興縣碧村遺址小玉梁臺地F5建筑遺存研究

王樹芝 張光輝 王小娟

該研究系國家重點研發(fā)計劃項目“中華文明探源研究·中華文明起源進程中的古環(huán)境和人地關系研究”（編號：2020YFC1521605）階段性成果，并得到中國社會科學院優(yōu)勢學科（編號：DF2023YS13）和科技考古實驗室（編號：2024SYZH002）等項目的共同資助。

摘要：碧村遺址地處蔚汾河與黃河交匯處，是一處具有內(nèi)外雙重城垣的石城聚落。本文對碧村遺址小玉梁臺地F5①出土的6塊木炭進行了樹種鑒定、樹輪年代學和碳十四年代加速器質(zhì)譜測定。樹種鑒定表明F5的建筑木材為松屬雙維管束亞屬硬木松（Subgen. Diploxylon）；利用木炭橫切面年輪曲率和photoshop軟件判斷建筑木材年齡不小于119年，直徑不小于27.06厘米；利用樹輪年代學方法建立了跨度為68年的硬木松浮動樹木年輪年表；對木炭系列樣品進行碳十四年代質(zhì)譜測定，最后一個年輪的年代約為公元前2027年（95.4%），F(xiàn)5建筑營建或修葺年代約為公元前2027年。該研究為小玉梁臺地F5建筑構建或修葺提供了基礎性資料。

關鍵詞：碧村遺址 龍山時代 木炭分析 樹輪年代學 碳十四測年

Abstract： The Bicun site is located at the intersection of the Weifen River and the Yellow River， and is a stone city settlement with dual inner and outer walls. This article conducted tree species identification， dendrochronology， and carbon dating of six charcoals unearthed from F5① at Xiaoyuliang terrace in Bicun site. The identification of tree species indicated that the construction wood of F5 belonged to the Subgen. Diploxylon of the Pinus genus; Using the curvature of the annual rings on the transverse section of charcoal and Photoshop software the age of building wood was not less than 119 years and the diameter was not less than 27.06 centimeters; A floating tree ring chronology of Subgen. Diploxylon with a span of 68 years was established by accelerator mass spectrometry （AMS）; The radiocarbon dating of the charcoal series samples was determined by mass spectrometry， and the age of the last annual ring was approximately 2027 BC （95.4%）， The building or renovation period of F5 was about 2027 BC. This study provides fundamental data for the construction or renovation of F5 buildings in Xiaoyuliang Terrace.

Keywords： Bicun site Longshan Period Charcoal analysis Dendrochronology 14C dating

一、引 言

木材是有機質(zhì)，很容易腐爛，但由于遺址的特殊埋藏環(huán)境為木材提供了良好的保存條件。例如，埋藏環(huán)境極端干燥，木材處于完全脫水的狀態(tài)，在沒有一定濕度下微生物不能存活；或者埋藏環(huán)境非常濕甚至有水，木材處于飽水狀態(tài)，在沒有一定氧氣下微生物也不能存活。在這兩種特殊埋藏環(huán)境下，出土木材保存完好，仍具有樹木固有的結(jié)構、顏色和香味，能進行木材鑒定。在考古遺址的發(fā)掘中，干木材、濕木材通常在建筑的原始位置保存，通過木材鑒定，能對建筑進行復原。

除了保存干木材、濕木材的特殊埋藏環(huán)境外，木材形成木炭也能長期保存。建筑遺跡往往是自然因素或人為因素導致建筑木質(zhì)構件失火，柱、梁失去支撐作用，建筑倒塌，建筑的土瓦壓在燃燒的木構件上，使木構件處于缺氧條件，木材經(jīng)過不充分燃燒后形成木炭。由于木炭能阻止微生物的活動和一些化學物質(zhì)的侵蝕，在堆積后能長期保存下來，在考古發(fā)掘中容易被發(fā)現(xiàn)和被提取，木炭還保存木材的結(jié)構，能被鑒定。建筑的地上木構建筑已經(jīng)塌毀，木構建筑材料可能不在其原始位置，但結(jié)合一些考古背景，如柱網(wǎng)結(jié)構、柱礎、磉墩、門、門砧等，仍能在一定程度上在倒塌堆積中發(fā)現(xiàn)不同功能的木材遺存，通過木炭鑒定，也能對建筑地上部分進行復原。不論是干木材、濕木材，還是木炭，由于是建筑遺存，如立柱、橫梁等，往往莖干比較粗大，年輪數(shù)很多，這些木材為樹輪年代學研究奠定了基礎。如果建筑遺跡所處的氣候區(qū)有長的樹木年輪年表，通過交叉定年，就能確定最外層年輪的年代，這個年代往往是建筑的年代或接近建筑的年代。

碧村遺址是龍山時代中華文明多元一體格局中的關鍵紐帶，小玉梁地點龍山時代的石構遺存，出土了許多用于建筑的木炭遺存。因此，本文利用木材分析和樹木年輪學方法以及碳十四質(zhì)譜年代測定，旨在判定小玉梁地點F5建筑用材種類、材料大小及建筑年代，為F5建筑構建或修葺提供基礎性資料。

二、材料和方法

碧村遺址位于山西省呂梁市興縣高家村鎮(zhèn)碧村村北，地處蔚汾河與黃河交匯處，遺址面積約75萬平方米。2015年至2018年，山西省考古研究院等單位對碧村遺址小玉梁地點進行了發(fā)掘，揭露出大型石砌房址、灰坑、護坡墻等，并在遺址東部發(fā)現(xiàn)有殘存的城墻（城墻圪垛地點）。小玉梁臺地是碧村遺址的核心地帶，臺地中部共發(fā)現(xiàn) 5 座石砌房址，這 5 座石砌排房以 F2 為中心，南北有 2座，彼此相連，布局上呈相間排列方式，主次分明。南北殘長30米，東西寬13米，占地面積超過400平方米。以F2東墻外立面為基準，南北兩側(cè)房址的東墻依次往西縮進0.3米、1米。5座房址均使用白灰地面，除F4保存較差外，其余4座房址中心均有圓形火塘。房址的門道朝向，最大房址F2門道朝西，因其房外西部有用石板鋪砌的活動面；其南側(cè)的 F1 門道開于東南角，北側(cè)的 F3、F5門道開于東北角。F5房內(nèi)①層為倒塌堆積，厚約85厘米，其下為②層黃色墊土層，厚約6厘米，也可能是室內(nèi)踩踏硬面；再往下是③層小花斑墊土，厚約15厘米；小花斑土之下即為白灰面，白灰面之下涂抹有草拌泥。F5 ① 倒塌堆積有3小層，在①a層為紅燒土層，包含有較多的大塊紅燒土、炭屑，厚約30厘米。①b層為灰燼層，包含有較多的大塊木炭，靠近墻體附近有紅燒土塊、較大石塊的倒塌堆積，厚25厘米。①c層為紅燒土層，質(zhì)地較致密，包含大量燒土粒、炭屑等，厚約30厘米。每層均出土有碎小陶片，以灰陶為主，可明確為龍山時期。本研究的大塊木炭取自F5①b層。

（一）木炭鑒定材料和方法

伴隨2016年發(fā)掘，在房址F5①倒塌層中采集6塊較大木炭，取4毫米大小，在顯微鏡下初步觀察后，手持木炭，均勻用力地掰出一個平整、新鮮的橫切面，然后用雙面刀片切出徑切面和弦切面，獲得木炭的橫、徑、弦三個切面后，先在具有反射光源、明暗場、物鏡放大倍數(shù)為5倍、10倍、20倍、50倍的Nikon LV150金相顯微鏡下觀察、記錄木材構造特征，根據(jù)《中國木材志》《中國主要木材構造》《木材考古學：理論、方法和實踐》等書籍對樹種木材特征的描述和現(xiàn)代木材的構造特征進行樹種的鑒定。然后將木炭樣本粘貼在有導電膠的鋁質(zhì)樣品臺上，樣品表面鍍金，在Quanta 650掃描電子顯微鏡下進行拍照。在橫切面上觀察年輪、樹脂道（針葉材）、樹膠道及管孔式類型（闊葉材）、薄壁組織、木射線、侵填體，在徑切面觀察管胞壁孔的形態(tài)及其排列、交叉場類型、導管穿孔類型、是否有螺紋加厚等，在弦切面上觀察導管等縱列細胞的寬度和木射線的高度等細胞和組織結(jié)構。

（二）樹輪定年材料和方法

對6塊較大木炭，用力掰開新鮮表面，按照樹輪年代學的交叉定年原理，用德國Heidelberg公司生產(chǎn)的LINTAB樹輪測量儀測量年輪寬度，該系統(tǒng)測量精度為0.01毫米。利用專門用來檢查樣本定年和輪寬量測值的COFECHA 程序?qū)Χ旰洼唽捔繙y值進行檢查。該程序利用相關分析中的相關系數(shù)作為檢驗指標，并基于樣芯定年和輪寬量測準確時樣芯間高頻變化的相關系數(shù)應為最高這一假設，分段計算相關系數(shù)，實現(xiàn)檢驗。

（三）木材直徑和樹齡重建方法

Kabukcu對木材直徑復原方法進行了歸納，一種方法是對木炭曲率進行分類，微曲代表木材直徑較大，中曲代表木材直徑中等，強曲代表木材直徑較小。另兩種方法是通過圓形工具或三角學方法直接復原木材直徑大小。本研究借助拍攝木炭樣品橫截面圖像，用photoshop測量軟件畫出同心圓，利用木炭的殘存年輪數(shù)和半徑求出樹木的年齡和半徑。值得注意的是對木炭遺存進行直徑的重建，首先要判斷這些木塊是否是從同一棵樹碎裂下來，根據(jù)這些木塊年輪的彎曲度和殘存的范圍，可以大致估算木炭碎塊在橫截面所處的大致位置，也就是距離髓心的距離。

三、研究結(jié)果

（一）木炭鑒定結(jié)果

經(jīng)鑒定，6塊木炭均為松屬雙維管束亞屬硬木松（Subgen. Diploxylon）。

硬木松木炭的構造特征（圖一）如下：從橫切面上看：生長輪明顯；早材至晚材急變；沒有軸向薄壁組織。有軸向樹脂道。從徑切面上看：早材管胞徑壁具緣紋孔1～2列；眉條長，明顯。晚材管胞徑壁具緣紋孔1列。射線薄壁細胞與早材管胞間交叉場紋孔式為窗格型，少數(shù)松木型；射線管胞內(nèi)壁有深鋸齒。從弦切面上看：木射線具單列射線及紡錘形射線兩種：1.單列射線。2.紡錘射線具徑向樹脂道。

（二）木炭的樹輪年代學研究結(jié)果

利用嚴格的交叉定年工作程序?qū)5倒塌堆積內(nèi)6塊木炭樣品進行了測量和定年，沿髓心向樹皮方向進行測量，測量精度為0.01毫米，利用COFECHA程序檢查樣本的定年和輪寬測量值。這6塊木炭能很好地交叉定年（圖二），表一為交叉定年的統(tǒng)計學特征。

假定年表最早1年為2000BC，使用負指數(shù)去趨勢建立了跨度為68年的樹輪浮動年表（圖三），最外層年輪年代為1933BC。

為了進一步確定樣本的日歷年代，在1～5、21～25和63～67取3個樣品，在北京大學考古文博學院進行碳十四年代測定，所用碳十四半衰期為5568年。然后使用IntCal20進行樹輪校正和模型化，然后進行樹輪校正和模型化，第1～5個年輪扭擺匹配模型校正后年代校正年代為2092BC（95.4%），第21～25個年輪為2072BC（95.4%），第63～67輪扭擺匹配模型校正后年代2030BC（95.4%）（表二），取中值65輪為2030BC（95.4%）。由于最后1輪是第68輪，所以最后1輪的年代為2027BC（95.4%）。木炭殘存部分最外層年輪年代約為2027 BC（圖四）。囿于房址存在反復修葺的跡象，推測F5的營建或修葺年代約為公元前2027年。

（三）木炭炭化前木材直徑和樹齡重建結(jié)果

樹木的年輪，就是樹干橫截面上木質(zhì)疏密相間、顏色深淺相間的同心圓圈。在溫帶地區(qū)，樹木一年長出一個年輪，因此年輪的數(shù)目就表示樹齡的多少。對于木炭來說，如果燃燒后沒有脆裂，可能代表樹木的年齡，如果發(fā)生碎裂，可能缺乏髓心、心材或邊材，年輪不完全。通過統(tǒng)計現(xiàn)存木炭的年輪數(shù)量，可以獲知樹木死亡或被砍伐前的最小年齡。如果木材取自考古遺跡，可知先民利用樹木的最小年齡。

在6塊木炭中，有4塊木炭可拼到一起（圖五），說明木炭來自同一棵樹。現(xiàn)存木炭從靠近髓心第一個年輪到靠近樹皮的最外層年輪共有68個年輪，距離為7.73厘米，平均年輪寬度為0.11厘米。

借助拍攝的同一棵樹木炭樣品橫截面圖像年輪，用photoshop測量軟件畫出同心圓，利用木炭的年輪數(shù)和殘存半徑求出樹木的年齡和半徑。由于第一個年輪到靠近樹皮的最外層年輪共有68個年輪，距離為7.73厘米，根據(jù)最外層年輪到髓心的比例關系，可知先民利用的樹木樹齡最小為119年，半徑最小為 13.53厘米（圖六），直徑為27.06厘米。單株樹木的直徑是先民采集木材時考慮的主要因素之一 。

四、討 論

（一）關于F5建筑用材

人類從自然環(huán)境中獲取木材，這些木材被用于制作工具、建造房屋、生火取暖等，受到木材的可獲取性和人類行為、觀念、制度等“過濾器”即選擇偏好的影響。F5坍塌遺跡木材均為松屬雙維管束亞屬硬木松，先民選用了最小樹齡119年，直徑最小為27.06厘米的優(yōu)質(zhì)木材硬木松作建筑材料，同樣受到這兩個方面的影響。一方面，松樹自古至今是晉北地區(qū)的優(yōu)勢種，個體數(shù)量多、投影蓋度大、生物量高，很容易獲得。有研究表明，西周以前及西周戰(zhàn)國時期不僅隴中、陜北南部、晉西有面積較大的森林分布，就是陜北北部的橫山、白于山，甚至更北的禿尾河上游，晉西北山地森林分布也相當廣，廣大黃土丘陵地區(qū)呈現(xiàn)森林和草原相互交錯的狀況。秦漢時期黃土高原天然植被仍占較大比重，人類活動尚沒有改變黃土高原的植被面貌?，F(xiàn)今，我國特有樹種油松林在山西森林中占的比重最大，是山西森林的主要類型，其中遺址所在的興縣位于山西八大林區(qū)的黑茶山林區(qū)，林區(qū)分布著以油松為主的針闊混交林和櫟類、白樺、山楊等闊葉林。另一方面，先民對油松優(yōu)良特性有所了解，認為松木是良好的房屋建筑材料。松樹樹體高大筆直，其木材邊材淡黃白色，心材淡黃紅褐色，紋理直，結(jié)構中至粗，耐久用，堅硬，比強度較大，是輕質(zhì)高強材料 ，可供建筑、橋梁、礦柱、枕木等用，而且硬木松力學性質(zhì)好于軟木松。譬如，陶寺遺址在主殿柱洞IFJT3D19 發(fā)現(xiàn)了硬木松類的油松，可以肯定油松被作為建筑材料，再如，金禪口遺址大多數(shù)柱洞有松木出土。

（二）關于小玉梁臺地建筑等級

小玉梁臺地是碧村遺址的核心地帶，其聚落變遷可分為三個階段。研究材料來自F5，F(xiàn)5是第二階段分布整個臺地的大型石砌排房建筑之一，其倒塌層木材均為硬木松。從建筑材料種類、大小看，可表明碧村遺址的核心地帶的小玉梁臺地建筑是寬敞高大的。

參考碧村遺址的考古發(fā)現(xiàn)和與碧村遺址僅距50余公里的石峁遺址的出土木炭研究可進一步證明小玉梁臺地建筑等級是較高的。從考古發(fā)現(xiàn)看，碧村遺址不僅是蔚汾河流域龍山晚期的一個中心聚落，還是石峁這類跨區(qū)域大型聚落群下的重要據(jù)點，而小玉梁臺地又是碧村遺址的核心地帶，尤其是分布著5座石砌排房，主次分明，布局規(guī)整，這在北方地區(qū)龍山石城聚落中較為罕見，可能是以碧村遺址為中心的聚落群的上層人員居住區(qū)。從石峁遺址出土木炭研究看，遺址門址門道壁畫西拐角柱北壁柱槽內(nèi)、大臺基南墻中段第三排第三個永定柱洞和第一排47號石雕對面東數(shù)第一個永定柱洞內(nèi)木炭，經(jīng)筆者鑒定都為硬木松。而且對2017年皇城臺東護墻北段上部、主要與宮殿建筑有關的④b層木炭的統(tǒng)計分析表明，松木的數(shù)量百分比高達93.01%，以硬木松為主。而皇城臺東護墻和外城東門南墩臺的纴木經(jīng)筆者鑒定都是用的柏木，薪柴用的主要是軟木松和其他雜木?？梢钥闯?，因不同目的，先民木材利用策略上差異顯著，表明石峁統(tǒng)治者有高度的管理能力，才能保證復雜聚落宮殿建筑及建筑的重要部位用不同樹種。在高等級建筑材料的選擇上，小玉梁臺地先民用材策略會受到石峁遺址用材策略的影響。

五、結(jié) 語

通過對碧村遺址小玉梁臺地F5①出土的6塊硬木松木炭進行樹種鑒定、樹輪年代學研究和碳十四年代質(zhì)譜測定，表明F5的建筑木材為松屬雙維管束亞屬硬木松（Subgen. Diploxylon）；利用木炭橫切面年輪曲率和photoshop軟件判斷建筑木材年齡不小于119年，直徑不小于27.06厘米；利用樹木年輪學方法建立了跨度為68年的硬木松浮動樹木年輪年表；對木炭系列樣品進行碳十四年代質(zhì)譜測定，最后一個年輪的年代約為公元前2027年（95.4%），F(xiàn)5建筑或修葺年代約為公元前2027年。該研究判定了小玉梁地點F5建筑用材種類、材料大小及建筑或修葺年代及小玉梁地點的地位，為F5建筑或修葺提供了基礎性資料。

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