纤维种类与纸龄相关性研究

刘 畅 李晓岑 王 珊 张小云

(1.北京科技大学科学技术与文明研究中心，北京，100083;2.北京联合大学信息学院，北京，100101;3.中国文化遗产研究院，北京，100029)

书画真伪鉴定一直是书画收藏和书画研究的难题。随着我国经济的快速增长，民间收藏热流涌动。在旺盛需求和高额利润的驱动下，如今书画市场造假现象十分猖獗，已引起文化界人士的广泛关注。书画市场随着科技的发展，造假的手法也是层出不穷。以前书画作伪的手段主要有摹、临、仿、造、改、代等，近几年又出现了水印添墨、电脑刻章、装裱作旧、伪画伪跋等科技含量较高的作伪手段。现代印刷、化学、机械等技术的进步，间接促进了造假行业的技术革新，导致一些以往的鉴定手段失效，因此，寻找新的鉴定方法成为当务之急。

书画作品鉴定有很多方式，自古以来依靠著录和学识的经验鉴定一直是主要方法。有学者认为，书画内容的时代风格和个人风格是鉴定的主要依据［1］，但这种传统的目鉴形式需要有书画鉴定专业的经验积累。但随着造假技术的提高，对于精工的摹本，很难通过目测鉴定。书画鉴定的最终目的在于判断书画作品的真赝，要求做到准确，即科学性。杨仁恺著的《中国书画鉴定学稿》，曾力图将中国书画鉴定专业由经验积累的层面推向更高的学科建设层面。杨仁恺在此书中将书画鉴定的各种方法概括为“科学论证”［2］。由此可见，他想让中国书画鉴定专业由“经验+直觉”的层面向“科学论证”的层面转换与提升［3］。2009年，中国艺术科技研究所实施的国家科研项目—— “书画真伪科学鉴定系统”，利用科技手段检测书画作品的纸、墨、色、印泥等，并根据各类书画材质随时代变迁的历史痕迹和特征进行年代分析［3］。该项目推动了我国书画鉴定的科学化进程。

本课题在科学分析的基础上，提出一种通过纤维种类分析来确定纸张年代的方法。以我国造纸发展史与纸张显微分析两方面的专业知识与经验为依据，选取不同历史时期的几种特殊原料，探索从纸张纤维特征推断纸龄的方法，以期为纸质文物鉴定提供参考。

1 文献综述

我国两千多年的造纸技术史是原料从麻类到树皮、竹子、稻麦草、木浆等不断扩充、丰富的历史。造纸原料的发展是造纸史研究的重要内容，很多学者进行了相关研究，并积累了丰富的资料。例如，孙宝明、李钟凯编著的《中国造纸植物原料志》［4］;潘吉星著有《中国造纸史话》、《中国造纸史》［5］;王菊华著有《中国古代造纸工程技术史》［6］;刘仁庆著有《中国古代造纸史话》、《中国古纸谱》;张秉伦等著有《中国传统工艺全集——造纸与印刷》，中国台湾地区学者陈大川著有《中国造纸术盛衰史》、《造纸方法的衍变与流传》、《造纸史周边》等。

我国传统手工纸的造纸原料取自植物纤维，植物纤维的种类、性能的分析对纸质文物保护、鉴定提供了重要信息。目前分析方法多采用显微镜进行观察。中国制浆造纸研究院对植物纤维显微特征进行了广泛的采集、整理，由王菊华主编的《中国造纸原料纤维特性及显微图谱》［7］(以下简称《图谱》)，详细介绍了各种造纸原料纤维的显微特征及其对纸张性能的影响，是通过纤维特征识别造纸原料的重要参考书。

本课题是在前辈研究的基础上，通过大量的文献调研和实验观察，选取不同时期具有代表性的造纸原料，并对其纤维特征进行分析;先从历史的角度归纳总结造纸原料的发展历程;再转换视角，探讨获得纸样后如何推测纸龄的方法。

2 实验仪器及样品处理

我国造纸植物原料丰富，1959年出版的《中国造纸植物原料志》就收录造纸原料350余种［4］。因此，本研究仅选取各个时期的典型原料进行分析。实验仪器采用XWY-VI型造纸纤维测量仪 (北京伦华科技公司和珠海华伦造纸科技公司联合生产)，该仪器使用生物显微镜观察纤维样品，使用数码摄像机把显微镜里的图像信号转变为数字信号输送到计算机［8］。实验显微镜物镜的放大倍数为4倍时，显示器的图像总放大倍数约130倍，视野范围3.4 mm×4.3 mm;显微镜物镜倍数为10倍时，图像总放大倍数约450倍;显微镜物镜倍数为20倍时，图像总放大倍数约为1000倍。

对纸张的纤维形态进行观察，必须先取样再制备纤维试片。在纸张破损或边缘处取面积不小于2 mm×2 mm的样本。将样本的纤维分散并用赫氏染色剂染色后制成纤维试片，在显微镜下观察。

3 造纸原料发展与纤维特征

3.1 汉代造纸原料与特征

造纸术起源于汉代，关于造纸术的起源很多文献都有记载［9-10］。最初的造纸原料是麻类，有大麻、苎麻等，主要来源于麻头、旧布、破渔网等。蔡伦造纸所用的原料是树皮、麻头、敝布、旧渔网等。

汉代造纸原料主要是麻类。麻纤维的显著特征是:纤维较长，染色后呈玫瑰红或棕红色，有横节纹和纵条纹，容易分丝帚化，见图1。图1(a)是显微镜物镜倍数为4倍时麻纤维的形态图。由图1(a)可见，纤维自然端头少，表明纤维很长，并且有很多分丝。图1(b)是显微镜物镜倍数为10倍时麻纤维的形态图。由图1(b)可见，麻纤维容易分丝帚化。

3.2 南北朝时期的造纸原料与特征

南北朝是造纸技术的发展时期。这一时期的出土文物表明，西晋时期还是简、帛、纸并用来记录文字，而东晋以后便不再出现简牍文书，几乎全部使用纸张［6］。纸张的推广、发展和使用，有力地促进了科学文化的传播。 《太平御览》卷六零五《桓玄伪事》中记载有“以纸代简”令［11］: “古无纸，故用简，非主于敬也。今诸用简者，皆以黄纸代之。”桓玄登基以后，就下令宫中文书废除竹简，一律改用黄纸书写。

图1 麻纤维形态图

随着对纸张需求的不断增长，破布、麻袋、麻绳等最初的造纸原料已不能满足需求。为缓解造纸原料的不足，从这一时期开始不断开拓新的造纸原料，主要有桑皮、楮皮 (构皮)、藤皮［5］。其中浙江剡县的藤皮纸此时已名扬天下。剡县藤皮纸品质高，用于宫中，亦作高级公文纸。由于唐代官府和私人多用藤纸，剡县的藤类耗尽，这种纸逐渐消亡。草类原料在此期间也有使用但处于起步阶段，到唐宋年间用量才增大［6］。因缺少实物证实，竹浆纸是否产生在这一时期，学界还存在争议。从出土实物的原料统计，这一时期以麻浆纸为主，桑皮、楮皮纸为辅。

楮皮纤维的显著特征是:纤维细长，有横节纹，有胶衣;有草酸钙晶体，呈菱形或方形，见图2。

桑皮纤维的显著特征是:横节纹，有胶衣;含蜡状物质，蜡状物质与赫氏染色剂作用呈黄色，见图3。

3.3 隋唐时期的造纸原料与特征

隋唐是造纸术的黄金时期，表现在原料的扩展、工艺的提高、造纸地区的扩大、纸张产量显著增加等方面。据潘吉星对该时期古纸的分析化验，原料有麻料、楮皮、桑皮、藤皮、瑞香皮、木芙蓉皮和竹纤维。在这些原料中，麻料是主要的，但非麻类原料用量比前代有明显增加［5］。竹浆纸的起源还存在争议，李约瑟和潘吉星都认为竹浆纸起源于唐代，也有学者认为起源于晋代［12-13］。目前所发现的较早竹浆纸实物属于北宋时期。

竹纤维的显著特征是:纤维染色后呈蓝紫色或黄色，僵直，很少弯曲，部分有纵向条纹;有大导管，导管宽50～150 μm，壁上有网状纹孔，见图4。

3.4 宋元明清时期的造纸原料与特征

宋元时期，造纸原料大为扩充，加工技法也有创新，突出贡献是竹浆纸的大量生产。竹浆纸是利用竹子的整个茎秆，经一系列复杂工序处理后制成纸张。草浆纸 (麦草、稻草)也是按竹浆纸原理制造的。竹浆纸产生于唐代，但没有普及，到宋代才大量使用。从使用植物茎秆的韧皮到利用整个茎秆是造纸术的一大进步，这使得造纸成本大大降低，有利于手工纸的普及。此阶段以竹浆纸和皮纸为主，其他造纸原料有麻、麦草、稻草、芦苇等。

关于以稻草为原料造纸的记录较早见于苏易简(958—996年) 《文房四谱》卷四 《纸谱》［14］:“浙人以麦茎、稻秆为之者脆薄焉。”

以稻草为原料造纸，成本比竹浆纸低，制造过程也较简单，最初用于造纸不晚于北宋，很可能在唐代已经开始［5］。

稻草纤维的显著特征是:纤维细短，平均长度不到1 mm，宽度9 μm;纤维壁上有横节纹;杂细胞多，其中，表皮细胞呈锯齿状，锯齿头较平，见图5。

我国用蔗渣造纸，在《清朝续文献通考》卷384考11314中有记载:“(江西)上高县张绅曙初在徐家渡设造纸厂，以蔗渣造纸。光绪二十九年，由县详请奖六品功牌。”［15］说明最早使用蔗渣造纸的年代为1903年 (光绪29年)。

蔗渣纤维在草类原料中是纤维较长而宽的一种，其显著特征有:纤维细胞壁上的螺纹或节状加厚都很显著，并有小孔纹，胞腔较大;薄壁细胞体积较大，是草类原料中最大的一种;导管纹孔非常明显，管径较大;表皮细胞呈锯齿形，且锯齿参差不齐［7］。

麦草纤维显著特征有:比稻草纤维长而粗;长度1.0～1.5 mm，宽度13 μm;有锯齿表皮细胞，锯齿参差不齐，见图6。

这一时期，中国传统手工纸的典型代表是宣纸。宣纸是明清时产于安徽泾县的青檀皮纸，它的标志是以青檀皮和稻草为主要原料。泾县宣纸1915年曾获得巴拿马万国博览会的“金奖”。宣纸从何时开始使用青檀皮为原料这一问题长久以来，众说不一，主要是缺乏充足的论据和科学分析。刘仁庆认为很可能在中唐时期宣纸原料已经使用青檀皮［16］;《中国造纸技术简史》中主张是清代才开始采用青檀皮并配以草浆制成宣纸［17］。青檀皮宣纸的起源问题，还需实物确证。但自唐及清，一定是经过若干代造纸工匠们的努力，总结韧皮纤维造纸技术，不断进行革新发展而成的。

青檀皮纤维的显著特征有:纤维染色后颜色与麻类似，多呈带红的紫色至带蓝的紫色;纤维壁上有稀疏的横节纹，细胞腔明显;纤维两端钝尖，也有分歧或球状的端部，见图7和图8。

3.5 近现代造纸原料与特征

1853年Charles Watt和Henry Busgl发明木浆之后，木材成为造纸工业的主要原料。木材有针叶木和阔叶木之分。针叶木树叶细长如针状，以松、杉类为主，材质较松软，也称为软木。阔叶木树叶形状多呈心脏形、圆形或多角形，材质较硬，故也称硬木。

针叶木纤维的显著特征是:早材纹孔多，晚材纹孔少，无导管，见图9。阔叶木纤维的显著特征是:细而短，纹孔稀少或无纹孔;有导管分子，导管形态是区分阔叶木种类的重要依据，多有舌状尾，见图10。

由于我国森林资源贫乏，非木材纤维在造纸原料中占有重要的地位［18］，例如主要用于机制纸生产的龙须草。龙须草的特点是不生节、纤维长、色泽乳白，是制造胶版印刷纸、静电复印纸、钞票纸的优质原料。中国在20世纪50年代对龙须草造纸开展了大规模的研究，使用龙须草不仅可用于生产机制纸也可用于生产手工纸［19-20］。

龙须草纤维的显著特征是:纤维细长，有锯齿状表皮细胞，锯齿头钝尖，见图11。

以上对我国造纸原料的发展史进行了梳理，从麻发展到植物韧皮纤维，从植物韧皮纤维到植物茎秆纤维，再到现代木浆，可见造纸原料种类在不断地增多。表1对历代造纸原料的发展进行了汇总。

表1 我国造纸原料发展表

4 纤维特征与纸龄关系

从历史的角度看造纸原料发展，可得到某一时期与原料的对应表。根据原料发展史很难正面推断出造纸年代，但却可以找出该原料不可能出现的年代。例如，当发现纸样中含有针叶木纤维或阔叶木纤维或龙须草纤维时，即可明确地推断出纸样应属于近现代纸。如果声称为早期文物，一定是赝品，此时纤维种类将会是有利的证据。因此，从原料种类推断纸龄，从而鉴别文物真伪是一种有效的鉴别方法。麻料与韧皮纤维使用时间很长，不易作为年代的判定参数。唐代以后新增的原料，具有较高的参考价值。表2是整理出的纤维特征、原料种类与年代的关系。表2中所列的使用年代不够精确也有很多空缺，作为新方法的探索，希望能够提供有价值的参考。失准或空缺内容，望专家、同仁指正补遗。

表2 纸张生产年代确定表

据此设计了纸样年代的分析流程，如图12所示。首先需要对未知纸样采样观察，根据纤维特征判断原料种类，再由原料种类推断纸龄。

5 结语

本课题依据中国造纸发展史与原料显微分析两方面的知识，从历史的角度总结归纳出造纸原料的发展历程。选取不同时期具有代表性的原料纤维进行了分析，获得原料的纤维特征。在文献调研与实验分析的基础上，建立了纤维特征、原料种类和纸龄的关系，并初步提出纸龄推断的方法。该方法依据造纸的历史发展情况，借助科学分析手段，具有一定的可靠性和科学性，可为纸质文物鉴定提供参考。

致谢:中国制浆造纸研究院王菊华高工在纸张纤维特征分析中给予了指导和帮助，笔者表示衷心感谢!

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