本文來自：宿凱、靳桂雲、吳衛紅.凌家灘遺址外壕溝沉積物反映的土地利用變化 ——土壤微形態研究案例.南方文物，2020年第3期。
一、遺址簡介
凌家灘遺址位於安徽含山縣銅閘鎮長崗村，歷年發掘取得了豐碩的成果[i]。2014年對內壕溝進行了解剖，發現溝內的上層是漢代堆積，下層為新石器時代堆積。2017年對外壕溝解剖，又發現了同樣時代的堆積，兩條壕溝內都有厚1米左右的漢代堆積，說明溝內在漢代還是呈凹陷狀態。因此我們對壕溝的這種形態產生了疑問：究竟是壕溝經過上千年仍未填平，還是在漢代經過了疏浚，或者是其他原因？對史前遺址壕溝開展土壤微形態研究，有助於了解當時壕溝的功能、古人的土地利用和景觀改造程度，以及遺址的形成過程。同時開展植矽體研究也能夠進一步了解當時的植物狀況。
二、樣品和方法
2017年凌家灘遺址解剖發掘外壕溝，採樣的部位為TG6。TG6位於外壕溝北端的拐彎處，長28米，被劃分為南北兩段，分別記錄為TG6南段、TG6北段，中間留有1m寬的隔梁是本次分析的主要剖面位置，命名為P1。
P1位於TG6北段的南壁，也就是壕溝的中間，堆積基本呈水平狀。由本文作者現場採集微形態樣品6個，自下往上分別為W1-W5，隨後在底部（12）（13）a層介面處補取W6（圖二）。另外在TG6北段中間西壁，取樣位置為一個漢代溝（G19），在溝的邊界和中間各取一個樣品，分別為W7和W8（圖三，表一）。採集系列植矽體樣品29個，其中20個在P1採集，另外9個在TG6的南段採集。採樣登記表見附表（表一、二、三）。
圖一TG6位置及北段P1、P2、P3剖面位置示意圖
微形態可以在不同尺度下觀察未經擾動的土壤和沉積物樣品，可以同時觀察到大多數的組成物質。微形態可以在不同放大倍數下觀察沉積物的厚度、層理、粒度、分選、粗粒比例、細顆粒物質的組成、基質、顏色、相對分布、微結構、包含物的走向和分布、包含物的形狀及最終的鑑定和定量統計。除此之外，沉積後的改造也可以鑑別出來，例如：土壤動物對微結構造成的生物擾動、粘土縮脹或踩踏引起的裂縫、粘土和鐵的位移，還有化學變化如新礦物的生成（藍鐵礦和錳），植物腐爛後形成的有機質粘附，還有糞便的土壤特徵（蚯蚓糞便）。近年來該方法在國內考古學研究中的應用越來越多，年代範圍從舊石器時代 到新石器 一直到歷史時期 ，應用前景十分廣闊。
在裝有沉積物樣品的鋁盒內注入樹酯，待徹底凝固後從樣品塊上切下一片，磨至標準厚度30μm。本次製片委託中國地質大學（北京）完成，規格是約10cm*10cm的大薄片，取樣品中間位置製片。微形態的分析在偏光顯微鏡下完成，放大倍數從6.5倍- 400倍，運用平面偏振光（PPL）和交叉偏振光（XPL）。切片的描述、鑑定和定量標準依據Bullock et al.（1985） 和 Stoops（2003） ，礦物鑑定依據 Mackenzie & Adams（1994）。結果用到的表格是Matthews和Simpson總結的。對於薄片中現象的解釋主要參考Nicosia & Stoops （2017）和Stoops et al. （2010）。顯微照片是用顯微鏡上附帶的數位相機拍攝。鑑定和拍照在山東大學地學考古實驗室完成。
植矽體是指高等植物的根系在吸收地下水的同時吸收了一定量的可溶性二氧化矽，經植物的輸導組織輸送到莖、葉、花、果實等處時，在植物細胞間和細胞內沉澱下來的固體非晶質二氧化矽顆粒。以這種形式存在的矽，占植物體內矽總量的90%以上。用過氧化氫和稀鹽酸去除沉積物中的有機質和鹼金屬離子，洗凈後離心，再加重液提取植矽體，製片。植矽體的種屬鑑定和定量分析在透射光顯微鏡下完成。植矽體樣品在山東大學地學考古實驗室提取並完成鑑定和定量分析。
通過對壕溝沉積物的土壤微形態和植矽體分析，可以推測當時壕溝的功能、古人的土地利用和景觀改造程度，以及遺址的形成過程。
土壤微形態樣品自下而上為W1、W6、W2、W3、W4、W5。取樣鋁盒長度約20cm，切片的規格為10cm*10cm。植矽體樣品位置為藍色方框處，藍色加十字表示已分析，淺藍色未做分析。
圖二TG6北段P1採樣內容及位置圖
圖三TG6北段P2採樣位置圖（左為W7，右為W8）
三、分析結果
（一）微形態分析
取樣剖面底部是凌家灘文化時期的壕溝堆積，通過整個剖面的系列樣品，來分析該地點從凌家灘文化到近現代的土地利用變化。以P1為主要剖面，根據薄片的分析結果，粗略的分為人為活動堆積和自然堆積。
1.人類活動堆積
以W3、W4和W5樣品為代表的土塊，是明顯的人類活動集中的地層堆積。尤其是W5，可能反映了近現代此處作為農田來利用的狀況，大量的殘積粘土和殘積粉砂粘土表明土地被經常翻動（圖五A、B），未發現植物根孔留下的被鐵侵染的發紅的粘土膠膜，也間接表明土地被頻繁耕作，破壞了原始的孔隙；腐爛未炭化的植物組織最常在此處發現，甚至在其中能看到保存較好的植矽體（圖五C、D）；少量的炭屑也表明可能存在偶爾的燒荒行為（圖五E）。同時，在W3-W5的連續序列中，越往下殘積粘土和炭屑越少，表明這個連續的序列可能是由於在W5所在的地層中深耕造成的。通過薄片中的鐵錳結核反映的氧化還原狀況來分析水的影響。W5中的鐵錳結核都較大（200-1000μm），而且幾乎沒有耗減（depletion）的情況（圖五F），說明該層經歷頻繁的氧化還原過程，即頻繁的浸水和乾燥轉換；而W4中幾乎所有的鐵錳結核都有耗減，表明經歷了長時間的浸水環境（圖五G）；W3中甚至有很多方形和不定形的鐵錳結核（圖五H），可能是受到外界機械力破壞造成的。通過以上分析，W3-W5所處的地層應當是近現代的水田；但是從野外剖面看顏色趨近（圖一），並沒有形成明顯的土壤剖面，薄片中也沒有發現明顯的粘土膠膜發育，因此此處作為水田使用的時間可能並不長。
另一處人類活動密集期是以W7和W8為代表。田野發掘中就判斷出此處是一處溝狀遺蹟（圖三），因此薄片中的跡象表明有人類活動，也是意料之中。同樣，大量的殘積粘土和殘積粉砂粘土（圖五I）表明這裡曾經是穩定的地表，但經歷了人為的翻動；殘積粘土的量要少於W5，因此活動強度應當小於農田。大量的炭屑和腐爛的植物組織（圖五J），說明了當時為挖溝進行了燒荒等清理植被的行為，從溝的中間到邊緣普遍出現的根孔（圖五K），說明這個溝很可能是一次性完成，後期沒有進行疏通，野外剖面上也未見到有後期翻動的跡象。薄片中大量出現的渾濁的粘土膠膜和粉砂粘土膠膜（圖五L），表明溝挖好後暴露了一定時間，有一定程度的土壤發育，植被的破壞導致這條溝更容易受到地表水和降水的影響。但是兩個薄片中都沒有發現粗顆粒的礦物和層理，因此這條溝內並沒有出現能量很高的水流。肉眼觀察W7的薄片，越靠近溝的內測，顏色越淺（發灰，圖四），即還原程度越高，說明越靠近溝內越飽水。對薄片的顯微分析也顯示，W7層局部的鐵錳結核有耗減（圖五M），說明有一段浸水期，W7層內透亮的粘土膠膜（圖五N），說明溝內的水動力非常弱，粘土膠膜在這種條件下澱積形成。W7層的鐵錳結核逐漸減少，說明越靠近溝內水的變化越頻繁。以上分析表明，這條溝的原始功能可能是用來排瀉地表水。
最後著重要提的是，以W1層和W6為代表的TG6北段第（13）a層，野外觀察是一層水平分布的黑色薄層（圖二），根據薄片分析，很可能是一層人類生活垃圾堆積。在W1層中，發現了糞便（圖四，圖五O），但是由於保存較差，並不能區分是人類還是何種動物的糞便，在糞便的下方甚至發現了疑似的寄生蟲卵（圖五P）。根據W1層的顏色和微結構推測，該層的有機質豐富，生物活動較多，堆積方式和水平的地層邊界都表明糞便和其他有機質可能是被微弱的水流搬運到此處堆積的。粘粒膠膜的發育也說明溝內的水流極其微弱（圖五Q），或者是茂盛的植被阻擋了降水的直接接觸。結合W6的微結構分析（圖五R），表明在人類生活垃圾的堆積末期，地表趨於穩定，粘粒向下遷移，土壤發育；溝壁受流水侵蝕衝下溝底，尤其在TG6北段第（13）a層堆積末期，可能是沉積物的主要來源。
2.自然堆積
這裡所說的自然堆積，僅僅是一個相對概念，只是說堆積過程受人類影響較弱，並不是說徹底遠離了人類活動。通過以上分析，唯一受人類影響較弱的，就是以W2為代表的地層。也有可能是TG6北段第（12）層相對較厚，堆積速率較快，使人類活動的信號才其中表現的很弱；但要配合測年數據和粒度分析等其他方法，才能得到更有說服力的結論。粘粒膠膜的發育表明有一定的土壤發育（圖五S），靠近頂部較少的鐵和錳表明了一段時間的浸水環境（圖五T），尤其是在W2層沿孔隙周邊的鐵錳都有耗減現象（圖五U、V），可能說明當時較高的地下水位，水沿毛細管上升將孔隙中鐵錳還原帶走。即使是這一層，也發現了一定數量的炭屑（圖五W）。由於樣品在TG6北段第（10）（12）層的邊界處，說明在TG6北段第（12）層的堆積末期，又迎來了較強的人類活動。
3.微形態分析總結
總體來說，從上到下，粒度和礦物成分都較為統一，顯示較為穩定的沉積物來源和堆積方式。水分（不管是降水還是地下水）一直很充足，而且水位變化頻繁，形成了大量的鐵錳濃聚物和鐵錳結核。土壤應呈弱酸性，無任何碳酸鹽類保存，也沒有發現骨骼和貝殼類。該地點從新石器時代開始，一直到近現代，扮演了垃圾溝、穩定地表、排水溝和水田的各種角色，顯示了滄海桑田之外，人類活動是改造景觀的主要作用力。
圖四薄片掃描照片
（紅線是微層位邊界線，W1中藍色線框出是糞便）
圖五A：W5中的殘積粘土，PPL；B：W5中的殘積粘土，PPL；C：在W5一個孔隙中腐爛的植物組織（藍圈），PPL；D：C圖的放大，PPL；E：W5中微炭屑，PPL；F：W5中的鐵錳結核，PPL；G：W4中的鐵錳結核，PPL；H：W3中耗減的方形鐵錳結核，PPL；I：W8中的殘積粘土，PPL；J：W8中較為連續的炭屑，被透亮的粘土膠膜包裹，PPL；K：W7中保存較好的根孔，注意同心圓中的內圈是殘存的植物根，外圈是被鐵侵染的粘土膠膜，XPL；L：W8中的有紋層的透亮粘土膠膜，XPL；M：W7層局部耗減的鐵錳結核，PPL；N：W7有紋層的透亮的粘土膠膜，XPL；O：W1層中的糞便，XPL；P：W1層中的疑似寄生蟲卵（藍圈），PPL；Q：W1層孔洞內的粘土膠膜，PPL；R：W6層中的板塊狀微結構，PPL；S：W2層中的孔洞的粘土膠膜/墜落型粘粒膠膜（pendants，藍圈），孔洞被製片用的磨料填充，PPL；T：W2層中的被耗減的鐵錳結核，PPL；U：W2層被耗減的孔隙的一個縱截面，注意靠上有透亮的粘土膠膜，XPL；V：W2層被耗減的孔隙的一個橫截面，注意外圈還有一層正在耗減的鐵錳芽膠膜，XPL；W：W2層的炭屑（藍圈），左下的孔洞內也有粘土膠膜，PPL。
（二）植矽體分析結果
植矽體分析旨在通過植矽體組合的分析，復原古代植被及更重要的，人對植被的利用和改造狀況。但限於此處的埋藏狀況，植矽體的保存很不理想，原因將在下文分析。以P1的結果為例，分析結果如下：
1.植矽體組合沿剖面的變化
從數量上來看，生土當中保存的植矽體數量最少，幾乎可以忽略不計（圖六）。我們認為可能有兩方面的原因，一是植矽體的來源，因為植矽體主要大量存在於草本植物，木本植物的植矽體較易溶解，所以生土層的植被可能是以木本植物為主，植被覆蓋良好；二是埋藏的條件。植矽體的埋藏狀況受到土壤pH、溫度、濕度、降雨、CO 2 濃度、粘粒含量等多種複雜因素的影響，但是其作用機制並不十分明確。目前的共識是，植矽體的化學組成SiO 2 *nH 2 O 決定了它在鹼性條件下是極不穩定的。然而，根據微形態的觀察，該區域的土壤應當呈弱酸性，因此還需尋找其他原因。有研究表明，較高的土壤粘粒含量對植矽體的保存是不利的。田野發掘和微形態的薄片觀察，無不表明當地土壤的粘粒含量之高，這可能是造成剖面整體植矽體保存不佳的重要原因。另外，也有研究推測季節性的乾濕變化是導致植矽體含量低的因素。大量且普遍存在的鐵錳結核是這種乾濕變化的最好證據。因此種種證據都表明，該區域不利於植矽體的保存。
在TG6北段（16）（15）層底部的樣品中，植矽體的數量稍有所增加（圖六），尤其是莎草科帽型的出現，表明了清理植被的行為，使得林地退化為草地，潮濕的環境促進了莎草科的繁茂。同時還要考慮到，莎草科帽型植矽體因為其形狀極易受到風化減少。如此校正之後，可見壕溝開挖初期周邊的主要植物可能就是莎草科。而在（15）層堆積的後期，一種新的類型大量出現，即平滑棒型，可能代表了植被的演替。值得注意的是該時期開始出現稻葉扇型植矽體，說明這個時期稻作農業的副產物開始進入壕溝，可能是當時的周邊有水田或在附近加工水稻。稻葉扇型植矽體的數量在（13）a層達到頂峰，表明濠溝附近的人類活動較之前大大增強。通過微形態分析的佐證，（13）a層可能是當時傾倒生活垃圾形成的，垃圾中可能就包含了較多的稻作產物。另外，這一層中保存了最多的刺棒型植矽體，而這種表面積/體積比的比值較大的植矽體，更不易保存。可能的解釋是，人類傾倒的垃圾，改變了這一層的沉積物屬性，使得植矽體更容易保存。
植矽體的數量在（12）層底部達到頂峰（圖七），比較突出的是蘆葦扇型和方型植矽體（圖六）。蘆葦比莎草科更適應水多的環境。微形態的分析認為，該時期受人類活動影響較小，微弱的層理表明此時有少量的地表水。因此此時的壕溝內，可能較之前更加潮濕，甚至有積水，溝內長滿蘆葦和莎草科植物。受前期人類垃圾堆積的影響，植矽體的保存也相對較好。在此之後，一直到號土塊，植矽體的數量直線下降。微形態的分析顯示，在（12）層的堆積末期，又迎來了較強的人類活動；假如沒有這次人類活動，可能植矽體的數量會一直下降到生土的水平。這種下降，除了與由植被演替和溝內環境逐漸變干導致的植被變化相關之外，最主要的還是受到埋藏條件的影響。（12）層頂層出現的零星稻葉扇形植矽體，不排除是從晚期的水田遷移到下層地層的。
隨後，植矽體的數量又緩慢回升，尤其在（7）層，不管是數量還是種類，都明顯增多（圖六）。但這種增多，我們認為更應該與其沉積年代較短有關，並不能代表植被的多樣性增加或埋藏條件的變化。微形態分析中認為此層以上是近現代的水田，但是並沒有發現更多的稻相關的植矽體，除了埋藏條件，可能還需要尋找其他原因，如是否該水田可能並不是用來種植水稻，而是其他作物。如果藉助更上層的植矽體分析結果，可能會更有對照價值。值得注意的是，每次人類活動擾動之後，平滑棒型的植矽體都大量出現，因此這種類型的植矽體可能具有某種指示意義，值得結合現代標本進行進一步確認。
2.植矽體分析總結
壕溝P1剖面的植矽體保存狀況很不理想，植矽體的數量通常在個位數，統計意義十分有限。保存下來的植矽體風化也很嚴重。雖然跟採樣位置也有關係，但是通過以上分析，我們認為該地區可能植矽體普遍保存不佳，不是作為古環境研究的理想手段。但是人為堆積中可能保存相對較好，可在其他發掘區內的灰坑、房址等內進行檢驗。
圖六植矽體組合在P1剖面中的變化
圖七P1不同類型的植矽體的保存趨勢
四、壕溝沉積物反映的土地利用變化
（一）凌家灘文化時期
結合土壤微形態和植矽體分析，我們發現取樣位置在凌家灘時期開始為了挖壕溝去森林化，草本植物比例增加。壕溝底部較為純凈的堆積表明初期人類活動在壕溝附近較弱。微形態分析證實該層頂部的黑色堆積含豐富的有機質，生物擾動較強，甚至在其中發現了糞便遺存。堆積的走向和水平的邊界表明糞便和其他有機質可能是被微弱的水流搬運到此處堆積的。這個時期可能由於聚落的擴張，古人活動向壕溝方向移動。或者，壕溝與生活垃圾區相溝通，將人類活動的遺存帶到此處堆積。（12）底部開始從下往上逐步遞減的植矽體數量和種類表明草本植物，尤其是喜濕的蘆葦和莎草科逐漸減少，地表逐漸變干或者植被逐漸恢復，受人類活動影響較弱，並伴隨一定程度的土壤發育，說明此處有一段時間作為穩定的地表存在，也就是說凌家灘文化在這個時期、對這條壕溝的使用處於停頓狀態，若能確認這一信息，則將是一個十分重要的結論。
（二）歷史時期
由於沒有絕對年代，無法得知此處凌家灘時期後到近現代地層之間的堆積速率。微形態分析表明（10）層之上並沒有多少遺存。從（9）層到現代地表，是人類活動最為集中的地層，微形態分析認為是作為農田來使用的，耕作過程中可能伴隨著深耕和燒荒。
五、結論
通過對壕溝沉積物的土壤微形態和植矽體分析，我們發現凌家灘時期遺址內為挖壕溝清理植被的證據，後期壕溝被人類垃圾填滿並逐漸廢棄。在經歷了一段時期較少的人類干擾後，植被逐漸恢復，直到唐宋以後此處被作為農田開發利用。從堆積的厚度推測，唐宋以後農田形成的堆積占到整個文化層的一半。近現代的人類活動也最強。人類活動對整個遺址的形成過程是影響最大的因素。
參考文獻：
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