学科进展与展望：蓬勃发展的科技考古学（特约专稿）

王昌燧

以往，我国不少考古学家认为，不应将科技考古学视为一门学科，只能理解为自然科学的理论、方法和手段在考古学中的应用。与此同时，也有专家认为，科技考古学可视为考古学的分支学科。然而，随着科技考古学的迅速发展，人们对其认识不断深化和提高，对其重视程度也日益增强。当前，考古学与科技考古学间的联系日趋紧密，一个全新的考古学或科技考古学已初显轮廓，呈现出互为促进、蓬勃发展的喜人态势。

近年来，科技考古学的发展，首先，也主要体现在科学技术全面而深入地应用于考古学的诸多领域。为便于叙述，拟按不同领域逐一介绍。

一、考古年代学

人们知道，时间标尺的建立，是考古学研究的基础，它使考古学从定性描述转变为定量表述的科学，由此可以理解，断代测年方法，特别是碳十四测年方法，何以历来最受考古学家的青睐，也何以新的断代测年方法总是不断出现。

仇士华、蔡莲珍教授是我国著名的碳十四测年专家，我国碳十四年代学的主要奠基者。长期以来，他们始终关注并跟踪着国际碳十四测定技术的发展。当系列样品精确测定的碳十四数据与高精度树轮校正曲线匹配拟合的思路初露端倪时，他们即意识到，该方法将能获得“误差甚小、颇为可靠的年代结果”，并可望“解决我国古史中武王克商年代这一难题”。

在充分准备的基础上，借助夏商周断代工程提供的多学科协作条件，两位先生领导的碳十四测年技术改造与研究课题组，经过多年的努力，解决了许多技术难题，终于将武王克商的年代限定在公元前1050～1020年之间，确保了夏商周断代工程的圆满完成①。近年来，系列样品贝叶斯统计方法又成功地应用于新砦、二里头、偃师商城和郑州商城等遗址的年代测定，得出了若干误差甚小、重要异常的年代数据②，为历史界和考古界深入探索先商和商代历史奠定了坚实的年代学基础。

随着环境考古、农业科技考古的迅速发展，人们已不再满足遗址文化层提供的信息，而逐渐将视角拓展至遗址周边的自然地层。不难理解，欲揭示自然地层内所蕴含的信息，首先需明确其不同层位的所属年代。然而，土壤中通常难以获得理想的木质材料，且常常“受到农业施肥和现代植物根系渗透的影响”，致使碳十四年龄偏轻。针对这一难题，中国科学院地球环境研究所周卫健研究员等，采用新的热处理方法，有效排除了土壤有机质中“死碳”和“晚期含碳物质”的干扰，并利用加速器质谱测得较为可靠的年代数据。目前，该方法已成功地应用于中国黄土——古土壤的年代测定中③④。

曾被学界寄予厚望，后因误差过大而受到冷遇的热释光测年技术，近年来得到了长足的发展。以王维达教授为首的上海博物馆热释光课题组，潜心研究数十载，认真分析了古剂量和年剂量测量准确性的影响因素，提出了相应的解决方法，完善了热释光前剂量饱和指数法，并将其成功地应用于中国古瓷器的真伪鉴定中，其准确率达到95％以上⑤。目前，这一方法的测年上限为距今1500年，而测年下限竟至几十年，几乎覆盖了我国古瓷器的主要发展历程。可以预料，它将有助于中国古瓷器市场的稳定和发展。

如果说，热释光测年技术的主要应用领域是古陶瓷鉴定的话，那么，其“同胞兄弟”光释光(OSL)测年方法则在第四纪碎屑沉积物年龄测定方面显示出特有的优势。德国马普学会海德堡核物理研究所的G.Wagner教授是最早将光释光测年技术应用于考古学领域的学者之一，也是对光释光测年技术的发展贡献最多的学者之一。在这些贡献中，表面光释光方法的建立似乎最为重要。他开发了一种新技术，将OSL空间分辨率降至25um，这样，直接測定岩石表面的光释光，即可获得岩石埋藏或沉积之初的年代。借助这一方法，人们可望测定玉器、石器的埋藏年代，甚至根据可靠的考古背景，推测其加工制作的时间⑥⑦。

我国学术界十分重视光释光测年技术的基础研究和应用探索，并取得了一系列重要成果。例如，中国科学院地球环境研究所的王旭龙博士在导师卢演俦研究员的指导下，探讨了黄土细颗粒石英回授OSL(Recuperated OSL)的性质及其形成机制，创立了多片石英回授OSL剂量再生法的测年技术，测定了约80万年以来黄土样品的沉积年龄，并可望将其扩展至距今一百万年⑧。又如，中国地质科学院水文地质环境地质研究所的赵华研究员采用石英单片再生法(sAR)等测年技术，开展了大量工作，初步构建了科尔沁地区全新世沙丘活动的年代学框架，并指出，沙丘活动主要缘自人类的干预。

尽管光释光的测年精度难以与碳十四方法相媲美，但其测年范围的延伸，则在一定程度上，弥补了碳十四方法的缺憾，而其样品选取的便宜，在自然地层，特别是古耕作地层的测年领域，更展现出独特的优势。可以预见，光释光测年方法和土壤有机质加速器质谱碳十四测年方法的结合，将有力地推动环境考古和农业科技考古的发展。

二、环境考古学

揭示古代人类所处的自然环境，探索人类社会发展与所处自然环境的相互关系，即为环境考古。国际上环境考古发轫于20世纪20-30年代。20世纪60年代以来，环境科学、生态人类学和考古学的交叉融合，使环境考古学在西方日臻成熟，成为考古学的基石之一∞。相比之下，我国的环境考古研究起步较晚，然而，自20世纪80年代末以来，在周昆叔先生的倡导和推动下，我国的环境考古发展迅速，业已贯穿于考古调查、发掘和研究的全过程。不难发现，如今的考古发掘报告，环境考古研究已成为其不可或缺的组成部分。可以这样说，它在一定程度上改变了我国考古学研究的面貌。

我国环境考古的累累硕果中，最令人震撼而难以忘却的莫过于夏正楷教授等关于喇家遗址的探讨。4000年前，地震、山洪和洪水给喇家先民毁灭性打击的凄惨场景，借助于他们的研究，居然能够再现于我们眼前⑩。近来，中华文明探源工程(二)顺利通过了结项验收。其中，莫多闻教授负责的环境研究课题取得了颇为丰硕的阶段性成果。他们从多个角度综合分析了我国不同地区的古代环境，指出距今约4000年时，随着全球气候变冷，东亚夏季风减弱，我国内蒙古和甘青地区的降水相应减少，气候逐渐干燥，严重影响了那里脆弱的经济结构和人类文化。尽管在新石器晚期，长江中下游地区的文化和经济得以迅速发展，但好景不长，距今4000年左右，长江中下游地区低平地势的进一步下沉以及海平面的明显抬升，导致长江干支流水系严重淤积、河湖水位提升，加之长江两岸低湿地区的过度开发，直接加剧了洪患灾害。相比之下，中原地区的水热、地貌、土质和多种作物条件，使古代人类可以在不同海拔高度生存发展，十分有利于多样性旱作农业的持续发展。尽管其局部河谷低地不时难免洪水灾害，但整个区域的经济和文化总能保持发展趋势。无疑，这些抵御灾害、可持续发展的优越条件，奠定了中原文化崛起的基础。

三、农业科技考古学

先民的定居生活促进了农业的诞生、传播与发展，而农业的发展反过来又稳定了定居生活，使社会财富得以积累，并进一步促进了社会分层、分工和经济、技术的发展。长期以来，农业科技考古为考古学家高度关注，其原因大抵在此。国际上农业考古开展甚早，其研究内容主要

集中于中东地区小麦的起源与传播以及中美洲玉米的起源与传播。美国威斯康星大学的P.Price教授集世界农业考古之大成，除中国外，他对世界各地的农业考古皆作了系统的总结，并出版了多卷专著。世界上最早的四大主要粮食作物，中国占了两种，即稻类和粟类，因而中国的农业考古具有特殊重要的意义。著名考古学家严文明先生十分关心我国农业考古的研究，他不仅从理论上对我国稻作农业起源作了有益的探讨，而且还利用他的国际影响，于20世纪90年代，促成了“中美农业考古队”的组建，并开展了仙人洞和吊桶环遗址的发掘，有力地推动了我国农业考古的研究。

近年来，在中华文明探源工程(二)经济与技术子课题的资助下，袁靖、赵志军研究员等综合了多学科的研究成果，明确指出，中华文明形成时期，不同考古学文化，其农业经济特点和发展模式不尽相同。例如，黄河流域居民获取肉食的主要方式是家养动物，而长江流域居民的主要方式为渔猎。又如，北方为粟作农业传统；南方为稻作农业传统；而中原地区则由原来的粟作农业转向稻粟等多作物农业。结合上述环境研究的成果，他们对多元一体中华文明的形成过程所作的初步而较为全面的诠释，无疑是一项奠基性的工作。

我国农业科技考古的长足发展，还体现在植物微体化石的研究领域。其中，植硅体方面最为显著的成果当推吕厚远研究员关于粟、黍植硅体形态及其差异的辨别，借助这一成果，利用植硅体探索粟作农业的起源与传播便可望付诸实施。另一个颇为重要的成果为吴妍博士利用扫描电镜和高景深数码相机，分别实现了水稻植硅体的三维图像重建，从而极大地提高了植硅体形态特征测量的速度，有效地推动了植硅体分析的应用。

四、生物考古学

如果说，碳十四测年方法的建立，使考古学从定性描述转变为定量表述的科学，那么，生物考古的开展，则可望勾勒出古代人类迁徙和社会发展的动态轮廓。由此不难理解，何以生物考古一经问世即呈蓬勃发展之势，又何以对考古学的影响如此之深远。鉴于此，拟继断代测年、环境考古、农业科技考古之后，简要介绍当今生物考古的研究状况。

20世纪80年代以来，PCR技术(聚合酶链反应)的建立，直接催化了古代DNA分析方法的发展和应用。提起古代DNA分析，现代人类非洲单一起源说，即所谓“夏娃说”，似乎已妇孺皆知。尽管“夏娃说”存在颇多疑点，但它对重大科学问题——现代人类起源研究的有力推动，对古代DNA分析方法的推广应用，起到了极其重要的作用。与“夏娃说”的命运不同，德国Piiiibo教授关于尼安德特人不是“现代人”的直系祖先，而是人类进化旁支的观点，则基本得到公认。近年来，古代人类DNA研究有两个颇为重要的进展，一个是Real-time PCR技术，它可有效地鉴别源自古代样品的DNA污染，从而在相当程度上，确保了古代DNA分析的可靠性；另一个是焦磷酸法测序方法的建立，它奠定了核DNA测序的基础，将整个基因组的序列分析提上了议事日程。可以预见，随着古代DNA技术的不断发展和成熟，古代人类遗传关系的复原，描绘古代人类的迁徙路线，终将成为现实。

古代人类食谱分析是生物考古又一个热点领域。适应环境、攫取资源，是人类的本能，也是人类进化的主要动因之一。了解人类食物结构的演变，探索人类获取资源的方式，同样可为人类的起源与进化提供不可或缺的信息。如前所述，尼安德特人灭绝的观点之所以被学界承认，一定程度上得益于食谱分析证据的支持。稳定同位素分析显示，与尼人相比，欧洲的现代人食物来源更为广泛，表现出更强的适应性。于是，物竞天择，尼人终被淘汰。目前，国际上古代食谱研究的动向是，逐步细化所谓的“食谱”，力图明确至具体的食物种类。不过，这里尚有许多科学难题需要认真解决，绝非短时间内可以企及的。

早在1984年，蔡莲珍、仇士华先生即根据稳定c同位素比值，较为系统地分析了我国新石器时期先民的食物结构，在我国考古界产生了深远的影响。然而，之后停顿了约15年，直至近年来才有了颇为迅速的发展。现在，有关成果大致集中在两个方面，一是新石器中晚期，我国先民食谱的地域分布特征，即黄河以北主要以粟类植物为食，长江以南以稻类植物为主要食物，而中间区域则两类兼而有之。进一步分析还指出，气候无疑是导致先民食谱地域分布的决定性因素，然而，在中间区域，文化因素同样有着十分重要的影响。另一个是家猪起源的探讨。胡耀武、汤卓伟博士等发现，在一定条件下，家猪的食谱与饲养有着内在的联系，从而为动物驯化起源的探索提供了新的思路。

残留物分析同样是生物考古的重要组成部分。所谓残留物，主要指动植物及其相关制品长期腐烂、降解的产物，其蕴含着大量的信息，诸如食物加工、器物功能、材料加工、动植物驯化、印刷、造纸、纺织、医药、化妆品和祭祀等。

英国Evershed教授是国际著名的残留物分析专家，作出过一系列开创性的工作。其中，特别有意思的是，通过陶器内残留物的脂肪酸分析，结合动物考古学的证据，他发现在新石器时代农业传人英国之际，人们养牛不仅为了获取肉食，也为了获取牛奶饮料。

残留物中的DNA分析是一新动向，并具有广阔的应用前景。这里有一个发人深思的例子，即德国科学家根据陶器内有机残留物中的DNA分析，发现了一种类似爬山虎的攀缘植物，而如今它却广泛分布于洪都拉斯至巴西一带。这一结果暗示这种攀缘植物最初应起源于欧洲。

也不知什么原因，我国学者直至近年方开始关心残留物分析。不过，凭借我国丰富的文化遗产和考古学家的支持，有关工作一经开展，即取得了一些颇有价值的成果。例如，2005年山西省绛县西周佣国墓地发掘出土的一个铜簋中保存有大量的炭化物，杨益民博士等分析了样品的碳氮含量和同位素比值，与现代大米、小米(黍粟)相比，古代样品的C／N比值较小，暗示古代样品中含有动物蛋白；而古代样品的uN值也高于现代大米、黍粟，这就进一步说明古代样品中确实含有动物蛋白，因为氮元素在不同营养级之间存在着同位素的富集现象，沿营养级上升时，每上升一格，大约富集3％～4％。古代样品的8c落在c，植物范圍内，表明古代样品的植物来源为c，植物，肉类来源应该是以c，植物为食物链底层的动物。因此推测铜簋内曾盛有煮熟的大米及肉类——“羹”，这一结论与文献记载相悖，似乎可解释为古代铜簋的使用存在多样化现象。

为有效开展残留物分析，妥善保存考古遗址内的残留物显得至关重要。希望今后在考古发掘时，尽可能将陶瓷器和青铜器内的残留物妥善保留，特别注意保存破碎陶器的底部，以免遗失重要信息。

五、陶瓷、冶金等领域的科技考古学

众所周知，陶瓷、冶金和玉器领域的科技考古研究始终是我国的强项。说到陶瓷科技考古，人们首先想到的必然是中国科学院上海硅酸盐研究所的李家治先生。他所主编的《中国科学技术史-陶瓷卷》，是我国陶瓷科技考古界永远值得骄傲的里程碑，它对世界陶瓷科技考古所产生的影响，无论怎样评价都不为过。尽管如此，我们仍应清醒地认识到，科学的发展是没有止