馮力威，吳克寧,，查理思，鞠兵，王文靜

1. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100083；2. 國(guó)土資源部土地整治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100035

仰韶文化遺址區(qū)古土壤色度特征及其氣候意義

馮力威1，吳克寧1,2*，查理思1，鞠兵1，王文靜1

1. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100083；2. 國(guó)土資源部土地整治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100035

土壤可有效記錄和收集環(huán)境信息，文化遺址區(qū)內(nèi)的土壤包含了豐富的古環(huán)境信息，然而在諸多的研究中，對(duì)仰韶文化變遷與氣候變化之間的關(guān)系研究較少，缺乏定量科學(xué)依據(jù)。為了探討土壤色度指標(biāo)的氣候意義，半定量的恢復(fù)仰韶文化時(shí)期的氣候環(huán)境狀況，在河南仰韶村遺址選擇1個(gè)含人類遺跡的文化剖面和1個(gè)沒(méi)有人類擾動(dòng)的自然剖面進(jìn)行對(duì)比研究，利用日本CM-700d分光測(cè)色儀分別測(cè)試2個(gè)研究剖面土壤色度指標(biāo)（亮度、紅度、黃度），并與剖面的磁化率、粒度特征進(jìn)行綜合分析，探討仰韶文化時(shí)期的古氣候變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：色度等各氣候指標(biāo)都能一定程度上科學(xué)地反映古氣候變化，但僅根據(jù)某一種氣候替代指標(biāo)推導(dǎo)氣候結(jié)果是片面的，只有綜合考慮多項(xiàng)氣候替代指標(biāo)，才能夠準(zhǔn)確合理地重建氣候的變化過(guò)程。色度指標(biāo)沿剖面呈有規(guī)律的變化，文化剖面L*、a*、b*各指標(biāo)值隨剖面深度加深數(shù)值呈增加趨勢(shì)，自然剖面a*值隨剖面深度加深呈增加趨勢(shì)，而 L*、b*指標(biāo)值則呈減小趨勢(shì)，同時(shí)色度各指標(biāo)值可以與磁化率、粒度進(jìn)行很好的結(jié)合。綜合來(lái)看，文化剖面由于人類活動(dòng)的干擾，氣候的反演大致與自然剖面相對(duì)應(yīng)，總體而言反映的氣候環(huán)境信息大體相同，剖面從下向上可分為4個(gè)氣候變化階段，變暖期-干冷期-暖濕期-干冷期。這一結(jié)果也說(shuō)明了暖濕的氣候是文明繁榮發(fā)展的動(dòng)因，而干冷的氣候則會(huì)使文明走向衰落。

仰韶文化遺址；古土壤；文化剖面；自然剖面；色度；氣候意義

土壤顏色是土壤主要的理化性質(zhì)之一，是土壤在可見(jiàn)光波段的反射光譜特性，與土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤水分、土壤質(zhì)地和粘粒含量等密切相關(guān)。土壤顏色的空間變化是土壤性狀對(duì)氣候的響應(yīng)，能反映土壤的發(fā)育程度(朱麗東等，2007)。土壤顏色的研究始于20世紀(jì)60年代，70年代研究得到快速發(fā)展，這一階段主要研究土壤中最常見(jiàn)的致色礦物赤鐵礦和針鐵礦以及有機(jī)質(zhì)與土壤顏色的關(guān)系上，發(fā)現(xiàn)游離鐵氧化物含量與土壤彩度成正比，土壤有機(jī)質(zhì)能使土壤顏色變暗，這些成分的變化與一定氣候條件下化學(xué)風(fēng)化及生物風(fēng)化作用有很大關(guān)系。所以認(rèn)為通過(guò)土壤剖面顏色的變化可能會(huì)恢復(fù)古氣候環(huán)境的波動(dòng)狀況（Scheffer和 Welte，1958；Resende，1976；Torrent和Schwertmann，1980；Singh和Gilkes，1992）。近幾年，通過(guò)眾多學(xué)者對(duì)土壤顏色的研究，建立了土壤色度體系并逐漸被量化，嘗試在古氣候研究方面將土壤顏色作為一個(gè)氣候代用指標(biāo)，取得了較好的成果。陳一萌等通過(guò)對(duì)甘肅省臨夏市源堡剖面的研究，認(rèn)為土壤顏色指標(biāo)無(wú)論在百年尺度、千年尺度還是在萬(wàn)年尺度上均能可靠的反映氣候的變化，尤其是對(duì)末次冰期階段氣候響應(yīng)得更為顯著（陳一萌等，2006）。楊勝利等通過(guò)對(duì)中國(guó)70多個(gè)表層土壤樣品的研究，指出黃土-古土壤的顏色記錄在千年尺度和萬(wàn)年尺度上均能很好地反映亞洲季風(fēng)和全球氣候變化的特征（楊勝利等，2001）。石培宏等對(duì)靖遠(yuǎn)黃土剖面研究后發(fā)現(xiàn)，在磁化率指標(biāo)不能很好地反映氣候變化及土壤發(fā)育的情況下，色度指標(biāo)的引入能夠彌補(bǔ)這一缺陷（石培宏等，2012）。黃成敏等在對(duì)紅土的研究中，常常采用以土壤顏色為基礎(chǔ)的紅化率指數(shù)推斷成土母質(zhì)風(fēng)化成土作用的強(qiáng)度（黃成敏等，2004）。彭淑貞等對(duì)西峰晚第三紀(jì)紅土的研究后，指出紅土的亮度值對(duì)碳酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)有較強(qiáng)的指示意義，兩者在隨深度變化的趨勢(shì)以及幅度上均有較好的可比性（彭淑貞和郭正堂，2003）。近些來(lái)，隨著環(huán)境考古學(xué)的發(fā)展，土壤學(xué)在考古中的應(yīng)用也日漸廣泛。但大多數(shù)都屬于定性研究，應(yīng)用土壤顏色、磁化率等指標(biāo)進(jìn)行定量研究較少。

本文在前人研究的基礎(chǔ)上，以河南省仰韶村遺址中兩個(gè)剖面為研究對(duì)象，對(duì)剖面的色度參數(shù)進(jìn)行研究，并與粒度、磁化率指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，獲取剖面所包含的的古氣候信息，探討色度指標(biāo)的氣候指示意義，為仰韶時(shí)期氣候環(huán)境變化研究提供科學(xué)依據(jù)。

1 樣品與方法

1.1 研究區(qū)位置

仰韶村遺址位于河南省澠池縣城北 7.5 km仰韶村南的臺(tái)地上。遺址長(zhǎng)約900 m，寬約300 m，面積近 30×104m2。仰韶村是仰韶文化的命名地，仰韶文化作為重要的新石器時(shí)代文化，于 1921年被瑞典科學(xué)家安特生等發(fā)現(xiàn)得名。研究剖面位于仰韶村遺址內(nèi)，具體位置如圖1所示。

圖1 剖面采樣位置示意圖(來(lái)源：Google Earth)Fig. 1 Schematic diagram and sampling sites in the study area

文化剖面的具體位置在澠池縣城北韶山腳下仰韶村進(jìn)村路西面的低丘緩坡中（111°46′36″E，34°48′53″N），海拔633 m，坡度5～8°，剖面出露厚度大于4 m，從剖面的土質(zhì)土色特征可將整個(gè)剖面從上到下分為 6層：表土層（0～20 cm）、黃土層（20～70 cm）、灰燼層（70～100 cm）、文化層（100～140 cm）、過(guò)渡層（140～220 cm）和古土壤層（220～400 cm），詳見(jiàn)表 1。自然剖面位于仰韶村安特生路東面低丘緩坡中（111°46′36″E，34°48′51″N），海拔621 m，坡度5～8°，剖面出露厚度大于4 m，從剖面的沉積特征可將整個(gè)剖面從上到下分為4層：表土層（0～20 cm）、黃土層（20～170 cm）、過(guò)渡層（170～320 cm）和古土壤層（320～400 cm），詳見(jiàn)表2。2個(gè)剖面層次都比較清晰，較完整清晰地記錄了仰韶文化時(shí)期古氣候環(huán)境變化的信息。

表1 文化剖面分層描述Table 1 Pedological and stratigraphic descriptions of the culture profile

表2 自然剖面分層描述Table 2 Pedological and stratigraphic descriptions of the nature profile

1.2 樣品采集與測(cè)試

2個(gè)研究剖面厚度均為4m，間隔10cm從上到下連續(xù)密集采樣，各采集樣品40個(gè)，對(duì)采集的樣品進(jìn)行色度、磁化率及粒度的測(cè)定和分析。色度指標(biāo)在中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所完成，采用日本CM-700d分光測(cè)色儀測(cè)定，整個(gè)測(cè)試過(guò)程要保證實(shí)驗(yàn)條件并且背景光源恒定。首先將樣品風(fēng)干，并研磨至200目以下，目的是為了降低土壤濕度和土壤顆粒大小對(duì)土壤顏色的影響；然后進(jìn)行儀器校正，取2～3g樣品放在色度儀自帶標(biāo)準(zhǔn)校正白板上，壓平、壓實(shí)不起皺，隨機(jī)取3個(gè)不同區(qū)域?qū)悠愤M(jìn)行測(cè)量，結(jié)果取3次的平均值，誤差要保證小于0.07。磁化率測(cè)定在中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所完成，采用英國(guó)Bartington MS-2型雙頻磁化率儀測(cè)定，樣品的粒度分析在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）完成，采用英國(guó)Mastersizer2000型激光粒度儀測(cè)定；年代測(cè)定在北京大學(xué)考古文博學(xué)院完成，采用14C年代測(cè)定法，測(cè)試結(jié)果通過(guò)樹(shù)輪法進(jìn)行校正，年代單位采用考古專用的時(shí)間單位aB.P.，以西元1950年為起點(diǎn)。

1.3 CIELAB表色系統(tǒng)

CIELAB表色系統(tǒng)是目前最重要的顏色表達(dá)和測(cè)量系統(tǒng)之一，它主要是通過(guò)3個(gè)參量L*、a*、b*，對(duì)任何均勻連續(xù)的顏色空間進(jìn)行描述。其中L*代表亮度，變化于黑（0）和白（100）之間；a*代表紅度，變化于紅和綠之間；b*代表黃度，變化于黃和藍(lán)之間。CIELAB的表色原理基于以下前提，即顏色的刺激值是照明能譜分布狀況、物體反射光譜特征和顏色感應(yīng)器（測(cè)色儀）的光譜響應(yīng)特征共同作用的結(jié)果。國(guó)際上通用的、土壤學(xué)者所熟悉的門(mén)賽爾表色系統(tǒng)（Munsell）是根據(jù)Munsell標(biāo)準(zhǔn)色卡憑借肉眼比較來(lái)判別土壤顏色的一種顏色描述系統(tǒng)（李敘勇等，2001），得到的結(jié)果是定性的，存在很大的主觀因素。CIELAB表色系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量能定量地描述顏色空間，減少人為主觀判斷而使描述結(jié)果更加客觀。

2 結(jié)果與分析

2.1 測(cè)試結(jié)果

對(duì)文化剖面和自然剖面進(jìn)行色度參數(shù)（L*、a*、b*）、磁化率及粒度的測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如下圖所示。

圖2 文化剖面色度、磁化率、平均粒徑特征變化曲線Fig. 2 Diagrams showing Lightness, Redness, Yellowness, MS and Mz of culture profile

圖3 自然剖面色度、磁化率、平均粒徑特征曲線Fig. 3 Diagrams showing Lightness, Redness, Yellowness, MS and Mz of nature profile

2.1.1 紅度特征

文化剖面a*值沿剖面變化特征比較明顯，與黃度值 b*的變化能較好的對(duì)應(yīng)，變化范圍是2.45～10.42，平均值6.52，變化幅度[變化幅度=（最大值-最小值）/最小值×100%]為3.25。最小值出現(xiàn)在90 cm處，最大值則是在380 cm處，總體來(lái)看數(shù)值有波動(dòng)，但沿剖面向上數(shù)值總體呈減小趨勢(shì)，據(jù)紅度a*由下而上的變化，大致可以分為5個(gè)階段：240～400 cm，數(shù)值較高，并且數(shù)值有所波動(dòng)；210～240 cm，數(shù)值急劇減小；120～210 cm，數(shù)值雖有小幅波動(dòng)但趨勢(shì)比較穩(wěn)定；90～120 cm，數(shù)值先增大后減小，產(chǎn)生此階段的最大值；0～90 cm，數(shù)值又呈增加趨勢(shì)。剖面層序從大到小的順序依次是古土壤層（8.84）>表土層（6.12）>文化層（5.24）>黃土層（5.03）>過(guò)渡層（4.21）>灰燼層（3.34），其中古土壤層a*值最大，波動(dòng)變化于8.01～10.42，變化幅度為 30.09%；其次為文化層，波動(dòng)變化于3.56～8.8，變化幅度較大為 1.47；表土層波動(dòng)變化于5.92～6.26，變化幅度為5.74%；黃土層波動(dòng)變化于4.2～5.93，變化幅度為41.19%；過(guò)渡層波動(dòng)變化于3.81～4.7，變化幅度為23.36%；灰燼層波動(dòng)變化于2.45～4.47，變化幅度為82.44%。

自然剖面a*值曲線波動(dòng)較大，變化特征也比較明顯，變化范圍為5.57～9.76，平均值為7.81，變化幅度為75.22%。最小值出現(xiàn)在140 cm處，最大值則是在280 cm處，數(shù)值沿剖面向上總體呈減小趨勢(shì)，據(jù)a*由下而上的變化，大致可以分為4個(gè)階段：280～400 cm，數(shù)值較高，并且數(shù)值有所波動(dòng)；140～280 cm，數(shù)值先急劇減小，小幅度回落之后又繼續(xù)減小；80～140 cm，數(shù)值波動(dòng)幅度不大，總體呈增加趨勢(shì)；0～80 cm，數(shù)值先減小后增大。剖面層序從大到小的順序依次是過(guò)渡層（8.33）>古土壤層（8.15）>表土層（8.14）>黃土層（7.03），其中過(guò)渡層a*值最大，波動(dòng)變化于6.22～9.76，變化幅度較大為56.91%；其次為表土層，波動(dòng)變化范圍是6.97～8.89，變化幅度為27.55%；古土壤層波動(dòng)變化于7.53～8.56，變化幅度為13.68%；最后為黃土層，波動(dòng)變化范圍是 5.57～8.46，變化幅度為51.89%。

2.1.2 黃度特征

文化剖面黃度 b*值整體比 a*值大，但沿剖面曲線的變化趨勢(shì)卻和 a*值很相似，變化范圍是5.82～23.24，平均值為15.05，變化幅度為2.99。與a*相同，最小值出現(xiàn)在90 cm處，最大值則是在380 cm處，沿剖面向上呈減小趨勢(shì)，據(jù)黃度b*由下而上的變化，大致分的5個(gè)階段與a*相同。b*值在剖面各層中變化從大到小的順序依次是古土壤層（18.44）>表土層（15.05）>文化層（13.76）>黃土層（13.68）>過(guò)渡層（11.71）>灰燼層（8.29），其中古土壤層 b*值最大，波動(dòng)變化于 16.16～23.24，變化幅度為 43.81%；其次為文化層，波動(dòng)變化于11.34～18.34，變化幅度較大為61.73%；表土層波動(dòng)變化于14.76～15.44，變化幅度為 46.26%；黃土層波動(dòng)變化于 12.26～14.61，變化幅度為 19.17%；過(guò)渡層波動(dòng)變化于10.13～13.14，變化幅度為29.71%；灰燼層波動(dòng)變化于5.82～11.61，變化幅度為99.48%。

自然剖面b*的變化特征與a*基本相同，變化范圍為 14.03～19.84，平均值為 16.74，變化幅度為41.41%。最小值出現(xiàn)在140 cm處，最大值則是在20 cm處，沿剖面向上呈增加趨勢(shì)，據(jù)黃度b*由下而上的變化，大致分的4個(gè)階段與a*相同，與a*不同的是各階段數(shù)值的波動(dòng)幅度比a*小。b*值在剖面各層中變化從大到小的順序依次是表土層（18.45）>古土壤層（17.76）>過(guò)渡層（16.30）>黃土層（16.29），其中表土層b*值最大，波動(dòng)變化于16.56～19.84，變化幅度為19.81%；其次為黃土層，波動(dòng)變化范圍是14.03～19.4，變化幅度為21.02%；古土壤層波動(dòng)變化于 16.52～18.65，變化幅度為12.89%；最后是過(guò)渡層，波動(dòng)變化于14.48～18.27，變化幅度為26.17%。

2.1.3 亮度特征

文化剖面亮度 L*值整體比 a*、b*值大，但沿剖面曲線的變化趨勢(shì)和a*值、磁化率曲線相反，變化范圍是22.68～46.48，平均值為46.48，變化幅度為1.05。與a*、b*相同，最小值出現(xiàn)在90 cm處，最大值是在380 cm處，沿剖面向上呈減小趨勢(shì)。據(jù)亮度L*由下而上的變化，大致可以分為4個(gè)階段：250～400 cm，數(shù)值較高，并且數(shù)值有所波動(dòng)，呈減小趨勢(shì)；120～250 cm，數(shù)值波動(dòng)，呈增加趨勢(shì)；70～120 cm，數(shù)值先減小后增大，出現(xiàn)該階段最小值；0～70 cm，數(shù)值波動(dòng)減小。L*值在剖面各層中變化從大到小的順序依次是表土層（37.89）>過(guò)渡層（37.84>表土層（37.10）>古土壤層（35.61）>文化層（31.74）>灰燼層（29.65），其中古土壤層L*值最大，波動(dòng)變化于 30.03～46.48，變化幅度為54.78%；其次為文化層，波動(dòng)變化于32.78～45.67，變化幅度為 39.32%；黃土層，波動(dòng)變化于36.40～41.09，變化幅度為12.88%；過(guò)渡層波動(dòng)變化于33.44～41.09，變化幅度為22.88%；灰燼層波動(dòng)變化于22.68～40.45，變化幅度為78.35%；最后為表土層，波動(dòng)變化于35.53～38.29，變化幅度為7.77%。

自然剖面 L*變化特征比較復(fù)雜，數(shù)值波動(dòng)較多，變化范圍為25.84～43.36，平均值33.34，變化幅度為67.80%。最小值出現(xiàn)在230 cm處，最大值則是在80 cm處，沿剖面向上呈增加趨勢(shì)，據(jù)L*由下而上的變化，大致分的4個(gè)階段與a*相同，與a*不同的是各階段數(shù)值的波動(dòng)幅度比a*大。L*值在剖面各層中變化從大到小的順序依次是表土層（40.04）>黃土層（35.48）>古土壤層（32.65）>過(guò)渡層（30.23），其中黃土層 L*值最大，波動(dòng)變化30.24～43.36，變化幅度為43.39%；其次為表土層，波動(dòng)變化 36.8～-42.31，變化幅度為 14.72%；古土壤層，波動(dòng)變化于28.37～36.09，變化幅度為27.21%；最后是過(guò)渡層，波動(dòng)變化于25.84～35.03，變化幅度為35.57%。

2.2 結(jié)果分析

2.2.1 色度參數(shù)的意義

土壤紅度和黃度在熱帶-暖溫帶濕潤(rùn)地區(qū)最能體現(xiàn)與氣候的關(guān)系，表面上反映的是沉積物在特定條件下顏色的變化，實(shí)質(zhì)是沉積物內(nèi)在成分的反映，主要與赤鐵礦和針鐵礦的含量密切相關(guān)（何柳等，2010）。紅度值主要受土壤中的赤鐵礦含量的影響，黃度值主要受古土壤中針鐵礦含量的影響，而濕潤(rùn)的環(huán)境有利于針鐵礦的形成。這里的“濕潤(rùn)”是相對(duì)于赤鐵礦形成的環(huán)境而言的。紅度對(duì)氣候變化響應(yīng)敏感，有助于識(shí)別氣候的轉(zhuǎn)折和成壤程度弱的古土壤的存在，尤其是在暖濕或濕熱的亞熱帶-熱帶條件下，隨溫度和降水量呈指數(shù)關(guān)系（楊勝利等，2001）。黃度值的變化隨氣溫降水的增加成線性增加。a*有著明確的氣候意義，是溫度和降水情況的綜合反映。亮度是指土壤的明暗程度，若土壤成壤強(qiáng)度高，則說(shuō)明有機(jī)質(zhì)含量高，在剖面上表現(xiàn)為深色（暗），若土壤成壤強(qiáng)度弱或沒(méi)有成壤現(xiàn)象，則表現(xiàn)為淺色(亮)（Yang和Chen，1999；Fernandez和Schulzze，1988）。土壤粗糙度、濕度等會(huì)影響土壤亮度，所以在前期處理時(shí)需要統(tǒng)一進(jìn)行烘干和研磨，將影響降到最小化。土壤有機(jī)質(zhì)是使土壤顏色變暗的決定性因素（Gunal等，2008）。而有研究也表明，一般情況下，土壤中有機(jī)質(zhì)的累積強(qiáng)度隨著區(qū)域降水量的增加而加強(qiáng)（李天杰等，2004）。古土壤一般被認(rèn)為形成于氣候溫暖時(shí)期，降雨量較多。可以初步判定，亮度值可以推斷區(qū)域降水量的多少和植被發(fā)育情況。

研究地區(qū)屬于大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，雨熱同期，根據(jù)季峻峰等人的研究推斷，氣候溫暖濕潤(rùn)時(shí)形成的古土壤中赤鐵礦和針鐵礦含量應(yīng)該會(huì)比干冷時(shí)期的高，對(duì)處于大陸性氣候的研究地區(qū)而言，高的紅度、黃度值和低的亮度值則反映出氣候比較暖濕（季峻峰等，2007）。

2.2.2 剖面對(duì)比分析

兩剖面色度參數(shù)曲線結(jié)果很相似，都是a*、b*曲線變化明顯，并且曲線變化趨勢(shì)相似度很高，大體趨勢(shì)為剖面底層數(shù)值較高，中部數(shù)值有所降低，表層數(shù)值有所回升；L*曲線變化較為復(fù)雜，底層數(shù)值變化趨勢(shì)與a*、b*類似，中部數(shù)值與底層數(shù)值相比，變化不大，但波動(dòng)較為頻繁，表層數(shù)值與a*、b*數(shù)值變化情況相似。兩剖面色度參數(shù)結(jié)果的差異之處是文化剖面各色度參數(shù)值的變化幅度比自然剖面的大，并且在文化剖面L*、a*、b*出現(xiàn)最小值的地方，即90 cm處，自然剖面的L*、a*、b*曲線卻出現(xiàn)峰值 。文化剖面70～100 cm灰燼層L*數(shù)值較低，而在自然剖面中的相同層位處 L*數(shù)值卻很高，并在80 cm處出現(xiàn)了整個(gè)剖面L*的最大值。文化剖面的磁化率變化也很異常，在文化層 170 cm處突躍，出現(xiàn)最大值，而自然剖面170 cm處卻出現(xiàn)了過(guò)渡層中的最小值，這些都說(shuō)明了古人類活動(dòng)對(duì)文化剖面土壤的干擾，所以將自然剖面與文化剖面進(jìn)行對(duì)比，排除人類活動(dòng)對(duì)古土壤的干擾，才能更客觀準(zhǔn)確地反映仰韶文化時(shí)期古氣候的變化。總體而言，在兩剖面層位大致相同的階段，色度參數(shù)數(shù)值變化特征相同，說(shuō)明兩剖面受相同的氣候環(huán)境影響。因此，借助自然剖面的色度參數(shù)，對(duì)有效還原氣候環(huán)境信息有一定的意義。

在兩剖面底層（230～400 cm），a*和b*數(shù)值較高且波動(dòng)大，反映當(dāng)時(shí)氣候相對(duì)暖濕且不穩(wěn)定，L*曲線變化比較復(fù)雜，數(shù)值也很高，并且在剖面底部發(fā)現(xiàn)了碳酸鈣粉末狀物質(zhì)，說(shuō)明碳酸鈣含量高，總體來(lái)講氣候相對(duì)比較干冷，沿著剖面向上氣候逐漸變得溫暖濕潤(rùn)，磁化率和粒度結(jié)果也很好的驗(yàn)證了這一點(diǎn)。在該層位，磁化率數(shù)值呈增加趨勢(shì)，細(xì)顆粒逐漸增加、粗顆粒減少；剖面中部（140～230 cm），a*和 b*數(shù)值變低且有小幅波動(dòng)，L*數(shù)值有增加趨勢(shì)，并波動(dòng)頻繁，反映氣候總體較剖面底層相對(duì)干冷且不穩(wěn)定。文化剖面磁化率結(jié)果有異常，數(shù)值突然增大，應(yīng)為古人類活動(dòng)對(duì)土壤中的磁性物質(zhì)產(chǎn)生了干擾。自然剖面磁化率結(jié)果較好的驗(yàn)證了氣候變干冷，該層中，磁化率數(shù)值變小，并且有大幅波動(dòng)。粒度曲線結(jié)果顯示細(xì)顆粒逐漸變少，粗顆粒逐漸變多，并且波動(dòng)較大，與色度參數(shù)結(jié)果能較好的對(duì)應(yīng)；文化剖面，70～140 cm處（3950～4045 aB.P.）大致對(duì)應(yīng)于仰韶中期，由于古人類活動(dòng)的干擾，在很大程度上掩蓋了氣候變化、成土作用等因素對(duì)土壤色度變化的貢獻(xiàn)，色度參數(shù)出現(xiàn)異常，L*、a*、b*出現(xiàn)最小值。由于測(cè)年數(shù)據(jù)不全，按照沉積速率相同算得自然剖面的相應(yīng)層位是40～50 cm處，這一層位各曲線都有轉(zhuǎn)折點(diǎn)出現(xiàn)，從上到下a*、b*數(shù)值逐漸變小，說(shuō)明該時(shí)期成壤強(qiáng)度較弱，磁化率數(shù)值也呈減小趨勢(shì)，平均粒徑逐漸增大，說(shuō)明粗顆粒含量增加，此階段氣候由暖濕變?yōu)楦衫?，這與前人對(duì)全新世中期氣候的研究結(jié)論基本一致，王紹武、呂厚遠(yuǎn)、吳文祥等人通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，4000 aB.P.前后中國(guó)發(fā)生過(guò)由暖變冷的氣候突變事件（王紹武等，2011；呂厚遠(yuǎn)，1991；吳文祥和葛全勝，2005）。剖面表層（0～20 cm），兩個(gè)剖面的a*和b*數(shù)值都較低，反映了氣候相對(duì)干冷，文化剖面的L*值驗(yàn)證了該層碳酸鈣含量高。這些碳酸鈣是在成土發(fā)育時(shí)期形成的，間接驗(yàn)證了氣候相對(duì)干冷，自然剖面的L*值比下層高，可能是受自然因素影響，磁化率數(shù)值呈減小趨勢(shì)也驗(yàn)證了這一點(diǎn)，惡劣的氣候也是仰韶文化走向衰落的一個(gè)主要的原因。

3 結(jié)論與討論

3.1 討論

文化剖面的色度結(jié)果與自然剖面的相似，各剖面的 a*、b*和 L*平均數(shù)值相近，并且各色度變化曲線在層位大致相同的階段，表現(xiàn)出相同的變化特征。就其中某個(gè)剖面而言，a*和b*變化曲線波動(dòng)明顯，并且兩者相似度高，變化曲線大體可分為3個(gè)階段，底層數(shù)值較高，中層數(shù)值降低，表層數(shù)值回升。相比之下，L*變化曲線波動(dòng)復(fù)雜，與 a*和 b*的不同變化階段呈現(xiàn)不同的關(guān)系，在底層時(shí)呈現(xiàn)正相關(guān)，中層時(shí)數(shù)值基本維持之前水平，但波動(dòng)頻繁，到表層時(shí)又呈現(xiàn)正相關(guān)。這說(shuō)明兩剖面的發(fā)展受相同氣候環(huán)境影響。

兩剖面色度結(jié)果的差異之處在于，文化剖面各色度值變化范圍比自然剖面的大，即文化剖面每一色度特征的最小值比自然剖面的小，最大值比自然剖面的大。在文化層90 cm處，L*、a*、b*出現(xiàn)最小值，而在自然剖面相同的層位，L*、a*、b*卻出現(xiàn)峰值。這說(shuō)明了古人類活動(dòng)對(duì)文化剖面土壤色度存在干擾。

3.2 結(jié)論

色度指標(biāo)對(duì)氣候響應(yīng)敏感，沿剖面呈有規(guī)律的變化，文化剖面L*、a*、b*各指標(biāo)值隨剖面深度加深數(shù)值呈增加趨勢(shì)，自然剖面a*值隨剖面深度加深呈增加趨勢(shì)，而L*、b*指標(biāo)值則呈減小趨勢(shì)。色度各指標(biāo)值可以與磁化率、粒度進(jìn)行很好的結(jié)合，揭示仰韶文化遺址區(qū)剖面全新世時(shí)期季風(fēng)演變和氣候變化。

將兩剖面各氣候指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析得出，剖面位置從下往上，兩剖面反映的氣候信息大致可共同分為4個(gè)階段：

第一階段的氣候逐漸變溫暖濕潤(rùn)，這一時(shí)期的氣候早期較波動(dòng)，后期逐漸趨于穩(wěn)定。

第二階段是氣候波動(dòng)干冷時(shí)期，但是在自然剖面中，此階段還出現(xiàn)了一段波動(dòng)暖濕過(guò)程。

第三階段氣候相對(duì)波動(dòng)暖濕，這一時(shí)期發(fā)現(xiàn)了古人類活動(dòng)的遺跡，在文化剖面中，由于古人類活動(dòng)干擾，色度參數(shù)異常，不能正確的反演氣候信息。借助自然剖面提供的色度信息，可有效還原此階段環(huán)境信息，同時(shí)也證實(shí)了4000 aB.P.左右出現(xiàn)的氣候突變事件，也間接說(shuō)明了溫暖濕潤(rùn)的氣候環(huán)境有利于古文明的誕生和發(fā)展。

第四階段氣候變得相對(duì)干冷，氣候環(huán)境變得惡劣，導(dǎo)致古文明走向衰落，是仰韶文化的后文明時(shí)期。

研究古氣候的變化不能僅僅使用一個(gè)指標(biāo)，必須要引入多個(gè)指標(biāo)并相互驗(yàn)證，在仰韶剖面磁化率指標(biāo)不能很好的揭示氣候變化的情況下，引入色度指標(biāo)能更合理、更完整的揭示當(dāng)時(shí)的氣候變化。

致謝：感謝中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）海洋學(xué)院劉秀明老師以及中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究院殷玉敏和郭綿綿對(duì)實(shí)驗(yàn)工作的幫助！

FERNANDEZ R N, SCHULZZE D G. 1988. Color, matter and pesticide adsorption relationships in a soil landscape [J]. Soil Science, 52: 1023-1026.

GUNAL H, ERSAHIN S, YETGIN B, et al. 2008. Use of chromameter measured color parameters in estimating color-related soil variables [J]. Communications in Soil Science & Plant Analysis, 9(5/6): 726-740.

RESENDE M. 1976. Mineralogy, chemistry, morphology and geomorphology of some soils of the central plateau Brazil [D]. Indiana: Purdue University.

SCHEFFER F, WELTE E. 1958. Zur Frage der Eisenxidhydrate im Boden [J]. Chemie Der Erde-Geochemistry, 19: 51-64.

SINGH B, GILKES R J. 1992. Properties and distribution of iron oxides and their association with minor elements in the soils of southwestern tralia [J]. Soil Science, 43(1): 77-98.

TORRENT J, SCHWERTMANN U. 1980. Iron oxide mineralogy of soils of river terrace sequences in Spain [J]. Geoderma, 23(3): 191-208.

YANG S L, CHEN S Y. 1999. Soil Color, A new sensitive indicator for climatic change [J]. Chinese Science Bulletin, 44(suppl): 282-285.

陳一萌, 陳興盛, 宮輝力, 等. 2006. 土壤顏色: 一個(gè)可靠的氣候變化代用指標(biāo)[J]. 干旱區(qū)地理, 29(3): 309-313.

何柳, 孫有斌, 安芷生. 2010. 中國(guó)黃土顏色變化的控制因素和古氣候意義[J]. 地球化學(xué), 39(5): 447-455.

黃成敏, 王成善, 何毓蓉, 等. 2004. 元謀盆地古紅土的土壤發(fā)生學(xué)特征及古環(huán)境意義[J]. 土壤通報(bào), 35(3): 251-256.

季峻峰, 陳駿, BALSAM W, 等. 2007. 黃土剖面中赤鐵礦和針鐵礦的定量分析與氣候干濕變化研究[J]. 第四紀(jì)研究, 27(2): 221-229.

李天杰, 趙燁, 張科利, 等. 2004. 土壤地理學(xué)[M]. 3版. 北京: 高等教育出版社: 1-381.

李敘勇, 李保國(guó), 石元春. 2001. 土壤發(fā)育指數(shù)及其在黃土-古土壤序列中的應(yīng)用[J]. 土壤學(xué)報(bào), 38(2): 153-159.

呂厚遠(yuǎn). 1991. 新石器以來(lái)的北溫帶草原的文化與氣候變遷[J]. 文物保護(hù)與考古科學(xué), 3(2): 43-50.

彭淑貞, 郭正堂. 2003. 西峰晚第三紀(jì)紅土記錄的亮度學(xué)特征[J].第四紀(jì)研究, 23(1): 110-10.

石培宏, 楊太保, 田慶春, 等. 2012. 靖遠(yuǎn)黃土-古土壤色度變化特征分析及古氣候意義[J]. 蘭州大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版, 48(2): 15- 23.

王紹武, 聞新宇, 黃建斌. 2011. 五帝時(shí)代(距今6─4千年)中國(guó)的氣候[J].中國(guó)歷史地理論叢, 26(2): 5-13.

吳文祥, 葛全勝. 2005. 全新世氣候事件及其對(duì)古文化發(fā)展的影響[J].華夏考古, (3): 60-67.

楊勝利, 方小敏, 李吉均, 等. 2001. 表土顏色和氣候定性至半定量關(guān)系研究[J]. 中國(guó)科學(xué)：D輯, 31(增刊): 175-181.

朱麗東, 周尚哲, 李鳳全, 等. 2007. 廬山 JL紅土剖面的色度氣候意義[J]. 熱帶地理, 27(3): 193-202.

Chroma Characteristics and Its Climatic Significance of Yangshao Culture Relic

FENG Liwei1, WU Kening1,2*, ZHA Lisi1, JU Bing1, WANG Wenjing1
1. School of Land Science and Technology, China University of Geosciences, Beijing 100083, China; 2. Major Laboratory of Land Consolidation of the Ministry of Land and Resοurces, Beijing 100035, China

Soil can effectively record and collect environmental information, soil contains rich environmental information in ancient cultural sites. In many studies, however, the research of the relationship between the change of Yangshao Culture and climate change is less, the lack of quantitative scientific basis. To investigate climate significance of soil chroma index and recover semi-quantitativly climate conditions in the period of Yangshao Culture, based on choosing a culture profile containing traces of ancient culture and a nature profile with no human disturbance in Yangshao Village Relic paleosol in Henan Province, the comparative study was discussed in this paper. The chroma index of lightness, redness and yellowness were measured respectively by CM-700d from Japan and compared with the magnetic susceptibility and grain size, trying to reveal paleoclimate change. The results showed: Climate proxies such as chroma index and etc can scientifically reflect the changes of paleoclimate in some degree, but the changes reflected by just one climate proxy were one sided. Only by comprehensive analysis of various climate proxies, the reasonable and correct changes can be rebuilt.Due to the interference of human activities，the culture profile’s inversion results of climate were worse than the nature profile’s, but roughly corresponding to the natural profile. Although each climate indicator of two profiles was different, but overall reflecting the same climate information. It can be divided into four climate change stages from below to above, warming period-dry and cold period- warm and himid period-dry and cold period. This result also showed warm and humid climate was the catalyst for the development of civilization, while dry-cold climate would cause the decline of civilization.

Yangshao Culture Relic; paleosol; culture profile; nature profile; chroma; climatic significance

10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.05.026

X144；X16

A

1674-5906（2015）05-0892-06

馮力威，吳克寧，查理思，鞠兵，王文靜. 仰韶文化遺址區(qū)古土壤色度特征及其氣候意義[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2015, 24(5): 892-897.

FENG Liwei, WU Kening, ZHA Lisi, JU Bing, WANG Wenjing. Chroma Characteristics and Its Climatic Significance of Yangshao Culture Relic [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(5): 892-897.

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41371226）

馮力威（1989年年生），女（蒙古族），碩士研究生，主要從事土壤地理研究。E-mail：qwyyxf@163.com

2015-01-11