慈利白公城遗址出土木材种属的鉴定研究

张晓英，杨先云

(湖南省文物考古研究所，湖南长沙 410003)

0 引 言

白公城遗址位于湖南省张家界市慈利县城东1.5 km，澧水、零溪水交汇处。白公城历史悠久，根据《资治通鉴外记》的记载，早在母系氏族公社晚期，慈利白公城就已经是炎帝神农氏的领地之一了。同时它也是湖南少有的，有正史记录的古城。据《岳州府志·慈利县》载：“白公城，在县东五里，四面有门，相传楚白公所筑。”该城始建于战国时期的楚国，历经秦、西汉，废弃于新莽时期。该遗址是中国国家文明中后期县邑行政层级结构的典范，在湘西北部地区同类型遗址中具有独特的地位。该遗址的发掘由湖南省文物考古研究所主持，发掘时间为2015年10月至2016年4月，发掘面积达13 100 m2，其中包括84口古井，图1为该遗址的考古发掘布方图。

图1 慈利白公城遗址发掘区域Fig.1 Archaeological excavation area of Baigongcheng Site in Cili County

目前已有资料证明，我国是最早发明水井的国家[1]。“井”的古字形像古井的栏杆，人们因井设市，后来就将人多的地方称为市井。通过地下岩石的过滤，井水比河水更加干净卫生，成为不可或缺的生产生活资源。水井在人类社会发展中起着重要作用，也是反映人类文明进程的一个侧影[2-6]。

水井发明之初，井壁未经过加固，常出现剥落甚至坍塌现象，历史上就曾诞生过一个专门的职业——给水井底部清理淤泥[3]。白公城遗址的古井壁通过木材加固，有效减少了井壁坍塌的可能性，延长了水井的使用年限。灰坑一般是垃圾坑，或者地窖、储物坑之类，对于研究古人的生产生活有重要的价值。

1 材料与方法

1.1 实验材料

本实验共鉴定了10件木质样品的种属，其中1件出土于灰坑，1件出土于古井，8件来自古井井壁，样品信息见表1，样品出土位置见图2。该批木质文物已经移交至荆州文保中心进行脱水保护。

表1 白公城遗址鉴定木质样品的信息Table 1 Information of the identified wood samples from Baigongcheng Site

图2 白公城遗址鉴定木材的出土位置Fig.2 Location of the identified wood samples from Baigongcheng Site

1.2 实验方法

因遗址地下水位较高，古井出土的木质样品均呈饱水状，实验通过木材含水率及其纤维素结晶度判断木材腐朽程度，为木材的脱水保护提供一定的参考。

木材鉴定步骤：首先浸泡清洗去除表面污泥，然后将样品处理成约1 cm×1 cm×1 cm大小的立方体。采用木材鉴定中常用的方法——徒手切片法[7-9]制作木材横、径、弦三切面的切片，染色脱水后，借助光学显微镜观察样品各切面显微特征。

实验材料及设备：吉利刀片、5%番红水溶液、酒精溶液(体积分数分别为50%、70%、90%和无水乙醇)、载玻片、盖玻片、烘箱、X射线衍射仪(日本理学Rigaku Ultima-IV)、蔡司偏光显微镜(ZISS Scope A)、摄像头(ProgRes speed XT core 5)。

2 实验结果

2.1 木材保存状况

通过测量5个木材样品烘干前后质量变化，得到木材的平均含水率为775%。另外通过测定现代香椿及出土香椿样品纤维素结晶度，判断出土木材中纤维素的降解程度。纤维结晶度衍射谱图见图3。

图3 现代香椿与出土香椿衍射对比图谱Fig.3 XRD patterns of modern and unearthed Chinese toon

由现代与出土香椿的衍射对比图谱可知，慈利白公城遗址出土香椿木材在2θ≈18°及2θ≈22°的两个位置基本已无明显峰，结晶度很低，说明样品中纤维素大部分已经降解，木材保存状况较差。

2.2 木材鉴定结果

2.2.1湖南杨桐 早晚材缓变，散孔材，以单管孔及径列复管孔为主，部分管孔链及管孔团。单穿孔，管间纹孔式互列。射线组织为横卧细胞，单列木射线为主，偶见双列木射线，部分木射线中有树胶填充。木射线高3～15个细胞，以6～12个为主。根据木材切片微观特征，结合相关资料[10-13]，判断该树种为山茶科(Theaceae D.Don)杨桐属(AdinandraJack.)的湖南杨桐(A.acutifoliaHand.-Mazz.)。显微图片见图4。

图4 湖南杨桐显微构造Fig.4 Microscopic images of A.acutifolia Hand.-Mazz.

2.2.2无患子 环孔材，早材管孔较大且多，呈卵圆形或圆形，晚材管孔小且少，均以单管孔为主。导管中偶见树胶，未见侵填体。导管纹孔式互列，部分导管上可见螺纹加厚。轴向薄壁组织主要为环管状。分隔木纤维、胶质木纤维普遍。木射线非叠生，宽3～5个细胞，高13～29个细胞，射线组织同型单列及多列。射线-导管间纹孔式类似管间纹孔式。根据样品显微特征，结合相关参考书，判断该树种为无患子科(Sapindaceae Juss.)无患子属(SapindusL.)无患子(S.mukorossiGaertn.)。样品显微照片见图5。

图5 无患子显微构造Fig.5 Microscopic images of S.mukorossi Gaertn.

2.2.3香椿 环孔材，管孔呈圆形及卵圆形，早材管孔大，晚材管孔小，以单管孔为主，部分为径列复管孔，偶见管孔链或管孔团。导管中偶见树胶分布，单穿孔，管间纹孔式互列。轴向薄壁组织主为环管状，射线组织以横卧细胞为主，同时含方形细胞，方形细胞比横卧细胞略高。木射线基本不含树胶，以异形Ⅲ型为主，同时少量木射线为异形单列，多列木射线宽2～4个细胞，高5～17个细胞。射线-导管间纹孔式类似管间纹孔式，根据木材显微特征，判断该样品为楝科(Meliaceae Juss.)香椿属(Toona)香椿[Toonasinensis(A.Juss.) Roem]。样品微观特征见图6。

图6 香椿显微构造Fig.6 Microscopic images of Toona sinensis (A.Juss.) Roem

2.2.4冷杉 该样品为针叶材，早晚材突变，早材管胞呈四边形，部分呈多边形，早材管胞壁较薄，管胞腔大。晚材管胞呈四边形及椭圆形，管胞腔小，径壁具缘纹孔通常1列，偶见两列。轴向薄壁细胞极少。木射线非叠生，单列，高1～18个细胞，以1～10个为主，射线组织均为薄壁细胞，同时含少量树胶。交叉场纹孔式为杉木型，射线薄壁细胞端壁明显。通过样品显微特征及相关参考资料判断该树种为松科(Pinaceae Lindl.)冷杉属的(AbiesMill)冷杉[Afabri(Mast.) Craib]，样品显微图片见图7。

图7 冷杉显微构造Fig.7 Microscopic images of A fabri (Mast.) Craib

2.2.5润楠 样品为散孔阔叶类木材，以单管孔为主，少量径列复管孔(2～3个)，偶见树胶，轴向薄壁组织呈环管状，少量为星散状，导管主要为单穿孔，另外部分为梯状复穿孔，导管上未见螺纹加厚，管间纹孔式互列。轴向薄壁组织为环管状，少量星散状，同时含油细胞。直立细胞比横卧细胞高，木射线非叠生，以双列木射线为主，同时含极少量单列木射线，多列木射线高6～26个细胞，射线组织为异形II型及Ⅲ型，射线-导管纹孔式为大圆形及刻横状，部分类似管间纹孔式。通过样品显微特征及相关资料判断该树种为樟科(Lauraceae)润楠属(MachilusNees)的润楠(MachiluspingiiCheng ex Yang)。样品显微照片见图8。

图8 润楠显微构造Fig.8 Microscopic images of Machilus pingii Cheng ex Yang

本次鉴定的10件木材样品的鉴定结果见表2。

表2 木质样品的鉴定结果Table 2 Identification results of the wood samples

3 讨 论

3.1 木材保存状况分析

含水率不仅能表征木材降解率，还在一定程度上决定木材的收缩程度[14]。现代木材即使是生材，含水率一般也低于100%[15]，而测定的5件出土木材平均含水率高达775%，说明纤维素出现了较大程度的降解。通过图3可知，纤维素结晶度显著降低，这是因为木材长期埋藏在地下，纤维素大量水解，木材内部出现了很多孔隙，导致木材含水率增高。若仍然以饱水状态保存，出土木材将会继续降解，只有通过脱水处理才能尽量减缓其降解速度。

3.2 木材树种鉴定结果

3.2.1出土木材特性 湖南杨桐也叫尖叶川杨桐，是一种常绿小乔木，常分布在海拔600～1 400 m的高山湿润阔叶树林中或溪谷旁。该树种纹理直，结构均匀且较细，强度偏低，但干燥时不易开裂变形，常用作美工制品材料，房屋建筑的屋架、檩条、椽子以及家具农具等。该树种曾在很长一段时间内未被发现他的可用之处，被称为无用木[16]。本次研究中该树种出现在战国晚期的H37及水井J20中。

无患子是一种高可达20余米的大乔木，喜光、稍耐阴，耐旱耐寒能力强，寿命可长达100～200年，在我国分布范围广，常生长于海拔30～1 000 m的丘陵平原以及长江流域气候温暖的地区。该木材干燥时易发生翘曲，耐腐蚀性也较差，但容易加工，木材用途较广，可用于制作各种生活用品、农具及家具等。同时不仅有较高的药用价值，而且外果皮泡水还可代替肥皂[17]。该木材耐腐蚀性较差，从性能上来说，并不适合用于制作井壁，所以选择无患子作为井壁材料时并未充分考虑其材料特性。在本次实验中，无患子仅在J20中出现1例，在本次鉴定样本中占有的比例较低。

香椿主要分布在我国中部，喜温、喜光且耐湿，高可达16 m，胸径可长达1 m，常分布在海拔1 500 m以下的丘陵或平原，生长快，耐腐蚀，抗蚁性强，干燥容易，干缩小且干燥后尺寸稳定，是一种优良的木材。材色美丽，素有“中国桃花心木”的美誉。香椿由于其耐腐蚀性较强，因此比较适合用作井壁材料。J20的4件样品中，有2件为香椿，在J20鉴定样品中所占比例较高。

冷杉是一种高可达40 m的针叶类乔木，具有较强的耐阴及耐寒冷的特性。该类木材干燥速度快，不易翘曲，但易产生细裂纹，天然耐腐蚀能力较差。同时其早材管胞较大，因而较为疏松，常用在不需要高强度的建筑构件上。该件样品出现在J31古井中，可能是生活用材的废弃物。本次鉴定的10件样品中仅1件为针叶类树种，这在一定程度上反映古代该地区针叶树木数量较少，主要以阔叶树木为主。

润楠为樟科润楠属乔木，高可达40 m，适合生长在温暖湿润的亚热带地区，在海拔1 500 m以下的山谷中较为常见，树干挺拔，出材率高，是一种用途广泛的上等木材。干燥后尺寸稳定，仅出现微小翘曲开裂现象，同时该木材还具有药用价值[18]。润楠的木材性能优良，用作井壁材料，说明水井的制作是当时较为重要的一件事情。本次鉴定的10件样品中4件为润楠，是所有鉴定样品中数量最多的一类木材，且均出土于J67。该古井时代属于战国晚期至西汉，较其他古井时间稍晚。润楠属于楠木的一种，由于性能优良，常用作船具的制作原料[19]，同时作为一种身份的象征，频繁出现在很多的贵族墓葬及高等级建筑中[9，20～21]。

3.2.2讨论 此次鉴定的样品中，战国晚期的J20共鉴定了4件样品，其中香椿2件，占样本量的20%，无患子、湖南杨桐各1件，各占10%。战国晚期至西汉时期的J67鉴定的4件样品均为润楠，占40%。

根据《慈利县志》(1990年版)，慈利县在1984年森林普查时发现县内植被覆盖率高达30.74%，境内分布松、杉、柏、楠、樟、槠等各类木材，植被分为针叶林、阔叶林和灌木林，与鉴定结果有一定的相似性。

从不同古井井壁用材上看，战国晚期的4件样品中含有3个树种，木材性能差异也较大。虽然反映这个时候古人对于井壁用材并不考究，可能是就近取材，但同时也可发现，较耐腐蚀的香椿在战国晚期的J20中使用相对较多，说明当时古井井壁用材虽然较杂，但或许已经是有意识地选择性能更加合适的树种。

战国晚期至西汉的J67，古井井壁用材上特点突出，鉴定的4件样品均为润楠，这说明古人对生活用水较为重视，古井的建造在当时是一件比较重要的事情。在陕西汉代木桥遗址[22]及咸阳沙河古桥遗址[23]也都使用了香椿及楠木等木材，说明这些木材性能较好，古人常用于重要构件上。

由于地下水位较高，湖南地区古井数量高达数千口[24]，如益阳兔子山遗址、长沙走马楼等都发现了大量古井，可见水井是当时水的主要来源，对研究古代人类生产生活具有重要意义。同时，湖南地区土质含水量大，井壁极易坍塌，水井类型也很丰富，常用竹质、木质及陶质材料作为井壁[25-26]。木质井壁加固效果比竹质井壁好，成本相对陶质井壁低，是一种高性价比的选择。古代生产力落后，工具简单，开凿水井费时费力，通过对井壁的加固能延长水井使用年限，同时也是一种技术的进步。

树木能反映生长环境的气候条件，从鉴定得到的树种来看，这5类树种除冷杉外基本都适合生长在温暖潮湿的环境中，侧面表明古代该地区气候较温暖潮湿。不同树种的木材具有不同的构造与特性，本研究的结果也可为接下来木器的脱水保护提供相应的参照信息。

鉴于本次研究的木材样本总体数量较小，同时，选取样品的年代较为接近，只能做初步推断。更加深入的研究还需其他方面的证据。

4 结 论

本次鉴定的10件样品中有6件来自战国晚期，其中冷杉和无患子各1件，湖南杨桐和香椿各2件。有4件来自战国晚期至西汉古井，均为润楠。古井井壁木材使用上，总体性能比较适合作为井壁，少量木材性能稍差。说明当时开凿水井的工匠对井壁用材虽然没有特别的考究，但已经在有意识地使用木材，采用的主要为优良木材。侧面反映当时制作古井的匠人对于木材特性的认识有一定的深度，人们对生活用水十分重视。从总体鉴定木材种属所适合生长的环境上看，当时该遗址附近的植被可能是以阔叶材为主的针阔叶混交林，气候较温暖潮湿。该结果对于井壁木材的保护也具有一定的参考意义。