罗家尕塬遗址出土彩陶成分与工艺分析

张玉巧 黄天呈 龚钰轩

［摘要］ 马家窑文化距今5000年左右，而彩陶是其文化特征的典型代表。本文以罗家尕塬遗址出土的三件彩陶残片为研究对象，采用X射线衍射（XRD）、X荧光光谱（XRF）、岩相、热膨胀、吸水率和孔隙度等方法对其陶胎成分、工艺进行了科学分析，同时对遗址土层成分进行了原料溯源测定分析，并结合其他新石器时期遗址进行了横向对比分析。研究表明遗址出土马家窑文化彩陶具有高钙特征，制作原料应取自当地的第三纪红黏土，陶器表面彩绘成分为磁铁矿；制陶工艺成熟，烧成温度在1000℃以上，高于多数新石器时期陶器；孔隙直径约为6-7nm，吸水率为13%-16%，陶胎质地较为致密；原料经人工筛选，添加了植物纤维及其他羼和料，塑形时人为拉坯。本研究将为补充和完善马家窑文化彩陶基础研究提供科学依据和数据支撑。

［关键词］ 马家窑文化；罗家尕塬遗址；彩陶成分；工艺分析

［中图分类号］ K878.3    ［文献标识码］ A    ［文章编号］1005-3115（2024）01-0185-08

一、引言

马家窑文化（射性碳素断代并经校正，年代为公元前3280年至公元前2050年）是继承黄河流域的庙底沟类型、石岭下类型发展而成的，其主要分布在甘肃省境内，范围以陇西为中心，东起陇东山地，西到河西走廊和青海东北部，北达甘肃北部和宁夏南部，南抵甘南山地和四川北部［1］。罗家尕塬遗址位于甘肃省临夏市南龙镇罗家湾村北15米处的大夏河东岸二、三级台地上，东西长约600米、南北宽约300米，占地约18万平方米。该遗址1976年由临夏州文物普查队首次发现，遗迹存于距地表0.5-1.2米处的断崖上，暴露文化层达3-5米，出土陶片为泥质橙红陶和红陶，彩陶饰黑彩，有条纹、圆点纹，其特征属于马家窑文化遗址；灰层上部有白灰层居住面和篮纹、绳纹素陶片，经鉴定为齐家文化遗址。此外，在周围还发现有夹砂陶、饰红彩带纹陶片的辛店文化遗物。因此，可以断定该遗址为马家窑文化、齐家文化、辛店文化共存遗址［2］。

罗家尕塬遗址出土彩陶均为黑彩陶片，陶胎致密坚硬，呈淡黄色，为马家窑文化中马家窑类型的典型器物，对于马家窑类型彩陶的考古研究具有重要价值。目前有关马家窑文化彩陶溯源研究主要是通过彩陶器型、纹饰、制作痕迹等宏观观察方法，而涉及胎体矿物成分、烧成工艺等的相关综合性研究成果相对较少，尤其是相关马家窑文化不同遗址出土彩陶成分和工艺方面的基础研究甚是甚少。针对上述情况，本研究选取罗家尕塬遗址出土的三块彩陶残片，应用现代仪器分析方法，揭示了该遗址彩陶陶胎及原料、颜料成分和工艺特征，并首次采用氮气吸附方法对孔隙率和吸水性进行了测定分析。

二、研究内容

（一）样品信息

彩陶残片样品均源自罗家尕塬遗址出土，分别编号为ZHB 001、ZHB 004和ZHB 005（见图1）。样品表面均有弧线型彩绘纹饰，黑色线条流畅细腻，旋纹具有强烈的节奏感，在马家窑文化彩陶中有着广泛的应用［3］。此外，残片表面只有黑彩，且以单一的黑色为主，表明样品的时期为马家窑文化早期或中期，工艺上通过对线条精确的掌握和娴熟的绘画技巧，在单一颜色的条件下，使马家窑彩陶纹饰也能表达出多样的纹样风格，使得马家窑彩陶具有审美艺术功能［4］。

（二）研究方法

1.岩相分析

将陶器样品制成0.03毫米厚的薄片，用光敏胶固定在载玻片上，采用德国蔡司（Zeiss）公司生产的AxioScope A1型偏光显微镜，对样品组织、均匀度、相分布及夹杂物形貌、特征、分布等进行观察和分析。

2.热膨胀分析

将样品切割成大小一致的长方体（5毫米×5毫米×20毫米），含有彩绘的样品需要将颜料全部打磨掉，防止颜料膨胀系数不同导致实验误差，样品两个断面的平行度应小于25μm。采用德国耐驰（NETZSCH）公司生产的DIL402 ExpedisSelect型热膨胀仪，将制好的样品放入炉体，测试升温速率为10℃/min，吹扫气体为氮气，流量为50mL/min，测量陶片重烧的热膨胀曲线。

3. X射线衍射分析

取少量陶器样品，烘干后用玛瑙研钵研磨成粉末，过200目筛，以确保研磨的精细度。实验仪器采用多功能转靶X射线衍射仪，型号为Rigaku SmartLab，衍射角扫描范围为10-70°，工作电压和电流分别为40KV和200mA，扫描速度5°/min，扫描步长0.02。

4. X射线荧光分析

将样品用玛瑙研钵研磨成细粉，用硼酸压片，实验仪器采用日本岛津公司生产的XRF-1800 型波长色散X射线荧光光谱仪。分析区域直径为2厘米。设定参数为铑靶（Rh）的工作电压和电流分别为40kV和95mA，检测元素范围为9F-92U。

5.吸水率分析

用清水洗去样品表面污染物，再用去离子水冲洗，然后将样品放入烧杯，加热煮沸8小时，冷却至室温后取出，用滤纸吸去样品表面水分，立刻称重，得到湿重W湿，再将称重后的样品置于电热干燥箱中，在100℃温度下烘干12小时，再冷却至室温，称得干重W干。根据公式：吸水率=（W湿-W干）/W干×100％，计算得出样品吸水率。

6. 孔隙率分析

将彩陶的残片切割成质量小于0.5g的小塊，并用去离子水清洗干净表面灰尘，再进行烘干，采用全自动比表面积及孔隙分析仪（仪器型号为MicromeriticsTristar II 3020）对样品的孔隙体积和比表面积进行氮气吸附测量，通过加热和抽真空脱气，测量预先设定的不同压力点下被测样品吸附氮气量，进而通过BET计算机模型对数据进行处理，得出总孔体积（孔容）和比表面积。

三、 结果与讨论

（一）陶胎成分及原料分析

罗家尕源遗址出土马家窑文化彩陶陶胎X射线荧光光谱成分分析结果见表1，陶胎成分X射线衍射分析图谱见如图2所示；为进一步说明罗家尕塬遗址彩陶的原料来源，研究工作采集了罗家尕塬遗址的土壤样品以及遗址所在地层的土壤样品，其X射线荧光光谱成分分析见表2，X射线衍射分析图谱见如图3所示。

图2分析结果表明，三件样品的XRD衍射峰均拥有极为明显的二氧化硅（SiO2）特征峰，说明这三件样品胎体的主要矿物均为石英（SiO2）。此外，ZHB 001号样品还检测到硫化硅（SiS2）的特征峰（见图3a），表明该样品的胎体原料中可能存在硫化物，或者原料中混入了硫化物，高温烧制后生成少量硫化硅，但是只有ZHB 001号样品的XRD衍射峰出现了硫化硅的峰，ZHB 004和ZHB 005号样品没有发现硫化硅的峰，所以原料中的硫化物应该不是有意添加进陶器原料的。通过对陶器表面黑彩的XRD检测发现，样品表面黑彩的XRD图谱上显示有石英（SiO2）和磁铁矿（Fe3O4）的特征峰（图3d），结合杨真真等在关于甘肃地区马家窑彩陶的黑彩的呈色物相研究表明了马家窑文化彩陶表面黑彩的主要成分为磁铁矿和黑锰矿［5］，与本文的分析结果相吻合，亦说明了罗家尕塬遗址中的彩陶黑彩显色成分为磁铁矿。

由表1的XRF检测结果可知，三件样品的石英（SiO2）含量均没有超过60%，与上山文化遗址［6］以及麦坪遗址［7］等其他遗址出土的新石器陶器相比，石英的比例较低，但是氧化钙（CaO）的含量的却明显高出数倍。在洪玲玉、崔剑锋等人的研究中明确提出［8］，甘肃地区的马家窑彩陶胎体成分中最突出的特征就是钙（Ca）含量较高，原因是甘肃地区黄土层之下广泛分布有一种“第三纪红黏土”，这种黏土本身含有较高的钙元素，因此使用该原料烧制的马家窑文化彩陶氧化钙含量较高。从空间分布看来，本研究使用的样品的出土遗址都地处红黏土分布区域之内，从时代背景看来，在马家窑文化早期阶段，甘肃地区极少有跨区域的陶器交换行为［9］，不同地区的原料和产品，很难进行交易或互换，说明这些样品应是就地取材，使用当地出产的第三纪红黏土制作而成。表2的分析结果显示，两份土样的元素比例排序基本一致，具体数值略有不同，钙元素的含量仅排在氧元素和硅元素之后的第三位，这充分说明了遗址所在地的土壤具有丰富的钙元素，能够为罗家尕塬遗址彩陶提供具有高钙成分的原料。

图4的XRD的检测结果表明，罗家尕塬遗址土壤样品和罗家尕塬遗址土层样品的主要成分都是二氧化硅（SiO2），除二氧化硅之外，两份样品均显示有明显的碳酸钙成分的峰。其中罗家尕塬遗址土壤样品还检测出硫化硅的特征峰，与ZHB 001号样品的XRD结果相近，但是由于样品数量较少且硫化硅的特征峰并不明显，故无法证明硫化硅成分与罗家尕塬遗址具有相关性，后续对于罗家尕塬遗址的科学研究可以注意硫化硅这一线索。同时，将罗家尕塬遗址的土样成分与其他不同地区的新石器时代遗址土样成分作对比，例如卫俊杰等人对福建海岛型新石器晚期遗址的陶片和遗址附近的土样进行检测，结果发现钙元素的含量仅有0.22%-1.51%［10］；郝守刚、马学平等人对北京斋堂东胡林新石器早期遗址的土样进行了检测，结果发现该地层土壤中氧化钙（CaO）的含量仅有1.52%-6.54%［11］。从这些数據中不难发现，其他地区的新石器时代遗址，不论是早期还是晚期，在对应地层土壤的成分中，均无大量钙元素，与这些土样对应的遗址中出土的陶片胎体成分，也未见较多的钙化合物。由此表明，钙元素含量较高属于甘肃地区土壤的显著特征，有助于鉴别彩陶的原料来源，罗家尕塬遗址出土的马家窑文化彩陶再一次证明了这一观点。

对三件样品陶胎进行岩相显微观察时发现，其主要成分均为一种含砂、粉砂质的黏土，样品的胎体颗粒大小较均匀，最大粒径约0.2毫米，磨圆度多为次圆-次棱状，其中黏土成分占60%-70%，细砂及粉砂占20%-30%，中粗砂占15%-20%，空隙1%-3%，且存在少量的气泡。结合XRD检测结果以及岩相分析可知，可见多处白色颗粒均为石英颗粒。ZHB 001号样品胎体含有较多大颗粒的石英，相比之下，ZHB 004号和ZHB 005号样品的胎体成分更为均匀，可能是制作之前对黏土原料进行了淘洗处理（见图4）。

（二）工艺分析

1.烧制温度

研究工作采用热膨胀法测量陶器的烧制温度，其原理是：陶器在重新加热的过程中，在重烧膨胀曲线中出现一个明显的转折点，这个转折点即他的烧成温度。热膨胀法需要将样品切割成5毫米×5毫米×20毫米尺寸的长方体，ZHB 005号样品的尺寸过小，无法满足热膨胀实验的要求，因此本次只测量了ZHB 001和ZHB 004号样品的烧成温度。

热膨胀实验的数据显示ZHB 001和ZHB 004号样品的烧成温度在1000℃之前都没有发生明显的转折点（见图5），说明罗家尕塬彩陶的烧制温度应高于1000℃。在此前对于新石器时代陶器的烧成温度研究中，黄河流域遗址出土的陶器的烧成温度明显高于长江中下游流域遗址，可以达到900℃-1000℃乃至以上［12］，造成这种情况的原因是北方黄河流域的地形更适合挖掘窑口［13］，利用陶窑烧制陶器，能够有效提高陶器的烧制温度。经查阅《甘肃东乡林家遗址发掘报告》之后，明确记录了在距罗家尕塬遗址约五里地的林家遗址中，发现有三座窑址，窑址存在于遗址晚期地层之中，这说明罗家尕塬遗址所在地区，新石器时代居民已经熟练掌握了较先进的掘窑烧陶工艺。

2.孔隙率测定

孔隙率测试结果表明（见表3），罗家尕塬遗址出土的马家窑文化彩陶存在孔径约为6-7nm的孔隙，可能是原材料烧制后本身内部存在的或陶器内部混入的有机物燃烧后留下的孔隙。

2.吸水率的测定

吸水率是指物质再特定条件下能够吸收水分的能力，它是衡量陶器物理性能的重要指标。一般吸水率的大小主要受烧制温度和胎体原料影响，通常烧成温度越高吸水率越低，原料方面夹炭陶的吸水率明显高于夹砂陶和泥质陶［14］。例如湖西等遗址陶器的吸水率普遍为10%-20%，个别样品超过20%［6］；双墩遗址和侯家寨遗址彩陶的吸水率为9%-18%［15］。吸水率的测定结果表明，三个样品的吸水率为13%-16%（见表4），与其他新石器时代遗址的数据属于同一区间。

（三）讨论

1.原料及来源

此前相关研究中已经多次发现，马家窑文化先民在制作彩陶时，常使用含钙（Ca）元素较高的第三纪红黏土作为原料。而本研究的XRF数据也显示出罗家尕塬遗址出土的彩陶具有明显的马家窑文化彩陶的标志成分，即高钙黏土的成分。说明甘肃地区的马家窑文化先民们在长期的制陶过程中，已经认识到第三纪红黏土是制作陶器的绝佳原料，且利用第三纪红黏土烧造出了优质的罗家尕塬彩陶，展示出马家窑文化先民在制陶工艺上的高超水平。还有一点值得注意，钙元素是一种能够影响陶器成色的着色剂，当烧制温度达到800℃时，钙元素会和其他元素形成化合物，使陶器呈现偏黄和偏白的色调［8］。本研究中测量温度的两件样品，烧制温度均超过了800℃，陶片颜色呈淡黄色，符合钙元素着色规律。将本研究中的陶器成分与遗址的土样和遗址所在地层土样成分分析比对，结果也证明了陶器原料与遗址的土样成分极为接近。并且与同时期甘肃不同地区发现的其他马家窑遗址出土的彩陶胎体成分对比，其中四种主要金属元素成分大致范围分别为：钠（0.5%-1.1%）、镁（3.0%-4.4%）、钙（7.8%-12.2%）、铁（6.1%-7.2%），对比本研究的XRF数据，三件样品的胎体成分也基本符合马家窑类型彩陶的特点［16］。在彩陶的颜料成分方面，调查秦安大地湾文化［17］以及仰韶文化［18］中彩陶颜料成分发现，黄河中上游流域的新石器遗址彩陶颜料一般使用的是以铁元素为主的矿石原料，黑色为磁铁矿，红色为氧化铁，罗家尕塬遗址也继承了这一工艺，也使用磁铁矿作为彩陶着色的颜料。

相较于仰韶庙底沟类型、半山、马厂类型的彩陶，出土于拉毛遗址和河东台遗址的马家窑类型彩陶胎质非常细腻，岩相照片中的粗砂、矿石颗粒明显更小且更均匀［19］，而同为马家窑类型的罗家尕塬遗址彩陶样品砂质也符合这一特点。此外，陶胎中发现了少量深褐色长条熟料颗粒和岩屑，可能是黏土原料中混入了较多的岩石风化粉末，说明黏土原料的取材可能取自山体附近或岩石分布较多的区域。并且总体看来，三件样品中大部分石英颗粒大小较均匀，说明样品中的砂砾在风化破碎之后经历了一定距离的搬运［20］，在过程中经过自然打磨淘洗，形成了均匀的颗粒。

2.制陶工艺

观察样品胎体的岩相显微图片，ZHB 001号和ZHB 004号样品部分区域石英颗粒形状具有一定的方向性，可能是人为拉坯时拉伸原料，致使原料中的石英颗粒也跟着一起运动拉伸造成的，说明罗家尕塬遗址的先民可能已经掌握了拉坯成型的制陶工艺。ZHB 005号样品可见多处长条形空洞，长短不一，甘肃地区马家窑文化彩陶在制作时会加入一些羼合料以增加粘土的可塑性，并提高陶器的耐热性能［19］，这些空洞可能是陶器制作时添加的植物纤维或者其他羼和料燃烧后形成的。罗家尕塬遗址彩陶的吸水率数据相比于其他遗址出土彩陶整体偏小，更有利于盛水或其他液体。

羅家尕塬遗址彩陶的热膨胀曲线显示其烧制温度都在1000℃之上，说明该遗址彩陶的烧制使用了陶窑进行烧制，高于大部分新石器时期陶器烧制温度。本研究对样品的孔径、比表面积和孔容进行了精确测量。因国内对于新石器陶器的介孔孔隙度测量数据较少，故选择调研了国外的新石器时代遗址出土的陶器孔隙率数据，出土于捷克Bylany的公元前5000年的陶器碎片，测得的孔径为20-60nm，比表面积为4-11m2/g［21］；出土于意大利东北部Trieste Karst的公元前5500年的新石器时代陶片［22］，测得孔容为0.026-0.119cm3/g。罗家尕塬遗址的马家窑彩陶不论是孔径、孔容还是比表面积，都比同时期的其他遗址出土陶器小很多，这说明该遗址陶器的陶胎内部孔隙较小，致密度高，制作工艺水平较高。制作出如此致密度的陶器，可能是该遗址的先民再制作陶器时总结创造了了人为控制排出黏土气体的工艺技术，比如对黏土进行揉捏、拍打等技法。

四、结语

研究工作选取罗家尕塬遗址出土的三件彩陶残片，采用X射线衍射（XRD）、X射线荧光（XRF）、岩相切片观察、热膨胀分析，以及吸水率、孔隙率测定分析，通过对该遗址出土彩陶矿物成分、工艺对比分析和讨论，得出如下结论：罗家尕塬遗址彩陶陶胎具有高钙特征，其原料应取自当地的第三纪红黏土，彩绘为磁铁矿颜料；制陶工艺成熟，烧成温度在1000℃以上，高于多数新石器时期陶器；孔隙直径约为6-7nm，吸水率为13%-16%，胎体质地较为致密；彩陶原料经人工筛选，添加了植物纤维及其他羼和料，塑形时人为拉坯。

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