兴县碧村遗址土壤微形态初步研究

李春霞 张海 张光辉 庄奕杰

本文系国家重点研发计划项目“中华文明探源研究·北方长城地带文明进程研究”（编号：2020YFC1521601）阶段性成果。

摘要：碧村遗址是黄河东岸一处重要的石城聚落，发现了距今4000年前后一套布局规整结构严密的大型门址。本文对碧村遗址城门东门址处建筑的土构部分开展了土壤微形态研究。薄片观察显示，碧村先民对周边可利用的土料有较为清晰的认识，有意采集黏土含量较高的褐土用于铺垫和制作土坯，并且对采集的土料进行了一定程度的处理加工。

关键词：碧村遗址 土壤微形态 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

石城聚落是亚欧大陆北方地区一种独具特色的聚落形态，其在中国北方地区的出现大约是在公元前2800年左右，并一直延续到青铜时代。石城聚落在大量使用石材的同时，也使用土铺垫地坪、黏合石块，并发展出了土石混筑、石包土等建筑形式。但目前对于其建筑技术的研究主要着眼于石墙营建方式、建筑形式等方面，还少有研究关注土构部分，限制了我们对北方地区建筑技术的理解。

土壤微形态分析是研究土构建筑的常见技术手段，可以提供土料来源和加工技术等方面的丰富信息。例如，土壤微形态研究确认了灰嘴遗址所见“白灰面”是直接利用了天然的石灰华板，平粮台遗址的土坯墙被侵蚀后重新涂抹墙皮等。本文尝试运用土壤微形态分析的方法对山西兴县碧村遗址石砌建筑的土构部分开展研究，以期获得对龙山时期北方地区建筑技术以及技术与环境之间关系的进一步认识。

一、遗址简介与区域地貌背景

碧村遗址位于山西省吕梁市兴县碧村村北，是一处龙山时代至二里头时期早期的石城聚落。城内残存面积75万平方米，应当是蔚汾河流域及周边区域龙山时代晚期的区域中心。

聚落北、西、南三面临河或沟，核心区以东有两道城防设施。已发掘的最重要的遗存是小玉梁核心建筑区和外城墙所设东城门。小玉梁的建筑早期为南向土构房屋，之后修筑了西向石构排房及台地周围的石围墙。东城门发现目前所见史前时期结构最为规整的门址，由三个呈“品”字形分布的大型墩台和周边的障墙及门塾组成。墩台采用石包土的技术，修筑前普遍铺垫了垫土。半圆形墩台外侧夹墙两端为石砌，中间为土坯墙，是目前发掘所见最早的土坯和石砌相结合的案例。

遗址所在的黄土高原北部，黄土广布，沟壑纵横，地貌层级结构明显（图一）。碧村位于蔚汾河与黄河的交汇处，周边地貌单元由上而下依次为黄土台地、河流高阶地、河流低阶地和河漫滩；遗址坐落在黄土台地之上，与黄河漫滩的高差可达数十米至百米。

二、研究方法、样品采集及实验室处理

土壤微形态分析借助显微和/或超显微技术对未受干扰的定向样品进行研究，以确定其成分的组成及相互的时间、空间关系。其操作流程是在田野中采集成块的土壤或沉积物，在实验室内将样品干燥并灌胶硬化后分割成合适大小，固定到载玻片上磨制成厚30μm的薄片，然后在显微镜下对薄片进行观察。

这一方法在考古学研究中获得了广泛的应用。一方面，对于遗址内外自然沉积及古土壤的微形态研究可以提供气候、植被以及人类活动的多方面的信息，对于理解古环境具有重要意义；另一方面，考古堆积的微形态研究可以观察到田野中肉眼忽视的细小现象和遗物，如微小的动植物遗存和其他与人类行为相关的包含物，丰富了研究资料；且薄片固定了堆积的形态，保留了不同组分之间的空间位置关系，薄片中的现象和遗物可以在其本身的背景（context）下被观察和解释，有助于理解堆积形成过程及埋藏后改变。

本次研究的采样地点位于碧村遗址东城门发掘区，以涵盖不同类型的堆积为原则进行抽样。共采集土壤微形态样品6块，包括城门石墙下垫土（碧村1）、瓮城外夹道土坯（碧村2、3）、F2室内（碧村4）以及瓮城外夹道柱洞内堆积（碧村5、6）。取样位置和部分采样照片见图二。

土壤微形态样品由中国地质大学（北京）处理成薄片。每张薄片规格大体为10cm×10cm，样品大小超过此规格的，分割样品制片，获得薄片8张。土壤薄片在偏光显微镜下参照Stoops的方法进行观察和记录。

三、土壤微形态观察

各薄片具体描述见文后附表，现将对样品的主要认识总结如下。

柱洞

在瓮城夹道内北部有一排柱洞，打破了原有的夹道空间结构，其形成应晚于墩台和外侧夹墙，具体功能不明。根据薄片观察，两个柱洞内的堆积主要为分选较好的粗粉砂粒级（20～63μm）矿物颗粒，不见集中的有机质残留，排除木柱在洞内腐朽的可能；柱洞内的堆积整体松散，以柱洞1尤为突出，未见特殊处理的迹象，也未见土壤发育的迹象。这说明木柱被拔除之后，时人未对坑洼的柱洞进行进一步处理，当时瓮城夹道结构已被破坏，功能应当已经丧失（图三）。

F2室内

瓮城夹道南北两边各有一门塾，南部门塾编号为F1，北侧门塾编号为F2，仅存夹角墙体、室内地面和室内灶。两门塾的室内地面经过了细致的处理，地面坚硬，保存状况较好（图二 ，c）。

F2室内的薄片可分为5个堆积单元（图四，a）。1、3、5单元的整体矿物颗粒排布紧密，是同一类堆积。1单元、3单元顶部和5单元顶部的黏土含量高（图四，b、c、f），一些矿物大致呈水平分布，并可见横向的细长孔隙（图四，b），这三层应当是室内地面或紧挨地面的最上层垫土，选用粒度较细的土料并进行了细致的处理。3、5单元不甚规整的上边缘应是室内地面在使用过程中受损导致的。5单元顶部的地表结皮指示了地面的活动迹象（图四， f）。2、4单元相较而言矿物排布较为松散，物质分选稍差，4单元还可见大块岩屑，但与人类行为相关的包含物少，仅偶见炭屑及植物残留（图四，e、f）。因此这两层并非堆积在地表的生活垃圾，可能是室内地面损坏后为找平而进行的铺垫，处理相对随意。

微形态研究表明，门塾F2作为整个城门系统的一部分被长期使用，其室内地面经过至少3次铺垫。地面损坏后重新铺垫的流程为：先大致填平坑洼部分，再铺垫较细的垫土形成新的室内地面。

垫土

石墙下的垫土分为上下两层，上层为黄色，下层为褐色，两层垫土交界面有较多炭屑（图五，a）。黄色垫土整体较为均质，以粗粉砂粒级的矿物为主，黏土含量低（图五，a、c）。除少量弱发育的钙质胶膜之外，未见其他土壤特征物。褐色垫土整体黏土含量和孔隙率较高（图五，b），有少量植物残留，且可见尘状黏粒亚胶膜和钙质胶膜等土壤特征物（图五，e、f），体现了一定程度的土壤发育。褐色垫土不均质，薄片中可见两块深褐色的区域，与周边分界较为清晰（图五，b）。深褐色部分孔隙率较高，显微镜下观察其黏土含量高于周边（图五，d），土壤特征物也更多，土壤发育程度更高。这两种土应当采自土壤剖面的不同深度或者不同地点发育程度不同的土壤。

土坯

土坯的粗颗粒部分主要为粗粉砂粒级的矿物，细粒质黏土比例相对较高。土坯基质与褐色垫土类似，可能取料自相同的环境。

相较于褐色垫土而言，土坯的孔隙率较高。土坯1中含有较多的植物残留，许多管状孔隙中可以看到未完全降解的植物有机质残留（图六， c），还有一些钙化的植物根部细胞（（图六， d）；此外，土坯1中还有更多的和钙质相关的特征物（图六， e），其中一些钙质结核或填充物的晶体颗粒较大，应是土料中本来存在的，并非在土坯制备的短期过程中形成（图六，f）。土坯2中可见较丰富的尘状黏粒特征物（图六，g），此类特征物的形成与水分的快速移动有关，在生土建筑中出现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结皮不是在土坯加工过程中形成的（图六，h），而是土料本身的特质或包含物。此外，土坯2 相较于土坯1含有更多的土壤团块。

四、讨 论

直接使用原状土，或仅对原状土进行简单机械加工后作为建筑材料的房屋在建筑学中被称为生土建筑。这里的生土并非考古学意义上的生土，可以理解为各类沉积物及土壤的泛称。由于地貌环境、气候背景等方面的不同，各地的生土有很大的差异性。为达到理想的效果，人们要在周边环境中选择合适沉积物或土壤，并根据需要进行进一步处理。下面将结合区域环境背景，进一步讨论碧村建筑的土构部分可能的原料来源以及加工技术。

1. 作为建筑材料的生土和碧村土料的来源

作为建筑材料，沉积物或土壤中不同粒径的矿物有不同的作用。小于2μm的黏土矿物是土料的粘结性的来源，黏土含量过低会导致强度不够以及无法成型，但黏土的收缩性也会造成建筑表面的裂隙。合适的黏土与砂的配比是获得良好粘结性、理想的强度和更小的收缩性的关键。

以土坯为例，古罗马土坯的实验考古研究显示黏土含量在12%～16%之间最为合适；当代欧洲土坯的配比方法之一为14%的黏土，22%的粉砂，62%的砂和2%砾石。由于薄片观察难以准确测定小于2μm的黏土含量，这里将碧村土坯与其他遗址进行过粒度测定的土坯进行对比（图七），可以看到碧村土坯的黏土含量明显低于10%，未达到理想数值。但在碧村薄片中所见的两种土中，土坯所使用的褐色土黏土含量更高，可能已经是遗址周边相对理想的土料。

土料的各方面性质能够通过观察及简单的测试进行判断，碧村先民应当是在实践过程中认识到了土料之间的差别，更倾向于使用褐色土料。除了被用于制作土坯外，褐色土在碧村东城门处及核心区小玉梁均有铺垫。

坐落于蔚汾河与黄河交汇处的黄土台地之上，碧村遗址周边区域自然沉积物有风成黄土和河流沉积的粉砂及砂砾石。遗址所见的黄色土料应该来自黄土堆积，褐色土料可能采自周边弱发育的土壤。黄土是区域内易得的建筑材料，厚达几十米，广泛分布。而土壤分布较为局限，应当来自于有一定植被覆盖的稳定地表或者埋藏的古土壤，获取的时间和人力成本相对较高。这在某种程度上佐证了褐色土料是被特意选用的。

2. 碧村所见生土营建技术

除选用合适的土壤或沉积物，添加黏土或砂调整粗细颗粒配比之外，处理原状土以及添加其他羼合料是得到理想土料的常见手段。常见的处理方式有碾碎、过筛、搅拌和浸泡等，目的是使土料更加均质、提高含水量以增加土料的粘结性和可塑性；不同的羼合料作用不同，植物纤维和动物的毛发可以减少开裂，石灰、沥青和动物粪便、血液及动植物油脂等的加入能够增加强度。这些加工处理方法，部分可以通过田野和实验室观察辨析出来。

如前文所述，黄色垫土较为均质，而褐色垫土不均质，这与原材料的性质及对垫土的加工密切相关。黄土本身相对均质，其粒度变化的时间尺度较长，且变化幅度较小；而土壤可能因为微地貌、植被情况以及位于土壤剖面的不同深度而呈现出明显不同的发育程度和特征。褐色垫土中可见大块的与基质分界清晰的土壤团块，说明在铺垫垫土前并没有对采集的土料进行充分的破碎。同样使用褐色土的土坯中异质性土壤团块较小或整体较为均质，应当对土料进行了一定的破碎和搅拌。在土坯2中出现了沿孔隙分布的尘状黏粒聚集，这一特征物的形成在生土营建中与加水湿润并搅拌土料高度相关。

虽然在土坯中添加植物是制作土坯的常见做法，但目前难以断定碧村土坯中所见植物是刻意添加的羼合料。土坯1中存在较高比例的植物残留以及相关的孔洞，有添加植物纤维的可能。但土坯2中植物遗存并不突出，且褐色垫土中也有一定数量的植物遗存。样品量有限，难以排除这只是偶然的行为。其次，在土坯和褐色垫土中均见钙化植物根部细胞，这指示了至少部分植物遗存来自土壤中残留的植物根系。

此外，本次研究的土坯薄片来自两块相邻的土坯，但两块土坯呈现出一些不同的特点。除可能存在的抽样偏差之外，另一种可能是在处理土料时搅拌并不充分，导致不同土坯或者土坯的不同部分呈现出不一样的特征。

我国传统的土坯制作技术有“水脱坯”和“干打坯”两种：水脱坯是在土料中加水和成泥浆，并添加较多的植物纤维以增加拉结力，然后将混合好的泥浆挤入模具，干燥后成型；干打坯则是将湿润的土料在模具中压实成型，流行于北方地区。碧村的土坯制作应当采用的是类似干打坯的方法，对黏土含量稍高的褐色土料湿润后进行简单搅拌，然后在模具中压制成土坯。

五、结 语

土壤微形态观察为我们提供了碧村遗址东城门处建筑土构部分的丰富细节信息。我们的研究表明碧村先民对于聚落周边可供使用的沉积物及土壤的性质有较为充分的了解，并能根据建筑不同位置的土料需求获取特定的原料，并进行不同的处理。

需要说明的是，对于生土建筑的研究有赖于实验考古以及与可能的原料进行对比。如果能在碧村周边采集不同的沉积物及土壤样品，并使用这些样品进行制作土坯、铺垫垫土的实验，对比使用不同原料、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态，当有助于我们对于当时的生土营建技术做出更准确的判断。

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