較好的粗粉砂粒級(jí)（20～63μm）礦物顆粒，不見(jiàn)集中的有機(jī)質(zhì)殘留，排除木柱在洞內(nèi)腐朽的可能；柱洞內(nèi)的堆積整體松散，以柱洞1尤為突出，未見(jiàn)特殊處理的跡象，也未見(jiàn)土壤發(fā)育的跡象。這說(shuō)明木柱被拔除之后，時(shí)人未對(duì)坑洼的柱洞進(jìn)行進(jìn)一步處理，當(dāng)時(shí)甕城夾道結(jié)構(gòu)已被破壞，功能應(yīng)當(dāng)已經(jīng)喪失（圖三）。

F2室內(nèi)

甕城夾道南北兩邊各有一門塾，南部門塾編號(hào)為F1，北側(cè)門塾編號(hào)為F2，僅存夾角墻體、室內(nèi)地面和室內(nèi)灶。兩門塾的室內(nèi)地面經(jīng)過(guò)了細(xì)致的處理，地面堅(jiān)硬，保存狀況較好（圖二 ，c）。

F2室內(nèi)的薄片可分為5個(gè)堆積單元（圖四，a）。1、3、5單元的整體礦物顆粒排布緊密，是同一類堆積。1單元、3單元頂部和5單元頂部的黏土含量高（圖四，b、c、f），一些礦物大致呈水平分布，并可見(jiàn)橫向的細(xì)長(zhǎng)孔隙（圖四，b），這三層應(yīng)當(dāng)是室內(nèi)地面或緊挨地面的最上層墊土，選用粒度較細(xì)的土料并進(jìn)行了細(xì)致的處理。3、5單元不甚規(guī)整的上邊緣應(yīng)是室內(nèi)地面在使用過(guò)程中受損導(dǎo)致的。5單元頂部的地表結(jié)皮指示了地面的活動(dòng)跡象（圖四， f）。2、4單元相較而言礦物排布較為松散，物質(zhì)分選稍差，4單元還可見(jiàn)大塊巖屑，但與人類行為相關(guān)的包含物少，僅偶見(jiàn)炭屑及植物殘留（圖四，e、f）。因此這兩層并非堆積在地表的生活垃圾，可能是室內(nèi)地面損壞后為找平而進(jìn)行的鋪墊，處理相對(duì)隨意。

微形態(tài)研究表明，門塾F2作為整個(gè)城門系統(tǒng)的一部分被長(zhǎng)期使用，其室內(nèi)地面經(jīng)過(guò)至少3次鋪墊。地面損壞后重新鋪墊的流程為：先大致填平坑洼部分，再鋪墊較細(xì)的墊土形成新的室內(nèi)地面。

墊土

石墻下的墊土分為上下兩層，上層為黃色，下層為褐色，兩層墊土交界面有較多炭屑（圖五，a）。黃色墊土整體較為均質(zhì)，以粗粉砂粒級(jí)的礦物為主，黏土含量低（圖五，a、c）。除少量弱發(fā)育的鈣質(zhì)膠膜之外，未見(jiàn)其他土壤特征物。褐色墊土整體黏土含量和孔隙率較高（圖五，b），有少量植物殘留，且可見(jiàn)塵狀黏粒亞膠膜和鈣質(zhì)膠膜等土壤特征物（圖五，e、f），體現(xiàn)了一定程度的土壤發(fā)育。褐色墊土不均質(zhì)，薄片中可見(jiàn)兩塊深褐色的區(qū)域，與周邊分界較為清晰（圖五，b）。深褐色部分孔隙率較高，顯微鏡下觀察其黏土含量高于周邊（圖五，d），土壤特征物也更多，土壤發(fā)育程度更高。這兩種土應(yīng)當(dāng)采自土壤剖面的不同深度或者不同地點(diǎn)發(fā)育程度不同的土壤。

土坯

土坯的粗顆粒部分主要為粗粉砂粒級(jí)的礦物，細(xì)粒質(zhì)黏土比例相對(duì)較高。土坯基質(zhì)與褐色墊土類似，可能取料自相同的環(huán)境。

相較于褐色墊土而言，土坯的孔隙率較高。土坯1中含有較多的植物殘留，許多管狀孔隙中可以看到未完全降解的植物有機(jī)質(zhì)殘留（圖六， c），還有一些鈣化的植物根部細(xì)胞（（圖六， d）；此外，土坯1中還有更多的和鈣質(zhì)相關(guān)的特征物（圖六， e），其中一些鈣質(zhì)結(jié)核或填充物的晶體顆粒較大，應(yīng)是土料中本來(lái)存在的，并非在土坯制備的短期過(guò)程中形成（圖六，f）。土坯2中可見(jiàn)較豐富的塵狀黏粒特征物（圖六，g），此類特征物的形成與水分的快速移動(dòng)有關(guān)，在生土建筑中出現(xiàn)往往指示了加水混合土料。但需要注意的是，土坯中一些破碎的黏粒特征物及地表結(jié)皮不是在土坯加工過(guò)程中形成的（圖六，h），而是土料本身的特質(zhì)或包含物。此外，土坯2 相較于土坯1含有更多的土壤團(tuán)塊。

四、討 論

直接使用原狀土，或僅對(duì)原狀土進(jìn)行簡(jiǎn)單機(jī)械加工后作為建筑材料的房屋在建筑學(xué)中被稱為生土建筑。這里的生土并非考古學(xué)意義上的生土，可以理解為各類沉積物及土壤的泛稱。由于地貌環(huán)境、氣候背景等方面的不同，各地的生土有很大的差異性。為達(dá)到理想的效果，人們要在周邊環(huán)境中選擇合適沉積物或土壤，并根據(jù)需要進(jìn)行進(jìn)一步處理。下面將結(jié)合區(qū)域環(huán)境背景，進(jìn)一步討論碧村建筑的土構(gòu)部分可能的原料來(lái)源以及加工技術(shù)。

1. 作為建筑材料的生土和碧村土料的來(lái)源

作為建筑材料，沉積物或土壤中不同粒徑的礦物有不同的作用。小于2μm的黏土礦物是土料的粘結(jié)性的來(lái)源，黏土含量過(guò)低會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度不夠以及無(wú)法成型，但黏土的收縮性也會(huì)造成建筑表面的裂隙。合適的黏土與砂的配比是獲得良好粘結(jié)性、理想的強(qiáng)度和更小的收縮性的關(guān)鍵。

以土坯為例，古羅馬土坯的實(shí)驗(yàn)考古研究顯示黏土含量在12%～16%之間最為合適；當(dāng)代歐洲土坯的配比方法之一為14%的黏土，22%的粉砂，62%的砂和2%礫石。由于薄片觀察難以準(zhǔn)確測(cè)定小于2μm的黏土含量，這里將碧村土坯與其他遺址進(jìn)行過(guò)粒度測(cè)定的土坯進(jìn)行對(duì)比（圖七），可以看到碧村土坯的黏土含量明顯低于10%，未達(dá)到理想數(shù)值。但在碧村薄片中所見(jiàn)的兩種土中，土坯所使用的褐色土黏土含量更高，可能已經(jīng)是遺址周邊相對(duì)理想的土料。

土料的各方面性質(zhì)能夠通過(guò)觀察及簡(jiǎn)單的測(cè)試進(jìn)行判斷，碧村先民應(yīng)當(dāng)是在實(shí)踐過(guò)程中認(rèn)識(shí)到了土料之間的差別，更傾向于使用褐色土料。除了被用于制作土坯外，褐色土在碧村東城門處及核心區(qū)小玉梁均有鋪墊。

坐落于蔚汾河與黃河交匯處的黃土臺(tái)地之上，碧村遺址周邊區(qū)域自然沉積物有風(fēng)成黃土和河流沉積的粉砂及砂礫石。遺址所見(jiàn)的黃色土料應(yīng)該來(lái)自黃土堆積，褐色土料可能采自周邊弱發(fā)育的土壤。黃土是區(qū)域內(nèi)易得的建筑材料，厚達(dá)幾十米，廣泛分布。而土壤分布較為局限，應(yīng)當(dāng)來(lái)自于有一定植被覆蓋的穩(wěn)定地表或者埋藏的古土壤，獲取的時(shí)間和人力成本相對(duì)較高。這在某種程度上佐證了褐色土料是被特意選用的。

2. 碧村所見(jiàn)生土營(yíng)建技術(shù)

除選用合適的土壤或沉積物，添加黏土或砂調(diào)整粗細(xì)顆粒配比之外，處理原狀土以及添加其他羼合料是得到理想土料的常見(jiàn)手段。常見(jiàn)的處理方式有碾碎、過(guò)篩、攪拌和浸泡等，目的是使土料更加均質(zhì)、提高含水量以增加土料的粘結(jié)性和可塑性；不同的羼合料作用不同，植物纖維和動(dòng)物的毛發(fā)可以減少開(kāi)裂，石灰、瀝青和動(dòng)物糞便、血液及動(dòng)植物油脂等的加入能夠增加強(qiáng)度。這些加工處理方法，部分可以通過(guò)田野和實(shí)驗(yàn)室觀察辨析出來(lái)。

如前文所述，黃色墊土較為均質(zhì)，而褐色墊土不均質(zhì)，這與原材料的性質(zhì)及對(duì)墊土的加工密切相關(guān)。黃土本身相對(duì)均質(zhì)，其粒度變化的時(shí)間尺度較長(zhǎng)，且變化幅度較??；而土壤可能因?yàn)槲⒌孛?、植被情況以及位于土壤剖面的不同深度而呈現(xiàn)出明顯不同的發(fā)育程度和特征。褐色墊土中可見(jiàn)大塊的與基質(zhì)分界清晰的土壤團(tuán)塊，說(shuō)明在鋪墊墊土前并沒(méi)有對(duì)采集的土料進(jìn)行充分的破碎。同樣使用褐色土的土坯中異質(zhì)性土壤團(tuán)塊較小或整體較為均質(zhì)，應(yīng)當(dāng)對(duì)土料進(jìn)行了一定的破碎和攪拌。在土坯2中出現(xiàn)了沿孔隙分布的塵狀黏粒聚集，這一特征物的形成在生土營(yíng)建中與加水濕潤(rùn)并攪拌土料高度相關(guān)。

雖然在土坯中添加植物是制作土坯的常見(jiàn)做法，但目前難以斷定碧村土坯中所見(jiàn)植物是刻意添加的羼合料。土坯1中存在較高比例的植物殘留以及相關(guān)的孔洞，有添加植物纖維的可能。但土坯2中植物遺存并不突出，且褐色墊土中也有一定數(shù)量的植物遺存。樣品量有限，難以排除這只是偶然的行為。其次，在土坯和褐色墊土中均見(jiàn)鈣化植物根部細(xì)胞，這指示了至少部分植物遺存來(lái)自土壤中殘留的植物根系。

此外，本次研究的土坯薄片來(lái)自兩塊相鄰的土坯，但兩塊土坯呈現(xiàn)出一些不同的特點(diǎn)。除可能存在的抽樣偏差之外，另一種可能是在處理土料時(shí)攪拌并不充分，導(dǎo)致不同土坯或者土坯的不同部分呈現(xiàn)出不一樣的特征。

我國(guó)傳統(tǒng)的土坯制作技術(shù)有“水脫坯”和“干打坯”兩種：水脫坯是在土料中加水和成泥漿，并添加較多的植物纖維以增加拉結(jié)力，然后將混合好的泥漿擠入模具，干燥后成型；干打坯則是將濕潤(rùn)的土料在模具中壓實(shí)成型，流行于北方地區(qū)。碧村的土坯制作應(yīng)當(dāng)采用的是類似干打坯的方法，對(duì)黏土含量稍高的褐色土料濕潤(rùn)后進(jìn)行簡(jiǎn)單攪拌，然后在模具中壓制成土坯。

五、結(jié) 語(yǔ)

土壤微形態(tài)觀察為我們提供了碧村遺址東城門處建筑土構(gòu)部分的豐富細(xì)節(jié)信息。我們的研究表明碧村先民對(duì)于聚落周邊可供使用的沉積物及土壤的性質(zhì)有較為充分的了解，并能根據(jù)建筑不同位置的土料需求獲取特定的原料，并進(jìn)行不同的處理。

需要說(shuō)明的是，對(duì)于生土建筑的研究有賴于實(shí)驗(yàn)考古以及與可能的原料進(jìn)行對(duì)比。如果能在碧村周邊采集不同的沉積物及土壤樣品，并使用這些樣品進(jìn)行制作土坯、鋪墊墊土的實(shí)驗(yàn)，對(duì)比使用不同原料、是否添加植物羼合料以及不同混合程度的土料在薄片中的形態(tài)，當(dāng)有助于我們對(duì)于當(dāng)時(shí)的生土營(yíng)建技術(shù)做出更準(zhǔn)確的判斷。

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