慈利白公城遺址出土木材種屬的鑒定研究

張曉英，楊先云

(湖南省文物考古研究所，湖南長(zhǎng)沙 410003)

0 引 言

白公城遺址位于湖南省張家界市慈利縣城東1.5 km，澧水、零溪水交匯處。白公城歷史悠久，根據(jù)《資治通鑒外記》的記載，早在母系氏族公社晚期，慈利白公城就已經(jīng)是炎帝神農(nóng)氏的領(lǐng)地之一了。同時(shí)它也是湖南少有的，有正史記錄的古城。據(jù)《岳州府志·慈利縣》載：“白公城，在縣東五里，四面有門，相傳楚白公所筑。”該城始建于戰(zhàn)國時(shí)期的楚國，歷經(jīng)秦、西漢，廢棄于新莽時(shí)期。該遺址是中國國家文明中后期縣邑行政層級(jí)結(jié)構(gòu)的典范，在湘西北部地區(qū)同類型遺址中具有獨(dú)特的地位。該遺址的發(fā)掘由湖南省文物考古研究所主持，發(fā)掘時(shí)間為2015年10月至2016年4月，發(fā)掘面積達(dá)13 100 m2，其中包括84口古井，圖1為該遺址的考古發(fā)掘布方圖。

圖1 慈利白公城遺址發(fā)掘區(qū)域Fig.1 Archaeological excavation area of Baigongcheng Site in Cili County

目前已有資料證明，我國是最早發(fā)明水井的國家[1]。“井”的古字形像古井的欄桿，人們因井設(shè)市，后來就將人多的地方稱為市井。通過地下巖石的過濾，井水比河水更加干凈衛(wèi)生，成為不可或缺的生產(chǎn)生活資源。水井在人類社會(huì)發(fā)展中起著重要作用，也是反映人類文明進(jìn)程的一個(gè)側(cè)影[2-6]。

水井發(fā)明之初，井壁未經(jīng)過加固，常出現(xiàn)剝落甚至坍塌現(xiàn)象，歷史上就曾誕生過一個(gè)專門的職業(yè)——給水井底部清理淤泥[3]。白公城遺址的古井壁通過木材加固，有效減少了井壁坍塌的可能性，延長(zhǎng)了水井的使用年限。灰坑一般是垃圾坑，或者地窖、儲(chǔ)物坑之類，對(duì)于研究古人的生產(chǎn)生活有重要的價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)共鑒定了10件木質(zhì)樣品的種屬，其中1件出土于灰坑，1件出土于古井，8件來自古井井壁，樣品信息見表1，樣品出土位置見圖2。該批木質(zhì)文物已經(jīng)移交至荊州文保中心進(jìn)行脫水保護(hù)。

表1 白公城遺址鑒定木質(zhì)樣品的信息Table 1 Information of the identified wood samples from Baigongcheng Site

圖2 白公城遺址鑒定木材的出土位置Fig.2 Location of the identified wood samples from Baigongcheng Site

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

因遺址地下水位較高，古井出土的木質(zhì)樣品均呈飽水狀，實(shí)驗(yàn)通過木材含水率及其纖維素結(jié)晶度判斷木材腐朽程度，為木材的脫水保護(hù)提供一定的參考。

木材鑒定步驟：首先浸泡清洗去除表面污泥，然后將樣品處理成約1 cm×1 cm×1 cm大小的立方體。采用木材鑒定中常用的方法——徒手切片法[7-9]制作木材橫、徑、弦三切面的切片，染色脫水后，借助光學(xué)顯微鏡觀察樣品各切面顯微特征。

實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備：吉利刀片、5%番紅水溶液、酒精溶液(體積分?jǐn)?shù)分別為50%、70%、90%和無水乙醇)、載玻片、蓋玻片、烘箱、X射線衍射儀(日本理學(xué)Rigaku Ultima-IV)、蔡司偏光顯微鏡(ZISS Scope A)、攝像頭(ProgRes speed XT core 5)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 木材保存狀況

通過測(cè)量5個(gè)木材樣品烘干前后質(zhì)量變化，得到木材的平均含水率為775%。另外通過測(cè)定現(xiàn)代香椿及出土香椿樣品纖維素結(jié)晶度，判斷出土木材中纖維素的降解程度。纖維結(jié)晶度衍射譜圖見圖3。

圖3 現(xiàn)代香椿與出土香椿衍射對(duì)比圖譜Fig.3 XRD patterns of modern and unearthed Chinese toon

由現(xiàn)代與出土香椿的衍射對(duì)比圖譜可知，慈利白公城遺址出土香椿木材在2θ≈18°及2θ≈22°的兩個(gè)位置基本已無明顯峰，結(jié)晶度很低，說明樣品中纖維素大部分已經(jīng)降解，木材保存狀況較差。

2.2 木材鑒定結(jié)果

2.2.1湖南楊桐 早晚材緩變，散孔材，以單管孔及徑列復(fù)管孔為主，部分管孔鏈及管孔團(tuán)。單穿孔，管間紋孔式互列。射線組織為橫臥細(xì)胞，單列木射線為主，偶見雙列木射線，部分木射線中有樹膠填充。木射線高3～15個(gè)細(xì)胞，以6～12個(gè)為主。根據(jù)木材切片微觀特征，結(jié)合相關(guān)資料[10-13]，判斷該樹種為山茶科(Theaceae D.Don)楊桐屬(AdinandraJack.)的湖南楊桐(A.acutifoliaHand.-Mazz.)。顯微圖片見圖4。

圖4 湖南楊桐顯微構(gòu)造Fig.4 Microscopic images of A.acutifolia Hand.-Mazz.

2.2.2無患子 環(huán)孔材，早材管孔較大且多，呈卵圓形或圓形，晚材管孔小且少，均以單管孔為主。導(dǎo)管中偶見樹膠，未見侵填體。導(dǎo)管紋孔式互列，部分導(dǎo)管上可見螺紋加厚。軸向薄壁組織主要為環(huán)管狀。分隔木纖維、膠質(zhì)木纖維普遍。木射線非疊生，寬3～5個(gè)細(xì)胞，高13～29個(gè)細(xì)胞，射線組織同型單列及多列。射線-導(dǎo)管間紋孔式類似管間紋孔式。根據(jù)樣品顯微特征，結(jié)合相關(guān)參考書，判斷該樹種為無患子科(Sapindaceae Juss.)無患子屬(SapindusL.)無患子(S.mukorossiGaertn.)。樣品顯微照片見圖5。

圖5 無患子顯微構(gòu)造Fig.5 Microscopic images of S.mukorossi Gaertn.

2.2.3香椿 環(huán)孔材，管孔呈圓形及卵圓形，早材管孔大，晚材管孔小，以單管孔為主，部分為徑列復(fù)管孔，偶見管孔鏈或管孔團(tuán)。導(dǎo)管中偶見樹膠分布，單穿孔，管間紋孔式互列。軸向薄壁組織主為環(huán)管狀，射線組織以橫臥細(xì)胞為主，同時(shí)含方形細(xì)胞，方形細(xì)胞比橫臥細(xì)胞略高。木射線基本不含樹膠，以異形Ⅲ型為主，同時(shí)少量木射線為異形單列，多列木射線寬2～4個(gè)細(xì)胞，高5～17個(gè)細(xì)胞。射線-導(dǎo)管間紋孔式類似管間紋孔式，根據(jù)木材顯微特征，判斷該樣品為楝科(Meliaceae Juss.)香椿屬(Toona)香椿[Toonasinensis(A.Juss.) Roem]。樣品微觀特征見圖6。

圖6 香椿顯微構(gòu)造Fig.6 Microscopic images of Toona sinensis (A.Juss.) Roem

2.2.4冷杉 該樣品為針葉材，早晚材突變，早材管胞呈四邊形，部分呈多邊形，早材管胞壁較薄，管胞腔大。晚材管胞呈四邊形及橢圓形，管胞腔小，徑壁具緣紋孔通常1列，偶見兩列。軸向薄壁細(xì)胞極少。木射線非疊生，單列，高1～18個(gè)細(xì)胞，以1～10個(gè)為主，射線組織均為薄壁細(xì)胞，同時(shí)含少量樹膠。交叉場(chǎng)紋孔式為杉木型，射線薄壁細(xì)胞端壁明顯。通過樣品顯微特征及相關(guān)參考資料判斷該樹種為松科(Pinaceae Lindl.)冷杉屬的(AbiesMill)冷杉[Afabri(Mast.) Craib]，樣品顯微圖片見圖7。

圖7 冷杉顯微構(gòu)造Fig.7 Microscopic images of A fabri (Mast.) Craib

2.2.5潤(rùn)楠 樣品為散孔闊葉類木材，以單管孔為主，少量徑列復(fù)管孔(2～3個(gè))，偶見樹膠，軸向薄壁組織呈環(huán)管狀，少量為星散狀，導(dǎo)管主要為單穿孔，另外部分為梯狀復(fù)穿孔，導(dǎo)管上未見螺紋加厚，管間紋孔式互列。軸向薄壁組織為環(huán)管狀，少量星散狀，同時(shí)含油細(xì)胞。直立細(xì)胞比橫臥細(xì)胞高，木射線非疊生，以雙列木射線為主，同時(shí)含極少量單列木射線，多列木射線高6～26個(gè)細(xì)胞，射線組織為異形II型及Ⅲ型，射線-導(dǎo)管紋孔式為大圓形及刻橫狀，部分類似管間紋孔式。通過樣品顯微特征及相關(guān)資料判斷該樹種為樟科(Lauraceae)潤(rùn)楠屬(MachilusNees)的潤(rùn)楠(MachiluspingiiCheng ex Yang)。樣品顯微照片見圖8。

圖8 潤(rùn)楠顯微構(gòu)造Fig.8 Microscopic images of Machilus pingii Cheng ex Yang

本次鑒定的10件木材樣品的鑒定結(jié)果見表2。

表2 木質(zhì)樣品的鑒定結(jié)果Table 2 Identification results of the wood samples

3 討 論

3.1 木材保存狀況分析

含水率不僅能表征木材降解率，還在一定程度上決定木材的收縮程度[14]。現(xiàn)代木材即使是生材，含水率一般也低于100%[15]，而測(cè)定的5件出土木材平均含水率高達(dá)775%，說明纖維素出現(xiàn)了較大程度的降解。通過圖3可知，纖維素結(jié)晶度顯著降低，這是因?yàn)槟静拈L(zhǎng)期埋藏在地下，纖維素大量水解，木材內(nèi)部出現(xiàn)了很多孔隙，導(dǎo)致木材含水率增高。若仍然以飽水狀態(tài)保存，出土木材將會(huì)繼續(xù)降解，只有通過脫水處理才能盡量減緩其降解速度。

3.2 木材樹種鑒定結(jié)果

3.2.1出土木材特性 湖南楊桐也叫尖葉川楊桐，是一種常綠小喬木，常分布在海拔600～1 400 m的高山濕潤(rùn)闊葉樹林中或溪谷旁。該樹種紋理直，結(jié)構(gòu)均勻且較細(xì)，強(qiáng)度偏低，但干燥時(shí)不易開裂變形，常用作美工制品材料，房屋建筑的屋架、檁條、椽子以及家具農(nóng)具等。該樹種曾在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)未被發(fā)現(xiàn)他的可用之處，被稱為無用木[16]。本次研究中該樹種出現(xiàn)在戰(zhàn)國晚期的H37及水井J20中。

無患子是一種高可達(dá)20余米的大喬木，喜光、稍耐陰，耐旱耐寒能力強(qiáng)，壽命可長(zhǎng)達(dá)100～200年，在我國分布范圍廣，常生長(zhǎng)于海拔30～1 000 m的丘陵平原以及長(zhǎng)江流域氣候溫暖的地區(qū)。該木材干燥時(shí)易發(fā)生翹曲，耐腐蝕性也較差，但容易加工，木材用途較廣，可用于制作各種生活用品、農(nóng)具及家具等。同時(shí)不僅有較高的藥用價(jià)值，而且外果皮泡水還可代替肥皂[17]。該木材耐腐蝕性較差，從性能上來說，并不適合用于制作井壁，所以選擇無患子作為井壁材料時(shí)并未充分考慮其材料特性。在本次實(shí)驗(yàn)中，無患子僅在J20中出現(xiàn)1例，在本次鑒定樣本中占有的比例較低。

香椿主要分布在我國中部，喜溫、喜光且耐濕，高可達(dá)16 m，胸徑可長(zhǎng)達(dá)1 m，常分布在海拔1 500 m以下的丘陵或平原，生長(zhǎng)快，耐腐蝕，抗蟻性強(qiáng)，干燥容易，干縮小且干燥后尺寸穩(wěn)定，是一種優(yōu)良的木材。材色美麗，素有“中國桃花心木”的美譽(yù)。香椿由于其耐腐蝕性較強(qiáng)，因此比較適合用作井壁材料。J20的4件樣品中，有2件為香椿，在J20鑒定樣品中所占比例較高。

冷杉是一種高可達(dá)40 m的針葉類喬木，具有較強(qiáng)的耐陰及耐寒冷的特性。該類木材干燥速度快，不易翹曲，但易產(chǎn)生細(xì)裂紋，天然耐腐蝕能力較差。同時(shí)其早材管胞較大，因而較為疏松，常用在不需要高強(qiáng)度的建筑構(gòu)件上。該件樣品出現(xiàn)在J31古井中，可能是生活用材的廢棄物。本次鑒定的10件樣品中僅1件為針葉類樹種，這在一定程度上反映古代該地區(qū)針葉樹木數(shù)量較少，主要以闊葉樹木為主。

潤(rùn)楠為樟科潤(rùn)楠屬喬木，高可達(dá)40 m，適合生長(zhǎng)在溫暖濕潤(rùn)的亞熱帶地區(qū)，在海拔1 500 m以下的山谷中較為常見，樹干挺拔，出材率高，是一種用途廣泛的上等木材。干燥后尺寸穩(wěn)定，僅出現(xiàn)微小翹曲開裂現(xiàn)象，同時(shí)該木材還具有藥用價(jià)值[18]。潤(rùn)楠的木材性能優(yōu)良，用作井壁材料，說明水井的制作是當(dāng)時(shí)較為重要的一件事情。本次鑒定的10件樣品中4件為潤(rùn)楠，是所有鑒定樣品中數(shù)量最多的一類木材，且均出土于J67。該古井時(shí)代屬于戰(zhàn)國晚期至西漢，較其他古井時(shí)間稍晚。潤(rùn)楠屬于楠木的一種，由于性能優(yōu)良，常用作船具的制作原料[19]，同時(shí)作為一種身份的象征，頻繁出現(xiàn)在很多的貴族墓葬及高等級(jí)建筑中[9，20～21]。

3.2.2討論 此次鑒定的樣品中，戰(zhàn)國晚期的J20共鑒定了4件樣品，其中香椿2件，占樣本量的20%，無患子、湖南楊桐各1件，各占10%。戰(zhàn)國晚期至西漢時(shí)期的J67鑒定的4件樣品均為潤(rùn)楠，占40%。

根據(jù)《慈利縣志》(1990年版)，慈利縣在1984年森林普查時(shí)發(fā)現(xiàn)縣內(nèi)植被覆蓋率高達(dá)30.74%，境內(nèi)分布松、杉、柏、楠、樟、櫧等各類木材，植被分為針葉林、闊葉林和灌木林，與鑒定結(jié)果有一定的相似性。

從不同古井井壁用材上看，戰(zhàn)國晚期的4件樣品中含有3個(gè)樹種，木材性能差異也較大。雖然反映這個(gè)時(shí)候古人對(duì)于井壁用材并不考究，可能是就近取材，但同時(shí)也可發(fā)現(xiàn)，較耐腐蝕的香椿在戰(zhàn)國晚期的J20中使用相對(duì)較多，說明當(dāng)時(shí)古井井壁用材雖然較雜，但或許已經(jīng)是有意識(shí)地選擇性能更加合適的樹種。

戰(zhàn)國晚期至西漢的J67，古井井壁用材上特點(diǎn)突出，鑒定的4件樣品均為潤(rùn)楠，這說明古人對(duì)生活用水較為重視，古井的建造在當(dāng)時(shí)是一件比較重要的事情。在陜西漢代木橋遺址[22]及咸陽沙河古橋遺址[23]也都使用了香椿及楠木等木材，說明這些木材性能較好，古人常用于重要構(gòu)件上。

由于地下水位較高，湖南地區(qū)古井?dāng)?shù)量高達(dá)數(shù)千口[24]，如益陽兔子山遺址、長(zhǎng)沙走馬樓等都發(fā)現(xiàn)了大量古井，可見水井是當(dāng)時(shí)水的主要來源，對(duì)研究古代人類生產(chǎn)生活具有重要意義。同時(shí)，湖南地區(qū)土質(zhì)含水量大，井壁極易坍塌，水井類型也很豐富，常用竹質(zhì)、木質(zhì)及陶質(zhì)材料作為井壁[25-26]。木質(zhì)井壁加固效果比竹質(zhì)井壁好，成本相對(duì)陶質(zhì)井壁低，是一種高性價(jià)比的選擇。古代生產(chǎn)力落后，工具簡(jiǎn)單，開鑿水井費(fèi)時(shí)費(fèi)力，通過對(duì)井壁的加固能延長(zhǎng)水井使用年限，同時(shí)也是一種技術(shù)的進(jìn)步。

樹木能反映生長(zhǎng)環(huán)境的氣候條件，從鑒定得到的樹種來看，這5類樹種除冷杉外基本都適合生長(zhǎng)在溫暖潮濕的環(huán)境中，側(cè)面表明古代該地區(qū)氣候較溫暖潮濕。不同樹種的木材具有不同的構(gòu)造與特性，本研究的結(jié)果也可為接下來木器的脫水保護(hù)提供相應(yīng)的參照信息。

鑒于本次研究的木材樣本總體數(shù)量較小，同時(shí)，選取樣品的年代較為接近，只能做初步推斷。更加深入的研究還需其他方面的證據(jù)。

4 結(jié) 論

本次鑒定的10件樣品中有6件來自戰(zhàn)國晚期，其中冷杉和無患子各1件，湖南楊桐和香椿各2件。有4件來自戰(zhàn)國晚期至西漢古井，均為潤(rùn)楠。古井井壁木材使用上，總體性能比較適合作為井壁，少量木材性能稍差。說明當(dāng)時(shí)開鑿水井的工匠對(duì)井壁用材雖然沒有特別的考究，但已經(jīng)在有意識(shí)地使用木材，采用的主要為優(yōu)良木材。側(cè)面反映當(dāng)時(shí)制作古井的匠人對(duì)于木材特性的認(rèn)識(shí)有一定的深度，人們對(duì)生活用水十分重視。從總體鑒定木材種屬所適合生長(zhǎng)的環(huán)境上看，當(dāng)時(shí)該遺址附近的植被可能是以闊葉材為主的針闊葉混交林，氣候較溫暖潮濕。該結(jié)果對(duì)于井壁木材的保護(hù)也具有一定的參考意義。