木材分析在考古学中的应用

木材分析在考古学中的应用

人类与树木密切相关，社会文明的发展与树木密切相关。远古的先民,由于生产力水平低下,他们的衣食住行多数仰仗于森林的无私贡献。如古代先民“构木为巢”、“食禽兽之肉,采树木之食”、“昼食橡栗,暮栖木上”、“钻木取火”、“民不知衣服,夏多积薪,冬则炀之”、“弦木为弧,削木为矢”、“断木为杵”、“斫木为耜,揉木为耒”。这些说法,都反映了人类对树木的利用情况。随着生产力水平的逐步提高,社会文明的不断进步,木材仍然是人类利用的资源。如“黄帝、尧、舜……刳木为舟,剡木为楫”、再如我国古代北方地区的火烧木骨泥墙式建筑,南方地区的干栏式建筑、水利建设中的木井、棺椁葬具、炊煮和制陶及冶金的能源、木雕、车马器、各种漆木器、记载文字的木简和竹简、日常生活用具、漆、松脂、桐油、香料等木材副产品都取材于树木。正是由于人类对树木的依赖,有意无意中把木材带入遗址,经过各种实践活动使这些木材经过了不完全燃烧形成木炭或保存在干燥、含水较多的极端环境中,因此考古发掘中经常出土三类木材,包括木炭、浸水木材和干木材(图一、图二和图三)。下面就分别介绍木炭分析简史、干木材与浸水木材分析简史。一、考古遗址木马分析的研究进展木炭是木材经过不完全燃烧,或者在隔绝空气的条件下热解,所残留的深褐色或黑色多孔固体燃料。木炭学(anthracology)或木炭分析(charcoalanalysis)是以木炭遗存为研究对象的植物考古学的一门分支学科。利用木炭分析阐述生态学意义的研究开始于20世纪40年代,但对木炭重建史前植被的准确性存有争议。1940年,英国的索尔兹伯里和简(SalisburyandJane,1940)分析报道了Maiden城堡出土的古木炭。这是首次以出土木炭为依据,详细解释生态问题,并认为每个树种的出土频率或许与史前该树种在林地植被中所占比例一致(1)。而在1941年,戈德温与坦斯利(GodwinandTansley,1941)通过对史前木炭进行研究,认为植物区系结构、树木生理和人们对木材的选择决定树种的可用性和木炭出现频率,还强调木材燃点对不同种木炭出现频率也有影响(2)。上世纪60年代,由于反射光显微镜的利用,木炭分析不再需要费时的石蜡包埋法进行处理,用手或双面刀片就可以获得能够用于树种鉴定的木材的三个切面,因此,木炭分析的效率大大提高(Westernetal.,1963;Western,1971)(3)、(4)。1961年,法国植物学家散塔(Santa,1961)把木炭分析应用到北非地区的古生态学研究中,他提出了一种重建植被的定性方法。他的理论根据是:植物群落是指生活在同一区域内相互作用的不同物种的集合,无论是现在还是过去,一群同样的物种组成相同的植物区系。他第一次提出“保存概率”的概念和利用木炭遗存复原树木种群的可能性。目的是从植被调查中排除那些或者由于热值低,古代人类很少采集,或者由于木材小考古遗址中很少保存的种类,其余的种类根据生态状况(如先锋树种、优势树种、顶级树种和次生树种)分成不同的植被类型,这些植被类型的形成有助于过去植被的重建(5)。1968年,法国木材解剖学家扣沃特(Couvert,1968)在其有关木炭分析方法的论文中强调木炭资料重建的古代植被具有与史前遗址同时性的特点,与孢粉资料相比,木炭通常可以提供更具体的植被组合(6)。1976年,扣沃特(Couvert,1976)又发表了对阿尔及利亚的一个距今六千年遗址中的木炭分析结果。试图基于林地和起伏地势的现代降雨量,重建过去植被的空间分布。其目的是重建植被富集区,估测古代人类为了采集木材所需要行走的距离,从而重建他们的行走路径(7)。1974年,威尔科克斯(Willcox,1974)通过比较考古遗址木炭种属组合与现代林地种属组合解释选择性采伐或大规模毁林造成的景观差异(8)。上世纪80年代初期,对考古遗址木炭分析开始增多起来。但是,木炭分析仍然缺乏相对较好的研究方法。因此,在80年代和90年代,在韦尔内(Verne)领引下,于蒙彼利埃(Montpellier)进行了系统研究(FigueiralandWillcox,1999)(9)。查巴尔(Chabal,1997)首次运用了考古遗址木炭量化分析方法和途径,使木炭组合具有古生态代表性。要求考古遗址木炭必需满足三个必要条件:1.木炭样品应来自于家庭燃材(即使零星的非家庭燃材,也应该提供类似的可靠数据)。2.木炭须是人类长期活动的结果,具有环境代表性。即考古文化层中分散的木炭。特殊遗迹单元(如壁炉、窑或其他结构)的木炭,虽能提供有趣的信息,但对整个环境没有代表性,因此,最基本的是区分两类遗存的木炭。3.最少从考古文化层中取大于4毫米或2毫米的250~400块木炭。木炭组合的代表性不仅需要考古遗址木炭满足三个必要条件,而且还要考虑以下三个方面:1.树种概率应该在整个遗址中同一时期的文化层中是可重复的。如果一个样品,不知什么原因,不符合这一条件,它必须从研究中排除。2.无论是短暂的居址还是长期静止的居址,木炭样品在种属上应是多样的。3.树种概率要与现代生态的树种(包括优势种和附属种)具有一致性。木炭图式与其他图式在时间或空间上一致,即使结果与现在生态不完全相似,但在林地机制研究方面也有重要意义(10)。至此利用木炭遗存解释古生态的方法已经建立。考古木炭分析在考古遗址中具有重要作用。通过考古木炭分析重建植被史。对从旧石器晚期到中世纪的法国南部、西班牙和葡萄牙等欧洲西部考古遗址出土的木炭研究,已经鉴定了120多个种属。在法国南部,利用木炭研究获得了从更新世晚期以来的植被情况。从获得的数据表明,旧石器时代晚期是以刺柏和樟子松为特征的草原植被类型,由于更温和湿润的气候条件,草原植被类型被落叶林代替。随着农业技术的采用和新石器定居生活,落叶林又被更喜热的成分所代替。从铜器时代,尤其从铁器时代人类对植被的影响开始大大增加(11)。通过考古木炭分析重建环境和古气候。在古环境研究中,对遗址中的木炭研究已经确定了一系列植物生境,即生物的个体、种群或群落生活地域的环境。如对伊比利亚半岛旧石器时代晚期到中世纪的木炭研究,已经确定了一系列植物生境。对西班牙北部的兰西坎增布利安山区的更新世/全新世过渡期木炭研究,该地区有丰富多样的木本植物。斜坡生长刺柏和白桦,而山谷生长有茂密的阔叶植物,豆类生长在高地。对靠近地中海的加泰罗尼亚青铜器时代的木炭研究表明,古人类对顶极森林的利用后,喜热的地中海物种蔓延,如黄连木、鼠李、地中海松等。再往南,喜阳物种占优势,这一点尤其体现在青铜器时代以及后来的遗址中。在Andaluzia,从全新世开始,由常绿落叶树种组成的地中海林地扩大,如高山榕、油橄榄、栓皮栎、杨梅。从新石器时代晚期,由于人类的影响以地中海松、黄连木组成的植被为特点,这一点尤其体现在青铜器时代以及后来的遗址中。人类活动的结果也明显表现在地中海松和开放灌丛取代新石器时代常绿落叶栎林(12)。靠近大西洋地区,如葡萄牙,最近的研究已经确定了在末次冰期地中海植物的栖息地和从新石器时代晚期起最北端的地区的植被变化(13)。这些结果表明了人类利用顶极植被落叶和常绿种混交林后,豆科广泛蔓延。谢尔-外波特(Scheel-Ybert)对全新世晚期的6个贝丘遗址中的红树林木炭图式进行研究表明,在德尔加杜角弗里乌至少有两次干旱事件(14)。马肯南豆(Marconetto,2010)根据在水分缺失条件下木炭的解剖特征确定古代遗址文化时期有干旱期(15)。佛俄里欧(Ferrioetal.,2003)等认为对植物中稳定碳同位素分析是评估环境变化及其对作物和生态系统有用的工具(16)。佛俄里欧(Ferrioetal.,2006)等为了重建当地范围内、高空间分辨率古气候,特别是关于半干旱地区可用水量的变化,他们用从考古遗址出土的木炭碳同位素组成(δ13C)量化过去可用水量的变化。采用这个办法重建了伊比利亚半岛东北部EbroDepression过去四千年来干旱变化。结果表明木炭中的(δ13C)能补充和量化古气候信息,有效地评估气候变化(17)。与此同时,一些学者研究考古遗址木炭遗存如何反映人们利用木材资源的方式。如1992年,沙克尔顿和普林斯(ShackletonandPrins,1992)依据“最省力原则”试图解释考古遗址木炭组合,这种研究方法的好处是用民族学中木材利用方面的知识确定过去最可能的木材利用方式(18)。2000年,谢尔·外波特(Scheel-Ybert,2000)对全新世晚期的6个贝丘遗址中的木炭进行研究表明,古人类随机采集死树木材作为燃料(19)。2004年,罗德里格斯(Rodríguez,2004)对遗址中出土木炭进行研究表明,古人类利用遗址周围环境中的四种木材。由于过去与现代遗址周围植物群落有相同的分布和特征,再考虑到现代植物资源分布,由此推测古代人类可能在0~6公里内获得木本植物资源,在遗址周围资源缺乏时,也可能扩大到10~12公里半径范围内取材(20)。2009年,马斯顿(Marston,2009)用现在隶属土耳其的安纳托利亚(Anatolia)中部戈尔迪翁(Gordion)考古遗址的考古和生态资料数据,测试人类生态学领域模型中有关期望。研究表明,戈尔迪翁居民选择当地树木种类用于燃料,而选择遥远的特定的树木种类用于建筑。研究还表明,行为生态学模型可以帮助弄清过去人类利用木材战略,进一步理解考古遗址木炭遗存所反映的木材利用信息(21)。一些学者利用木炭分析研究与人类食用有关的树种的起源及发展。如飞古俄拉尔等(FigueiralandMosbrugger,2000)认为在罗马时期以前板栗就存在,公元5世纪,核桃栽培种由东往西引种(22)。泰拉尔(TerralandArnold,1996)等对木炭形态分析表明野生和栽培的橄榄树无论是木材还是木炭在量化的解剖特征上存在差异。多元统计分析表明树轮宽度和导管数量是区分野生和栽培的橄榄树的关键。而且,野生橄榄树的生物气候环境可以通过导管密度来区分。对瓦伦西亚和阿利坎特考古遗址出土的橄榄树木炭研究表明从新石器时代到古罗马时期干旱程度不断增加。这种模式或许反映了地中海气候和人类砍伐森林的开始。来自新石器时代早期栽培的橄榄树木炭研究表明橄榄树是地中海最早栽培的水果(23)。泰拉尔(Terral,1996)等对橄榄木的元素成分分析结合多元统计分析表明,橄榄树的野生和栽培种生物环境不同。对西班牙两个考古遗址橄榄树木炭进行分析,认为在西班牙,从新石器时代开始栽培橄榄树(24)。飞古俄拉尔等(Figueiraletal.,2010)对法国一个遗址井里出土的浸水木材和炭化植物材料(果实/种子/木材)进行了研究,证明了当地葡萄栽培和葡萄酒生产的重要性,同时为农业生产和果树栽培两种农业活动的存在提供了证据(25)。一些学者利用木炭的空间分布理解古代人类对遗址空间的利用,以及对活动区域空间结构的解释。在Petzkes洞的淀粉和木炭遗存是过去人类使用遗址的空间分布格局的很好的体现。淀粉和木炭两种植物遗存是研究在Petzkes洞生活的古代人类活动区域空间格局的一种有用的方法(26)。一些学者通过木炭分析鉴定某些树种来推断遗址的功能甚至遗址的存在。譬如,中美洲的一些遗址中发掘出玛雅坚果Ramón(Brosimumalicastrum)树木的木炭,这是古代玛雅人经常利用的一种植物,因为这种植物是有意种植的,所以至今还生长在这些遗址内和遗址周围。这种树木除了被认为是遗址的植被标志外,还被认为是一种文化标志(27)。最近有些学者研究古代人类对土地的利用情况。如莫里森(Morrison,1994)对印度Karnataka南部水库中的一个钻芯的小块木炭进行量化分析发现,小块木炭的最大数量与考古资料提供的土地利用情况和遗址的居住史一致(28)。巴尔(Baletal.,2010)利用木炭分析和考古分析相结合的方法重建FrenchPyrenees一座山的斜坡上的新石器时期与农畜牧有关的植被史(29)。总之,从20世纪末至今,木炭分析工作广泛开展,尽管木炭分析有一些局限性,如遗址中没有用来鉴定的木炭;不同的种类有相似的解剖构造;木炭保存条件差,影响观察(30),不同的埋藏途径(31)等。但是,在过去25年中木炭分析已经取得了不少的研究成果,木炭分析已经成为第四纪和第三纪环境研究中一种有用的研究工具,同时也是探索人类与过去环境的关系和提取人类利用木材信息的研究工具。在中国,1954年,谷安根通过长白山天然古木炭进行初步解剖观察为红松(32)。然而,考古遗址木炭分析起步较晚,开始于20世纪末。1998年,景雷等对曾侯乙墓木椁顶部和木椁四周与坑壁空隙之间所填木炭进行了鉴定(33)。2002年,崔海亭等利用木炭分析复原原敖汉旗大甸子和哈力海吐两处夏家店下层文化遗址青铜时代的植被(34),同年,王树芝等利用雕龙碑遗址房屋建筑出土木炭碎块,推测了古代人类对木材的利用,并利用特有树种杜仲定量分析了遗址周围的气候和环境(35),还是在同一年,张立非等对印山越王陵墓室中一块木炭进行了鉴定(36)。2003年,王树芝从木炭在考古学研究中的可行性、取样方法、鉴定方法和研究实例几部分系统阐述了木炭分析在考古学研究中的应用,发表在《江汉考古》2003年第1期(37)。2004年,王树芝等利用木炭分析,复原了内蒙古赤峰市大山前第一地点夏家店下层文化的植被和生态环境(38)。2005年,王树芝等利用山东聊城教场铺遗址出土木炭分析对古代人类利用木本植物进行了初步分析(39)。2006年,张芸等利用新疆吉木萨尔县小西沟文化层的木炭和孢粉进行分析,研究天山北坡晚全新世云杉林线变化和古环境特征(40)。2007年,王树芝等对河南登封王城岗(41)、河南偃师二里头遗址(42)、安徽蒙城尉迟寺遗址(43)出土木炭进行研究,分析了当时遗址周围的植被特点、气候以及木材利用情况。二、中国木材分析的学术渊源无论在国际还是在国内,考古遗址干木材与浸水木材分析没有明显的发展阶段。见到最早报道有关考古遗址浸水木材和干木材分析的国家是日本。早在1936年和1939年,奥纳卡(Onaka1936;1939)就对历史时期墓葬出土的木器材质进行分析(44)、(45)。经过多年的研究,把出土木器信息如编号、分类、构件、树种名、拉丁名、样品数、时代、遗迹名、遗迹出土省份等输入计算机获得树种和木器统计学上的关系,并于1988年出版了关于历史遗址木材分析的书籍(46)。1945年,利克特(Record,1945)鉴定了殖民时期的巴布达(Barbuda)一个塔上的两块干木材,明确了木材的来源不是来自本地,而是来自别的地方(47)。2005年,揣帕帝(Tripatietal.,2005)等对印度果阿海岸下游失事船只木材分析鉴定,分析了造船业对木材的利用,认为不同地区用不同种木材制造船只,不同种木材用于制造不同类型的船(48)。2010年,爱利维塔(Allevatoetal.,2010)对意大利Neapolis港遗址3个失事船只部件木材进行了全面的分析,认为造船对木材有严格的选择,而且,不同的部件选择的木材种类也不同(49)。2008年,卡泊利帝(Caprettietal.,2008)等对意大利那不勒斯罗马时代三个保存完好的失事船只进行了树种鉴定、木材物理、化学性质的研究,为探索失事船只的保护奠定了基础(50)。2007年,那石拉(Noshiro,etal.,2007)等通过对日本出土漆树木材的鉴定,分析了漆树的重要性,认为生长在日本中部到本州北部的漆树是同其他植物一起由中国引入日本,引入的目的不仅仅是为了采集漆料,由于漆树耐久性强,因此常常被用于淹水条件下的建筑材料(51)。近些年,考古木材分析主要是探索过去木材生产利用信息、木本资源、树木砍伐和土地利用情况,甚至通过对腐烂木材的研究确定木材的实用性、耐腐性和过去的环境条件(52)。在我国,虽然木炭分析起步较晚,但是考古遗址干木材与浸水木材分析却开始的很早,几乎与国际同步。这完全得益于考古前辈夏鼐先生对古植被、生态环境及其对人类文化的影响的重视(53)。夏鼐先生把他采集的甘肃敦煌西汉时期的简牍残片、棺木接榫、甘肃武威唐朝时期的马鞍,石璋如采集河南安阳殷商时期的铜矛木柄,郭宝钧采集河南浚县辛村西周时期的銎戟柄、轭木、河南汲县山彪镇东周时期的铰链残木、周王戈秘等珍贵研究材料送给何天相先生进行研究。何天相先生对考古遗址木材进行了科学鉴定后,1948年和1951年,就鉴定结果分别以裸子植物类:中国之古木(一)和双子叶植物类:中国之古木(二)分别发表在Quart.Journ.TaiwanMus.和《中国考古学报》上(54)、(55)。文中强调古木鉴定有三个意义:可知前人以使用目的而选材,略明各木之天然耐久性,及旁助植物之地理分布记录。在此之后,一些学者陆续发表了有关古代木材分析的文章。多数研究是对葬具材质和船舶材质和漆木器的鉴定。对葬具材质进行鉴定的墓葬有四川成都洪家包西汉木椁墓(56)、湖南长沙马