制陶原料的選擇與加工是制陶的核心環(huán)節(jié)，陶器原料的使用方式反映著制陶技術(shù)工藝水平，也與文化傳統(tǒng)密切相關(guān)。因此，考古發(fā)掘報告及研究文章中都非常重視對陶器原料的觀察與敘述，將其作為考古學文化的主要特征來認識。陶器原料一般都由作為主體部分的黏土及羼和料組成。古代陶器中的羼和料是否為有意識添加?羼和料的使用與陶器種類、器形之間是否存在對應關(guān)系?

這些問題的探索對于深入了解考古學文化的性質(zhì)特征具有重要作用，現(xiàn)代科學技術(shù)則可為我們解決這些問題提供很好的思路和方法?，F(xiàn)代材料學上對陶瓷物理及化學性質(zhì)的研究，已經(jīng)形成較為成熟的模式，較之傳統(tǒng)的眼觀和手摸方法更為精確。通過對陶瓷的硬度、吸水率、燒成溫度、耐壓性、礦物組成及原料化學成分的分析，可為探索陶瓷的理化性質(zhì)提供定量、科學的依據(jù)。

登封南洼遺址位于嵩山南麓，是一處以二里頭文化遺存為主的重要遺址。經(jīng)過2004-2006年三個季度的發(fā)掘，發(fā)現(xiàn)了二里頭文化的環(huán)濠聚落及一大批重要的遺跡和遺物，引起學術(shù)界的重視，因而被列入“中華文明探源工程”子項目“聚落形態(tài)反映的社會結(jié)構(gòu)”的課題之一。陶器是南洼遺址二里頭文化遺物的主體，陶系多為夾砂灰陶和泥質(zhì)灰陶，另有少量泥質(zhì)黑陶、砂質(zhì)及泥質(zhì)白陶、砂質(zhì)及泥質(zhì)褐陶。出土器物按照用途可分為炊器、盛儲器、食器、酒水器、生產(chǎn)工具等，其中以炊器、食器和盛儲器的器形和數(shù)量最多。觀察發(fā)現(xiàn)，南洼遺址陶器羼和料種類較單一，基本只有砂子一種。但是，羼砂的具體情況又因器類不同而有異。對這批陶器材料進行深入的、多學科的研究，不但有助于探討當時的制陶工藝水平及相關(guān)問題，深化和豐富對二里頭文化的認識，并且可以觀察中國文明起源及其早期發(fā)展過程中生產(chǎn)技術(shù)因素所起的作用。

一、試驗對象、內(nèi)容及方法

1. 試驗對象及內(nèi)容

本次試驗測定的對象為南洼遺址十二個灰坑出土的459片陶片，時代分屬二里頭文化二期偏早、三期偏早及三期偏晚(四期早段)，這里稱之為一、二、三段。一段共六個單位計209件樣品，二段共兩個點位計87件樣品，三段共四個點位計163件樣品。樣品所屬的器類為炊器、盛儲器、食器三大類。不同器類中又按夾砂粒度大小分別取樣，即泥質(zhì)、細砂、中等砂、粗砂分別選取陶片，其中偏泥質(zhì)的76件，細砂質(zhì)陶161件，中等砂陶157件，粗砂陶65件。選取的陶片以形狀較規(guī)整的為主，同時為了方便測量和減小誤差，所選陶片的長寬通常不小于5cm。

試驗內(nèi)容為陶片的吸水率、顯氣孔率。

2. 試驗設(shè)備及方法

(1)試驗設(shè)備:烘箱(型號:M118425加熱器)、天平(型號:LYSY36JA-N/JA)、蒸餾水、干燥器、真空箱(型號:JZ-A1)和真空系統(tǒng)。

(2)試驗步驟:實驗分為樣品預處理和稱重兩個步驟。

① 樣品處理:將樣品在干凈的自來水中清洗，去除其表面附著的雜物，自然晾干。

② 稱重:稱重分為兩步，即先干燥稱重，然后飽水稱重。

干燥稱重:將陶片放在110±5℃的烘箱中干燥至恒量A，即每隔24h的兩次連續(xù)質(zhì)量之差小于0.1%。將陶片放在有硅膠干燥劑的干燥器內(nèi)冷卻至室溫，不使用酸性干燥劑。稱量干燥過的陶片重量，記錄為m1。

飽水稱重:將經(jīng)過干燥稱重的陶片在真空箱中進行水的飽和。稱量陶片質(zhì)量并記錄結(jié)果為m2v(m2v為真空法吸水飽和的陶片質(zhì)量，單位g)。每塊試樣的質(zhì)量，精確至0.01g(以下同)。

本次試驗吸水飽和后稱重的方法采用的是真空法。真空法的具體做法是:將陶片豎直放入真空箱中，使陶片互不接觸。加入足夠的水將陶片覆蓋并高出10㎝，讓陶片浸泡15min。抽空至100±1kpa，并保持30min，且陶片上看不到氣泡冒出。將一塊干凈海綿先浸濕，再用手擰干水分，用其輕輕吸掉每塊陶片表面水分，對于凹凸或有紋飾的表面用海綿輕快地擦去表面水分，然后立即稱重并記錄下每塊試樣的測量結(jié)果。

3. 結(jié)果計算

把試驗得到的數(shù)據(jù)代入相應的公式計算結(jié)果。[1]

(1) 吸水率:計算每一塊陶片的吸水率E(v)，用干陶片質(zhì)量的百分數(shù)表示。計算公式如下:

式中，m1為干陶片的質(zhì)量，單位為g。

m2v為真空法吸水飽和的陶片的質(zhì)量，單位為g。

E(v)表示用m2v測定的吸水率。

(2) 孔隙率:物體中的氣孔分為開氣孔和閉氣孔，本次測定的為開氣孔率，又稱為顯氣孔率。用下面關(guān)系式得到樣品的總體積V(單位cm3)。

式中，ms為真空法吸水飽和后懸掛在水中的陶片質(zhì)量，單位g。

用下面關(guān)系式計算開氣孔部分V0(單位cm3):

顯氣孔率P用試樣的開氣孔體積與總體積的關(guān)系式的百分數(shù)表示。計算公式如下:

二、實驗結(jié)果及分析

1. 實驗結(jié)果

本次試驗的459個樣品的吸水率、顯氣孔率，其中最小吸水率為6.547%，是一件食器缽;最大吸水率為39.983%，為一件炊器深腹罐。最小孔隙率為15.0%，是一件食器缽;最大孔隙率為43.1%，是一件炊器圓腹罐。所有樣品的吸水率平均值26.383%，孔隙率平均值為25.8%。按器類分，炊器的吸水率最大為39.983%，最小為16.009%，平均為28.974%。最大孔隙率為43.0%，最小為22.3%，平均為31.7%;盛儲器的吸水率最大為27.661%，最小為13.382%，平均為17.663%。最大孔隙率為28.6%，最小為15.9%，平均為22.3%;食器的吸水率最大為16.208%，最小為6.574%，平均為11.342%。最大孔隙率為21.9%，最小孔隙率為15.1%，平均為17.0%。從時段看，一段陶器最大吸水率為39.983%，最小為10.273%，平均為29.787%。最大孔隙率為42.2%，最小為17.4%，平均為32.8%;二段陶器最大吸水率為29.383%，平均為20.354%。最大孔隙率為30.7%，最小為17.3%，平均為28.5%;三段陶器最大吸水率為22.990%，最小吸水率為6.547%，平均吸水率為18.358%。最大孔隙率為34.5%，最小為15.0%，平均為24.1%。

2. 陶器吸水率、孔隙率與器形器類的關(guān)系

實驗結(jié)果顯示，不同功用的器類，其吸水率和孔隙率各自分布在一個相對固定的范圍之內(nèi)，即同一時段內(nèi)不同功用的陶器的孔隙率和吸水率有著明顯的差別。以一段為例，炊器的吸水率多在29%以上，盛儲器多集中在22%～29%這個區(qū)間，食器的吸水率多在19%以下。即使同為炊器，圓腹罐和深腹罐的吸水率也是不同的，圓腹罐多集中在29%～34%這個區(qū)間，而深腹罐多集中在32%～38%之間。無論早期還是晚期，陶器的吸水率和孔隙率都是炊器最大，盛儲器次之，食器最小。盡管隨著時間的推移，各類陶器的孔隙率和吸水率的指標有明顯的減少，但是同一時期不同品類之間的差別仍然存在(見表一)。

從表一中可以看出，各類器物之間吸水率與孔隙率的差別是與其功能密切相關(guān)的。對南洼遺址陶器的觀察發(fā)現(xiàn)，中等砂和粗砂多出現(xiàn)在深腹罐、圓腹罐等炊器中，而尊、甕等盛儲器多為細砂和泥質(zhì)，豆、三足盤等食器以經(jīng)過陶洗的細泥質(zhì)為主，個別也含少量細砂。

有研究者通過對現(xiàn)在仍然使用傳統(tǒng)方法制陶的地區(qū)觀察和研究發(fā)現(xiàn)“云南傣族、佤族、藏族、漢族這幾個民族從原料上看，都是采用粘土與細砂配比，均已認識到摻入細砂可以增加陶泥的成型性能和成品的耐熱急變性能，并且懂得根據(jù)不同的用途摻入不等量的細砂。佤族、藏族、傣族的陶器以炊具居多，細砂所占比例較大，且有粗砂;漢族的陶器主要做盛儲用具，且采用快輪提拉成型，細砂的比例較小?！?/p>

因此我們有理由相信，當時的制陶者是可以根據(jù)器物的功用人為地控制陶器中羼料的粒度和比例的，以此來改變器物的孔隙率和吸水率，達到滿足器物功用的效果。

3. 吸水率和孔隙率在時間上分布情況

對所有數(shù)據(jù)進行綜合比較后發(fā)現(xiàn)，在所選的相當于二里頭二期早段，二期晚段、三期早段，三期晚段或四期早段(以下分別簡稱為一段、二段、三段)的十二個單位中，從總體上來看，陶器吸水率的平均值由一段的29.787%，到二段的20.354%，再到三段的18.679%，它是成遞減趨勢變化的，且變化相當?shù)拿黠@。陶器孔隙率的平均值由一段的32.8%，到二段的28.5%，再到三段的24.1%，它也是呈遞減趨勢變化的(見表二)。

結(jié)合器類來觀察，一段炊器的吸水率的多集中在29%以上，二段炊器的吸水率多集中在24%以上，而到了三段炊器的吸水率多集中在20%以上;盛儲器的吸水率在一段多集中在22%～29%這個區(qū)間，到了二段盛儲器的吸水率多集中在15%～23%這個區(qū)間，而到了三段盛儲器的吸水率多集中在10%～15%這個區(qū)間;一段食器的吸水率多在19%以下，到了二段食器的吸水率多在14%以下，而到了三段食器的吸水率多在9%以下。由此可以得出，不同器類陶器的吸水率隨著時間的變化成遞減趨勢。在相同時段內(nèi)，孔隙率的變化情況與吸水率完全相同。

結(jié)合器形來看，單種器類的吸水率和孔隙率在時間變化也服從于這個規(guī)律。以炊器中的圓腹罐和深腹罐為例。第一段的圓腹罐的吸水率多集中在29%～34%之間，二段圓腹罐的吸水率多集中在24%～27%這個區(qū)間，三段圓腹罐的吸水率在19%～22%之間。深腹罐第一段吸水率多集中在32%～38%之間，第二段多集中在25%～28%，第三段大體處于16%～20%這個區(qū)間。同時，其他器形，如鼎、尊、甕、缸等，也都存在這樣的變化情況。由此可以看出，不同器形的陶器的吸水率隨著時間的變化依然呈遞減趨勢，孔隙率的變化情況與之相同。

那么，南洼遺址二里頭文化陶器的吸水率和孔隙率隨著時間的推移呈遞減趨勢變化的原因是什么呢?

我們知道，古代的夾砂陶多出現(xiàn)在炊器和盛儲器中。陶胎中的羼和料(砂粒等)猶如雙刃劍，其作用具有正反兩方面。在炊器中加入砂礫能增強陶器的耐熱性，防止陶器因為高溫或受熱不均產(chǎn)生變形和炸裂，這是古人在長期的制陶實踐中不斷摸索發(fā)現(xiàn)的。但是，在制陶的黏土中摻入砂粒，勢必會造成陶胎中產(chǎn)生很多孔隙，摻入的顆粒越不均勻產(chǎn)生的孔隙就越多，而孔隙的大量存在使得水能在這里面存留，造成器物吸水率的增大。材料中含有水對材料性質(zhì)將產(chǎn)生不良的影響，它使材料的堆密度和導熱性增大，強度降低，體積膨脹，導致陶器特別是炊器容易破裂，減少了它的使用壽命。因此，羼和料的種類、比例及粒度大小的掌握，體現(xiàn)著制陶技術(shù)水平的高低。

據(jù)此，我們認為二里頭時代的制陶技術(shù)是隨著時代的推移而不斷進步的，時間越晚，他們對羼和料性能的了解越深入，越能將二者很好地結(jié)合，做到既通過羼入砂礫以提高陶器的導熱性能，又不致因此而降低陶器的強度。

為了證明以上推測，我們又做了一個實驗，觀察陶器中的砂粒大小及比例。選擇一、二、三段炊器樣品各8片，肉眼觀察其夾砂粒度分別為細砂(0.1cm以下)、中等砂(0.1～0.3cm之間)、粗砂(0.3cm以上)。用砂輪磨碎，選用相應孔徑的篩子(7目即2.8mm、18目即1mm)，將砂料和粘土分離。計算不同粒度砂礫在陶胎中所占比例，結(jié)果是，一段陶器中細砂74%、中等砂17%、粗砂9%，以細砂為主，中等砂和粗砂也占較大比重。到了三段，細砂、中等砂及粗砂的比例分別為87%、11%、2%，砂粒在胎體中均勻分布，陶器的孔隙率和吸水率接近現(xiàn)代砂鍋的性能指標。

4. 陶器孔隙率與吸水率與其出土地點之間的關(guān)系

重點觀察同一時期不同單位陶器吸率和孔隙率的異同。一、二、三段分別選取兩個單位進行比較。

一段單位選取H55和H167。兩個灰坑分處于兩個探方，直線距離110m。H55的樣品數(shù)為40件，其中炊器24件，盛儲器9件，食器4件，汲水器3件。 H167的樣品數(shù)為35件，其中炊器25件、盛儲器和食器分別為2件、6件，汲水器2件。H55中40個樣品平均吸水率是32.753%，炊器平均38.642%，盛儲器平均為23.021%，食器平均15.899%。H167中35個樣品平均吸水率29.842%，炊器平均34.978%，盛儲器平均21.523%，食器平均14.101%。

從兩個單位全體樣品的平均數(shù)看，H167的吸水率指標優(yōu)于H55。從陶器大類看，不管是炊器、食器、盛儲器，H167的吸水率的指標也都優(yōu)于H55。從兩個單位不同器類分布范圍看，H55中24個炊器樣品的吸水率分布范圍是36.412%～40.287%，而H167的同類樣本的吸水率分布在32.264%～36.432%間，兩者的分布范圍明顯不同，H167的吸水率明顯小于H55。同樣的情況也出現(xiàn)在盛儲器和食器之中。

二段單位H15和H90及三段單位H207和H253，經(jīng)過對數(shù)據(jù)的對比，也出現(xiàn)和一段單位H55、H167相同的情況，這些處于同一時代的灰坑中出土的陶器的吸水率和孔隙率存在著明顯的不同。

這種現(xiàn)象的產(chǎn)生很可能是由于這些灰坑出土的陶器是由不同的制陶作坊制造的，不同作坊的陶器產(chǎn)品質(zhì)量高低有別。由此推測，南洼聚落在當時存在著不止一家制陶作坊，可能是多家并存。

5.試驗結(jié)果與學術(shù)界對二里頭文化陶器一般認識的差異問題

考古學界認為，二里頭文化陶器以二期最為繁盛，器物種類多、造型變化豐富、裝飾手法多樣、質(zhì)量佳。越到晚期，陶器的種類及裝飾越簡化。我們的實驗結(jié)果卻顯示，二里頭文化陶器的孔隙率和吸水率隨著時間的推移呈遞減趨勢，意味著其質(zhì)量是越來越好的，這似乎與大家對二里頭文化陶器的認識存在著反差。

為此，我們對二里頭文化器物進行仔細觀察，發(fā)現(xiàn)二期陶器在成型后大量使用了滾壓、拍打、慢輪修整、磨光、濕手抹平等工藝手法對器物外表加以修整，同時配合多種的裝飾方法，使陶器給人以感觀上的美感，從而給人留下陶器質(zhì)量佳的印象。然而，觀察早期陶器的斷面及內(nèi)壁，能夠看出陶胎中多加粗砂且結(jié)合不夠致密，說明當時陶器在原料配比及成型技術(shù)方面不夠成熟。為了彌補胎質(zhì)上的缺陷，就在修整和裝飾環(huán)節(jié)多下功夫。到了較晚階段，隨著制陶技術(shù)在原料選擇、配比等方面的進步，陶胎的質(zhì)量較早期不斷有所提高，相應地在修整和裝飾方面所下功夫就較少了。因此，我們的實驗結(jié)果和大家對二里頭文化陶器一般認識并不矛盾，只不過是觀察的角度和側(cè)重點不同罷了。

三、結(jié)論

對南洼遺址二里頭文化十二個單位459件陶器樣品所做的吸水率、顯氣孔率等測試和分析，可以得到以下認識:

1. 南洼遺址二里頭文化陶器的吸水率和孔隙率隨著時間的推移呈現(xiàn)遞減趨勢，表明其制陶技術(shù)是隨著時間的推移而逐漸進步的。

2. 南洼遺址二里頭文化陶器的孔隙率和吸水率因器類和器形不同而有顯著差異，炊器的吸水率最大，盛儲器的次之，食器的最小。

3. 南洼遺址二里頭文化同一時期不同單位的陶器吸水率與孔隙率有明顯差別，表明當時可能存在著多個制陶作坊，不同作坊的制陶技術(shù)高低有別。

本研究為“鄭州大學校內(nèi)培育基金”(2008年度)資助項目“南洼遺址多學科考古研究”課題。

參考文獻:

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