木材考古学概论

考古遗址中经常出土的木材遗存是进行植物考古学和环境考古学研究的很好的生物材料。木材分析、木炭分析和树木年轮年代学分析的研究对象都是考古出土的木材,并且都有其自身的理论、研究方法、研究内容和研究目的,木材考古已经成为第四纪乃至第三纪人与环境的关系研究的重要研究方法。而且随着现代科学技术的突飞猛进、人类学理论的不断发展,以及考古发现的日益丰富,木材分析、木炭分析和树木年轮年代学分析必能广泛开展。鉴于此,有必要提出木材考古学(xylonarchaeology)这门植物考古的分支学科。

赤藓糖醇在考古木材保护中的应用

选取3种不同遗址出土(出水)的考古木材为试验样品,以赤藓糖醇为定形加固材料,在50℃恒温水浴中以不同质量分数的赤藓糖醇溶液对试验样品进行渗透填充,渗透填充结束后采用真空冷冻干燥方式对试验样品进行脱水干燥。分别从尺寸稳定性、环境稳定性、力学性能、显微形貌几个方面考察了赤藓糖醇对考古木材的定形保护效果。试验结果显示赤藓糖醇作为定形加固材料能够对考古木材起到良好的定形保护作用,定形保护效果随赤藓糖醇质量分数的增加而提升,质量分数为30%赤藓糖醇即可显著提升考古木材的尺寸稳定性、环境稳定性和力学性能。赤藓糖醇以晶体形式在考古木材细胞壁上析出,对木材组织起到支撑和加固作用,提高了考古木材的尺寸稳定性和环境稳定性。

饱水考古木材保存状况评估、加固和干燥方法研究进展

出水木质文物蕴涵丰富的考古学信息,由于受到复杂埋藏环境影响,其性质发生不同程度改变,进而呈现不同的保存状况。基于饱水考古木材保存状况,针对性筛选加固材料和干燥方法,开展饱水考古木材脱水定型研究,是实现出水木质文物科学保护和稳定保存的重要途径。本文总结饱水考古木材保存状况评估方法、加固材料和干燥方法研究进展,并展望饱水考古木材脱水定型研究的发展趋势,以期为出水木质文物保护提供科学依据。

浙江宁波鱼山遗址出土木材的种属鉴定与分析

鱼山遗址是浙江省宁波市镇海区以河姆渡文化和商周时期遗存为主体的一处遗址。在2013~2015年发掘中,采集了58个木材样品。经鉴定,出土木材分别属于柏木属(Cupressus sp.)、松属(Pinus sp.)、甜槠(Castanopsis eyrei)、青冈属(Cyclobalanopsis sp.)等15个属或种。研究表明,鱼山先民主要利用遗址周边的树木资源,而且松属、青冈属木材在先民生活中有重要作用,被广泛用作建材和生活用器用材;青冈属为代表的壳斗科树木在河姆渡文化、良渚文化时期可能是先民的食物资源而得到了先民的保护;先民选用甜槠制作木屐,利用榉属、糙叶树属、柿属木材修筑木构通道,利用青冈、甜槠制作木陀螺;在遗址区域发现了古松树遗存,可能是先民自然神信仰的体现。鱼山先民在木材利用上体现了就地取材、因材施用的特点,为探讨宁绍平原史前树木资源利用模式提供了新材料。

考古木材降解评价的物理指标

为寻找一种能较为科学、方便地反映木材降解程度的指标,共收集不同地方出土的13种木材,8个树种,对这些树种的考古木材与新鲜木材的含水率、干缩性、基本密度、气干密度、综纤维素等指标进行对比分析。实验表明,基本密度和最大含水率(饱水含水率)基本上能够反映古木的降解程度,可以作为反映古木降解程度的物理评价指标。

通过改良超薄切片制样法观察汉代饱水考古木材细胞壁的超微构造

本研究以汉代饱水考古木材为试材,通过改良超薄切片制样方法,在电镜下观察其细胞壁超微构造,结果表明:(1)取样时垂直于管胞的方向不大于1 mm;微波和真空处理可将每步渗透时间缩短至2~3 h;环氧树脂Spurr与LR White丙烯酸包埋剂相比,与考古木材组织匹配度更佳;1%高锰酸钾处理切片可着染组织中的木质素、增强样本的衬度,但细胞壁层结构清晰度降低;(2)本试样中早材比晚材腐朽严重,管胞次生壁发生通道状降解、偶见凹槽状降解,而射线细胞内无明显腐蚀菌分布,胞间层较完整,次生壁S层较S层更耐腐蚀,推测腐蚀菌可能经由管胞空腔入侵,类似软腐。本研究为后续不同地质年代、不同降解程度的考古木材细胞壁超微结构的研究提供了可靠方法及科学参考。

红外光谱和热重分析法评估三种加固剂对“小白礁Ⅰ号”考古木材微力学性能的影响

随着社会对木质文物重视程度的提高和现代考古技术的进步,饱水木质文物得到不断发掘和保护。饱水木质文物木材的细胞形态和化学结构普遍发生非均匀降解或变化,成为了不同于健康木材的“新材料”。PEG法和糖法作为国际通用的脱水加固方法可避免饱水木质文物干燥过程中收缩变形。本研究选用“小白礁Ⅰ号”沉船主要用材树种柚木(Tectonasp.)为试验对象,分别使用PEG、三氯蔗糖和海藻糖加固,并在开发的适用于脆弱木质文物的非包埋式纳米压痕样品制备方法的基础上,通过纳米压痕力学技术(NI)评估了三种饱水木质文物常用加固处理方法对考古木材微力学性能的影响;同时,结合红外光谱法(FTIR)和热重分析(TGA)方法,进一步揭示了加固剂种类影响考古木材微力学性能的原因。研究结果表明:使用非包埋法制备的纳米压痕样品,可准确获取加固处理后考古木材细胞壁的纵向弹性模量和硬度;PEG法、三氯蔗糖法和海藻糖法均可显著提高考古木材木纤维细胞壁的纵向弹性模量和硬度,三种方法加固处理后的木材的弹性模量比未处理样品分别增加了6.9%,25.4%和29.1%,硬度比未处理样品分别增加了9.3%,25.9%和13.6%。红外光谱试验结果表明PEG、三氯蔗糖和海藻糖均进入了考古木材细胞腔等内部组织结构,热重分析结果证实部分加固剂进入了木材细胞壁,是细胞壁强度提高的主要原因。总之,三氯蔗糖和海藻糖较适用于饱水考古木材的脱水加固,加固效果优于PEG,其中三氯蔗糖的加固效果最佳。研究结果为饱水木质文物加固性能的准确评估提供了方法参考,为沉船等饱水木质文物的加固与保护提供了科学依据。

红外光谱结合热重法对考古木材降解状况的分析

考古木材的保存保护需要基于其主要化学组分的降解状况,制定科学的保护方案,如加固剂的选用、处理时间与温度的控制等。选取徐州万达汉代墓群出土四个棺木作为样品;经鉴定,树种分别为硬松(Pinus subgen.Diploxylon sp.)、楠木(Phoebe sp.)、梓木(Catalpa sp.)和榉木(Zelkova sp.)。采用衰减全反射傅立叶红外光谱及热重分析,快速表征考古木材和对应现代材的化学性质和热解特性。研究结果表明:考古硬松、考古楠木、考古梓木以及考古榉木的红外光谱中1730 cm^-1附近来自于半纤维素乙酰基上CO伸缩振动的吸收峰几乎消失,而1500 cm^-1附近木素苯环骨架伸缩振动吸收峰的相对峰强提高,这反映出古木半纤维素降解严重,而木素留存较好。古木综纤维素样品中均未发现半纤维素中酰氧键(—COO)位于1238 cm^-1附近的特征峰,而除现代楠木综纤维素外,其余现代材综纤维素红外谱图中均检测到此峰,这表明与纤维素相比,古木中半纤维素降解更严重,也说明楠木的半纤维素含有较少的酰氧键。与古木酸不溶木素样品相比,现代健康材酸不溶木素1459 cm^-1附近甲基与亚甲基的C—H弯曲振动的吸收峰强度较高,说明现代健康材酸不溶木素中有更多的甲基与亚甲基,木素大分子中含有更多的侧链。古木酸不溶木素的红外谱中1028 cm^-1附近的木素中仲醇与脂肪醚结构的吸收峰强度低于现代材,说明古木的酸不溶木素含有较少的C—O键。比较不同树种古木和现代材的热解行为,发现古木热解速率均减缓,快速热解段起始温度提前,残炭率提高。古木与现代材热解行为的差异,主要与古木综纤维素大量降解,木素相对含量的提高有关。在4个古木样品中,考古楠木的残炭率最低,这表明考古楠木木素相对含量较低,综纤维素保存较好,其天然耐久性在4个树种中最好。此外,由于古木酸不溶木素中含有较少的侧链以及甲氧基使得其热解速率变慢。以上结果表明,红外光谱与热重分析均可用于分析考古木材的降解状况,能为及时制定文物保护方案提供科学依据。

跨湖桥遗址考古木材的二次保护

跨湖桥遗址考古木材出土后经过脱盐处理,然后采用聚乙二醇(PEG)进行定形加固。保护后的考古木材存在色泽变深的问题,需要对这些考古木材进行二次保护。在二次保护过程中,选用1,2-二甲基-3-羟基-4(1H)-吡啶酮复配溶液作为脱盐脱色络合溶液,以PEG为定形加固剂,采用真空冷冻方式进行脱水干燥。二次保护取得了良好的效果,考古木材尺寸和形状基本保持不变,色泽更为自然,木材纹理清晰可见。

丹麦国家博物馆对饱水考古木材的保护

150多年来,丹麦国家博物馆的保护人员用不同的方法和材料应对饱水考古木材方面的挑战。几项重大考古发现所实施的保护方法,如使用明矾、有机溶剂、聚乙二醇处理和真空冷冻干燥处理等,促进了饱水考古木材保护的研究和发展。这些发展和成果,有利于木材遗存的良好保存,是丰富的考古传统,工作人员的开拓进取和不懈努力,对各种资源的充分利用,以及与国际专家开展对话、寻求帮助等因素共同作用的结果。

凤翔雍山血池遗址出土木材鉴定与相关问题

本文通过对陕西凤翔雍山血池秦汉祭祀遗址出土的11件木材、木炭样品的鉴定,认为这些木材、木炭属于青檀(Pteroceltis tatarinowii)、侧柏(Platycladus orientalis)、桑属(Morus sp.)和2种竹亚科(Bambusoideae)的竹子。车马器铜帽内的木材是青檀和竹子;祭祀坑四壁的木材为侧柏;祭祀坑开口处的木炭为桑木。首次了解了秦汉时期祭祀遗址在木材利用上具有就地取材,因材施用的特点,为秦汉礼制的研究提供了材料。

泡桐树的考古发现及其文化刍议

木材考古越来越受到考古学者的重视,使得木材遗存能够被鉴定,从而为我们认识古代树木的利用及其文化的研究提供了第一手材料。本文结合考古发现、古文献、典籍、现代文献等有关泡桐的记载,详细地阐述了泡桐的利用和文化内涵。泡桐文化的研究对现今泡桐的合理开发和利用,传播其丰富的文化传承,具有现实意义。

饱水清代木材的构造腐朽程度及加固处理对其颜色的影响

以“小白礁I号”沉船主要用材为研究对象,系统研究了饱水考古木材构造特征、腐朽程度与加固剂种类对其加固处理颜色的影响。结果表明:加固剂可提高考古木材尺寸稳定性;坡垒(散孔材)比柚木(环孔材)的加固处理色差变化大;加固剂增重率和考古木材腐朽程度会影响其色差变化;加固剂分子量及其分子结构间差异是造成考古木材加固处理后各色度学参数变化规律不同的主要原因。

古代与现代柏木的水分吸附热力学比较研究

【目的】探究考古木材与现代木材在水分吸附热力学方面的不同及原因,旨在提高出土饱水木质文物的尺寸稳定性,可以为出土饱水考古木材的保护研究提供理论依据。【方法】以古代与现代柏木为研究对象,分别采用扫描电子显微镜和傅里叶红外光谱表征试材的微观形貌和化学基团;利用动态水分吸附分析分别测定25和50℃下的试材吸湿和解吸等温吸附曲线,并基于Hailwood-Horrobin水分吸着理论进行拟合,结合Clausius-Clapeyron公式分别计算试材的微分吸着热Q_(S)、自由能变化ΔG及微分吸着熵ΔS,分析考古试材与现代试材在吸附热力学量的差异。【结果】与现代木材相比,考古木材的细胞壁腐朽明显,产生大量细胞壁孔洞,并有菌丝体的存在。考古木材纤维素、半纤维素降解严重,而木质素相对含量升高,且极性基团−OH、−COOH含量减少。在一定温度下,考古木材的平衡含水率大于现代木材,而Q_(S)、ΔS值均低于现代木材,并在含水率5%处产生拐点,该拐点对应单分子层吸着水达到饱和;另一方面,考古木材和现代木材的ΔG值差异不大;考古木材在吸湿平衡态下Q_(S)、ΔG、ΔS值小于解吸平衡态的值。【结论】考古木材在经历长时间腐蚀后,细胞壁结构产生腐朽;与现代木材相比,考古木材纤维素、半纤维素降解程度最大,考古木材对水分的吸着减少;考古木材的吸湿性大于现代木材,而热力学值偏低;考古木材存在热力学吸湿滞后现象。

木栓脂加固处理对饱水古木吸湿性及尺寸稳定性的影响

为了探究天然植物源考古木材加固剂——木栓脂对饱水古木吸湿性及尺寸稳定性的影响,将从栓皮栎树皮中提取的木栓脂与双癸基二甲基氯化铵表面活性剂按一定质量比配制一种新型水溶性加固剂对饱水考古木材进行加固处理。基于质量增加率、尺寸抗收缩率、色度、平衡含水率的变化以及吸湿等温线(GAB)模型拟合分析加固处理对古木理化性能的影响,并通过扫描电镜(SEM)和傅里叶变换红外(FT-IR)光谱法表征加固剂在古木中的分布及主要化学组分含量变化规律,探讨木栓脂对古木的加固机理。结果表明:当木栓脂加固液质量分数为35%时,加固古木的质量增加率达到最大值69.35%,弦向、径向和轴向的抗收缩率均达到最大,分别为81.59%,57.88%和83.83%,加固古木尺寸稳定性提高。加固古木与未处理古木相比颜色无明显变化,明度值等颜色参数变化较小,其中木栓脂加固古木的明度差值较未处理古木减小了0.78~3.37,总色差值减小了0.40~1.71。SEM与FT-IR表征发现,加固剂在古木中的加固类型包括细胞腔部分填充、细胞腔完全填充和与细胞壁结合3种方式。加固后的古木平衡含水率的变化和GAB模型的拟合结果表明,加固古木在各相对湿度条件下的平衡含水率显著降低,木材的吸湿性能变差。研究证明利用木栓脂对饱水考古木材加固处理是一种新型有效的加固方法,该处理方法可有效提升古木尺寸稳定性,并降低其吸湿性,有助于文物在馆藏环境下进行长期保存。

李洲坳东周古墓棺木用材树种鉴定及材性分析

通过对李洲坳东周古墓47具棺木进行现场取样鉴定,发现除编号G44棺木树种为楠木(Phoebe sp.),其余均为杉木(Cunninghamia lanceolata)。对杉木材质棺木进行物理力学性能测试,结果表明:出土木材的气干密度与正常材差异较小;出土杉木木材强度为正常材的65%左右;出土木材降解程度相对较低,这与棺材埋藏的封闭环境具有较大的关系;木材的降解主要与土壤的酸碱水解作用有关,并非由真菌与细菌引起。

古船封护防腐处理技术进展及纳米纤维素应用前景探讨

随着现代考古技术迅速发展,被打捞和发掘出的古船日渐增多,对这些脆弱且具有珍贵历史价值的古船进行及时有效保护是重要且必要的。目前,古船保护主要包括清洗、脱盐、脱水定型、修复复原等步骤,同时为进一步增强古船适应现代环境的能力,往往还需进行封护防腐处理。本研究在对古船封护防腐处理技术进行文献梳理的基础上,对比多种封护方法的加固保存效果,总结各封护方法的优缺点。纳米纤维素是性质优良的新型生物纳米材料,在修复糟朽木质文物方面已有所应用,在古船封护加固方面也有探索性研究,纳米纤维素良好的生物相容性和理化性质使其作为古船封护加固材料极具潜力;特别地,纳米纤维素对古船表面形貌具有更好的保护效果。利用纳米纤维素加固古船,既能提高古船的稳定性,又能最大限度地保证古船原貌不受影响,是一种全新的古船加固思路。随着当前文保科技化的快速发展,在古船封护防护领域,今后应该:1)深入探究桐油、生漆等天然传统封护原料的改性规律和工艺创新,聚焦纳米纤维素对其性能的提升作用;2)开发研究古船的抗菌防霉防护处理,提升生物抗性的同时维持古船原貌,且对环境无负面影响;3)重视古船中Fe^(3+)对木材的危害,系统研究纳米纤维素对不同加固处理基材的封护表现并进行全面评估。

徐州出土汉代棺木用材树种鉴定及其化学性质

木材是人类日常生活的常见材料,也是从古至今人类文明与民族文化的重要载体。伴随着考古发掘工作的进行,来自不同地区、不同朝代的大量木质文物出土并需要持续保护,因此掌握出土木质文物所用的木材树种情况,并研究其化学组分的降解状态,可为制定合理的木质文物修复和保护方案提供科学依据。通过对徐州万达汉墓墓群中1号与4号墓出土棺木进行取样和对标准三切面的切片进行观察,根据三切面显微构造特征对棺木所用木材树种进行鉴定,经与标准切片比对,结果表明M1c、M1oc、M4c、M4oc棺木树种分别为楠木(Phoebe sp.)、硬木松(Pinus sp.)、梓木(Catalpa sp.)、榉木(Zelkova sp.)。进一步采用荧光显微镜与傅里叶变换红外光谱、X射线衍射相结合的方法,分析棺木的主要化学组分降解情况。结果表明:与现代健康材相比,古木在长期埋藏过程中,木材的主要多糖类化学组分纤维素和半纤维素降解严重,纤维素结晶度降低;古木各类型细胞中木质素的自发荧光效应均减弱,且红外光谱分析表明木质素化学结构发生改变;古木在埋藏过程中木材的整体构造保存较好,但主要化学组分发生了降解,这与其地下饱水低氧的埋藏环境有很大关系。

施岙遗址良渚文化时期杨梅古树遗存的研究

前言长江下游地区是稻作农业起源、形成和发展研究的核心区域,稻作农业社会的建立为中华文明的形成奠定了基础[1]。宁绍平原是钱塘江南岸史前古人类文明的活动中心,新石器时代文化依次为跨湖桥文化、河姆渡文化和良渚文化。