土壤微形态分析在史前考古中的应用与意义
微形态分析（Micromorphology）是地球科学中的一种重要研究方法，被应用于地质学、地貌学以及土壤学等领域。它的基本研究对象是堆积物或土壤，研究它们的堆积或形成过程。土壤微形态分析在20世纪50年代首次被用于考古研究，此后便在西方学界，特别是近年来逐渐广泛应用。微形态分析的对象是遗址中的土壤样品；分析的内容则包括土壤的特征、微结构、土壤中的物质单元、物质单元的形态特点以及空间分布等等。
土壤由矿物质和有机物共同构成，它在水、气候、生物和人等因素与基岩或沉积物的相互综合作用下形成。土壤的构成成分及其分布状态受到物理、化学作用、生物因素的干扰以及人类活动可以发生不同程度改变。正是因为土壤堆积物中可能会存留人类活动的证据，并且可能以很复杂和曲折的方式被记录下来，我们对堆积的形成、埋藏过程中发生的变化以及埋藏后受到的各种因素和作用力的干扰与改造的动态过程的充分认识，在解读和评判考古材料与考古现象时非常关键。然而上述情况是无法或很难通过肉眼识别的。遗址中存在的很多遗存，如动物粪便、植硅石、灰烬，甚至动物碎骨或矿物颗粒等都可能受到埋藏环境而保存状况很差，从我们的宏观视野中消失，但它们实际上存在于遗址中，并且记录着有关人类活动的重要信息，因此借助显微镜我们可以比较清晰地观察、检验微观视野中的堆积和遗存，从而对遗址的形成与变化过程做出判断，得到更深刻的认识。
土壤微形态分析在20世纪50年代首次被用于考古研究，此后便在西方学界，特别是近年来逐渐广泛应用。这种方法通过在显微镜下提取微观物质及其结构信息用于解释遗址中土壤的堆积和遗物的埋藏过程，其中最主要在于揭示堆积物在受到各种人为因素影响下的特点和变化，区分物理和化学因素、动物因素及人为活动在堆积形成和改变过程中的作用和影响，这可以帮助我们探讨区域的气候变化、遗址细微部的环境，并且准确地揭示遗址上曾经发生的不同时期、不同尺度、不同类型的人类活动和对土地的利用方式或改造，比如用火、活动面的踩踏、清理、建筑、栽培作物、圈养家畜等。遗址是考古研究中的基本载体，因此弄清楚遗址中堆积的形成背景和变化过程，弄清楚遗址的性质以及考古材料的出土背景（archaeological context）是我们科学分析、准确解释遗物、遗物间关系、遗迹、遗迹间关系，建立可靠的地层年代序列，从而复原人类活动的关键前提。
微形态分析的对象是遗址中的土壤样品；分析的内容则包括土壤的特征、微结构、土壤中的物质单元、物质单元的形态特点以及空间分布等等。具体的分析则需要经过取样、制样、显微镜观察、描述、分析和解释的过程。需要突出说明的是取样：随发掘进展过程中，根据有针对性的研究问题、埋藏过程中特殊或存在疑惑的现象选择性地收集样品。具体的方法是：在发掘过程中，沿纵剖面方向保留并取土柱。这个土柱可以跨越不同的地层阶段，或在某个地层单元内部留取。很多研究中研究人员通常对遗址的整个地层堆积，进行连续取样 （根据埋藏条件，有时也有若干间断），这样每个地层单元以及两个连续地层之间有样品，由此帮助我们对遗址的形成过程以及地层年代序列有整体的把握和更清楚的认识。也可对同一地层（单元）在发掘区中的不同位置取样，从而横向比较不同区域的埋藏环境和人类活动特点等。由于这种方法用于解释时间框架中堆积的形成和改造过程，因而样品必须保持由上至下纵向被收集、制样和观察分析，在这一系列过程中必须标明或记明样品哪个部位是上面，样品在遗址中三维位置，特别是深度。制样则包括烘干、浸入树脂凝固、切片、磨光、制成薄片的过程，这些操作中需要一些专业仪器设备。薄片（think section）是微形态分析的直接对象，做好的薄片放在偏光显微镜下观察（有时需要测量物质单元的大小、计算密度等）、拍照、分析。对薄片的分析可以概括为两大层面：宏观与微观。宏观则是考察遗址的地质地貌情况、结合发掘过程中观察和记录的自然堆积物（如土质、土色、石块等）分布情况，遗物间的关系等，以及其他研究手段得出的有关埋藏、人类活动的信息。在使用显微镜观察薄片以前，首先通过肉眼对薄片上显示的堆积大体情况，如颜色、密度、横向和纵向的结构分布等作初步了解。微观层面指我们在显微镜下直接观察到的现象并解释这些现象背后发生过什么。这些分析需要具备土壤学、矿物学、化学等方面的知识，并且掌握“微”物质（或结构）在显微镜下的特征，在这些基础上才能判断和解读堆积中所含物质、物质组合、物质及其结构特点与形成条件，以及这些内容所暗示出的堆积受到的各种物理、化学、生物以及人类活动的影响与改造。总之，我们在对遗址宏观的综合情况有一定了解和判断的情况下，通过微观的观察与现象分析，对遗址的形成过程特别是人类活动得出尽可能全面而动态的认识。
微形态分析在考古学研究中的应用日益广泛，它帮助我们看到的考古学现象、揭示出来的问题越来越多，最重要的是使我们对很多考古问题的认识与解释更加深刻和全面。下面简要说明一些这种方法的应用。
1. 火在人类进化和社会演变过程中发挥了重要的作用。
史前人类对火有着很强的依赖，生活中很多活动都需要用火，因此灰烬、灰堆或火塘是史前遗址中常见的遗存，是研究史前人类生活方式、社会结构与文化的重要依据。然而，受到埋藏环境的影响，用火遗存，比如灰烬或与经过火烧的物质可能无法保存下来或者灰堆、火塘的原初形态已经被破坏，无法识别它们的所在位置、分布范围以及与其他遗物的关系。另外，有些堆积由肉眼观察，其颜色甚至质地与灰烬或灰堆非常相似，加之周围可能有炭屑、烧骨或其他遗物的存在，这种现象在野外发掘中很可能与人类用火联系起来，但却需要加以谨慎考虑。上述情况可以结合微形态方法及相关方法（如红外光谱检测）检验堆积中的包含物质，是否可以观察到燃烧草、树木、带油脂的鲜骨或动物粪便遗留下的物质。如果不是灰烬，那么造成堆积颜色与灰烬接近的原因是什么；此外，红色土堆积是否代表烧过的土或地面，亦或由于埋藏过程中化学因素对堆积的改造。烧骨、炭屑、灰烬等物质的分布格局以及它们在微观上的结构关系以及与堆积中其他物质的关系，都可能影响我们对灰堆或火塘的判断与认识。有些区域包含烧火活动的遗存，然而在微形态观察中可能会发现它们所处的堆积具有层理，层受到水流作用，那么很难得出这个区域曾经发生过用火活动。这些分析的具体内容和思考角度还有很多，在此不作详述，想要说明的是其核心在于综合考古各种遗物、遗存的背景格局（context）并在此基础上作出解读。
2. 通过观察堆积物中不同物质的微结构、特征、分布状态，我们可以得到人类活动内容、活动区域以及当时遗址所处的背景等相关信息。这种方法还可以找出暗示动态人类活动的堆积微层序。
对法国Pech de l’Aze IV 遗址的薄片分析显示出用火遗迹，其中包含烧骨以及烧过动植物有机质残留物（形成深颜色的有机质堆积层）。同时还发现其中的灰烬局部地混入活动面而且灰烬成为硬化的团块，在薄片上研究人员发现了折断破碎的硬化灰烬，以及呈碾碎状的松质骨，他们认为这暗示着灰烬上发生过踩踏。此外，灰烬、烧骨、炭屑在人类活动影响下发生位移，呈现出特殊的平行分布，他们认为这可能是人类清扫灰烬或灰堆的证据。对灰堆的踩踏和清理可能也解释了为什么这里的炭屑破碎成非常小的颗粒。
3. 堆积物在埋藏过程中经常会受到物理或化学因素的影响而发生不同程度的改变，或者受到生物，比如虫子或钻洞动物的扰动。分析堆积物在这些情况下的变化是准确判断遗物、测年、浮选等样品的出土背景（比如地层受到生物干扰，遗物位置发生错乱的情况）、辅助分析地层及地层间的演变关系，辅助分析年代数据从而建立更准确的年代序列的重要手段。
比如，在发掘中收取的炭样或微植物样品，它们所携带的信息是否准确反映人类活动及其发生年代，必须考量取样区域的局部埋藏环境，这个“环境”是怎么形成的，是否受到过改造和扰动，样品与人类活动的相关性如何、样品自身在堆积形成和形成以后其埋藏位置与格局是否发生变化等问题。微形态分析则为这些问题的回答以及尽可能准确地利用和提取样品信息提供了有效途径。
微形态方法的应用很广泛，文中只提到其中很小的一部分。概括来说，借助它我们可以看到很多细微的现象并用其解答相关的重大考古问题，比如地层（单元）关系、年代分析、气候环境、人类活动的内容与不同阶段等。当然微形态分析只是考古研究中的一种方法，它的应用必须建立在对具体考古对象、遗址或堆积单元的宏观认识以及与田野考古、地质地貌等整体研究工作的综合把握的基础上，同时也要结合其他微观层面的方法比如矿物分析。这种方法把微观和宏观的考古资料结合起来，通过对遗址形成过程和埋藏后改造过程分析提供更充足更动态的线索，使我们在考古资料的收集和分析阶段更加准确和客观地记录遗存的来龙去脉、其在细微的“时-空”格局中的考古学内涵，从使我们对史前人类活动和社会的复原建立在一个更加坚实的平台上。 (曲彤丽)
（作者单位：德国图宾根大学史前考古研究院 北京大学考古文博学院）
（2011年12月23日第6版）
