《Journal of Archaeological Science: Reports》：pXRF in the Study of Anthropic Activity Markers: A Geo-Ethnoarchaeological Approach in Northern Botswana
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在人类活动标志物（anthropic activity markers, AAM）与成分数据分析（compositional data analysis, CoDA）框架下，解释人类成因沉积物（anthropogenic sediments）的便携式X射线荧光
在人类活动标志物（anthropic activity markers, AAM）与成分数据分析（compositional data analysis, CoDA）框架下，解释人类成因沉积物（anthropogenic sediments）的便携式X射线荧光光谱（portable X-ray fluorescence, pXRF）数据。
对处于使用中与已废弃的民族志农牧聚落进行空间分析。
识别并讨论活动模式与趋势。
讨论活动强度、清扫（sweeping）与埋藏学（taphonomy）对化学元素浓度的影响。
研究背景与问题：土壤是考古遗址中几乎总能保存的材料，并持续受自然过程和人类活动改造。人类活动通过固、液或半液物质沉积残留，持续使用空间会形成可检测的化学与物理残留累积，构成累积拼贴（palimpsest，多次沉积叠加的沉积体）及复合空间拼贴。人类活动标志物（anthropic activity markers, AAMs）框架用于解释这些改造。地球化学分析自Olof Arrhenius的磷酸盐测试发展而来，20世纪末扩展至多元素分析，以应对等终性（equifinality，同一元素可由多种人类或非人类活动产生）问题；主要目标包括遗址勘察、识别人类活动元素和区分活动区。便携式X射线荧光光谱（portable X-ray fluorescence, pXRF）可快速原位测量多元素，但非洲大陆应用有限，pXRF研究更少。人为与岩生（lithogenic，地质背景来源）元素区分关键但常模糊，依赖局部地质、后沉积过程和富集程度；需理解区域与遗址，并关注元素关系而非单元素。民族志遗址可建立残留模式与行为联系，比较使用中与废弃聚落可理解时间、埋藏学（taphonomy，沉积后保存与改造过程）和成岩作用影响；对照样本可建立基线。挑战在于废弃后哪些地球化学模式持续及如何被改造。本研究在CAMP项目框架下，用pXRF分析人类成因沉积物，目标为识别当代农牧聚落活动区化学AAMs、比较废弃聚落评估保存与改造机制、扩展AAM参考以改善考古农牧遗址解释。
研究人员开展研究与结论：Keelie S. Rix、Stefano Biagetti、Abel Ruiz-Giralt、Malebogo Mvimi、Carla Lancelotti与Jordi Iba?ez-Insa等研究人员在博茨瓦纳北部Maitengwe，选取使用中的Bakalanga农牧聚落E3和废弃聚落A1，并采集150份对照沉积物。结论显示：Ca-P-Sr组合是灰烬/燃烧的持久信号；Al-Fe-Ti-Mn-Rb与泥粪制备地面（传统小屋和打谷场）一致；Mn-Fe-Rb在牛栏中较持久，P受粪便管理和累积历史影响；S与动物圈栏有关但易淋失、时间上不持久；粟田和granaries信号空间不一致；活动/占据强度、清扫和埋藏学影响信号强度；Mn与多种有机质活动相关，需与其它元素组合解释。该研究证明pXRF结合CoDA与地质民族考古学可区分功能区并提供参考目录。
关键技术方法（不超过250字）：样本队列来自CAMP项目2024年在Maitengwe采集的E3（228件：居住区196、牛栏32）、A1（204件：居住区150、牛栏41、驴栏13）及14个聚落周边150件对照沉积物。研究人员用差分全球定位系统（differential GPS, DGPS）测绘并布设2×2 m、1×1 m或0.5×0.5 m格网采样；用pXRF（Bruker CTX 800，GeoExploration/Oxide3phase）测定多元素；以成分数据分析（compositional data analysis, CoDA）处理闭合与零值，采用中心对数比（centered log-ratio, CLR）、等距对数比（isometric log-ratio, ILR）和对称对数比平衡；用通用协同克里金（universal cokriging）与核心区域化线性模型（linear model of coregionalization, LMC）建模，必要时用最大/最小自相关因子（maximum/minimum autocorrelation factors, MAF）降噪，并以交叉验证评估。
研究结果：
4.1 Maitengwe Area Control Sample：通过成分相关分析和标准化主成分分析（principal component analysis, PCA）建立背景基线。对照样中Si-Al-Ba-K正相关，Fe-Mn与Ba-Si-K负相关，Mn-Fe-Ca正相关，S-P-Ca正相关，Zn-Ca/Ti/Mn正相关；前九主成分解释95.2%方差。结论：对照样本提供Maitengwe人类景观的元素基线和元素关系基线，用于识别聚落中偏离背景的人为输入。
4.2 The Inhabited Settlement E3：通过成分相关、PCA和ILR-based omnidirectional cokriging元素图分析。E3中P-S-Ca弱至中等正相关，P/S/Ca与Ti/Al/Rb等岩生元素负相关，Al-Fe-Rb-Si-K-Ba正相关簇；元素图显示Ca-P-Sr人为组和Al-Si-Fe-Ti-Rb岩生组，S在所有动物圈舍（牛、山羊、鸡）高。交叉验证显示ILR-based omnidirectional模型总体较好（85%多变量精度、57%精确度、拟合优度0.78），MAF和方向变差函数未改善，表明E3空间结构大体各向同性。结论：E3可区分燃烧、岩生背景和圈舍信号。
4.3 The Abandoned Settlement A1：通过成分相关、PCA和MAF-based cokriging元素图分析。A1中P-Ca-Zn和P-S弱至中等正相关，P/Ca/Zn与Ti/Zr/Ba/Al/Si/K负相关，P-Rb负相关最强，Al-Ti-Rb-Si-K-Ba正相关簇；元素图显示Ca-P-Sr人为组，Al-Ba-K-Fe-Ti-Mn-Rb岩生组（Ba常岩生，K更人为），牛栏图Al/Ba/Ti/K及Fe/Rb/Mn/P/Zr相似；驴栏仅人工伪影，可能样本太少。交叉验证显示ILR-based omnidirectional模型表现差（0%多变量精度、100%精确度、拟合优度0.24），MAF-transformed omnidirectional CK最佳（95%精度、54%精确度、0.77拟合优度）；方向变差函数未改善，表明空间结构大体各向同性。结论：A1保留部分功能信号但受后沉积影响。
讨论部分总结：
5.1 Maitengwe Area Control Sample：比较对照与聚落，Si-Mn由负相关转正，Si-Fe由对照中的竞争关系转为E3部分共主导、A1中相对独立，Ca-P由近中性转为E3中等正相关、A1弱正相关，Sr-Ca由对照中相对拮抗转为E3解耦、A1耦合；说明人为输入重组了成分结构，这些元素可能受人类活动影响。
5.2 Ash and Combustion Activities：E3壁炉周围Ca/P/Sr及少量K/Zn最高，联系木灰；A1西北原小屋位置Ca/P/Sr及少量Zn/Zr最高，与居民指认位置吻合，作者推断该小屋可能为厨房；E3西南和西侧围栏外共现低浓度Ca/P/Sr/K/Zn与现场灰白物质对应；A1树附近也见Ca/P/Sr，与居民报告烹饪区互证；即使无可见灰/炭，废弃约29年后仍可观测，说明Ca-P-Sr信号可持久于后沉积过程。
5.3 Prepared Floors：E3两传统小屋高Al/Si/Fe/Ti/Rb，房子Al/Fe/Rb更高且Mn低于厨房；A1居住区北部原小屋位置Fe/Al/Mn/Rb/Ti/Zn及少量Ba/K相似，但Si耗竭、Sr/Ca低；打谷场位置Al/Ba/K/Ti高、Rb/Mn/Fe中高；Al/Fe/Ti/Rb/Mn在所有制备地面较一致，提示泥粪制备地面指示，且可跨时间持续；A1原小屋高于打谷场可能由使用强度、清扫、室内外埋藏学差异解释；A1南侧原小屋无清晰信号，可能与围栏移动和持续耕作扰动有关。
5.4 Plant Growth Areas：E3粟田无明确元素模式，仅Mn南部/北部轻微与Fe/Rb共现；施肥预期P/K/Ca/Mn/Cu/Zn富集但仅Mn明显，可能与收获养分移除、水分条件、Fe-Mn结核/锰氧化等有关；A1树周围Mn高并Al/Fe/Rb/Ti/Zn及Ba/K/P/Sr中高，可能为生物累积或树下活动；E3西南植被区Mn/Ba/Fe/Rb升高，可能为生物累积而粟田受作物移除影响。
5.5 Stock Enclosures：E3牛栏Ba/Si/Mn高、局部Zr/S高、P低（均值0.027%）；A1牛栏P中高（均值0.232%）并Fe/Mn/P/Rb/Zn/Zr富集及Al/Ba/K/Ti高点；差异可能反映粪便管理/沉积史（E3清粪作肥或制地面，A1废弃时粪便留下；矿化时间不同）；S与角质/排泄物有关，E3牛/山羊/鸡圈S显著，A1牛栏S耗竭，可能淋失，故S较不持久；Mn与动物废弃物/有机质相关；对民族志聚落，Mn-S-P组合可能优于单P，但S在废弃后不可靠。
5.6 Granaries：E3 granaries无一致元素模式，最西granary Ti/Zr升高但其它不明显；A1东南granary几乎所有元素（除Si耗竭）富集，最高在居民指认原granary位置，Al/Ba/Fe/K/Mn/Rb/Sr/Ti/Zr及Ca/P/Zn中等，但北侧granary无同样模式；Si高未清晰出现，可能因背景Si变异大、植硅体贡献不足以超过地质背景；目前无所有granaries一致化学AAM；Ti-Zr组合与E3最常用granary及A1原granary相关，A1老granary表现为多数元素富集+Si耗竭。
研究结论（译述）：多元素表征人类成因沉积物是强大工具，在AAM框架下可区分功能/非功能区，揭示日常活动与关系，不论文化材料保存；技术广泛适用于时间和文化背景。但单元素不特异，等终性使同一元素可指示多种活动；空间可多活动/重复使用形成累积拼贴，聚落是空间拼贴；需成分方法、元素关系/组合和民族志参考。pXRF有前景但未充分利用；本研究在活跃和废弃聚落中识别Ca-P-Sr为灰烬/燃烧持久模式；Al-Fe-Ti-Mn-Rb与传统小屋/居住空间和打谷场制备地面一致；Mn-Fe-Rb为牛栏持久元素，P可靠性受粪便管理和累积历史影响；S与动物圈栏但较短暂；粟田和granaries空间不一致；区分稳健与不一致模式对考古比较重要；活动/占据强度、清扫、埋藏学影响屋顶vs开放空间信号强度；Mn与多种有机质活动相关，需与其它元素联合避免等终性；未来需跨学科（植硅体、碳氮同位素）和更稳健对照比较。地质民族考古学方法有助于评估考古结果，比较民族志和实验模型可更准确解释过去人类活动；需更多民族志工作建立化学模式和AAM参考目录。
