木材分析在考古學(xué)中的應(yīng)用

木材分析在考古學(xué)中的應(yīng)用

人類與樹木密切相關(guān)，社會文明的發(fā)展與樹木密切相關(guān)。遠古的先民,由于生產(chǎn)力水平低下,他們的衣食住行多數(shù)仰仗于森林的無私貢獻。如古代先民“構(gòu)木為巢”、“食禽獸之肉,采樹木之食”、“晝食橡栗,暮棲木上”、“鉆木取火”、“民不知衣服,夏多積薪,冬則煬之”、“弦木為弧,削木為矢”、“斷木為杵”、“斫木為耜,揉木為耒”。這些說法,都反映了人類對樹木的利用情況。隨著生產(chǎn)力水平的逐步提高,社會文明的不斷進步,木材仍然是人類利用的資源。如“黃帝、堯、舜……刳木為舟,剡木為楫”、再如我國古代北方地區(qū)的火燒木骨泥墻式建筑,南方地區(qū)的干欄式建筑、水利建設(shè)中的木井、棺槨葬具、炊煮和制陶及冶金的能源、木雕、車馬器、各種漆木器、記載文字的木簡和竹簡、日常生活用具、漆、松脂、桐油、香料等木材副產(chǎn)品都取材于樹木。正是由于人類對樹木的依賴,有意無意中把木材帶入遺址,經(jīng)過各種實踐活動使這些木材經(jīng)過了不完全燃燒形成木炭或保存在干燥、含水較多的極端環(huán)境中,因此考古發(fā)掘中經(jīng)常出土三類木材,包括木炭、浸水木材和干木材(圖一、圖二和圖三)。下面就分別介紹木炭分析簡史、干木材與浸水木材分析簡史。一、考古遺址木馬分析的研究進展木炭是木材經(jīng)過不完全燃燒,或者在隔絕空氣的條件下熱解,所殘留的深褐色或黑色多孔固體燃料。木炭學(xué)(anthracology)或木炭分析(charcoalanalysis)是以木炭遺存為研究對象的植物考古學(xué)的一門分支學(xué)科。利用木炭分析闡述生態(tài)學(xué)意義的研究開始于20世紀(jì)40年代,但對木炭重建史前植被的準(zhǔn)確性存有爭議。1940年,英國的索爾茲伯里和簡(SalisburyandJane,1940)分析報道了Maiden城堡出土的古木炭。這是首次以出土木炭為依據(jù),詳細解釋生態(tài)問題,并認為每個樹種的出土頻率或許與史前該樹種在林地植被中所占比例一致(1)。而在1941年,戈德溫與坦斯利(GodwinandTansley,1941)通過對史前木炭進行研究,認為植物區(qū)系結(jié)構(gòu)、樹木生理和人們對木材的選擇決定樹種的可用性和木炭出現(xiàn)頻率,還強調(diào)木材燃點對不同種木炭出現(xiàn)頻率也有影響(2)。上世紀(jì)60年代,由于反射光顯微鏡的利用,木炭分析不再需要費時的石蠟包埋法進行處理,用手或雙面刀片就可以獲得能夠用于樹種鑒定的木材的三個切面,因此,木炭分析的效率大大提高(Westernetal.,1963;Western,1971)(3)、(4)。1961年,法國植物學(xué)家散塔(Santa,1961)把木炭分析應(yīng)用到北非地區(qū)的古生態(tài)學(xué)研究中,他提出了一種重建植被的定性方法。他的理論根據(jù)是:植物群落是指生活在同一區(qū)域內(nèi)相互作用的不同物種的集合,無論是現(xiàn)在還是過去,一群同樣的物種組成相同的植物區(qū)系。他第一次提出“保存概率”的概念和利用木炭遺存復(fù)原樹木種群的可能性。目的是從植被調(diào)查中排除那些或者由于熱值低,古代人類很少采集,或者由于木材小考古遺址中很少保存的種類,其余的種類根據(jù)生態(tài)狀況(如先鋒樹種、優(yōu)勢樹種、頂級樹種和次生樹種)分成不同的植被類型,這些植被類型的形成有助于過去植被的重建(5)。1968年,法國木材解剖學(xué)家扣沃特(Couvert,1968)在其有關(guān)木炭分析方法的論文中強調(diào)木炭資料重建的古代植被具有與史前遺址同時性的特點,與孢粉資料相比,木炭通?？梢蕴峁└唧w的植被組合(6)。1976年,扣沃特(Couvert,1976)又發(fā)表了對阿爾及利亞的一個距今六千年遺址中的木炭分析結(jié)果。試圖基于林地和起伏地勢的現(xiàn)代降雨量,重建過去植被的空間分布。其目的是重建植被富集區(qū),估測古代人類為了采集木材所需要行走的距離,從而重建他們的行走路徑(7)。1974年,威爾科克斯(Willcox,1974)通過比較考古遺址木炭種屬組合與現(xiàn)代林地種屬組合解釋選擇性采伐或大規(guī)模毀林造成的景觀差異(8)。上世紀(jì)80年代初期,對考古遺址木炭分析開始增多起來。但是,木炭分析仍然缺乏相對較好的研究方法。因此,在80年代和90年代,在韋爾內(nèi)(Verne)領(lǐng)引下,于蒙彼利埃(Montpellier)進行了系統(tǒng)研究(FigueiralandWillcox,1999)(9)。查巴爾(Chabal,1997)首次運用了考古遺址木炭量化分析方法和途徑,使木炭組合具有古生態(tài)代表性。要求考古遺址木炭必需滿足三個必要條件:1.木炭樣品應(yīng)來自于家庭燃材(即使零星的非家庭燃材,也應(yīng)該提供類似的可靠數(shù)據(jù))。2.木炭須是人類長期活動的結(jié)果,具有環(huán)境代表性。即考古文化層中分散的木炭。特殊遺跡單元(如壁爐、窯或其他結(jié)構(gòu))的木炭,雖能提供有趣的信息,但對整個環(huán)境沒有代表性,因此,最基本的是區(qū)分兩類遺存的木炭。3.最少從考古文化層中取大于4毫米或2毫米的250~400塊木炭。木炭組合的代表性不僅需要考古遺址木炭滿足三個必要條件,而且還要考慮以下三個方面:1.樹種概率應(yīng)該在整個遺址中同一時期的文化層中是可重復(fù)的。如果一個樣品,不知什么原因,不符合這一條件,它必須從研究中排除。2.無論是短暫的居址還是長期靜止的居址,木炭樣品在種屬上應(yīng)是多樣的。3.樹種概率要與現(xiàn)代生態(tài)的樹種(包括優(yōu)勢種和附屬種)具有一致性。木炭圖式與其他圖式在時間或空間上一致,即使結(jié)果與現(xiàn)在生態(tài)不完全相似,但在林地機制研究方面也有重要意義(10)。至此利用木炭遺存解釋古生態(tài)的方法已經(jīng)建立?？脊拍咎糠治鲈诳脊胚z址中具有重要作用。通過考古木炭分析重建植被史。對從舊石器晚期到中世紀(jì)的法國南部、西班牙和葡萄牙等歐洲西部考古遺址出土的木炭研究,已經(jīng)鑒定了120多個種屬。在法國南部,利用木炭研究獲得了從更新世晚期以來的植被情況。從獲得的數(shù)據(jù)表明,舊石器時代晚期是以刺柏和樟子松為特征的草原植被類型,由于更溫和濕潤的氣候條件,草原植被類型被落葉林代替。隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的采用和新石器定居生活,落葉林又被更喜熱的成分所代替。從銅器時代,尤其從鐵器時代人類對植被的影響開始大大增加(11)。通過考古木炭分析重建環(huán)境和古氣候。在古環(huán)境研究中,對遺址中的木炭研究已經(jīng)確定了一系列植物生境,即生物的個體、種群或群落生活地域的環(huán)境。如對伊比利亞半島舊石器時代晚期到中世紀(jì)的木炭研究,已經(jīng)確定了一系列植物生境。對西班牙北部的蘭西坎增布利安山區(qū)的更新世/全新世過渡期木炭研究,該地區(qū)有豐富多樣的木本植物。斜坡生長刺柏和白樺,而山谷生長有茂密的闊葉植物,豆類生長在高地。對靠近地中海的加泰羅尼亞青銅器時代的木炭研究表明,古人類對頂極森林的利用后,喜熱的地中海物種蔓延,如黃連木、鼠李、地中海松等。再往南,喜陽物種占優(yōu)勢,這一點尤其體現(xiàn)在青銅器時代以及后來的遺址中。在Andaluzia,從全新世開始,由常綠落葉樹種組成的地中海林地擴大,如高山榕、油橄欖、栓皮櫟、楊梅。從新石器時代晚期,由于人類的影響以地中海松、黃連木組成的植被為特點,這一點尤其體現(xiàn)在青銅器時代以及后來的遺址中。人類活動的結(jié)果也明顯表現(xiàn)在地中海松和開放灌叢取代新石器時代常綠落葉櫟林(12)?？拷笪餮蟮貐^(qū),如葡萄牙,最近的研究已經(jīng)確定了在末次冰期地中海植物的棲息地和從新石器時代晚期起最北端的地區(qū)的植被變化(13)。這些結(jié)果表明了人類利用頂極植被落葉和常綠種混交林后,豆科廣泛蔓延。謝爾-外波特(Scheel-Ybert)對全新世晚期的6個貝丘遺址中的紅樹林木炭圖式進行研究表明,在德爾加杜角弗里烏至少有兩次干旱事件(14)。馬肯南豆(Marconetto,2010)根據(jù)在水分缺失條件下木炭的解剖特征確定古代遺址文化時期有干旱期(15)。佛俄里歐(Ferrioetal.,2003)等認為對植物中穩(wěn)定碳同位素分析是評估環(huán)境變化及其對作物和生態(tài)系統(tǒng)有用的工具(16)。佛俄里歐(Ferrioetal.,2006)等為了重建當(dāng)?shù)胤秶鷥?nèi)、高空間分辨率古氣候,特別是關(guān)于半干旱地區(qū)可用水量的變化,他們用從考古遺址出土的木炭碳同位素組成(δ13C)量化過去可用水量的變化。采用這個辦法重建了伊比利亞半島東北部EbroDepression過去四千年來干旱變化。結(jié)果表明木炭中的(δ13C)能補充和量化古氣候信息,有效地評估氣候變化(17)。與此同時,一些學(xué)者研究考古遺址木炭遺存如何反映人們利用木材資源的方式。如1992年,沙克爾頓和普林斯(ShackletonandPrins,1992)依據(jù)“最省力原則”試圖解釋考古遺址木炭組合,這種研究方法的好處是用民族學(xué)中木材利用方面的知識確定過去最可能的木材利用方式(18)。2000年,謝爾·外波特(Scheel-Ybert,2000)對全新世晚期的6個貝丘遺址中的木炭進行研究表明,古人類隨機采集死樹木材作為燃料(19)。2004年,羅德里格斯(Rodríguez,2004)對遺址中出土木炭進行研究表明,古人類利用遺址周圍環(huán)境中的四種木材。由于過去與現(xiàn)代遺址周圍植物群落有相同的分布和特征,再考慮到現(xiàn)代植物資源分布,由此推測古代人類可能在0~6公里內(nèi)獲得木本植物資源,在遺址周圍資源缺乏時,也可能擴大到10~12公里半徑范圍內(nèi)取材(20)。2009年,馬斯頓(Marston,2009)用現(xiàn)在隸屬土耳其的安納托利亞(Anatolia)中部戈爾迪翁(Gordion)考古遺址的考古和生態(tài)資料數(shù)據(jù),測試人類生態(tài)學(xué)領(lǐng)域模型中有關(guān)期望。研究表明,戈爾迪翁居民選擇當(dāng)?shù)貥淠痉N類用于燃料,而選擇遙遠的特定的樹木種類用于建筑。研究還表明,行為生態(tài)學(xué)模型可以幫助弄清過去人類利用木材戰(zhàn)略,進一步理解考古遺址木炭遺存所反映的木材利用信息(21)。一些學(xué)者利用木炭分析研究與人類食用有關(guān)的樹種的起源及發(fā)展。如飛古俄拉爾等(FigueiralandMosbrugger,2000)認為在羅馬時期以前板栗就存在,公元5世紀(jì),核桃栽培種由東往西引種(22)。泰拉爾(TerralandArnold,1996)等對木炭形態(tài)分析表明野生和栽培的橄欖樹無論是木材還是木炭在量化的解剖特征上存在差異。多元統(tǒng)計分析表明樹輪寬度和導(dǎo)管數(shù)量是區(qū)分野生和栽培的橄欖樹的關(guān)鍵。而且,野生橄欖樹的生物氣候環(huán)境可以通過導(dǎo)管密度來區(qū)分。對瓦倫西亞和阿利坎特考古遺址出土的橄欖樹木炭研究表明從新石器時代到古羅馬時期干旱程度不斷增加。這種模式或許反映了地中海氣候和人類砍伐森林的開始。來自新石器時代早期栽培的橄欖樹木炭研究表明橄欖樹是地中海最早栽培的水果(23)。泰拉爾(Terral,1996)等對橄欖木的元素成分分析結(jié)合多元統(tǒng)計分析表明,橄欖樹的野生和栽培種生物環(huán)境不同。對西班牙兩個考古遺址橄欖樹木炭進行分析,認為在西班牙,從新石器時代開始栽培橄欖樹(24)。飛古俄拉爾等(Figueiraletal.,2010)對法國一個遺址井里出土的浸水木材和炭化植物材料(果實/種子/木材)進行了研究,證明了當(dāng)?shù)仄咸言耘嗪推咸丫粕a(chǎn)的重要性,同時為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和果樹栽培兩種農(nóng)業(yè)活動的存在提供了證據(jù)(25)。一些學(xué)者利用木炭的空間分布理解古代人類對遺址空間的利用,以及對活動區(qū)域空間結(jié)構(gòu)的解釋。在Petzkes洞的淀粉和木炭遺存是過去人類使用遺址的空間分布格局的很好的體現(xiàn)。淀粉和木炭兩種植物遺存是研究在Petzkes洞生活的古代人類活動區(qū)域空間格局的一種有用的方法(26)。一些學(xué)者通過木炭分析鑒定某些樹種來推斷遺址的功能甚至遺址的存在。譬如,中美洲的一些遺址中發(fā)掘出瑪雅堅果Ramón(Brosimumalicastrum)樹木的木炭,這是古代瑪雅人經(jīng)常利用的一種植物,因為這種植物是有意種植的,所以至今還生長在這些遺址內(nèi)和遺址周圍。這種樹木除了被認為是遺址的植被標(biāo)志外,還被認為是一種文化標(biāo)志(27)。最近有些學(xué)者研究古代人類對土地的利用情況。如莫里森(Morrison,1994)對印度Karnataka南部水庫中的一個鉆芯的小塊木炭進行量化分析發(fā)現(xiàn),小塊木炭的最大數(shù)量與考古資料提供的土地利用情況和遺址的居住史一致(28)。巴爾(Baletal.,2010)利用木炭分析和考古分析相結(jié)合的方法重建FrenchPyrenees一座山的斜坡上的新石器時期與農(nóng)畜牧有關(guān)的植被史(29)?？傊?從20世紀(jì)末至今,木炭分析工作廣泛開展,盡管木炭分析有一些局限性,如遺址中沒有用來鑒定的木炭;不同的種類有相似的解剖構(gòu)造;木炭保存條件差,影響觀察(30),不同的埋藏途徑(31)等。但是,在過去25年中木炭分析已經(jīng)取得了不少的研究成果,木炭分析已經(jīng)成為第四紀(jì)和第三紀(jì)環(huán)境研究中一種有用的研究工具,同時也是探索人類與過去環(huán)境的關(guān)系和提取人類利用木材信息的研究工具。在中國,1954年,谷安根通過長白山天然古木炭進行初步解剖觀察為紅松(32)。然而,考古遺址木炭分析起步較晚,開始于20世紀(jì)末。1998年,景雷等對曾侯乙墓木槨頂部和木槨四周與坑壁空隙之間所填木炭進行了鑒定(33)。2002年,崔海亭等利用木炭分析復(fù)原原敖漢旗大甸子和哈力海吐兩處夏家店下層文化遺址青銅時代的植被(34),同年,王樹芝等利用雕龍碑遺址房屋建筑出土木炭碎塊,推測了古代人類對木材的利用,并利用特有樹種杜仲定量分析了遺址周圍的氣候和環(huán)境(35),還是在同一年,張立非等對印山越王陵墓室中一塊木炭進行了鑒定(36)。2003年,王樹芝從木炭在考古學(xué)研究中的可行性、取樣方法、鑒定方法和研究實例幾部分系統(tǒng)闡述了木炭分析在考古學(xué)研究中的應(yīng)用,發(fā)表在《江漢考古》2003年第1期(37)。2004年,王樹芝等利用木炭分析,復(fù)原了內(nèi)蒙古赤峰市大山前第一地點夏家店下層文化的植被和生態(tài)環(huán)境(38)。2005年,王樹芝等利用山東聊城教場鋪遺址出土木炭分析對古代人類利用木本植物進行了初步分析(39)。2006年,張蕓等利用新疆吉木薩爾縣小西溝文化層的木炭和孢粉進行分析,研究天山北坡晚全新世云杉林線變化和古環(huán)境特征(40)。2007年,王樹芝等對河南登封王城崗(41)、河南偃師二里頭遺址(42)、安徽蒙城尉遲寺遺址(43)出土木炭進行研究,分析了當(dāng)時遺址周圍的植被特點、氣候以及木材利用情況。二、中國木材分析的學(xué)術(shù)淵源無論在國際還是在國內(nèi),考古遺址干木材與浸水木材分析沒有明顯的發(fā)展階段。見到最早報道有關(guān)考古遺址浸水木材和干木材分析的國家是日本。早在1936年和1939年,奧納卡(Onaka1936;1939)就對歷史時期墓葬出土的木器材質(zhì)進行分析(44)、(45)。經(jīng)過多年的研究,把出土木器信息如編號、分類、構(gòu)件、樹種名、拉丁名、樣品數(shù)、時代、遺跡名、遺跡出土省份等輸入計算機獲得樹種和木器統(tǒng)計學(xué)上的關(guān)系,并于1988年出版了關(guān)于歷史遺址木材分析的書籍(46)。1945年,利克特(Record,1945)鑒定了殖民時期的巴布達(Barbuda)一個塔上的兩塊干木材,明確了木材的來源不是來自本地,而是來自別的地方(47)。2005年,揣帕帝(Tripatietal.,2005)等對印度果阿海岸下游失事船只木材分析鑒定,分析了造船業(yè)對木材的利用,認為不同地區(qū)用不同種木材制造船只,不同種木材用于制造不同類型的船(48)。2010年,愛利維塔(Allevatoetal.,2010)對意大利Neapolis港遺址3個失事船只部件木材進行了全面的分析,認為造船對木材有嚴(yán)格的選擇,而且,不同的部件選擇的木材種類也不同(49)。2008年,卡泊利帝(Caprettietal.,2008)等對意大利那不勒斯羅馬時代三個保存完好的失事船只進行了樹種鑒定、木材物理、化學(xué)性質(zhì)的研究,為探索失事船只的保護奠定了基礎(chǔ)(50)。2007年,那石拉(Noshiro,etal.,2007)等通過對日本出土漆樹木材的鑒定,分析了漆樹的重要性,認為生長在日本中部到本州北部的漆樹是同其他植物一起由中國引入日本,引入的目的不僅僅是為了采集漆料,由于漆樹耐久性強,因此常常被用于淹水條件下的建筑材料(51)。近些年,考古木材分析主要是探索過去木材生產(chǎn)利用信息、木本資源、樹木砍伐和土地利用情況,甚至通過對腐爛木材的研究確定木材的實用性、耐腐性和過去的環(huán)境條件(52)。在我國,雖然木炭分析起步較晚,但是考古遺址干木材與浸水木材分析卻開始的很早,幾乎與國際同步。這完全得益于考古前輩夏鼐先生對古植被、生態(tài)環(huán)境及其對人類文化的影響的重視(53)。夏鼐先生把他采集的甘肅敦煌西漢時期的簡牘殘片、棺木接榫、甘肅武威唐朝時期的馬鞍,石璋如采集河南安陽殷商時期的銅矛木柄,郭寶鈞采集河南浚縣辛村西周時期的銎戟柄、軛木、河南汲縣山彪鎮(zhèn)東周時期的鉸鏈殘木、周王戈秘等珍貴研究材料送給何天相先生進行研究。何天相先生對考古遺址木材進行了科學(xué)鑒定后,1948年和1951年,就鑒定結(jié)果分別以裸子植物類:中國之古木(一)和雙子葉植物類:中國之古木(二)分別發(fā)表在Quart.Journ.TaiwanMus.和《中國考古學(xué)報》上(54)、(55)。文中強調(diào)古木鑒定有三個意義:可知前人以使用目的而選材,略明各木之天然耐久性,及旁助植物之地理分布記錄。在此之后,一些學(xué)者陸續(xù)發(fā)表了有關(guān)古代木材分析的文章。多數(shù)研究是對葬具材質(zhì)和船舶材質(zhì)和漆木器的鑒定。對葬具材質(zhì)進行鑒定的墓葬有四川成都洪家包西漢木槨墓(56)、湖南長沙馬