福建海岛型新石器遗址出土陶...的地球化学特征及其指示意义_卫俊杰.pdf

卫俊杰,靳建辉,左昕昕,等.福建海岛型新石器遗址出土陶片的地球化学特征及其指示意义 J.地理科学,2023,43(6):1101-1112.Wei Junjie,Jin Jianhui,ZuoXinxin et al.Cultural exchange indicated by geochemical characteristic of pottery from neolithic island type sites in Fujian Province,China.Scientia Geographica Sin-ica,2023,43(6):1101-1112.doi:10.13249/ki.sgs.2023.06.016福建海岛型新石器遗址出土陶片的地球化学特征及其指示意义卫俊杰1，靳建辉1,2，左昕昕1,2，范雪春3,4，王晓阳4，危长福4，任永青1，邱俊杰1，谭典佳1（1.福建师范大学福建省亚热带资源与环境重点实验室，福建 福州 350007；2.福建师范大学东南环境考古中心，福建 平潭 350400；3.平潭国际南岛语族研究院，福建 平潭 350400；4.福建省考古研究院，福建 福州 350001）摘要摘要：福建平潭是华南地区新石器时期海岛型遗址的主要分布区之一，也是南岛语族从福建向南太平洋岛屿传播的关键区域。该时期典型遗址出土的陶器作为最直接的文化遗存，对于研究区域内文化交流和传播过程有重要作用。基于主成分分析和聚类分析方法，以福建平潭海坛岛北部壳丘头遗址、东花丘遗址和龟山遗址出土陶片为研究对象，分别测试了 10 件典型陶片和 52 个土壤样品的地球化学元素，以此为基础分析区域内不同文化时期的史前文化交流特征。同时结合闽东沿海地区的地理环境演化和史前人类活动，探讨这一文化交流特征产生的原因。结果表明：陶片化学元素组成分析显示壳丘头、龟山、东花丘 3 个遗址的陶土原料和产源地离散性弱，说明 3 个遗址在制陶取土环境上存在相似性；但龟山遗址 D01 号陶片化学元素组成与剩余陶片和遗址土样存在较大差异。主成分和聚类分析结果指示出自壳丘头文化期至黄瓜山文化期平潭地区有人类活动范围扩大和文化交流增加的趋势。海平面波动、史前人类文化的延续和陶器烧制技术的提高是福建沿海地区文化交流增加的原因。关键词关键词：陶片；化学元素；文化交流；主成分分析；聚类分析；福建平潭海坛岛中图分类号中图分类号：K872文献标识码文献标识码：A文章编号文章编号：1000-0690(2023)06-1101-12 陶器不仅是器物文明的重要载体，同时也是探讨器物背后所包含的政治、经济、文化和社会组织等人类活动痕迹的重要遗存1-2。通过对陶器化学组成的分析，可以确定烧制陶器的矿料类型和产地3-4进而为研究史前人类活动提供依据。目前已有学者对国内甘青地区1,5-6、山西陶寺遗址7-8、成都金沙遗址9、安徽凌家滩遗址10等地的陶器进行了化学组成分析研究，并以此为基础，对出土陶器的原料类型、产地以及不同遗址间的早期文化交流和商业贸易行为做出了解释。福建地区在新石器时代的气候比现在稍为温暖，生物多样性丰富，优越的自然条件，为福建史前人类提供了适宜的生存场所11。已有研究发现，闽东沿海地区的史前人类活动遗址分布广泛，石器和陶器等文化遗存非常丰富，且具有明显的海洋文明特征12。近年来，研究人员已从植物考古13、年代学14-15、时空分布16等方面对闽东沿海的史前遗址做了一些工作，丰富了该地区的考古年代序列和史前人类活动研究数据，但针对出土陶器材料组分和来源的研究相对薄弱。本研究以福建平潭海坛岛北部壳丘头遗址、龟山遗址和东花丘遗址的出土陶片为研究对象，基于陶片的地球化学组成特征，对 3 个遗址不同陶片的陶土类型和产源地进行了分析，并对其反映出的区 收稿日期收稿日期：2022-03-06；修订日期修订日期：2022-06-22基金项目基金项目：国家自然科学基金项目（41301012，42077407）、福建省自然科学基金项目（2020J01185）、福建师范大学创新团队项目（IRTL1705）资助。Foundation:National Natural Science Foundation of China(41301012,42077407),Natural Science Foundation of FujianProvince(2020J01185),Fujian Normal University Innovation Team Project(IRTL1705).作者简介作者简介：卫俊杰（1998），男，山西沁县人，硕士研究生，主要从事环境考古研究。E-mail:jj_通信作者通信作者：靳建辉。E-mail: 第 43 卷第 6 期地理科学Vol.43 No.62023 年 06 月Scientia Geographica SinicaJune,2023域文化在不同文化时期的交流特征及其原因进行了探讨，以期为史前闽东沿海地区内跨区文化交流提供新的证据。1 研究区概况与研究方法1.1研究区概况研究区概况海 坛 岛 位 于 11932E12010E，2515N2545N，是福建省第一大岛，属亚热带季风气候，雨热同期，生物种类丰富17。海坛岛最高高程不超过 460 m，以低地丘陵和洼地滩涂为主要地貌类型，岛内土壤以红壤为主，滨海滩涂主要为风沙土，总体上呈现出土层稀薄，养分含量少的特点18-19。温暖适宜的气候，丰富的海洋生物多样性，农业种植在地貌和土壤条件上的局限性，促成了海坛岛海洋文明的诞生和发展。目前海坛岛已发现 26 处史前遗址，时间跨越旧石器时代至青铜时代，形成了相对完整的史前文化谱系12。壳丘头遗址位于平潭县平原镇北面的山显美村路边（图 1），出土陶器夹砂陶占比 90%以上，其中灰陶比例较大，次为灰黑陶20，以其命名的壳丘头文化被认为是福建省目前已知最早的考古文化期，年代范围为 6.55.5 ka B.P.21-22。龟山遗址位于平原镇上攀村村委会西南约 200 m 处，初步确定为新石器时代晚期青铜时代早期遗址，出土陶器以夹砂陶居多，其中夹砂灰黄陶占比超过 1/2，次为部分泥质硬陶和少量原始瓷23-24，属以福建省霞浦县黄瓜山遗址为代表遗存的黄瓜山文化，年代范围为 4.33.5 ka B.P.21。东花丘遗址位于壳丘头遗址的东北部，距壳丘头遗址直线距离约 200 m，为一处较为平坦的台地，出土陶器以夹砂陶为主，此外有少量泥质灰色硬陶，为青铜时代遗址，属黄瓜山文化，但在考古时间序列上认为晚于龟山遗址23。3 个遗址在时间序列上有一定的顺序性。1.2材料选取材料选取研究样品来自福建平潭地区东花丘遗址、壳丘头遗址和龟山遗址等 3 个典型新石器遗址。其中壳丘头遗址陶片来源于 1985 年的考古发掘材料；东花丘遗址和龟山遗址陶片来源于 20172019 年海 福州a 海坛岛位置b 海坛岛地势高程示意海坛岛027 kmN11940E2540N2530N2540N2530N11950E11940E05 km高程/m台湾海峡遗址高:450低:011950E图例省界海岸线3.壳丘头遗址1.龟山遗址2.东花丘遗址300 mN0c123图 1a 据审图号 GS（2017）1267 号的标准地图制作，底图无修改。图 1b、c 数据分别来自地球空间数据云（https:/ 1 福建平潭海坛岛东花丘遗址、龟山遗址和壳丘头遗址地理位置Fig.1 Location of the Donghuaqiu site,Guishan site and Keqiutou site in Haitan Island,Pingtan of Fujian,China1102地理科学43 卷 坛岛史前遗址调查采集的材料。以龟山遗址TS3W10（考古发掘探方名称）为例，第 4 层为黄灰色细砂土，土质疏松，该层位出土陶器以夹砂陶为主，次为印纹硬陶，同时发现有永春苦寨坑窑址流传至此的原始瓷24。故在龟山遗址 TS3W10 第 4 层位，以网格化平行采样方式采集 52 个土样（编号为GS-S1GS-S52），并在同一层位挑选龟山遗址黄瓜山文化期代表性印纹硬陶（D01）和夹砂陶（D02）各一件与土样进行对比分析。3 个遗址共计采集 10件陶片，另龟山遗址采集 52 个土样（表 1，图 2）。1.3研究方法研究方法从陶片样本上刮取 10 g 样品，研磨过 200 目筛，然后取研磨后 4 g 样品与四硼酸锂（Li2B4O7）混合进行压片。压制后的样品使用帕纳科 Epsilon 3XLE X 射线荧光光谱仪测定样品的常量元素丰度，标样选用国家一级土壤标样，相对标准偏差小于5%，测试结果用质量分数（%）表示。所有微量元素待测样品先称量 0.04 g 样品于特氟龙容器中，加入0.5 mL 硝酸（HNO3）和 1 mL 氢氟酸（HF）（纯度均为电子级）后密封放入高压消解罐中，置入烘箱内加热至 150 消解 15 h。待消解罐冷却后，取出特氟龙容器置于 150 加热板上，加入 0.25 mL 高氯酸（HClO4）（优纯级）蒸至近干，此时再加入 1 mLHNO3（电子级）和 2 mL 超纯水，密封后再次置入烘箱 150 消解 15 h。冷却后将消解的样品用超纯水稀释待上机测试。测样仪器为 Thermo Fisher 公司 X-Serie型 ICP-MS 质谱仪，相对标准偏差小于 5%，测量结果（丰度）以质量分数（mg/kg）表示。以上测试过程均在福建师范大学福建省亚热带资源与环境重点实验室完成。本研究对东花丘遗址、壳丘头遗址和龟山遗址累计 8 件陶片（KQT1、KQT2、GS1、GS2、GS3、D01、D02、DHQ-H4、DHQ-H9和 DHQ-H15）的 Al、Fe、Si、Na、Mg、Ca、K、P、S、C、Ti、V、Co、Ni、Cr、Mn、Cu、Zn、As、Pb、Ba、Rb、Br、Sr、Y、W、Zr、Bi、Mo 共 29 种常量和微量元素，以及 2 件龟山遗址陶片样本（D01 和 D02）和 52 个土壤样本的 Sc、V、Cr、Co、Ni、Rb、Y、Nb、La、Ce、Pr、Nd、Gd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Hf、Tl、Pb、Th、U 共 27 种微量元素含量进行了测定。主成分分析法是通过降维的方式将原来多个变量重新组合成一组新的互相无关的综合变量，同时根据需要从中可以选出几个综合变量尽可能多来反映原来变量的信息的统计方法10。聚类分析是将数据分类到不同的类或簇以反映多个变量之间的相似和相异性的方法25。陶片的常量元素组成可以反映陶土类型的差异，微量元素尤其是稀土元素对于陶土材料的产源地示踪敏感3-4。基于陶片和土壤样本化学元素测定结果，利用主成分分析和聚类分析方法来反映陶片间元素组成的相似和相异性，以实现对不同陶片的陶土类型和产源地的区分。数据主成分分析在 Origin 2018 软件中完成，聚类分析在IBM SPSS Statistics 21.0 软件中完成。2 结果与讨论东花丘、壳丘头、龟山遗址的 8 件陶片化学元素和龟山遗址 2 件陶片、52 个土壤样本微量元素测定结果分别见表 2，图 3。2.1出土陶片的元素丰度与区域环境元素丰度出土陶片的元素丰度与区域环境元素丰度对比对比对遗址出土的 8 件陶片的 29 种元素进行了测 表表 1壳丘头、龟山和东花丘遗壳丘头、龟山和东花丘遗址址 10 件陶片信息件陶片信息Table 1 The information of 10 pieces of pottery from the Keqiutou site,Donghuaqiu site,and Guishan site 陶片编号出土单位胎质纹饰文化期出土遗址经度（E）纬度（N）KQT1T403（6层）夹粗砂灰陶无壳丘头文化壳丘头遗址1194513253713KQT2夹粗砂灰黑陶无壳丘头文化壳丘头遗址1194513253713GS1TS2W10（3层）夹粗砂灰黄陶无黄瓜山文化龟山遗址