“发现种子了吗？”

初冬晴日，圆明园澹泊宁静遗址考古现场，一位游客饶有兴趣地在围栏外张望。这样的场景对金和天来说再熟悉不过，这位北京市考古研究院圆明园课题组的科技考古负责人，一边忙着手中的工作，一边耐心解答：“还没那么快，我们正在收集土样呢，希望有新发现！”

“这工作不容易！现在很少有年轻人报考古专业了吧？”游客接着问。

“和您说的正相反，考古专业是热门！别看天天对着黄土，我们的工作可时髦了！”金和天笑着，眼里闪着光。

的确，就算在考古工作者眼中，金和天做的事也足以称得上“时髦”。近10年来，她的足迹遍布北京各大遗址考古现场，利用前沿科技研究最古老的泥土、植物、建筑材料，她解开过圆明园琉璃瓦变色的秘密，在显微镜下找到了皇家稻田遗迹中种植水稻的证据，为路县故城遗址、大兴三合庄遗址发现的炭化种子“正身”……

科技考古人正透过微观视角，打开一扇扇衔接古今的窗口，让那些遗落在历史尘埃中的细小颗粒重获姓名，为历史填上丰富底色。

圆明园大宫门遗址考古发掘现场。

在圆明园澹泊宁静遗址，金和天（右一）正在采集稻田遗迹的土壤。

探寻植硅石里的秘密

“皇父万几之暇，燕接亲藩，游豫于此。是地也，西山远带，碧沼前流，每当盛夏，开窗则四面风至，不复知暑。其北则稻田数亩，嘉禾生香蔼闻于室。”

200多年前，乾隆为皇子时曾写下这首《田字房记》，描绘了“圆明园四十景”之一的“澹泊宁静”美景。这里曾是圆明园内一处重要的游憩寝宫，建筑清新淡雅，周围平地多植稻麦、桑、榆、果树等，小溪环绕，殿北正对稻田，飘着阵阵稻香，一派朴实的乡野风光，与园内其他景致形成鲜明对比。

如今，在考古人员的努力下，乾隆在此发出的“嘉禾生香蔼闻于室”感慨得到了印证。

圆明园西北部，山水轮廓间，青松苍翠，一片搭起铁丝网和遮雨棚的区域内，澹泊宁静遗址揭开面纱。从2020年起，市文物局组织北京市考古研究院、圆明园管理处、北京大学考古文博学院等单位，连续三年对这里开展了考古发掘。目前，澹泊宁静的主体建筑“田字房”的建筑基址全部揭露，考古人员还在“田字房”以北发掘出比较完整的稻田遗迹。

一片约100平方米的“黑土地”，被打上了一个个1米见方的方格，南北两侧还留存有宽度约1.2米至1.3米的田埂。稻田遗迹里，最东侧一排方格里的土壤已经被取出，打包成50多个袋子，放在一旁的空地上。金和天和同事正在把收集的土壤倒进浮选机，让漂浮起来的物质留下来，再经过清洗晾晒，获取混杂在其中的植物遗存。

“清代皇帝不但以‘田’为房，还在稻田里亲自劳作。”金和天捧着手中的土壤，细细解释，根据史料，澹泊宁静周边曾种植大片皇家稻田，清代皇帝每年不仅在“田字房”以北的稻田里举行亲耕仪式，还在观稼轩察看农事农时。

2020年底，课题组依据澹泊宁静的样式雷图和圆明园景图，结合对圆明园山形水系的调查，大致确定稻田的位置在澹泊宁静的“田字房”和北侧的一条河道之间。金和天说：“我们在这一片区域内进行了大面积的钻探调查，不断采集土样进行检测，最终在‘田字房’北侧不远处发现了一块地层颜色比较特别的区域，初步推测是稻田。”

考古人员首先在这片区域开了一条长6米的探沟。“与周围地层的颜色不同，这是一片黑色土壤。”金和天进一步解释，黑色就证明这一区域的土壤营养成分比较高，可能经过人工施肥加工，是当年古人特制的“稻田土”。

这里到底是不是稻田？考古人员还需要找到种植过水稻的痕迹。

2021年1月，气温降至零下，露天的考古现场，金和天与技工一起搬运一袋袋土样，进行浮选——先把大块的土掰碎，放入一个有刻度、底部有孔的桶里；再往桶内注水，轻轻拍打水面，模拟涟漪，利用水波的浮力，让比重低于水的干燥植物遗存与土壤颗粒分离，并浮于水面。“天气很冷，还要反复用手去摸土和水，大家都特别辛苦，却没有一个人喊累。”金和天笑着说，心中有探索的热情，冷点儿、累点儿没什么。

功夫不负有心人。在这些黑色土壤中，考古人员终有收获。

沧海桑田，土里的植物凭一双肉眼已经很难辨别，在分子微观视角里，才可以寻得蛛丝马迹。

“经过上百年的变化，植物枯黄腐烂，水分、碳、养分全部代谢掉了，只有植物细胞内的硅元素留存了下来，变成了一粒粒微米级的‘石头’，埋在土壤里。”金和天说，在实验室里，她一遍遍筛选土样，利用试剂将这种保存着植物形状的植硅石提取出来，在显微镜下观察，发现了代表着水稻叶片形状的植硅石，“显微镜里，零星的、小小的扇形和哑铃形图案，为皇家稻田的存在增添了证据。”

水稻植硅石的发现，令课题组格外欣喜。今年，金和天和同事在这一区域继续进行发掘和研究，开出了一片约100平方米的稻田遗迹。通过观察剖开的探方，考古人员画出了稻田的地层结构。金和天指着剖面上看到的一道道线，挨个儿介绍：厚约30厘米的稻田土分为3层，最上面一层是耕作层，再往下依次是犁底层、心土层。探方里，考古人员还保留了一块非常规整的立方体土块，缠上了石膏绷带，“别小看这一块土，它涵盖了所有的地层结构，石膏绷带能够保护其中的结构不松动，接下来，我们会把它移到实验室里去做切片解剖，进一步研究土壤结构。”她说。

小小的植硅石，承载的信息量是巨大的。

史料记载，这块稻田种植的是京西稻的“祖先”御稻，当年由康熙亲自培育，康熙、雍正、乾隆三代皇帝精心种植，并在玉泉山周边开辟御稻田，所产御稻米供宫廷食用。新中国成立后，京西稻在海淀区的种植面积进一步扩大，高峰期种植面积达到10万亩。为此，金和天还到海淀区上庄镇京西稻保护性种植区跑了好几趟，只为厘清京西稻的前世今生，为考古研究积攒一手材料。

“目前，我们对于稻田的研究还处在不断试验的阶段。”金和天说，她的工作马上要进入“冬季整理期”，她将利用植物考古学、年代学、分子生物学等不同领域的检测手段，进一步对稻田中植硅石的含量、种类、分布面积，以及土壤的粒度、磁化率等进行检测，研究讨论这片古代稻田的土壤成分和历史年代。

黄色琉璃瓦表面被烧成了红色。

水稻扇形植硅体标本照。

解开琉璃瓦的变色机理

金和天与圆明园的缘分，不止于“澹泊宁静”。

“我上班的第一天就去了圆明园课题组报到。” 2014年，从北京大学考古文博学院科技考古专业博士毕业，又在中国社会科学院考古研究所做了半年多的博士后研究之后，金和天加入北京市文物研究所（现北京市考古研究院）圆明园课题组，负责科技考古工作。建筑材料是她最先接触的研究对象，“那些考古发掘出的建筑地基、石构件、琉璃瓦等等，一组结构、一个纹路之间，都藏着重要的信息，等着我去解开。”

在圆明园大宫门遗址的考古发掘中，考古人员发现了大量残损的琉璃瓦。“上百片绿色和黄色的琉璃瓦，我们把它们逐一提取出来，搬进一间临时搭建的简易库房，铺在地面上。”当时的场景，金和天记忆犹新，在观察这些精巧的宫殿建筑构件时，她的目光瞬间被不协调的细节吸引——色泽均匀的釉面走了样儿。

“这些常见于古代高规格建筑中的琉璃瓦，每一块的颜色都不会有误差，质量非常好，然而我们发掘所获的大量绿色琉璃瓦都呈现出不同颜色，出现了泛红的现象。”金和天用手比划着解释，原本光滑的琉璃瓦表面也变得坑坑洼洼，“有的釉面甚至烧‘流’了。”

一场“头脑风暴”之后，金和天大胆猜测：这也许是高温火烧造成的。

为了证实这一猜想，金和天选取了部分琉璃瓦进行科学分析。光学显微镜下，两件不同的绿色琉璃瓦样品，一件泛红部分呈现鲜红色，一件泛红部分颜色更深，呈黑红色。“这些颜色的变化，到了微观世界里，其实是分子在变换排列组合。”接着，她又利用X射线荧光能谱仪、扫描电镜等仪器对琉璃瓦不同颜色的釉层进行检测，确定其元素组成和微观结构。

“最终，我们发现这些琉璃瓦经历了二次火烧。”金和天解释，琉璃瓦经历的第一次火烧其实是在窑炉里的烧制，通过氧化和还原作用得到铜绿釉，而其表面变红是因为釉层中的铜元素再次经历高温灼烧，发生了化学反应，这种现象类似于古代铜红釉瓷器的烧制，“深浅不同的红色也表明，釉层中铜元素的存在价态与含量产生了变化。”

推开这扇微观世界的窗，考古人员穿越浩瀚历史星河，还原出最真实的历史场景。

“我们分析当年大宫门这里遭受的火灾面积较大，导致建筑被烧得塌架了，猛烈的火势已经蔓延到了屋顶，持续的高温让琉璃瓦变了样。”金和天说，数据不会说谎，科学探究为历史存证。课题组在大宫门琉璃瓦釉面上的发现，同时也论证了英法联军火烧圆明园的事实，是英法侵略军第二次鸦片战争的重要证据。

以大宫门为起点，金和天又参与了圆明园西洋楼景区大水法、远瀛观、养雀笼等遗址的考古工作。“几乎所有建筑地面以上的部分都不存在了，但建筑基址保存尚好，这些基址的结构也是我的研究内容。”她解释，对建筑基址的揭露和清理，为研究清代皇家园林建筑提供了大量实物材料。

“以建筑基址中的三合土为例，不同建筑在建造时的讲究不同。”金和天说，在大宫门遗址的考古发掘中，考古人员明确了这里的基址结构统一由三合土、夯土、柏木地钉和石条构成；而在养雀笼，由于其东面是一面西洋门、西面则为一座中式牌坊，东西两面的建筑基址结构、夯土的层数以及三合土的质量都有所不同。

透过一抔土、一段木，考古人员看得更细更深，甚至能够了解古人的审美与智慧。

今年，澹泊宁静遗址的一项重要考古收获就是厘清了“田字房”的形制和工程做法。在建筑台基一侧，考古人员挖开了一处“解剖沟”，里面排列着一个个小洞，从剖面向下望去，可以看到整个建筑基址的结构。金和天揭秘，基址由9层致密的夯土夯打而成，并采用“满堂红”做法，基槽底部布满地钉，打入地下1.8米到3米深的位置。“当时的海淀区还是一片沼泽地，在历史上水位较高，为防止建筑下沉，古人在修建时就在底部打了地钉。”她说，对地钉的成分检测显示，地钉全部由柏木制成，这也反映出建筑结构的精巧。

考古人员在“田字房”的建筑基址和天井下都发现了三合土，基址和天井之间还设有完善的排水设施，体现着皇家建筑的匠心。金和天提取不同区域的三合土进行检测，发现澹泊宁静遗址内建筑基址的三合土不仅铺设面积大，质量也非常好。“可见这间寝宫建造质量非常高，建造之初花费的人力物力就比较大。”在金和天看来，虽然分析这些建筑材料，常常在显微镜前一坐就是一整天，但是从中感受古人的心思，也是研究的一大乐趣，“比如雍正时期建造的大宫门，其基址三合土的质量和铺设面积都不及‘田字房’，透过这些，可以看到一位崇尚节俭的帝王形象。”

金和天在实验室进行检测工作。

破译种子里的远古信息

北京市考古研究院的植物考古实验室里，大大小小的存储箱靠着墙壁立得规规矩矩，其中储藏着来自各大遗址的植物遗存。“到了冬天，结束田野工作后，我的主要工作就是和这些筛选出来的古老种子打交道。”金和天笑着细数，近年来，她先后参与了延庆区水峪村战国时代遗址、大兴区三合庄汉至元代遗址、通州区路县故城汉代遗址、昌平区小北哨金代遗址等的植物考古工作，“有意思的是，同行都羡慕我，每次在遗址发掘都能收获一大批种子。”

满载而归的背后，是一次又一次在考古现场的奔波忙碌、千挑万选。

在三合庄遗址，考古人员发掘出了3200余平方米的炭化粮食遗存地层，覆盖了整个辽金墓葬区，规模之大世界罕见。很多专家认为，这里曾经是一处颇具规模的祭祀场所，燃烧植物是仪式的一部分。“满满一层都是烧过的粮食，我们在其中提取了3000多个样品，每个样品都非常纯净。”回忆起当时的场景，金和天的语气中透着兴奋，“为了进一步研究这些植物遗存，我们用了5台浮选机，从3月一直干到6月，才把所有炭化粮食浮选出来。我粗略地计算了一下，如果自己一个人在实验室里处理这些种子，我要全年365天无休地干到60岁。”

在这些炭化遗存中，金和天发现了大量小麦、水稻等粮食，“它们都是成堆摆放的，我们分析这些粮食是金代末期到元代早期的，受当时北方民族火化的习俗影响，主要是祭祀用品。”她说。

透过一粒粒小小的炭化种子，古代先民的生活展现在眼前。

在路县故城遗址，金和天发现了水稻、黍、粟、小麦和大豆五种粮食作物。她解释，这个组合符合早期文献记载的“五谷”——稻、黍、稷、麦、菽。这也是截至目前北方地区发现的最早的五种粮食存在于同一个遗址的现象，堪称最早的“五谷”。“这说明，汉代的路城交通比较发达，这些粮食即使不是当地种的，也能够交换到。普通老百姓能吃到五谷，也反映出当时人们的生活水平还不错。”

而将目光聚焦到小北哨遗址，金和天在1000多个灰坑里浮选出了大量植物种子，其中就包括一种名叫稗子的植物。经过断代分析，这些稗子大概生长在金代晚期，是当时北方游牧民族南下到北京地区带来的一种粮食，是民族融合的见证。

“走在乡间野外，观察体会不同地区的风土人情，在黄土间与岁月对话；回到实验室，在自己发现的遗迹现象中探寻历史……对我来说，是一件非常浪漫的事。”金和天笑着说道，做科技考古，要有很多“分身”——不仅要在书斋里做研究，大多数时间更要脚踏实地，从考古发掘现场带回最“新鲜”的一手材料。这个冬天，除了从圆明园澹泊宁静遗址采集来的土样，她还有几个遗址的样品整理工作要开展，“希望所有静下心来的沉淀，都能收获好结果。”

奇妙的微观世界里，仍然有许多奥秘。金和天在探索的路上，步履不停。