羅家尕塬遺址出土彩陶成分與工藝分析

張玉巧 黃天呈 龔鈺軒

［摘要］ 馬家窯文化距今5000年左右，而彩陶是其文化特征的典型代表。本文以羅家尕塬遺址出土的三件彩陶殘片為研究對象，采用X射線衍射（XRD）、X熒光光譜（XRF）、巖相、熱膨脹、吸水率和孔隙度等方法對其陶胎成分、工藝進行了科學分析，同時對遺址土層成分進行了原料溯源測定分析，并結合其他新石器時期遺址進行了橫向對比分析。研究表明遺址出土馬家窯文化彩陶具有高鈣特征，制作原料應取自當地的第三紀紅黏土，陶器表面彩繪成分為磁鐵礦；制陶工藝成熟，燒成溫度在1000℃以上，高于多數新石器時期陶器；孔隙直徑約為6-7nm，吸水率為13%-16%，陶胎質地較為致密；原料經人工篩選，添加了植物纖維及其他羼和料，塑形時人為拉坯。本研究將為補充和完善馬家窯文化彩陶基礎研究提供科學依據和數據支撐。

［關鍵詞］ 馬家窯文化；羅家尕塬遺址；彩陶成分；工藝分析

［中圖分類號］ K878.3? ? ［文獻標識碼］ A? ? ［文章編號］1005-3115（2024）01-0185-08

一、引言

馬家窯文化（射性碳素斷代并經校正，年代為公元前3280年至公元前2050年）是繼承黃河流域的廟底溝類型、石嶺下類型發展而成的，其主要分布在甘肅省境內，范圍以隴西為中心，東起隴東山地，西到河西走廊和青海東北部，北達甘肅北部和寧夏南部，南抵甘南山地和四川北部［1］。羅家尕塬遺址位于甘肅省臨夏市南龍鎮羅家灣村北15米處的大夏河東岸二、三級臺地上，東西長約600米、南北寬約300米，占地約18萬平方米。該遺址1976年由臨夏州文物普查隊首次發現，遺跡存于距地表0.5-1.2米處的斷崖上，暴露文化層達3-5米，出土陶片為泥質橙紅陶和紅陶，彩陶飾黑彩，有條紋、圓點紋，其特征屬于馬家窯文化遺址；灰層上部有白灰層居住面和籃紋、繩紋素陶片，經鑒定為齊家文化遺址。此外，在周圍還發現有夾砂陶、飾紅彩帶紋陶片的辛店文化遺物。因此，可以斷定該遺址為馬家窯文化、齊家文化、辛店文化共存遺址［2］。

羅家尕塬遺址出土彩陶均為黑彩陶片，陶胎致密堅硬，呈淡黃色，為馬家窯文化中馬家窯類型的典型器物，對于馬家窯類型彩陶的考古研究具有重要價值。目前有關馬家窯文化彩陶溯源研究主要是通過彩陶器型、紋飾、制作痕跡等宏觀觀察方法，而涉及胎體礦物成分、燒成工藝等的相關綜合性研究成果相對較少，尤其是相關馬家窯文化不同遺址出土彩陶成分和工藝方面的基礎研究甚是甚少。針對上述情況，本研究選取羅家尕塬遺址出土的三塊彩陶殘片，應用現代儀器分析方法，揭示了該遺址彩陶陶胎及原料、顏料成分和工藝特征，并首次采用氮氣吸附方法對孔隙率和吸水性進行了測定分析。

二、研究內容

（一）樣品信息

彩陶殘片樣品均源自羅家尕塬遺址出土，分別編號為ZHB 001、ZHB 004和ZHB 005（見圖1）。樣品表面均有弧線型彩繪紋飾，黑色線條流暢細膩，旋紋具有強烈的節奏感，在馬家窯文化彩陶中有著廣泛的應用［3］。此外，殘片表面只有黑彩，且以單一的黑色為主，表明樣品的時期為馬家窯文化早期或中期，工藝上通過對線條精確的掌握和嫻熟的繪畫技巧，在單一顏色的條件下，使馬家窯彩陶紋飾也能表達出多樣的紋樣風格，使得馬家窯彩陶具有審美藝術功能［4］。

（二）研究方法

1.巖相分析

將陶器樣品制成0.03毫米厚的薄片，用光敏膠固定在載玻片上，采用德國蔡司（Zeiss）公司生產的AxioScope A1型偏光顯微鏡，對樣品組織、均勻度、相分布及夾雜物形貌、特征、分布等進行觀察和分析。

2.熱膨脹分析

將樣品切割成大小一致的長方體（5毫米×5毫米×20毫米），含有彩繪的樣品需要將顏料全部打磨掉，防止顏料膨脹系數不同導致實驗誤差，樣品兩個斷面的平行度應小于25μm。采用德國耐馳（NETZSCH）公司生產的DIL402 ExpedisSelect型熱膨脹儀，將制好的樣品放入爐體，測試升溫速率為10℃/min，吹掃氣體為氮氣，流量為50mL/min，測量陶片重燒的熱膨脹曲線。

3. X射線衍射分析

取少量陶器樣品，烘干后用瑪瑙研缽研磨成粉末，過200目篩，以確保研磨的精細度。實驗儀器采用多功能轉靶X射線衍射儀，型號為Rigaku SmartLab，衍射角掃描范圍為10-70°，工作電壓和電流分別為40KV和200mA，掃描速度5°/min，掃描步長0.02。

4. X射線熒光分析

將樣品用瑪瑙研缽研磨成細粉，用硼酸壓片，實驗儀器采用日本島津公司生產的XRF-1800 型波長色散X射線熒光光譜儀。分析區域直徑為2厘米。設定參數為銠靶（Rh）的工作電壓和電流分別為40kV和95mA，檢測元素范圍為9F-92U。

5.吸水率分析

用清水洗去樣品表面污染物，再用去離子水沖洗，然后將樣品放入燒杯，加熱煮沸8小時，冷卻至室溫后取出，用濾紙吸去樣品表面水分，立刻稱重，得到濕重W濕，再將稱重后的樣品置于電熱干燥箱中，在100℃溫度下烘干12小時，再冷卻至室溫，稱得干重W干。根據公式：吸水率=（W濕-W干）/W干×100％，計算得出樣品吸水率。

6. 孔隙率分析

將彩陶的殘片切割成質量小于0.5g的小塊，并用去離子水清洗干凈表面灰塵，再進行烘干，采用全自動比表面積及孔隙分析儀（儀器型號為MicromeriticsTristar II 3020）對樣品的孔隙體積和比表面積進行氮氣吸附測量，通過加熱和抽真空脫氣，測量預先設定的不同壓力點下被測樣品吸附氮氣量，進而通過BET計算機模型對數據進行處理，得出總孔體積（孔容）和比表面積。

三、 結果與討論

（一）陶胎成分及原料分析

羅家尕源遺址出土馬家窯文化彩陶陶胎X射線熒光光譜成分分析結果見表1，陶胎成分X射線衍射分析圖譜見如圖2所示；為進一步說明羅家尕塬遺址彩陶的原料來源，研究工作采集了羅家尕塬遺址的土壤樣品以及遺址所在地層的土壤樣品，其X射線熒光光譜成分分析見表2，X射線衍射分析圖譜見如圖3所示。

圖2分析結果表明，三件樣品的XRD衍射峰均擁有極為明顯的二氧化硅（SiO2）特征峰，說明這三件樣品胎體的主要礦物均為石英（SiO2）。此外，ZHB 001號樣品還檢測到硫化硅（SiS2）的特征峰（見圖3a），表明該樣品的胎體原料中可能存在硫化物，或者原料中混入了硫化物，高溫燒制后生成少量硫化硅，但是只有ZHB 001號樣品的XRD衍射峰出現了硫化硅的峰，ZHB 004和ZHB 005號樣品沒有發現硫化硅的峰，所以原料中的硫化物應該不是有意添加進陶器原料的。通過對陶器表面黑彩的XRD檢測發現，樣品表面黑彩的XRD圖譜上顯示有石英（SiO2）和磁鐵礦（Fe3O4）的特征峰（圖3d），結合楊真真等在關于甘肅地區馬家窯彩陶的黑彩的呈色物相研究表明了馬家窯文化彩陶表面黑彩的主要成分為磁鐵礦和黑錳礦［5］，與本文的分析結果相吻合，亦說明了羅家尕塬遺址中的彩陶黑彩顯色成分為磁鐵礦。

由表1的XRF檢測結果可知，三件樣品的石英（SiO2）含量均沒有超過60%，與上山文化遺址［6］以及麥坪遺址［7］等其他遺址出土的新石器陶器相比，石英的比例較低，但是氧化鈣（CaO）的含量的卻明顯高出數倍。在洪玲玉、崔劍鋒等人的研究中明確提出［8］，甘肅地區的馬家窯彩陶胎體成分中最突出的特征就是鈣（Ca）含量較高，原因是甘肅地區黃土層之下廣泛分布有一種“第三紀紅黏土”，這種黏土本身含有較高的鈣元素，因此使用該原料燒制的馬家窯文化彩陶氧化鈣含量較高。從空間分布看來，本研究使用的樣品的出土遺址都地處紅黏土分布區域之內，從時代背景看來，在馬家窯文化早期階段，甘肅地區極少有跨區域的陶器交換行為［9］，不同地區的原料和產品，很難進行交易或互換，說明這些樣品應是就地取材，使用當地出產的第三紀紅黏土制作而成。表2的分析結果顯示，兩份土樣的元素比例排序基本一致，具體數值略有不同，鈣元素的含量僅排在氧元素和硅元素之后的第三位，這充分說明了遺址所在地的土壤具有豐富的鈣元素，能夠為羅家尕塬遺址彩陶提供具有高鈣成分的原料。

圖4的XRD的檢測結果表明，羅家尕塬遺址土壤樣品和羅家尕塬遺址土層樣品的主要成分都是二氧化硅（SiO2），除二氧化硅之外，兩份樣品均顯示有明顯的碳酸鈣成分的峰。其中羅家尕塬遺址土壤樣品還檢測出硫化硅的特征峰，與ZHB 001號樣品的XRD結果相近，但是由于樣品數量較少且硫化硅的特征峰并不明顯，故無法證明硫化硅成分與羅家尕塬遺址具有相關性，后續對于羅家尕塬遺址的科學研究可以注意硫化硅這一線索。同時，將羅家尕塬遺址的土樣成分與其他不同地區的新石器時代遺址土樣成分作對比，例如衛俊杰等人對福建海島型新石器晚期遺址的陶片和遺址附近的土樣進行檢測，結果發現鈣元素的含量僅有0.22%-1.51%［10］；郝守剛、馬學平等人對北京齋堂東胡林新石器早期遺址的土樣進行了檢測，結果發現該地層土壤中氧化鈣（CaO）的含量僅有1.52%-6.54%［11］。從這些數據中不難發現，其他地區的新石器時代遺址，不論是早期還是晚期，在對應地層土壤的成分中，均無大量鈣元素，與這些土樣對應的遺址中出土的陶片胎體成分，也未見較多的鈣化合物。由此表明，鈣元素含量較高屬于甘肅地區土壤的顯著特征，有助于鑒別彩陶的原料來源，羅家尕塬遺址出土的馬家窯文化彩陶再一次證明了這一觀點。

對三件樣品陶胎進行巖相顯微觀察時發現，其主要成分均為一種含砂、粉砂質的黏土，樣品的胎體顆粒大小較均勻，最大粒徑約0.2毫米，磨圓度多為次圓-次棱狀，其中黏土成分占60%-70%，細砂及粉砂占20%-30%，中粗砂占15%-20%，空隙1%-3%，且存在少量的氣泡。結合XRD檢測結果以及巖相分析可知，可見多處白色顆粒均為石英顆粒。ZHB 001號樣品胎體含有較多大顆粒的石英，相比之下，ZHB 004號和ZHB 005號樣品的胎體成分更為均勻，可能是制作之前對黏土原料進行了淘洗處理（見圖4）。

（二）工藝分析

1.燒制溫度

研究工作采用熱膨脹法測量陶器的燒制溫度，其原理是：陶器在重新加熱的過程中，在重燒膨脹曲線中出現一個明顯的轉折點，這個轉折點即他的燒成溫度。熱膨脹法需要將樣品切割成5毫米×5毫米×20毫米尺寸的長方體，ZHB 005號樣品的尺寸過小，無法滿足熱膨脹實驗的要求，因此本次只測量了ZHB 001和ZHB 004號樣品的燒成溫度。

熱膨脹實驗的數據顯示ZHB 001和ZHB 004號樣品的燒成溫度在1000℃之前都沒有發生明顯的轉折點（見圖5），說明羅家尕塬彩陶的燒制溫度應高于1000℃。在此前對于新石器時代陶器的燒成溫度研究中，黃河流域遺址出土的陶器的燒成溫度明顯高于長江中下游流域遺址，可以達到900℃-1000℃乃至以上［12］，造成這種情況的原因是北方黃河流域的地形更適合挖掘窯口［13］，利用陶窯燒制陶器，能夠有效提高陶器的燒制溫度。經查閱《甘肅東鄉林家遺址發掘報告》之后，明確記錄了在距羅家尕塬遺址約五里地的林家遺址中，發現有三座窯址，窯址存在于遺址晚期地層之中，這說明羅家尕塬遺址所在地區，新石器時代居民已經熟練掌握了較先進的掘窯燒陶工藝。

2.孔隙率測定

孔隙率測試結果表明（見表3），羅家尕塬遺址出土的馬家窯文化彩陶存在孔徑約為6-7nm的孔隙，可能是原材料燒制后本身內部存在的或陶器內部混入的有機物燃燒后留下的孔隙。

2.吸水率的測定

吸水率是指物質再特定條件下能夠吸收水分的能力，它是衡量陶器物理性能的重要指標。一般吸水率的大小主要受燒制溫度和胎體原料影響，通常燒成溫度越高吸水率越低，原料方面夾炭陶的吸水率明顯高于夾砂陶和泥質陶［14］。例如湖西等遺址陶器的吸水率普遍為10%-20%，個別樣品超過20%［6］；雙墩遺址和侯家寨遺址彩陶的吸水率為9%-18%［15］。吸水率的測定結果表明，三個樣品的吸水率為13%-16%（見表4），與其他新石器時代遺址的數據屬于同一區間。

（三）討論

1.原料及來源

此前相關研究中已經多次發現，馬家窯文化先民在制作彩陶時，常使用含鈣（Ca）元素較高的第三紀紅黏土作為原料。而本研究的XRF數據也顯示出羅家尕塬遺址出土的彩陶具有明顯的馬家窯文化彩陶的標志成分，即高鈣黏土的成分。說明甘肅地區的馬家窯文化先民們在長期的制陶過程中，已經認識到第三紀紅黏土是制作陶器的絕佳原料，且利用第三紀紅黏土燒造出了優質的羅家尕塬彩陶，展示出馬家窯文化先民在制陶工藝上的高超水平。還有一點值得注意，鈣元素是一種能夠影響陶器成色的著色劑，當燒制溫度達到800℃時，鈣元素會和其他元素形成化合物，使陶器呈現偏黃和偏白的色調［8］。本研究中測量溫度的兩件樣品，燒制溫度均超過了800℃，陶片顏色呈淡黃色，符合鈣元素著色規律。將本研究中的陶器成分與遺址的土樣和遺址所在地層土樣成分分析比對，結果也證明了陶器原料與遺址的土樣成分極為接近。并且與同時期甘肅不同地區發現的其他馬家窯遺址出土的彩陶胎體成分對比，其中四種主要金屬元素成分大致范圍分別為：鈉（0.5%-1.1%）、鎂（3.0%-4.4%）、鈣（7.8%-12.2%）、鐵（6.1%-7.2%），對比本研究的XRF數據，三件樣品的胎體成分也基本符合馬家窯類型彩陶的特點［16］。在彩陶的顏料成分方面，調查秦安大地灣文化［17］以及仰韶文化［18］中彩陶顏料成分發現，黃河中上游流域的新石器遺址彩陶顏料一般使用的是以鐵元素為主的礦石原料，黑色為磁鐵礦，紅色為氧化鐵，羅家尕塬遺址也繼承了這一工藝，也使用磁鐵礦作為彩陶著色的顏料。

相較于仰韶廟底溝類型、半山、馬廠類型的彩陶，出土于拉毛遺址和河東臺遺址的馬家窯類型彩陶胎質非常細膩，巖相照片中的粗砂、礦石顆粒明顯更小且更均勻［19］，而同為馬家窯類型的羅家尕塬遺址彩陶樣品砂質也符合這一特點。此外，陶胎中發現了少量深褐色長條熟料顆粒和巖屑，可能是黏土原料中混入了較多的巖石風化粉末，說明黏土原料的取材可能取自山體附近或巖石分布較多的區域。并且總體看來，三件樣品中大部分石英顆粒大小較均勻，說明樣品中的砂礫在風化破碎之后經歷了一定距離的搬運［20］，在過程中經過自然打磨淘洗，形成了均勻的顆粒。

2.制陶工藝

觀察樣品胎體的巖相顯微圖片，ZHB 001號和ZHB 004號樣品部分區域石英顆粒形狀具有一定的方向性，可能是人為拉坯時拉伸原料，致使原料中的石英顆粒也跟著一起運動拉伸造成的，說明羅家尕塬遺址的先民可能已經掌握了拉坯成型的制陶工藝。ZHB 005號樣品可見多處長條形空洞，長短不一，甘肅地區馬家窯文化彩陶在制作時會加入一些羼合料以增加粘土的可塑性，并提高陶器的耐熱性能［19］，這些空洞可能是陶器制作時添加的植物纖維或者其他羼和料燃燒后形成的。羅家尕塬遺址彩陶的吸水率數據相比于其他遺址出土彩陶整體偏小，更有利于盛水或其他液體。

羅家尕塬遺址彩陶的熱膨脹曲線顯示其燒制溫度都在1000℃之上，說明該遺址彩陶的燒制使用了陶窯進行燒制，高于大部分新石器時期陶器燒制溫度。本研究對樣品的孔徑、比表面積和孔容進行了精確測量。因國內對于新石器陶器的介孔孔隙度測量數據較少，故選擇調研了國外的新石器時代遺址出土的陶器孔隙率數據，出土于捷克Bylany的公元前5000年的陶器碎片，測得的孔徑為20-60nm，比表面積為4-11m2/g［21］；出土于意大利東北部Trieste Karst的公元前5500年的新石器時代陶片［22］，測得孔容為0.026-0.119cm3/g。羅家尕塬遺址的馬家窯彩陶不論是孔徑、孔容還是比表面積，都比同時期的其他遺址出土陶器小很多，這說明該遺址陶器的陶胎內部孔隙較小，致密度高，制作工藝水平較高。制作出如此致密度的陶器，可能是該遺址的先民再制作陶器時總結創造了了人為控制排出黏土氣體的工藝技術，比如對黏土進行揉捏、拍打等技法。

四、結語

研究工作選取羅家尕塬遺址出土的三件彩陶殘片，采用X射線衍射（XRD）、X射線熒光（XRF）、巖相切片觀察、熱膨脹分析，以及吸水率、孔隙率測定分析，通過對該遺址出土彩陶礦物成分、工藝對比分析和討論，得出如下結論：羅家尕塬遺址彩陶陶胎具有高鈣特征，其原料應取自當地的第三紀紅黏土，彩繪為磁鐵礦顏料；制陶工藝成熟，燒成溫度在1000℃以上，高于多數新石器時期陶器；孔隙直徑約為6-7nm，吸水率為13%-16%，胎體質地較為致密；彩陶原料經人工篩選，添加了植物纖維及其他羼和料，塑形時人為拉坯。

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