本文来自：宿凯、靳桂云、吴卫红.凌家滩遗址外壕沟沉积物反映的土地利用变化 ——土壤微形态研究案例.南方文物，2020年第3期。
一、遗址简介
凌家滩遗址位于安徽含山县铜闸镇长岗村，历年发掘取得了丰硕的成果[i]。2014年对内壕沟进行了解剖，发现沟内的上层是汉代堆积，下层为新石器时代堆积。2017年对外壕沟解剖，又发现了同样时代的堆积，两条壕沟内都有厚1米左右的汉代堆积，说明沟内在汉代还是呈凹陷状态。因此我们对壕沟的这种形态产生了疑问：究竟是壕沟经过上千年仍未填平，还是在汉代经过了疏浚，或者是其他原因？对史前遗址壕沟开展土壤微形态研究，有助于了解当时壕沟的功能、古人的土地利用和景观改造程度，以及遗址的形成过程。同时开展植硅体研究也能够进一步了解当时的植物状况。
二、样品和方法
2017年凌家滩遗址解剖发掘外壕沟，采样的部位为TG6。TG6位于外壕沟北端的拐弯处，长28米，被划分为南北两段，分别记录为TG6南段、TG6北段，中间留有1m宽的隔梁是本次分析的主要剖面位置，命名为P1。
P1位于TG6北段的南壁，也就是壕沟的中间，堆积基本呈水平状。由本文作者现场采集微形态样品6个，自下往上分别为W1-W5，随后在底部（12）（13）a层界面处补取W6（图二）。另外在TG6北段中间西壁，取样位置为一个汉代沟（G19），在沟的边界和中间各取一个样品，分别为W7和W8（图三，表一）。采集系列植硅体样品29个，其中20个在P1采集，另外9个在TG6的南段采集。采样登记表见附表（表一、二、三）。
图一TG6位置及北段P1、P2、P3剖面位置示意图
微形态可以在不同尺度下观察未经扰动的土壤和沉积物样品，可以同时观察到大多数的组成物质。微形态可以在不同放大倍数下观察沉积物的厚度、层理、粒度、分选、粗粒比例、细颗粒物质的组成、基质、颜色、相对分布、微结构、包含物的走向和分布、包含物的形状及最终的鉴定和定量统计。除此之外，沉积后的改造也可以鉴别出来，例如：土壤动物对微结构造成的生物扰动、粘土缩胀或踩踏引起的裂缝、粘土和铁的位移，还有化学变化如新矿物的生成（蓝铁矿和锰），植物腐烂后形成的有机质粘附，还有粪便的土壤特征（蚯蚓粪便）。近年来该方法在国内考古学研究中的应用越来越多，年代范围从旧石器时代 到新石器 一直到历史时期 ，应用前景十分广阔。
在装有沉积物样品的铝盒内注入树酯，待彻底凝固后从样品块上切下一片，磨至标准厚度30μm。本次制片委托中国地质大学（北京）完成，规格是约10cm*10cm的大薄片，取样品中间位置制片。微形态的分析在偏光显微镜下完成，放大倍数从6.5倍- 400倍，运用平面偏振光（PPL）和交叉偏振光（XPL）。切片的描述、鉴定和定量标准依据Bullock et al.（1985） 和 Stoops（2003） ，矿物鉴定依据 Mackenzie & Adams（1994）。结果用到的表格是Matthews和Simpson总结的。对于薄片中现象的解释主要参考Nicosia & Stoops （2017）和Stoops et al. （2010）。显微照片是用显微镜上附带的数码相机拍摄。鉴定和拍照在山东大学地学考古实验室完成。
植硅体是指高等植物的根系在吸收地下水的同时吸收了一定量的可溶性二氧化硅，经植物的输导组织输送到茎、叶、花、果实等处时，在植物细胞间和细胞内沉淀下来的固体非晶质二氧化硅颗粒。以这种形式存在的硅，占植物体内硅总量的90%以上。用过氧化氢和稀盐酸去除沉积物中的有机质和碱金属离子，洗净后离心，再加重液提取植硅体，制片。植硅体的种属鉴定和定量分析在透射光显微镜下完成。植硅体样品在山东大学地学考古实验室提取并完成鉴定和定量分析。
通过对壕沟沉积物的土壤微形态和植硅体分析，可以推测当时壕沟的功能、古人的土地利用和景观改造程度，以及遗址的形成过程。
土壤微形态样品自下而上为W1、W6、W2、W3、W4、W5。取样铝盒长度约20cm，切片的规格为10cm*10cm。植硅体样品位置为蓝色方框处，蓝色加十字表示已分析，浅蓝色未做分析。
图二TG6北段P1采样内容及位置图
图三TG6北段P2采样位置图（左为W7，右为W8）
三、分析结果
（一）微形态分析
取样剖面底部是凌家滩文化时期的壕沟堆积，通过整个剖面的系列样品，来分析该地点从凌家滩文化到近现代的土地利用变化。以P1为主要剖面，根据薄片的分析结果，粗略的分为人为活动堆积和自然堆积。
1.人类活动堆积
以W3、W4和W5样品为代表的土块，是明显的人类活动集中的地层堆积。尤其是W5，可能反映了近现代此处作为农田来利用的状况，大量的残积粘土和残积粉砂粘土表明土地被经常翻动（图五A、B），未发现植物根孔留下的被铁侵染的发红的粘土胶膜，也间接表明土地被频繁耕作，破坏了原始的孔隙；腐烂未炭化的植物组织最常在此处发现，甚至在其中能看到保存较好的植硅体（图五C、D）；少量的炭屑也表明可能存在偶尔的烧荒行为（图五E）。同时，在W3-W5的连续序列中，越往下残积粘土和炭屑越少，表明这个连续的序列可能是由于在W5所在的地层中深耕造成的。通过薄片中的铁锰结核反映的氧化还原状况来分析水的影响。W5中的铁锰结核都较大（200-1000μm），而且几乎没有耗减（depletion）的情况（图五F），说明该层经历频繁的氧化还原过程，即频繁的浸水和干燥转换；而W4中几乎所有的铁锰结核都有耗减，表明经历了长时间的浸水环境（图五G）；W3中甚至有很多方形和不定形的铁锰结核（图五H），可能是受到外界机械力破坏造成的。通过以上分析，W3-W5所处的地层应当是近现代的水田；但是从野外剖面看颜色趋近（图一），并没有形成明显的土壤剖面，薄片中也没有发现明显的粘土胶膜发育，因此此处作为水田使用的时间可能并不长。
另一处人类活动密集期是以W7和W8为代表。田野发掘中就判断出此处是一处沟状遗迹（图三），因此薄片中的迹象表明有人类活动，也是意料之中。同样，大量的残积粘土和残积粉砂粘土（图五I）表明这里曾经是稳定的地表，但经历了人为的翻动；残积粘土的量要少于W5，因此活动强度应当小于农田。大量的炭屑和腐烂的植物组织（图五J），说明了当时为挖沟进行了烧荒等清理植被的行为，从沟的中间到边缘普遍出现的根孔（图五K），说明这个沟很可能是一次性完成，后期没有进行疏通，野外剖面上也未见到有后期翻动的迹象。薄片中大量出现的浑浊的粘土胶膜和粉砂粘土胶膜（图五L），表明沟挖好后暴露了一定时间，有一定程度的土壤发育，植被的破坏导致这条沟更容易受到地表水和降水的影响。但是两个薄片中都没有发现粗颗粒的矿物和层理，因此这条沟内并没有出现能量很高的水流。肉眼观察W7的薄片，越靠近沟的内测，颜色越浅（发灰，图四），即还原程度越高，说明越靠近沟内越饱水。对薄片的显微分析也显示，W7层局部的铁锰结核有耗减（图五M），说明有一段浸水期，W7层内透亮的粘土胶膜（图五N），说明沟内的水动力非常弱，粘土胶膜在这种条件下淀积形成。W7层的铁锰结核逐渐减少，说明越靠近沟内水的变化越频繁。以上分析表明，这条沟的原始功能可能是用来排泻地表水。
最后着重要提的是，以W1层和W6为代表的TG6北段第（13）a层，野外观察是一层水平分布的黑色薄层（图二），根据薄片分析，很可能是一层人类生活垃圾堆积。在W1层中，发现了粪便（图四，图五O），但是由于保存较差，并不能区分是人类还是何种动物的粪便，在粪便的下方甚至发现了疑似的寄生虫卵（图五P）。根据W1层的颜色和微结构推测，该层的有机质丰富，生物活动较多，堆积方式和水平的地层边界都表明粪便和其他有机质可能是被微弱的水流搬运到此处堆积的。粘粒胶膜的发育也说明沟内的水流极其微弱（图五Q），或者是茂盛的植被阻挡了降水的直接接触。结合W6的微结构分析（图五R），表明在人类生活垃圾的堆积末期，地表趋于稳定，粘粒向下迁移，土壤发育；沟壁受流水侵蚀冲下沟底，尤其在TG6北段第（13）a层堆积末期，可能是沉积物的主要来源。
2.自然堆积
这里所说的自然堆积，仅仅是一个相对概念，只是说堆积过程受人类影响较弱，并不是说彻底远离了人类活动。通过以上分析，唯一受人类影响较弱的，就是以W2为代表的地层。也有可能是TG6北段第（12）层相对较厚，堆积速率较快，使人类活动的信号才其中表现的很弱；但要配合测年数据和粒度分析等其他方法，才能得到更有说服力的结论。粘粒胶膜的发育表明有一定的土壤发育（图五S），靠近顶部较少的铁和锰表明了一段时间的浸水环境（图五T），尤其是在W2层沿孔隙周边的铁锰都有耗减现象（图五U、V），可能说明当时较高的地下水位，水沿毛细管上升将孔隙中铁锰还原带走。即使是这一层，也发现了一定数量的炭屑（图五W）。由于样品在TG6北段第（10）（12）层的边界处，说明在TG6北段第（12）层的堆积末期，又迎来了较强的人类活动。
3.微形态分析总结
总体来说，从上到下，粒度和矿物成分都较为统一，显示较为稳定的沉积物来源和堆积方式。水分（不管是降水还是地下水）一直很充足，而且水位变化频繁，形成了大量的铁锰浓聚物和铁锰结核。土壤应呈弱酸性，无任何碳酸盐类保存，也没有发现骨骼和贝壳类。该地点从新石器时代开始，一直到近现代，扮演了垃圾沟、稳定地表、排水沟和水田的各种角色，显示了沧海桑田之外，人类活动是改造景观的主要作用力。
图四薄片扫描照片
（红线是微层位边界线，W1中蓝色线框出是粪便）
图五A：W5中的残积粘土，PPL；B：W5中的残积粘土，PPL；C：在W5一个孔隙中腐烂的植物组织（蓝圈），PPL；D：C图的放大，PPL；E：W5中微炭屑，PPL；F：W5中的铁锰结核，PPL；G：W4中的铁锰结核，PPL；H：W3中耗减的方形铁锰结核，PPL；I：W8中的残积粘土，PPL；J：W8中较为连续的炭屑，被透亮的粘土胶膜包裹，PPL；K：W7中保存较好的根孔，注意同心圆中的内圈是残存的植物根，外圈是被铁侵染的粘土胶膜，XPL；L：W8中的有纹层的透亮粘土胶膜，XPL；M：W7层局部耗减的铁锰结核，PPL；N：W7有纹层的透亮的粘土胶膜，XPL；O：W1层中的粪便，XPL；P：W1层中的疑似寄生虫卵（蓝圈），PPL；Q：W1层孔洞内的粘土胶膜，PPL；R：W6层中的板块状微结构，PPL；S：W2层中的孔洞的粘土胶膜/坠落型粘粒胶膜（pendants，蓝圈），孔洞被制片用的磨料填充，PPL；T：W2层中的被耗减的铁锰结核，PPL；U：W2层被耗减的孔隙的一个纵截面，注意靠上有透亮的粘土胶膜，XPL；V：W2层被耗减的孔隙的一个横截面，注意外圈还有一层正在耗减的铁锰芽胶膜，XPL；W：W2层的炭屑（蓝圈），左下的孔洞内也有粘土胶膜，PPL。
（二）植硅体分析结果
植硅体分析旨在通过植硅体组合的分析，复原古代植被及更重要的，人对植被的利用和改造状况。但限于此处的埋藏状况，植硅体的保存很不理想，原因将在下文分析。以P1的结果为例，分析结果如下：
1.植硅体组合沿剖面的变化
从数量上来看，生土当中保存的植硅体数量最少，几乎可以忽略不计（图六）。我们认为可能有两方面的原因，一是植硅体的来源，因为植硅体主要大量存在于草本植物，木本植物的植硅体较易溶解，所以生土层的植被可能是以木本植物为主，植被覆盖良好；二是埋藏的条件。植硅体的埋藏状况受到土壤pH、温度、湿度、降雨、CO 2 浓度、粘粒含量等多种复杂因素的影响，但是其作用机制并不十分明确。目前的共识是，植硅体的化学组成SiO 2 *nH 2 O 决定了它在碱性条件下是极不稳定的。然而，根据微形态的观察，该区域的土壤应当呈弱酸性，因此还需寻找其他原因。有研究表明，较高的土壤粘粒含量对植硅体的保存是不利的。田野发掘和微形态的薄片观察，无不表明当地土壤的粘粒含量之高，这可能是造成剖面整体植硅体保存不佳的重要原因。另外，也有研究推测季节性的干湿变化是导致植硅体含量低的因素。大量且普遍存在的铁锰结核是这种干湿变化的最好证据。因此种种证据都表明，该区域不利于植硅体的保存。
在TG6北段（16）（15）层底部的样品中，植硅体的数量稍有所增加（图六），尤其是莎草科帽型的出现，表明了清理植被的行为，使得林地退化为草地，潮湿的环境促进了莎草科的繁茂。同时还要考虑到，莎草科帽型植硅体因为其形状极易受到风化减少。如此校正之后，可见壕沟开挖初期周边的主要植物可能就是莎草科。而在（15）层堆积的后期，一种新的类型大量出现，即平滑棒型，可能代表了植被的演替。值得注意的是该时期开始出现稻叶扇型植硅体，说明这个时期稻作农业的副产物开始进入壕沟，可能是当时的周边有水田或在附近加工水稻。稻叶扇型植硅体的数量在（13）a层达到顶峰，表明濠沟附近的人类活动较之前大大增强。通过微形态分析的佐证，（13）a层可能是当时倾倒生活垃圾形成的，垃圾中可能就包含了较多的稻作产物。另外，这一层中保存了最多的刺棒型植硅体，而这种表面积/体积比的比值较大的植硅体，更不易保存。可能的解释是，人类倾倒的垃圾，改变了这一层的沉积物属性，使得植硅体更容易保存。
植硅体的数量在（12）层底部达到顶峰（图七），比较突出的是芦苇扇型和方型植硅体（图六）。芦苇比莎草科更适应水多的环境。微形态的分析认为，该时期受人类活动影响较小，微弱的层理表明此时有少量的地表水。因此此时的壕沟内，可能较之前更加潮湿，甚至有积水，沟内长满芦苇和莎草科植物。受前期人类垃圾堆积的影响，植硅体的保存也相对较好。在此之后，一直到号土块，植硅体的数量直线下降。微形态的分析显示，在（12）层的堆积末期，又迎来了较强的人类活动；假如没有这次人类活动，可能植硅体的数量会一直下降到生土的水平。这种下降，除了与由植被演替和沟内环境逐渐变干导致的植被变化相关之外，最主要的还是受到埋藏条件的影响。（12）层顶层出现的零星稻叶扇形植硅体，不排除是从晚期的水田迁移到下层地层的。
随后，植硅体的数量又缓慢回升，尤其在（7）层，不管是数量还是种类，都明显增多（图六）。但这种增多，我们认为更应该与其沉积年代较短有关，并不能代表植被的多样性增加或埋藏条件的变化。微形态分析中认为此层以上是近现代的水田，但是并没有发现更多的稻相关的植硅体，除了埋藏条件，可能还需要寻找其他原因，如是否该水田可能并不是用来种植水稻，而是其他作物。如果借助更上层的植硅体分析结果，可能会更有对照价值。值得注意的是，每次人类活动扰动之后，平滑棒型的植硅体都大量出现，因此这种类型的植硅体可能具有某种指示意义，值得结合现代标本进行进一步确认。
2.植硅体分析总结
壕沟P1剖面的植硅体保存状况很不理想，植硅体的数量通常在个位数，统计意义十分有限。保存下来的植硅体风化也很严重。虽然跟采样位置也有关系，但是通过以上分析，我们认为该地区可能植硅体普遍保存不佳，不是作为古环境研究的理想手段。但是人为堆积中可能保存相对较好，可在其他发掘区内的灰坑、房址等内进行检验。
图六植硅体组合在P1剖面中的变化
图七P1不同类型的植硅体的保存趋势
四、壕沟沉积物反映的土地利用变化
（一）凌家滩文化时期
结合土壤微形态和植硅体分析，我们发现取样位置在凌家滩时期开始为了挖壕沟去森林化，草本植物比例增加。壕沟底部较为纯净的堆积表明初期人类活动在壕沟附近较弱。微形态分析证实该层顶部的黑色堆积含丰富的有机质，生物扰动较强，甚至在其中发现了粪便遗存。堆积的走向和水平的边界表明粪便和其他有机质可能是被微弱的水流搬运到此处堆积的。这个时期可能由于聚落的扩张，古人活动向壕沟方向移动。或者，壕沟与生活垃圾区相沟通，将人类活动的遗存带到此处堆积。（12）底部开始从下往上逐步递减的植硅体数量和种类表明草本植物，尤其是喜湿的芦苇和莎草科逐渐减少，地表逐渐变干或者植被逐渐恢复，受人类活动影响较弱，并伴随一定程度的土壤发育，说明此处有一段时间作为稳定的地表存在，也就是说凌家滩文化在这个时期、对这条壕沟的使用处于停顿状态，若能确认这一信息，则将是一个十分重要的结论。
（二）历史时期
由于没有绝对年代，无法得知此处凌家滩时期后到近现代地层之间的堆积速率。微形态分析表明（10）层之上并没有多少遗存。从（9）层到现代地表，是人类活动最为集中的地层，微形态分析认为是作为农田来使用的，耕作过程中可能伴随着深耕和烧荒。
五、结论
通过对壕沟沉积物的土壤微形态和植硅体分析，我们发现凌家滩时期遗址内为挖壕沟清理植被的证据，后期壕沟被人类垃圾填满并逐渐废弃。在经历了一段时期较少的人类干扰后，植被逐渐恢复，直到唐宋以后此处被作为农田开发利用。从堆积的厚度推测，唐宋以后农田形成的堆积占到整个文化层的一半。近现代的人类活动也最强。人类活动对整个遗址的形成过程是影响最大的因素。
参考文献：
略