木炭碎块分析的原理、取样及研究方法

作者: 历史  发布:2019-10-21

木炭学(anthracology)即木炭分析(charcoal analysis),可以提供古代人类利用木材的信息,探索遗址的居民与自然界植物的相互关系;很好地重建地域性木本植物,重建古环境和古气候。考古木炭的鉴定从20世纪末才开始,尽管木炭研究有一些局限性,如遗址中没有用来鉴定的木炭;不同的种有相似的解剖构造,不能鉴定;木炭保存条件差,影响观察等。但是,在过去25年中已经取得了不少的研究成果,已经成为第四纪和第三纪环境研究中的一种有利的研究工具。然而,能否得到比较理想的、对考古文化的研究和古环境的研究有意义的试验结果,除了与木炭本身的保存状况外,很大程度上取决于田野发掘中的取样方法和试验室的研究工作,在这里有必要对木炭碎块分析的原理、木炭碎块的取样方法简单介绍,以便考古工作者在田野发掘中取到理想的样本,更好地满足试验室研究的要求,实现我们共同的研究目的。一、木炭碎块分析的原理我们知道,植物含有丰富的有机物质,当植物死亡后,土壤中的细菌、放线菌和真菌等微生物分解植物残体,使植物腐烂。但是,植物在一些不寻常的环境中,植物残体能够保存。如土壤非常干燥,没有足够的水分满足微生物的生长,或者在含水较多的沼泽地带,由于缺少氧气,微生物也不能生长。尤其是植物炭化后,几乎能完全阻止化学方面和生物方面的作用,能被长期保存下来,而且其结构特征也能清楚地保存下来。另外,植物是由根、茎、叶、花、果实、种子六大器官组成的,在这些器官的炭化植物遗骸中木炭碎块往往占的比例较大,有时体积较大,在考古发掘中很易发现,也易采集。不同种属的木炭碎块,在三个面上的宏观构造和微观构造不同,与现代种属三个面上的宏观构造和微观构造进行比较,从而确定树木的种属。因此,利用木炭碎块构造进行植物种属的鉴定是可行的。不同的树木要求不同的生态因子,而这些生态因子中起主导作用的是温度和湿度,尤其是一些特有种,能定量恢复其分布区的生态环境,这是确定人类遗址周围的古植被和古气候的基础;不同的树木,由于木材的特性不同,它们各自的用途也不同,这是研究古代人类如何利用木材的基础。二、木炭碎块的取样方法和分析取样方法现在木炭鉴定到属甚至到种的水平是可能的,但是,如果不与考古遗址的位置联系,也无任何意义。比如灰坑中的一块木炭虽然已经鉴定,但是不与当时的文化联系就不能提供任何重要信息,相反,取自灶旁的木炭可说明哪种树种用于薪炭,来自被烧的建筑物的木炭,指示木材用于建筑。考古学家通常假设遗址中大多数木炭是由于人类活动的结果,不同文化层灰坑里的木炭数量可以判断古人类的相对活动,木炭的体积和重量的量化能够用来解释人类利用木材的强度和文化意义。由此,与发掘位置相联系是非常重要的,能提供许多信息。因此,要求在取样过程中,必须记好取样记录。木炭树种的鉴定需要的木炭量很少,由样本的坚硬程度而定,一般来说,比较硬的木炭碎块只需1~2块4毫米以上就可以,但是木炭体积越大越好,越坚硬越好。如果木炭特别松软,结构易破坏,就不能切出结构清晰的切片,影响鉴定效果。木炭的量越多越好,只有每层有大量的木炭碎块才能有代表性,统计上才行的通。到目前为止一般有三种取样方法:水平取样、垂直剖面取样和针对性取样。1水平取样采用网格式取样,即人为划定一个堆积范围内打出网格系统地采集样本,土样阴干后,用4毫米孔径的筛子筛,采集上面的木炭,下面的木炭用浮选法获得。为了减少工作量,可以在网格中再按照“Z”字型取样。此外,在每个文化层中只要发现木炭,就采集。2 垂直剖面取样垂直剖面取样是沿着遗址剖面或自然剖面从顶部进行垂直剖面取样。每份样本从2米长,50厘米宽,10厘米深的土中获取。土样阴干后,用4毫米孔径的筛子筛,采集上面的木炭,下面的木炭用浮选法获得。这种方法一般适用于树种具有多样性的考古遗址,或以研究森林火灾,森林干扰、植被变化为目的的研究地区的自然剖面的取样。3 针对性取样针对性取样是为了便于更精确地了解古代居民是如何利用木材的,根据以往的发掘经验,有针对地取样。比如在房址中每间房子的四个墙角、房子的中央、柱础、灶坑、灰坑等有可能出现木炭的地方进行取样,并作好样本登记工作。值得指出的是这三种方法不是孤立的,在一个研究中有可能会用到某两种甚至三种方法,如:水平取样和针对性取样经常结合在一起进行。再比如,在研究青铜矿遗址古代居民对森林的砍伐破坏,重建植被变化时,在遗址内采用针对性取样,在自然土壤剖面采用垂直剖面取样。具体用那种采样方法,要依据遗址的特点、发掘的规模、木炭的埋藏特点和研究的目的而定。取样时首先用木质工具把炭化材料周围的土挖走,不能用金属工具,以防把木炭弄碎,然后再轻轻地捡起炭化材料,再把炭化材料表面的土用毛笔轻轻掸去。由于木炭碎块容易碎,取样时一定要小心,尤其木炭湿时更要如此。用一张具有吸水性能、柔软的纸把木炭包裹起来,然后放到能通气的纸盒里,把纸盒放在尽可能干燥的地方,使其慢慢地干燥,应避开热源,最好不要放在塑料袋或密封的容器中。如果木炭出自不同的位置,即使离的很近,也应该分别取样和保存,如果知道某些木炭碎块来自同一块炭化材料,就把这些木炭碎块放在一起采集,因为知道这些木炭碎块是否是一个大块的材料碎成小块是很重要的,因此在记录时要登记最初的木炭碎块数。要尽可能多地提供有关木炭的信息,便于以后的研究分析。如果木炭有很多年轮,可以把木炭样本用棉花包裹起来,千万不能把木炭弄碎,既可以鉴定树种又可以用于树轮年代学研究。如果大的木桩、树干或原木被发现,要照相,测量直径和高度,取2-3厘米厚的圆盘,用于树轮年代学研究,取2×2×4厘米的小块用于树种鉴定,取样后,记录其在探方中的位置,不同的地层和文化时期。需要强调的是,因为有些乔木和大部分的灌木还没有树种的构造照片,有时遗址中的木炭不能鉴定,但是,如果在遗址取样的同时,采集遗址附近的现代乔木和灌木的样本一块鉴定,可以增加鉴定的可能性。分析方法将采集的4毫米以上的炭化碎块样本做横向、径向、弦向三个方向切片,先在体式显微镜下观察、记载木材特征,与《中国木材志》上有关现代木材样本的描述和照片进行比较,然后将构造特征明显的炭化碎块样本粘在铝质样品台上,干燥后,样品表面镀金,在日立S-530扫描电子显微镜下进行拍照。4毫米以上的木炭全部进行分析鉴定,采用量化形式即木炭的重量和木炭的块数,或者采用质量的形式即采用某个树种存在或者不存在记录试验结果。有些遗址如热带地区的贝丘遗址,最好不要用重量的方法,因为,热带地区的木材密度变化范围大,根据重量估计生物量会造成很大的偏差。另外,贝丘遗址的木炭炭化程度高,提高了样本的重量。有些人喜欢用量化形式记录研究结果,认为遗址中分散的木炭是人类长期活动的结果,用于地域性古生态重建。集中的木炭,如灶坑、灰坑是人类短期的活动结果,反映了古代人类对植被的利用。而有些人喜欢用质量的形式记录研究结果,不论用哪种方法,遗址中的木炭,都是人类活动的结果,总是在某种程度上反映了古代人类对植被的利用。以上从木炭碎块分析的原理、采样方法、实验室的研究方法进行了简单阐述。由于木炭分析刚刚开始在我国考古学研究中运用,在采样方法和结果的分析方法上还不太成熟,在实践当中需要进一步完善,希望今后多与考古专家共同切磋,争取找到适合我国考古特点的木炭研究方法。毫无疑问,随着这种技术在考古实践中的不断运用,会寻找更多有关古人类利用植物的信息和古环境和古气候信息,还可以在研究森林火灾历史、古人类对森林的砍伐活动、对森林的干扰和植被变化历史中发挥作用。

注 释

[1] Scheel-Ybert, R. Man and vegetation in Southeastern Brazil during the Late Holocene, Journal of Archaeological Science 28, 2001[2] Scheel-Ybert, R.. Vegetation stability in the Southeastern Brazilian coastal area from 5500 to 1400 14 C yr BP deduced from charcoal analysis, Review of Palaeobotany and Palynology 111, 2000[3] Figueriral, I., osbrugger, V.. A review of charcoal analysis as a tool for assessing Quaternary and Tertiary environments: achievements and limits, Palaeogeography, palaeoclimatology, Palaeoecology 164, 2000[4] Handbook of Archaeological Sciences. Edited by D. R. Brothwell and A.M. Pollard. John Wiley and sons, LTD,2001, pp396[5] Conservation annual for the Field Archaeologist, Archaeological Rresearch Tools,4,1987,pp63 [6] Sutton, M. Q., Arkush, B. S.. Archaeological Laboratory Methods, An Introduction. Kendail / Hunt Publishing, 1996, pp260[7] 王树芝:《木炭在考古学研究中的应用》,《江汉考古》2003年第1期。

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