北京通州路县故城城郊遗址地层土壤元素与人类活动研究

吕砚 贾祥英 孙勐 刘乃涛

摘 要：运用X射线荧光光谱分析（X-Ray Fluorescence，XRF）方法分析北京通州路县故城城郊遗址文化层中的土壤矿质元素全量，分析比较对人类活动有指示意义的元素，以恢复自东汉以来遗址地层记录的人类活动特征。东汉至魏晋时期，路县故城城郊遗址地区与手工业相关的示踪元素丰富，表明这一时期城郊人类活动处于活跃期，且主要从事手工业生产活动;后期与居住相关的示踪元素P、Ca、Ba以及与手工业活动相关的Mn含量都明显高于前期，说明伴随着人类手工业活动的增加，城郊地区的居住功能随之增强。南北朝时期，Ba含量增加趋势明显，推测这一时期城郊区域人类的居住活动逐渐增加。Mn、Pb含量高，表明手工业生产依旧活跃;Cu含量下降明显，大量出土陶片，说明南北朝时期手工业生产主要从事陶器制作活动。辽金时期，示踪元素大幅度下降，至明清时期气候转干冷，遗址区域不再是人类聚居地。

关键词：古人类活动;路县古城城郊遗址;土壤元素;烧失量

中图分类号：K854 文献标识码：A 文章编号：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《俄罗斯黑钙土》一书中，首次提出气候、地形、母质、生物和时间是土壤形成的5大关键因素这一理论。人类作为重要的生物因素，其行为对土壤的影响越来越受关注[1-7]。土壤元素迁移变化的根本原因是自然环境变化引起的土壤环境改变，因此自然层中未受到人类影响的元素种类、含量等变化可以有效地反映自然环境的变迁[8]。而受到人类活动影响的地层即文化层，由人类的耕作、居住、饮食、灌溉排水、施肥、手工业生产及工业生产等活动过程引起了特定元素的富集，并导致了土壤在自然状态下的元素迁移。这些与人类活动相关的土壤化学元素的二次沉积过程，最终导致了土壤中地球化学元素的明显改变[9-12]。人类活动区域及其周围的土壤中的地球化学元素会随不同的人类活动而改变，土壤中的化学元素组成却并不会因为遗址的废弃而改变[4]。因此，除了古器物外，土壤的元素组成也能够为探究古人活动提供重要线索[13-19]。通过北京通州路县故城城郊遗址各个时期文化层剖面中相关元素含量的X射线荧光光谱分析（X-Ray Fluorescence，XRF）测试结果，分析各个文化层土壤的地球化学元素特征，尝试恢复该遗址区域自东汉以来的人类活动记录。

1 遗址概况

路县故城遗址保护展示工程项目位于路县故城城址城郊遗址区的东南部，西北方向为路县故城遗址公园，南邻待建的东古城街，东为副中心行政办公区水系镜河北段。经度116°43′9″E，纬度39°54′45″N，海拔19.5～20.5 m，属于典型的暖温带半湿润大陆性季风气候，年平均气温13.8 ℃，年平均降水量620.9 mm。

为配合路县故城遗址保护展示工程项目的建设，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础上于其占地范围内进行了考古发掘，发掘面积为3 500 m2。古城遗址及具体挖掘位置见图1。

此次主要使用探方法进行发掘，共发掘10 m×10 m探方35个，编号依次为T2601、T2701～T2705、T2801～T2808、T2901～T2906、T3001～T3006以及T3101～T3110。据初步统计与判断，共清理出西汉至明清时期的遗迹408处。其中，西汉时期灰坑195座、沟1条、水井8口、灶1处等;东汉至魏晋时期灰坑109座、沟1条、房址1座、道路1条、水井5口、窑址1座、墓葬1座、瓦棺葬1座。出土器物的种类包括陶器（主要器型有陶罐、釜、瓮、盆）、铜器（主要器型有铜镞、弩机、钱币）、铁器（主要器型有铁刀、锛、斧）、石器（主要器型有石臼、磨盘）、木器（主要器型有木篦、筒、盘）等。

研究探方T3106位于发掘区的东南部，北邻T3006号探方，南部未进行发掘，西为T3105号探方，东为T3107号探方。本研究剖面为探方T3106的北壁，根据发掘区内整体的地层分布与划分，以及本探方土质、土色和包含物等具体情况，可分为5层，剖面见图2。

自下而上特征分述如下。

第①层分为①a、①b两个亚层，本探方缺失①b层。第①a层厚度约3.25 m，内含现代建筑垃圾等。

本探方缺失第②层。

第③a层为黄褐色土，土质松散，无包含物，距地表深3.25 m，厚0.15 m。第③b层为浅灰褐色土，土质松散，无包含物，距地表深3.40 m，厚0.80 m。

第④层为浅灰褐色土，土质松散，内含碎陶片、碎砖块，距地表深4.20 m、厚0.20 m。

第⑤层为灰褐色土，土质松散，内含红烧土颗粒、木炭颗粒、泥质灰陶片、夹砂红陶釜残片、甑底、盆口沿、瓮口沿、炉口沿、陶磨残片、豆柄、板瓦残片以及筒瓦残片等。小件器物有1号圆陶饼、2号陶罐、3号红陶盆、4号瓦当、5号铜镞、6号瓦当、7号圆陶饼、8号瓦当、9号圆陶饼、10号铁器以及11号骨器。本层距地表深4.40 m，厚0.60 m。

第⑥a层为灰褐色土，土质松散，内含草木灰、木炭颗粒、红烧土颗粒以及泥质灰陶片等。器形可辨有盆口沿、盆底、罐口沿、罐底、豆柄、豆盘、夹砂红陶釜口沿、红陶炉口沿以及兽骨等。⑥a层内出有小件器物有1号陶纺轮2件、2号圆陶饼2件、3号瓦当、4号圆陶饼3仵、5号陶磨残块、6号圆陶饼3件、7号陶纺轮2件以及8号圆陶饼2件。⑥a层距地表深5 m、厚0.60 m。第⑥b层为灰褐色土，土质松散，内含少量的泥质灰陶片，距地表深5.60 m、厚0.70 m。

地层堆积的成因及特点：第①层为渣土层，现代人类活动堆积形成;第③层为黄褐色土层，明清时期人类活动堆积形成;第④层为浅灰褐色土层，辽金时期人类活动堆积形成;第⑤层为灰褐色土层，南北朝时期人类活动堆积形成;第⑥层为浅灰褐色土层，东汉至魏晋时期人类活动堆积形成。

2 测试结果

采用自下而上不等距的采样方法，共获取有效测试样本32个，用于指标测试。土壤元素分析取样品5 g，40 °C烘干，研磨成粉末至200目完全过筛，以硼酸作为黏合剂在压片机上压制成圆饼。分析测试采用XRF荧光光谱仪分析。校正曲线使用18个国家土壤成分分析标准物质（GSS2-GSS19）、6个水系沉积物成分分析标准物质（GSD2a、GSD7a、 GSD9-GSD12），微量元素的试验误差为5%。

文化层剖面土壤样品测试结果见图3。根据土壤元素含量的变化，将整个剖面划分为上中下3个层段。

下段（560～690 cm）为东汉至魏晋文化层。该层段中P、Cu、Zn、Pb以及Sr的含量平均值均为整个剖面最高，平均含量分别为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含量整体呈现上升趋势。本层段中Fe2O3和Al2O3含量整体呈下降趋势，平均百分含量分别为2.19%和12.79%，相对于剖面其他层位表现出较低的风化水平。烧失量平均值为4.95%，有机质含量较低[8]，但为整个剖面除表土层外的最高值。

中段（500～560 cm）为南北朝文化层。与其下段的东汉魏晋文化层相比，本层段元素变化最明显的是P、Ba、Cu以及Pb，其平均含量分别为9.50 g/kg、0.72 mg/kg、0.21 g/kg和0.05 g/kg。与其对应的下层土壤相比，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含量有明显的上升趋势，平均值为整个剖面最高值。本层位中Fe2O3和Al2O3的含量均值分别为3.35%和14.29%，较下段东汉至魏晋文化层表现出相对较高的地层沉积物风化作用过程，烧失量平均值为4.69%，为低有机质含量的地层特征，较上层变化不明显，整体呈现下降趋势。

上段（0～440 cm）为辽金文化层到现代表土层。对比其下段的南北朝文化层元素含量，变化比较明显。含量变化幅度最大的元素是P，平均含量降至1.88 g/kg，较南北朝文化层下降了80.15%;其他变化明显的元素分别为Ca、Ba、Mn、Pb和Sr，平均含量分别为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含量分别下降了28.77%、30.54%和31.62%;Ca和Fe2O3含量分别增加了30.42%和32.14%。其中：P、Mn、Cu、Zn、Pb和Sr的含量值为整个剖面的最低值;Ca、Ba、Fe2O3、Al2O3的含量值为整个剖面的最高值。本段的Fe2O3、Al2O3的百分比含量分别为4.31%和15.27%，表现出较高的风化水平。本段烧失量波动较为明显，均值为4.09%，其中明清文化层的烧失量为整个剖面最低值3.75%。

3 结果分析

3.1 东汉至魏晋文化层（560～690 cm）

本期地层的烧失量相对平稳，平均值为4.95%;有机质含量较低[20-26]，低于北京平原区土壤有机碳平均含量[27-28]，表明植被覆盖率较低。古人类活动是造成剖面土壤有机碳含量下降的主要原因。从剖面整体来看，本层段的烧失量为整个剖面最高，说明东汉至魏晋时期，气候较后期更加湿润[29]。Fe2O3、Al2O3含量反映了区域的风化强度[30]。在整个剖面中，本层中的Fe2O3、Al2O3含量最低，表明与后期相比，东汉至魏晋时期环境气候较好，水土流失相对较少。

东汉魏晋文化层下段（620～690 cm）元素变化幅度较小，Cu、Zn、Sr平均含量为整个剖面最高，Mn、Mg、P、Pb含量较高且呈现上升趋势，反映地层中动物骨骼、生活垃圾、焚烧遗迹和器物作坊等遗物遗迹导致的元素输入作用明显[31-32]，但与人类居住活动相关的Ba、Ca含量较低[33]，表明路县故城城郊遗址在该时期不是人类主要的居住区域，而是手工业制造活动区域。

东汉魏晋文化层上段（560～620 cm）相对下段，与居住活动相关的Mg、P、Ca含量明显升高，与手工业相关的Pb、Mn含量也表现出升高趋势[34]。结合这些元素的地层记录特征，可以认为东汉至魏晋后期遗址区域人类活动强度较前期有所增加。

地层元素整体分布特征表明，东汉至魏晋时期路县故城城郊地区不是古人类的主要居住区，而是手工业活动区域，同时伴有手工业生产相关的饮食及居住等活动。后期随着手工业活动的增加，居住活动呈现明显增加趋势，城郊人类活动强度也随着时间推移逐渐增加。

3.2 南北朝文化层（500～560 cm）

本期烧失量平均值为4.69%，有机碳含量较东汉至魏晋南北朝时期有所下降，单变化幅度不大。本时期处于气候波动期，土壤的风化作用较前期有所增强[35]。本层段P含量较东汉魏晋时期有明显降低，但依然保持较高水平;Mn含量均值达到最高值0.66 g/kg;Ba、K以及Ca含量值较下层有明显升高;Sr含量与下段文化层基本持平。这些示踪元素的含量说明，在南北朝时期本区域人类活动仍处于活跃期。其中：Ba、K以及P的富集与人类居住活动密切相关，Ba、K含量的明显升高说明在南北朝时期遗址区域人类的居住活动较东汉魏晋时期有所增加;较高的Mn、Pb含量与手工业生产有关，且该层位中出土有大量陶片，说明遗址区域在南北朝时期仍为手工业区，有制陶活动的历史;本层位Cu含量明显降低，表明青铜器的使用已经逐渐退出历史舞台。

3.3 辽金文化层～现代表土层（0～440 cm）

本层段烧失量波动较大，较前期变化明显，其中辽金文化层的烧失量平均值为4.62%，较南北朝时期文化层变化不大。明清文化层和现代表土层变化明显，明清文化层烧失量平均值下降至3.75%，表土层上升至5.52%。烧失量的变化与植被和降雨有关[29]，说明在明清时期降水有明显减少，这与明清时期小冰期相对应[35-36]。本层Fe2O3和Al2O3平均值为4.31%和15.27%，表现出较高的风化水平，应该由气候转干、生态环境持续恶化以及水土流失严重等因素造成。P含量在本层段急剧下降，平均含量下降至1.88 g/kg，较南北朝文化层下降了80.15%;其他与人类活动相关的示踪元素Sr、Pb、Cu以及Mn含量也下降明显，表明本地区在辽金后扰动地层因人类活动导致的元素输入作用明显减弱，说明该遗址在辽金后不再是人类聚居地。

明清层和现代表土层的Ba、Ca含量增加明显，说明含Ca物质不断输入，但其他示踪元素的减少意味着人类居住、耕作以及手工作坊等活動的减少，推测应为人工炭屑的增加导致了明清至现代层Ba、Ca含量的增加，且炭屑沉积时间较短，没有引起更多的元素交换作用[37]。

4 结语

本文利用通州路县故城城郊遗址T3106剖面地层样品的矿质全量及烧失量指标，尝试恢复遗址地层记录的整体环境变化特征与人类活动的基本特征。土壤元素分析取样品5 g，40 °C烘干，研磨成粉末至200目完全过筛，以硼酸作为黏合剂在压片机上压制成圆饼。分析测试采用XRF荧光光谱仪分析。校正曲线使用18个国家土壤成分分析标准物质（GSS2-GSS19）、6个水系沉积物成分分析标准物质（GSD2a、GSD7a、 GSD9-GSD12），微量元素的试验误差5%。东汉至魏晋时期路县城郊地区示踪元素丰富，说明这一时期本区域人类活动处于活跃期。辽金后示踪元素大幅度下降，该地区不再是人类聚居地。

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