鄒勝利，張宏亮，朱俊英

1. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430074；

2. 安陽(yáng)師范學(xué)院資源環(huán)境與旅游學(xué)院，湖北 安陽(yáng) 455002；3. 湖北省考古研究所，湖北 武漢 430077

土壤有機(jī)物是研究氣候變化的重要載體。在土壤中，種類繁多的類脂物包含著豐富的與氣候、生態(tài)、植被和環(huán)境有關(guān)的重要信息。而古人類活動(dòng)的古文化遺址的考古土壤中所保存的類脂物不僅與當(dāng)時(shí)地表植被狀況（乃至氣候條件）密切相關(guān)，也可能還記錄了古人類活動(dòng)的有關(guān)信息，即古文化層中的類脂物可以記錄古人類活動(dòng)以及與之相伴的環(huán)境條件。然而，當(dāng)前類脂物在考古學(xué)中的應(yīng)用主要集中于考古出土的文物[1-4]，而與出土文物相伴的沉（堆）積物（古文化層）中類脂物的研究則很少報(bào)道。

湖北作為楚文化的發(fā)源地，是長(zhǎng)江中游地區(qū)古文化的搖籃，很早就有人類的居住和活動(dòng)，其區(qū)域內(nèi)存在許多古文化遺址。在這一地區(qū)開(kāi)展古文化遺址考古的研究，不僅可以重建古環(huán)境、古氣候和古生態(tài)，也可以了解自文明史以來(lái)人類與自然環(huán)境的相互關(guān)系（即人地關(guān)系）[5]。本文對(duì)湖北麻城金羅家遺址考古土壤中多環(huán)芳烴的分布、植硅體和炭屑分析及其意義進(jìn)行了分析研究，探討了自西周（約1000 BC）以來(lái)金羅家遺址考古土壤（古文化層土壤）多環(huán)芳烴、植硅體和炭屑記錄對(duì)人類生存環(huán)境以及人類活動(dòng)的反映。

1 材料與方法

1.1 剖面的基本特征

湖北麻城位于大別山中段南麓，鄂豫皖三省交界處的低中山丘陵區(qū)，平均海拔250 m，屬中緯度區(qū)。夏季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)，冬季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)，屬副熱帶大陸性季風(fēng)氣候，具有南北兼優(yōu)的氣候特點(diǎn)。年平均氣溫14.5 ℃，年平均降水量1270 mm。

金羅家遺址位于麻城市西南 20公里宋埠鎮(zhèn)金羅家村（31°7′ N, 114°50′ E）（圖 1），面積大約 8×104m2，文化層總厚度為幾十厘米到兩百厘米不等。遺址位于平原河流沖積物上，北面和西面分別為山區(qū)和丘陵地帶。目前，遺址周圍植被主要為人工林、灌木和草本植物，其中人工林包括槐樹、楊樹、柳樹和榆樹等；灌木主要是?？坪湍鞠?；草本植物主要有禾本科、莎草科、蓼屬、蒿屬、藜科及菊科等；主要農(nóng)作物有水稻、小麥、棉花和油菜等。

圖1 采樣點(diǎn)位置Fig.1 Sampling site

樣品于 2005年 12月采自金羅家遺址2005MJTG1探方西壁，整個(gè)剖面厚度171 cm。采樣的方法是從出露的剖面中槽式采樣，首先刮掉剖面表面土2 cm厚，以避免表面土壤的污染；然后，自下而上平均10 cm采一個(gè)樣品，共17個(gè)樣品，每個(gè)樣品量為500～1000 g。樣品用錫箔紙包裹，密封放在樣品袋中，防止樣品污染?？脊胚z址年代順序主要根據(jù)考古器物（如陶片、瓷片、磚瓦塊等）顏色、圖案、花紋和形態(tài)類型等與已確定年代的考古器物特征進(jìn)行對(duì)比分析，確定不同文化層的時(shí)代順序?yàn)槲髦埽s1000 BC）至今。結(jié)合剖面沉積物的顏色和質(zhì)地等特征以及野外實(shí)地研究，將剖面地層自上而下簡(jiǎn)要地劃分6個(gè)層次（圖2），具體如下：

第 1 層：現(xiàn)代耕土層（MS）（1910 A.D.—至今），灰色人工填土，土質(zhì)疏松，含有植物根系、現(xiàn)代瓦片、釉陶片、青磚碎片等。厚14-16 cm。

第 2層：明清文化層（MQ）（約 1370—1910 A.D.），灰褐色粉砂土，土質(zhì)較疏松，含有較多青磚瓦碎片。厚32～35 cm。

圖2 樣品中多環(huán)芳烴相對(duì)分布Fig.2 Relative distribution of polycyclic aromatic hydrocarbons in samples

第 3 層：唐宋文化層（TS）（約 620—1280 A.D.），灰黃色粉土，土質(zhì)較疏松，含有一些唐宋時(shí)期的瓷碗圈足及器物殘片。厚29～32 cm。

第4層：東周文化層（DZ）（約770—260 BC），褐灰色粉質(zhì)粘土，土質(zhì)致密，夾黑色鐵錳結(jié)核小顆粒和少量細(xì)砂。出土有一些東周時(shí)期的鬲口沿、足、豆、罐等。厚50～59 cm。

第5層：西周文化層（XZ）（約1000—770 BC），青灰色粉質(zhì)粘土，土質(zhì)致密，出土較多的陶片。厚22～9 cm。

第6層：生土層（RS），黃褐色粉質(zhì)粘土，土質(zhì)致密，無(wú)包含物。厚約13 cm。

1.2 樣品的處理和分析

1.2.1 類脂物樣品的處理和分析

樣品干燥后粉碎至 100目，每個(gè)樣品量為100～200 g，然后在索氏抽提器中用三氯甲烷反復(fù)抽提72 h。抽提完畢的溶液在水浴鍋中用減壓蒸發(fā)至5～10 mL，轉(zhuǎn)移至細(xì)胞瓶，吹干恒質(zhì)量，得到氯仿瀝青“A”的質(zhì)量。衡重后用正己烷溶解，溶液中的可溶有機(jī)質(zhì)采用柱層法（硅膠作為填充劑）分離，依次用正己烷、苯和甲醇從層析柱中洗脫出烷烴、芳烴和非烴組分。吹干，恒質(zhì)量，分別得到烷烴、芳烴和非烴的質(zhì)量。烷烴和芳烴組分直接進(jìn)行GC-MS分析，非烴經(jīng)過(guò)衍生化再進(jìn)行GC-MS分析。

樣品分析采用 HP6890型氣相色譜與 HP5973型質(zhì)譜聯(lián)用儀。色譜條件：HP-5MS石英毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）。升溫程序：以 3 ℃·min-1的速率從70 ℃升至280 ℃，終溫恒溫15 min。進(jìn)樣口溫度300 ℃，進(jìn)樣量1 μL，氦氣為載氣。質(zhì)譜條件：電子轟擊源，電離能量70 eV。GC與MS接口溫度280 ℃。

1.2.2 植硅體樣品的處理和分析

植硅體提取的方法有很多種，根據(jù)樣品的不同，研究目的的不同而定。地質(zhì)學(xué)和考古學(xué)的分析方法主要采用重液懸浮法。

本次實(shí)驗(yàn)采用重液懸浮法[6]，具體操作過(guò)程如下：（1）將每個(gè)樣品稱取50 g加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的H2O2溶液除去有機(jī)質(zhì)；（2）加質(zhì)量分?jǐn)?shù) 10%的稀鹽酸，除去鐵質(zhì)和鈣質(zhì)，而后稀釋酸液，除掉粘土；（3）將樣品移至50 mL離心管中，加入比重為2.3的重液，離心 10～20 min(2000 r·min-1)；（4）將離心管中含植硅體的懸浮液，倒入燒杯中，加冰醋酸，加蒸餾水稀釋，除去重液；（5）倒掉燒杯上部蒸餾水，將下部含植硅體液體全部倒入5 mL離心管中，離心 10 min(2000 r·min-1）；（6）最后將離心管中植硅體進(jìn)行制片，用Olympus顯微鏡（400×）觀察并統(tǒng)計(jì)200粒以上。

2 結(jié)果與討論

2.1 多環(huán)芳烴分布

多環(huán)芳烴(PAHs)作為類脂物的重要組成部分，在土壤[7-8]、湖泊[9 -13]、海洋[8,12,14]和河流[9,15-16]等沉積物中被廣泛的研究，是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外環(huán)境科學(xué)研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)之一。但是，目前關(guān)于多環(huán)芳烴的研究多集中于表層土壤[17-20]，對(duì)深層土壤的研究較少[21-25]，而對(duì)古代遺址考古土壤的研究則更為鮮見(jiàn)[22,25]。

本次研究從金羅家遺址考古土壤中（除生土層外）檢測(cè)出了多種多環(huán)芳烴。主要有：卡達(dá)烯、菲、甲基菲、熒蒽、芘、惹烯、苯并蒽、屈、苯并熒蒽和苯并芘等。剖面中不同文化層土壤的多環(huán)芳烴的相對(duì)分布是不同的（圖2），具體如下：在西周文化層土壤中菲具有明顯優(yōu)勢(shì)，熒蒽、芘、苯并蒽、屈、苯并熒蒽和苯并芘等多環(huán)芳烴相對(duì)較低；東周文化層土壤中菲相對(duì)豐度具有優(yōu)勢(shì)，熒蒽和苯并熒蒽相對(duì)豐度占次要優(yōu)勢(shì)，芘、苯并蒽、屈和苯并芘相對(duì)豐度較低。而在深度120～108 cm（樣品F6和F7，大約春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期）芘、苯并蒽和苯并芘等相對(duì)豐度有所增高，表現(xiàn)出一些異常；在唐宋時(shí)期文化層的下部土壤中以菲為主，熒蒽、芘、苯并蒽、屈、苯并熒蒽和苯并芘等相對(duì)較低，然而在唐宋文化層頂部（樣品F13，大約宋朝末期）中的菲相對(duì)豐度略有降低，而熒蒽、芘、苯并蒽、苯并熒蒽和苯并芘等相對(duì)豐度有顯著增高，表現(xiàn)異常；進(jìn)入明清時(shí)期，文化層中下部土壤樣品（樣品F14）中以菲為主，而熒蒽、苯并蒽和苯并熒蒽等豐度次之，芘、屈和苯并芘相對(duì)豐度很低，其文化層上部土壤樣品中（樣品F15和F16）熒蒽、芘、苯并蒽、苯并熒蒽和苯并芘等相對(duì)豐度與菲的豐度相比逐漸增高，其中樣品 F15和 F16的屈和苯并熒蒽具有優(yōu)勢(shì)明顯；在表層土壤中（樣品F17）菲占優(yōu)勢(shì)，其他的多環(huán)芳烴相對(duì)較低。

此外，由于不同芳烴化合物的水溶性以及遷移性的差異，在考古遺址文化層土壤多環(huán)芳烴隨深度相對(duì)含量有所變化，表現(xiàn)為所有的多環(huán)芳烴相對(duì)含量都隨著深度的加深逐漸減少。而對(duì)于不同時(shí)期多環(huán)芳烴之間的變化有所不同，在西周和東周時(shí)期，古文化層土壤中菲含量隨深度的增加逐漸降低，但變化比較穩(wěn)定，而其它的多環(huán)芳烴較明顯降低。在唐宋時(shí)期，古文化層土壤所有多環(huán)芳烴逐漸降低，尤其熒蒽、芘、苯并蒽、屈、苯并熒蒽和苯并芘變化更明顯。值得注意的是，在宋朝末期（47.5 cm）處F13樣品菲的含量相對(duì)于上下層位出現(xiàn)了一定程度的異常，至于該層位異常的具體原因下一步進(jìn)行深入探討。在明清時(shí)期和現(xiàn)代土壤內(nèi)菲相對(duì)豐度與熒蒽、芘、苯并蒽、屈、苯并熒蒽和苯并芘相比，隨深度的增加由高到低再逐漸增高，熒蒽和芘相對(duì)比較穩(wěn)定，而高沸點(diǎn)的苯并蒽、屈、苯并熒蒽和苯并芘變化比較明顯，其中苯并熒蒽和苯并芘變化尤為顯著。

2.2 多環(huán)芳烴來(lái)源和意義

一般認(rèn)為多環(huán)芳烴來(lái)源有兩種：人類活動(dòng)產(chǎn)生和自然來(lái)源。人類活動(dòng)產(chǎn)生的主要來(lái)源于化石燃料的燃燒和石油泄漏等；而自然來(lái)源是火山爆發(fā)、森林植被和灌木叢燃燒、電擊、氣候過(guò)分干旱、有機(jī)物質(zhì)在一定條件下的自燃以及地下煤層的自燃等產(chǎn)生的，其數(shù)量不多。

本次檢測(cè)出的多環(huán)芳烴可能是由化石燃料的燃燒、熱解和石油的泄漏所產(chǎn)生，而根據(jù)多環(huán)芳烴的組成特點(diǎn)和不同化合物的質(zhì)量比可對(duì)沉積物中的多環(huán)芳烴來(lái)源進(jìn)行分析。一類為菲、甲基菲、熒蒽、芘、苯并蒽、屈、苯并熒蒽和苯并芘等，甲基菲與菲的比值(MPh/Ph)常用于區(qū)分油成因(petrogenic)與熱成因(pyrogenic)來(lái)源的多環(huán)芳烴[26-27]。熱成因多環(huán)芳烴主要以母核多環(huán)芳烴為主(MPh/Ph小于1)，而油成因的多環(huán)芳烴烷基化程度較高，其MPh/Ph值通常在2～6之間。金羅家遺址考古土壤多環(huán)芳烴的MPh/Ph值范圍主要在0.34～0.89之間（除F13樣品值為1.30外)(表1)，說(shuō)明多環(huán)芳烴的來(lái)源主要是熱成因。Baumard等[28]利用熒蒽/芘(Fl/Py)指數(shù)對(duì)PAHs來(lái)源的判定，通常熱成因來(lái)源的多環(huán)芳烴Fl/Py比大于1而小于10。在金羅家遺址考古土壤中多環(huán)芳烴的 Fl/Py值范圍主要在 1.92～5.88之間(除F8樣品值為10.82外)，說(shuō)明熱成因來(lái)源的多環(huán)芳烴占主導(dǎo)。

表1 考古土壤中多環(huán)芳烴來(lái)源的比值Table 1 Radios of PAHs resource in archaeological soil

另一類多環(huán)芳烴包括卡達(dá)烯、惹烯和西蒙內(nèi)烯等，它們作為高等植物輸入沉積物的生物標(biāo)志化合物[10,12,29-31]，被認(rèn)為是沉積物成巖作用的產(chǎn)物；卡達(dá)烯化合物的分子骨架在高等植物及其先驅(qū)物里中出現(xiàn)[32-33]，惹烯和西蒙內(nèi)烯化合物的碳骨架在針葉林松類二萜酸——松香酸樹脂酸中廣泛存在[34]，Ramdahl[35]認(rèn)為惹烯也能通過(guò)松類樹脂在低溫燃燒降解形成。而在金羅家遺址考古土壤中檢測(cè)到了卡達(dá)烯和惹烯兩種多環(huán)芳烴化合物，由于考古遺址土壤形成的時(shí)間較短，土壤還沒(méi)有達(dá)到成巖的條件，卡達(dá)烯和惹烯可能是通過(guò)高等植被的燃燒形成，說(shuō)明當(dāng)時(shí)該地生長(zhǎng)著大量的針葉林松科植物，這些高等植被是古人類生活用火主要薪材。

2.3 植硅體形態(tài)分類和組合

植硅體研究為一門新興的邊緣學(xué)科，全世界已有許多個(gè)國(guó)家將植硅體分析運(yùn)用到考古學(xué)研究之中。一般來(lái)說(shuō)，考古遺址文化層在堆積過(guò)程中，由于人類使用植物的活動(dòng),有可能積聚較多的植物莖和葉。莖和葉腐爛后，其中的硅化細(xì)胞和組織——植硅體能夠得以保存，而且數(shù)量很大，在考古土壤、容器內(nèi)含物、灰堆、陶器碎片、干糞中?？纱罅康匕l(fā)現(xiàn)。因此，考古土壤中植硅體主要反映過(guò)去人類活動(dòng)對(duì)植物的選擇及使用的情況。

呂厚遠(yuǎn)和王永吉[36]通過(guò)對(duì)我國(guó)不同地區(qū)不同土壤類型中植物硅酸體的分布情況進(jìn)行研究，帽型、長(zhǎng)齒型、短齒型主要分布在寒冷地區(qū)，扇型、方型、長(zhǎng)方型主要分布在溫暖地區(qū)，棒型、尖型在相對(duì)干冷地區(qū)含量較多，皺紋型、不定型、團(tuán)粒型主要分布在極端干旱、寒冷地區(qū)。當(dāng)然這種規(guī)律還有待于更多的表土樣品的分析進(jìn)一步證明。本次研究從金羅家遺址土壤樣品中檢測(cè)出大量的且種類多樣的植硅體，經(jīng)鑒定，金羅家遺址考古土壤植硅體類型主要有：方型、長(zhǎng)方型、扇型、啞鈴型、鞍型（短鞍型和長(zhǎng)鞍型）、齒型、帽型、棒型和尖型等（圖3）。

圖3 金羅家遺址代表性植硅體和炭屑形態(tài)Fig.3 Microphotographs of the representative morphotype of phytoliths and carcoal fragments in JinLuojia site

圖4 考古遺址土壤中的植硅體組合和炭屑相對(duì)頻率Fig.4 Relative frequency of phytolith assembles and charcoal fragment in archaeological soil

根據(jù)王永吉等[6]對(duì)植硅體的分類系統(tǒng)，結(jié)合本文出現(xiàn)的植硅體類型及其特征，對(duì)金羅家遺址植硅體組合進(jìn)行了分析研究（圖4），具體結(jié)果如下：西周文化層前期以方型、長(zhǎng)方型、扇型、亞鈴型、鞍型和棒型植硅體為主；中后期棒型含量增加。東周文化層前期以方型、長(zhǎng)方型、扇型、亞鈴型、鞍型、棒型植硅體為主；后期齒型、棒型、尖型比例有所增加。唐宋文化層主要含方型、長(zhǎng)方型、扇型、亞鈴型、棒型植硅體，尖型、帽型含量很少。明清文化層方型、長(zhǎng)方型、扇型、植硅體含量減少，棒型、齒型、帽型比重增加，亞鈴型植硅體含量相對(duì)增加?，F(xiàn)代土壤主要有方型、長(zhǎng)方型、扇型和棒型植硅體。考古土壤中植硅體形態(tài)和組合的變化說(shuō)明金羅家遺址域內(nèi)在不同文化層中植被類型有所不同的，在很大程度上，也可以說(shuō)，植被類型的不同代表了當(dāng)時(shí)的人類生存的古環(huán)境、古植被和古氣候是不同的。金家灣遺址植硅體記錄重建的古氣候特征，古氣候變化主要經(jīng)歷了：西周時(shí)期總體為溫暖濕潤(rùn)，中后期出現(xiàn)比較短暫干冷；東周早期較為溫暖濕潤(rùn)的時(shí)期，后期轉(zhuǎn)干轉(zhuǎn)涼；唐宋時(shí)期總體氣候溫暖濕潤(rùn)，相當(dāng)于隋唐大暖期和中世紀(jì)暖期，不過(guò)，后期氣候轉(zhuǎn)冷；明清時(shí)期氣候具有相對(duì)干冷的特征，此時(shí)，長(zhǎng)江中游地區(qū)出現(xiàn)小冰期。在整個(gè)文化層剖面，其古植被生長(zhǎng)是與古氣候變化相適應(yīng)的，在西周時(shí)期文化層，C3植物占優(yōu)；東周時(shí)期文化層，以 C4植物為主；唐宋時(shí)期文化層，以C3植物為主，明清時(shí)期文化層，主要為C4植物為主。

2.4 炭屑的分析及意義

炭屑是植物有機(jī)體不完全燃燒的產(chǎn)物, 它可以保存原來(lái)植物的某些結(jié)構(gòu)，也可以是無(wú)結(jié)構(gòu)的球形體，在顯微鏡下觀察植硅體時(shí)常見(jiàn)的黑色團(tuán)塊，其中一部分是炭屑。少量炭屑隨煙霧升空，而后隨風(fēng)傳播，但大部分炭屑滯留原地。炭屑在沉積物至可以保存數(shù)千甚至幾萬(wàn)年不變，可以作為火災(zāi)歷史的最好記錄，因此炭屑被稱為火的“化石”。而火的發(fā)生與當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境(如溫度、濕度等)及人類活動(dòng)密切相關(guān)。根據(jù)炭屑變化,還可以推斷人口變動(dòng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r。故炭屑含量的變化不僅可以指示氣候變化，而且可以反映研究區(qū)人口數(shù)量和人類活動(dòng)強(qiáng)度的變化[37]。

本文對(duì)炭屑的研究是在提取植硅體時(shí)，用H2O2氧化有機(jī)質(zhì)不加熱時(shí)保留下來(lái)的黑色團(tuán)塊，炭屑實(shí)際是在觀察和統(tǒng)計(jì)植硅體時(shí)檢測(cè)到的。根據(jù)張建平等人[38]現(xiàn)代植物炭屑形態(tài)的分析方法對(duì)整個(gè)考古文化層剖面土壤樣品中的炭屑進(jìn)行了詳細(xì)鑒定，由于不同植物炭屑的絕對(duì)大小沒(méi)有太大差別（圖3中g(shù)～i），對(duì)于區(qū)別不同類型植物炭屑利用絕對(duì)大小進(jìn)行比較是沒(méi)有意義的，但它們的最大長(zhǎng)度(L)/最大寬度(W)的值有明顯不同。對(duì)金羅家遺址的17個(gè)樣品中的炭屑的最大長(zhǎng)度(L)/最大寬度(W)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的測(cè)量統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，整個(gè)剖面樣品的L/W平均值主要為(3.3±0.4)，有少量的 L/W 值為(9.8±1.1)。說(shuō)明在整個(gè)剖面中古文化層樣品的炭屑類型以灌木和喬木占優(yōu)勢(shì)，而草本炭屑較少，炭屑的種類優(yōu)勢(shì)以木本型植物為主。同時(shí)，根據(jù)炭屑變化，還可以推斷人口變動(dòng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r。在本次研究中，炭屑含量變化的有2個(gè)高峰值（圖4），第一個(gè)峰值為東周時(shí)期，另一峰值為明清時(shí)期，這兩個(gè)峰值與自西周（約1000 BC）以來(lái)歷史記載的該地區(qū)2個(gè)人口繁盛和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)時(shí)間基本相符。

2.5 多環(huán)芳烴、植硅體和炭屑對(duì)比分析

環(huán)境中的多環(huán)芳烴主要由人類活動(dòng)產(chǎn)生（柴草和化石燃料的燃燒），多環(huán)芳烴的沉積記錄可以反映遺址及該區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展變化和人類活動(dòng)。因此，多環(huán)芳烴可以作為人類活動(dòng)的良好指示物。植硅體作為考古土壤中的原地腐爛的植物殘余，能夠反映細(xì)微的環(huán)境變化和人類對(duì)植物選擇以及利用有關(guān)的文化活動(dòng)[39]，也是反映當(dāng)時(shí)環(huán)境、氣候、植被和人類活動(dòng)很好的替代指標(biāo)。沉積物中的炭屑是火災(zāi)的替代性指標(biāo)，通過(guò)炭屑的定量統(tǒng)計(jì)和形態(tài)分析等手段，可以恢復(fù)地質(zhì)歷史中火災(zāi)發(fā)生的頻率、強(qiáng)度及其變化。對(duì)考古土壤中的炭屑的分析研究，可以反映當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)刂脖?、環(huán)境變化和人類活動(dòng)。

本文將多環(huán)芳烴、植硅體和炭屑結(jié)合進(jìn)行分析研究，探索一種新的考古研究方法和思路。對(duì)于多環(huán)芳烴來(lái)說(shuō)，在人類出現(xiàn)以前的地質(zhì)時(shí)期，不可能存在人為的化石燃料燃燒和石油泄漏污染，據(jù)當(dāng)?shù)氐臍v史資料，考古遺址從出現(xiàn)人類以來(lái)未有火山噴發(fā)記錄。在西周時(shí)期文化層下面的生土層 F1樣品未檢測(cè)到多環(huán)芳烴，而在西周時(shí)期以后的古文化層土壤中均檢測(cè)到多種多環(huán)芳烴。吳仁銘[40]認(rèn)為菲、甲基菲、熒蒽、芘、苯并熒蒽和苯并芘等是與柴草和化石燃料的燃燒有關(guān)產(chǎn)物，熒蒽/菲、芘/菲和苯并熒蒽/菲等是作為與陸生植物燃燒有關(guān)芳烴的重要標(biāo)志。而甲基菲/菲是判別熱成因和油成因的，可以指示燃燒源，本次研究中的甲基菲/菲(MPh/Ph)值范圍在0.33～0.89之間（除F13樣品值為1.30外），熱成因來(lái)源的多環(huán)芳烴占主導(dǎo)。因此，可以說(shuō)明在西周時(shí)期以后當(dāng)?shù)厝藗兩詈蜕a(chǎn)所用薪材主要是木材和其他高等植物。此外，在整個(gè)剖面（圖4）上，樣品中的菲在西周和唐宋時(shí)期表現(xiàn)為相對(duì)低谷值，在東周和明清時(shí)期表現(xiàn)為相對(duì)峰值；熒蒽/菲、芘/菲和苯并熒蒽/菲等在東周和明清時(shí)期出現(xiàn)兩個(gè)相對(duì)峰值，而在西周和唐宋時(shí)期為谷值。在東周時(shí)期，主要原因是該時(shí)期人口數(shù)量大量增加、冶煉業(yè)、制陶業(yè)、手工業(yè)和作坊業(yè)的興起，需要大量的柴草作為原料和燃料，柴草的燃燒會(huì)促使多環(huán)芳烴的產(chǎn)生。另一原因可能是在東周戰(zhàn)國(guó)時(shí)期戰(zhàn)爭(zhēng)頻繁，造成大量的城郭和民房燒毀，產(chǎn)生大量的多環(huán)芳烴。該遺址從春秋戰(zhàn)國(guó)到唐朝之前有很長(zhǎng)時(shí)間，沒(méi)有人類居住，可能是環(huán)境劇烈變化或戰(zhàn)爭(zhēng)造成的原因。而明清時(shí)期，隨著人口數(shù)量的大量增加、人類歷史上的戰(zhàn)爭(zhēng)頻繁發(fā)生、大量砍伐森林和開(kāi)墾農(nóng)田以及小冰期的出現(xiàn)，氣候寒冷，薪材需求量增加和戰(zhàn)爭(zhēng)所產(chǎn)生的火災(zāi)，產(chǎn)生較多的多環(huán)芳烴。

遺址考古土壤除了上述檢測(cè)到大量的植硅體之外，樣品還含有炭屑。其含量在1.5%～8.5%之間。從總體趨勢(shì)來(lái)看，西周時(shí)期以來(lái)炭屑的含量是逐漸增加的，可能與本區(qū)人口數(shù)量的增加、人類活動(dòng)加強(qiáng)有關(guān)。在樣品中木本型植硅體和炭屑含量有兩個(gè)峰值（圖5）：東周時(shí)期和明清時(shí)期。在這兩個(gè)時(shí)期，人們大量利用柴草作為薪材，柴草的燃燒使文化層土壤中木本型植硅體和炭屑含量增加。

多環(huán)芳烴、木本型植硅體和炭屑等指標(biāo)的變化趨勢(shì)存在著較好的一致性，它們?cè)跂|周時(shí)期和明清時(shí)期同時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)峰值，可能是由自然環(huán)境和人類活動(dòng)共同作用所致。因此，說(shuō)明人類在利用和改造自然環(huán)境的時(shí)候，同樣，自然環(huán)境也在影響著人類的發(fā)展。

3 結(jié)論

湖北麻城金羅家遺址剖面中所檢測(cè)到的菲、甲基菲、熒蒽、芘、苯并蒽、屈、苯并熒蒽、苯并芘、卡達(dá)烯和惹烯等多種多環(huán)芳烴類的類脂物，利用多環(huán)芳烴來(lái)源地球化學(xué)參數(shù)甲基菲/菲(MPh/Ph)和熒蒽/芘(Fl/Py)的比值對(duì)金羅家遺址考古遺址土壤中的多環(huán)芳烴的來(lái)源進(jìn)行了初步判斷，考古土壤多環(huán)芳烴的MPh/Ph值范圍主要在 0.34～0.89之間（除F13樣品值為 1.30外），F(xiàn)l/Py值范圍主要在1.92～5.88之間（除F8樣品值為10.82外），說(shuō)明多環(huán)芳烴的來(lái)源主要是熱成因。而熒蒽/菲、苯并蒽/菲和苯并芘/菲等可以作為與陸生植物和化石燃料的燃燒有關(guān)芳烴的產(chǎn)物的標(biāo)志，這些多環(huán)芳烴可能與人類活動(dòng)有一定的關(guān)系，說(shuō)明考古遺址土壤中的多環(huán)芳烴記錄能夠反映生活在該遺址上一些人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和活動(dòng)的信息。因此，多環(huán)芳烴是人類活動(dòng)的良好指示物。

圖5 考古土壤多環(huán)芳烴、木本型植硅體和炭屑等指標(biāo)隨深度的變化Fig.5 Indices of PAHs, wood type phtolith and charcoal changes with depth in archaeological soil

同時(shí)，在整個(gè)剖面土壤中還檢測(cè)出大量的且種類多樣的植硅體和炭屑，植硅體類型主要有：方型、長(zhǎng)方型、扇型、啞鈴型、鞍型、齒型、帽型、棒型和尖型等。金家灣遺址植硅體記錄重建的古氣候特征，古氣候變化主要經(jīng)歷了：西周早期溫暖濕潤(rùn)，中后期干冷，其干冷時(shí)間比較短暫。東周早期較為溫暖濕潤(rùn)的時(shí)期，后期轉(zhuǎn)干轉(zhuǎn)涼。唐宋時(shí)期總體氣候溫暖濕潤(rùn)，相當(dāng)于隋唐大暖期和中世紀(jì)暖期，不過(guò)，后期氣候轉(zhuǎn)冷。明清時(shí)期氣候具有相對(duì)干冷的特征，此時(shí)，長(zhǎng)江中游地區(qū)出現(xiàn)小冰期。植硅體組合能夠恢復(fù)當(dāng)?shù)氐墓胖脖?，也可以反映古人類在選擇和利用植物有關(guān)的生活和生產(chǎn)活動(dòng)。其古植被生長(zhǎng)是與古氣候變化相適應(yīng)的，在西周時(shí)期文化層，以C3植物為主；東周時(shí)期文化層，以C4植物為主；唐宋時(shí)期文化層，以C3植物為主，明清時(shí)期文化層，以 C4植物為主。炭屑是植物有機(jī)體不完全燃燒的產(chǎn)物，炭屑分析是研究歷史上人類活動(dòng)的方法之一。在金羅家遺址樣品炭屑分析中，從不同古文化堆積層的變化背景中分離出了因人口增長(zhǎng)或火災(zāi)造成的2個(gè)炭屑高峰值，第一個(gè)峰值為東周時(shí)期，另一峰值為明清時(shí)期，這兩個(gè)峰值與自西周(1000BC)以來(lái)歷史記載的該地區(qū)2個(gè)人口繁盛和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)時(shí)間基本相符。在對(duì)考古土壤中的多環(huán)芳烴、木本型植硅體和炭屑對(duì)比分析中，它們的變化規(guī)律存在著較好的一致性。這些說(shuō)明生活在遺址的人類利用和改造自然環(huán)境的時(shí)候，自然環(huán)境也可能影響著人類社會(huì)的發(fā)展。

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