離開陽關景區北行，經沙漠第一村——陽關鎮二墩村折向東，便走上了通往玉門關遺址的大道。
玉門關，位於敦煌市西北90公里的瀚海深處，為漢武帝「列四郡，據兩關」時所建。原名小方盤城，後因西域和田等地所產美玉經此關口源源不斷輸入中原，因而得名玉門關，簡稱玉關。
歲月滄桑，春秋代序，玉門關，這座曾是漢代重要軍事關隘和絲路交通要道的雄偉關城，早已隱沒在大漠黃沙之中，如今，只留下些許遺迹供人參觀憑弔。
在玉門關遺址停車場旁的玉門關文物管理所內，建有玉門關陳列館，從館內的陳列展覽中得知，玉門關遺址，是公元前二世紀至公元三世紀漢帝國設立在河西走廊西端最重要的關隘遺存，位於祁連山西端疏勒河南岸戈壁，在地理區域上具有東西交通分界的標誌地位。
玉門關遺址，以小方盤城遺址為中心，東起倉亭燧，西至顯明燧，在長約45公里、寬約0.5公里的區域內呈線性分布，各類型遺址包括2座城池、20座烽燧和17段長城邊牆遺址。其中，主要遺址包括三部分：小方盤城遺址、大方盤城遺址（河倉城遺址）、漢長城遺址。1988年，玉門關及長城烽燧遺址被列為第三批全國重點文物保護單位。
小方盤城，是玉門關俗稱，北距疏勒河南岸約7公里，西漢為玉門都尉府治所，東漢為玉門候官（執掌偵伺刺探情況的官員）治所。
小方盤城遺址聳立在東西走向戈壁灘狹長地帶中的砂石崗上，屬障塢遺址。障，是秦、漢兩代邊塞上作防禦用的城堡，也是大的烽燧；塢，是防守用的小堡，也稱作庳（bēi）城。
遺址現存障一座，是一座四方形小城堡，全用黃土夯築而成。也有專家認為，這座障，便是玉門關關城。
關城建築坐北朝南，南北長26.4米，東西寬24.4米，四周城牆殘高9.7米左右，厚4米，面積約700平方米。
關城西、北兩面牆各開一門，遊客可從西門進入城堡內參觀。
北門應該是關城的正門，人員、馬匹由此出入。
關城外有塢院，障東殘存的南北向塢牆清晰可辨。障的東西兩面，原有蜿蜒逶迤的長城，一望無際；向南，還有通往陽關的長城。東西向和南向的長城，呈T形在玉門關展開，每隔5里或10里，就築有一座方形烽火台。關城周圍，尚有營壘、炮台、古塔等遺址。
在關城外的北牆坡下，有一條東西走向的車道，這就是古絲綢之路的幹線公路。障北有一風蝕台地，現建有觀景台，登臨四顧，北面，橫亘著馬鬃山，往南，阿爾金山與之遙相呼應。雖已不見汩汩流淌的疏勒河，但隱約可見洋水海子。
小方盤城位於洋水海子與南園湖之間，城址西北部有跌牛泉，這樣的布局，有利於利用區域內珍貴的水源和濕地資源，不僅保障了城中駐兵的水源供給，還可利用湖灘作為屏障增強防禦性。
小方盤城往西5公里，便是漢長城遺址。由於漢長城遺址分布比較廣泛，因此，這一段長城遺址叫做敦煌漢長城遺址。
敦煌境內的漢長城全長約150公里，沿線修築烽燧近80座，尤以玉門關附近保存最為完整。
西漢長城的設置，依據地形的高低起伏，利用高起的風蝕台地修建烽燧用以瞭望和守御。明長城多採用青石、大磚砌牆修築，而漢長城則利用地理環境採取就地取材、因地制宜的方法建造。西漢時，這一段水草茂盛，生長著大片蘆葦、羅布麻、紅柳等植物，修築長城就採用一層柴草、一層砂礫夯築而成，柴草厚度約5厘米，砂礫厚度約20厘米，層層相接，粘連非常牢固。
敦煌保存最好的一段漢長城，長約400米，殘高3.25米，基寬3米，上寬1米。長城線內側有一條寬6—7米的「天田」，這是西漢邊境的防禦設施。
長城西端，有一座烽燧，名叫當谷燧，也是敦煌境內現存最為完整的烽燧。
長城沿線，一般每隔10華里就修築烽燧一座。漢代烽燧多呈底寬上窄的方柱形，主要建在長城內側。築造結構主要有三種：一是用黃膠土夯築而成；二是用天然板土、石塊夾紅柳、胡楊枝壘築而成；三是用土坯夾蘆葦砌築而成。當谷燧就是用砂礫土夾蘆葦、紅柳枝疊築而成的。
烽燧大都建在較高的地方，一般都高達7米以上，有的殘高10米左右。當谷燧也是這樣，它建在洋水海子西岸長城沿線的台地上，現在殘高仍有7.2米。當谷燧形制平面呈矩形，剖面呈梯形，據說頂部四邊原築有不高的女牆，形成一間小屋。可惜現在頂部塌陷，已不見舊時模樣。
據介紹，古代每座烽燧都有戍卒把守，遇有敵情，白天點燃濃煙滾滾，夜間點燃熊熊大火，所燃煙火遠在30華里外都能看到。用這種方法傳遞軍情，比馬跑的速度要快得多。從敦煌到長安用馬傳遞需要15天左右，而用烽燧煙火傳遞只需三天兩夜就可到達。
駐守玉門關、陽關和長城沿線的邊防將士，成千上萬，他們的糧食和軍需如何有效供給呢？
從小方盤城遺址向東北行約10公里，便是大方盤城遺址。
大方盤城遺址位於疏勒河與東條湖南側，城址東有東泉，西有西泉。因比小方盤城大，故名大方盤城。1988年，作為玉門關及長城烽燧遺址的主要組成部分，大方盤城遺址被列入第三批全國重點文物保護單位。
據考證，此城建於漢代，當時叫「昌安倉」，因靠近疏勒河，又稱河倉城。倫敦藏唐《敦煌錄》有河倉城儲軍糧的記載，因此人們認為它就是一座儲備糧秣的倉庫，目前在甘肅僅發現這一處。
專家們認為，河倉城自漢代到魏晉一直是西部邊防守軍的補給站，把守玉門關、陽關及周邊長城、烽燧以及西進東歸的官兵將士，全部從此倉庫中領取糧食、衣物、草料供給。因此，河倉城是古代中國西北長城邊防存留下來的最古老的、規模較大的、罕見的軍需倉庫。
大方盤城建在疏勒河南岸高出河床二米多的自然土台之上，呈長方形，夯土版築，東西長132米，南北寬17米。殘垣最高處6.7米。
城內有南北方向的兩堵牆，把內城隔為東、中、西三個並排相連且相等的三座倉庫，每間倉庫約有30多米長，倉庫的南面留有一門，應該是運送糧食的進出通道。
南、北殘壁上下置三角形小洞，上三下五，間隔距離交錯相等，可能是通風設施。
四壁多已頹塌，只有北壁較為完整。
外圍東、西、北三面加築兩道圍牆，第一道圍牆斷壁尚存，四個角還有土墩建築的痕迹。第二重圍牆則只剩北面土墩痕迹，其他三面的建築包括倉庫的屋頂早已蕩然無存了。這是遺址東西兩邊的角墩。
1943年，西北科學考察團歷史考古組曾在此城掘得石碣一個，上刻「晉泰始十一年（275）」字樣，說明晉代此倉仍在使用。同時，他們還發掘出了糜子、穀子、大麥等糧食。現在的城北，是一片草場。
作為西北邊防的重要軍事補給站，河倉城的重要性毋庸置疑。因此，當時不僅城內有守軍，城外的戈壁高地上，還專門築有守護倉庫的倉亭燧（或稱「河倉燧」）。一旦外敵來襲，即可點燃烽火示警。
據了解，大方盤城北面的疏勒河南岸，曾建有長城。憑藉疏勒河、東西二泉等水域天險，與人工修築的長城邊牆、烽燧，共同形成防禦的邊界。
作為絲綢之路上保存最好、類型最完整、規模足夠大的關隘遺存，玉門關遺址保存了見證漢代交通與防禦保障體系的整體格局，保存了遺址的歷史環境與地貌特徵，保存了各種類型遺存要素的格局、方位、規模、材料等特徵，真實地傳遞著漢代邊疆防禦、屯田戍邊、交通要隘、中西文化交流等歷史信息。2014年6月，玉門關遺址作為中國、哈薩克和吉爾吉斯斯坦三國聯合申遺的「絲綢之路：長安—天山廊道路網」中的一處遺址點，成功列入《世界遺產名錄》。
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