【考古文博公開課】科技考古學概論 西北大學（已附整合版配套課件） P32 - [12.1.3]--第三節植物考古研究

同學們好 今天我們學習科技考古學概論中 商業考古的第三部分內容 植物考古研究 植物考古研究的對象是考古發掘過程中 出現的與人類活動直接或者間接相關的古代植物遺存 植物考古研究是通過觀察 分析考古遺存中保存的植物信息 結合現代植物學知識 來推斷遺存中古代植物的種屬特性 進而復原原始的植物遺存周圍的自然環境 通過對出土植物遺骸的種類 數量 組合關係等形式的統計分析 可以判斷當時人類的生存環境和生存能力 進而探討農業的特點 生產發展水平 乃至社會習俗等方面 植物的遺存一般來講在考古發掘過程中都經過了一個腐朽的過程 很少有保存完整的根莖葉等等 另外常常發現的也都是一些發生碳化灰化的植物的種子或者果實 而且這些果實有的是成了灰化的粉末或者碳化的粉末 或者是乾燥的碎塊等等 另外還有一些木頭的殘存 這些能夠被肉眼發現的殘存可以通過肉眼放大鏡或者低倍顯微鏡來進行觀察和分析 通過對於這些遺存的分析我們可以瞭解植物的形態 這是植物形態上的研究 植物形態的研究我們首先介紹一下木頭殘存的分析 大家都知道古代木材應用是非常廣泛的 首先在這個過程中我們都能知道 木材是人類建造房屋的主要使用的材料 另外在生活工具和傢俱上也是普遍採用了木質的材料 還有一些就是古代用的燃燒的燃料 還有一些木杖它們的殯葬上有一些屬於用的光果等木質材料 圖中給我們看到的這個就是屬於木杖中的木湧 接下來就是南方出土的一些保水的木器類 就是南方和大型的光果木中出土的木質文物 在這個過程中我們看見 一般來講在南方高濕度地區出土的木質文物 基本上都是屬於保水的狀態 保存狀態相對比較好 另外就是在新疆等乾燥地區出土的一些保存得比較完整的木質遺存 另外其他地區出土的木質遺存基本上是屬於一些碳化的灰化的遺痕或者殘塊 很少有保存完整的木質的遺物出土 對於木質的殘存的分析 現在目前來講主要是藉助於樹種的解剖學來進行分析的 在分析的過程中一般來講 孫子葉的植物次生物質部分的種屬鑑定主要是依靠導管 管拋 木齒壁的搏壁組織 木舌線 木纖維等來鑑定孫子葉植物的特徵 第二個就是屬於螺子植物特徵的一個鑑定 包括鑑定的是次生物質部的種屬 鑑定主要是依靠管拋 木搏壁組織 木舌線以及特徵的樹脂道有無的情況來進行判斷 單子葉植物的鑑定主要是根據管束的形態 分佈等特徵進行分析鑑定 接下來我們看一下 現在進行鑑定的時候我們可以參考這本書《世界主要樹種木材科學特性》 在這本書中主要介紹了木材本身的一個名稱和別名 還有一下木材本身的整個的分佈特徵 還有本身的一個結構特點 木材的性質和一些相應的用途等 這個書中還附有木材的橫旁面 縱旁面以及前切面的一個顯微照片 可以做我們鑑定的一個對比參考 木頭殘存等植物大的遺存主要是靠藉助於樹木的解剖學知識 木頭大的一些比較容易觀察可以通過肉眼進行觀察 進行種屬上的鑑定 而對於碳化的碎片要分析就要進行烘乾 然後在顯微鏡下進行觀察 這是大的遺存上的分析 但是在考古發掘過程中 一般來講往往出土數量比較多的是一些果實或者是種子 這些果實和種子本身保存的就是發生的碳化 灰化 以及個體肥料的細小以及碎裂 而這些植物的種子和果實是研究古代的採皮業 農業等相關知識非常重要的實物資料 這些實物資料的研究過程中是可以給我們提供大量的關於古代的植物的信息 因此對於這些植物的種子 果實的採皮 保存等研究是植物考古研究中非常重要的一個方面 植物果實種子它們是屬於植物的小的遺存 容易破碎而且細小 因此在皮取的過程中或者研究的過程中都需要一些相當於特殊的方法 這是考古的專家和生物專家對於採陶漆連上的發芽的植物種子進行的一個分析鑒定工作 接下來我們首先進行一下植物果實種子的一個研究的方法 就是浮旋法 浮旋法它又叫水洗法 它是從地層 灰坑 礁穴等考古發掘的遺存中 這些堆積物中放入水或者是配置綠化新溶液中 使沉積物中包含的果實或者種子 根莖等植物遺存漂浮在頁面上 經過複習篩選出植物的資料以供研究的一種方法 採用浮旋法一般有四個步驟 首先是樣品的採集 樣品採集就是在考古發掘過程中 如果發現有植物的遺存需要進行採集的情況下 一般採取泡麪採集法或者針對性採集法和網格式的採集法 對於遺存中的植物樣品或者是植物的遺存中的土壤進行採集 採集的過程中需要嚴格注意採集工具的潔淨 而且採集後的樣品要進行密封保存 記好標籤 採集出的樣品一般在幾十千克不等 採集後的樣品要進行一定的處理 採集出來的樣品大部分本身比較潮濕 易於發生違變 因此應該將它放在陰涼通風的地方進行烘乾 進行烘乾後的樣品就要進行樣品的浮選處理 浮選處理的時候根據樣品的數量的大小 選擇配置容器和相應的水量或者是氯化鋅的溶液量 在這個過程中配置放入樣品之後進行輕輕地攪拌 使其能夠充分地溶解 之後提取上面的或者表層的遺物 將這些遺物進行烘乾之後 可以再將它送至到顯微鏡下進行分析鑒定 就是在這個過程中 一般來講浮選的設備就是根據條件進行水循環的一個浮選設備 這是浮選法 接下來我們看一下另外一種方法 另外一個就是水篩法 又稱漂洗法 它是根據土壤顆粒和植物液含在體積上有區別 所以要藉助於水的力量可以將土壤濾出篩孔 將植物遺存保存在上面進行提取 這個過程中主要是這樣了 準備一個下面有漏斗的一個大的容器 首先將漏斗堵塞 放入一定量的水 將樣品放入這個容器內 充分地攪拌 讓碳化的植物類和土壤充分分離 用過篩將上層表層的植物遺骸提取出來 就是用過篩之後提取出來的碳化物和種子 接下來提取完上層之後 將下層堵塞的孔隙去除 這樣將漏水口打開 讓泥水順著下來的孔洞向下流出 流出的過程下層放了不同粗細的三層篩瓦 泥水流出之後 上層的有機的腐蝕物就被留存在篩瓦中 得到不同比重的植物遺存 接下來我們介紹一個植物研究的案例 是陝西省的藍田縣新街遺址的植物遺存的研究 新街遺址位於藍田縣華旭鎮遍沙村的遺址的西南部分 它在西安市的壩橋寮源村的東北 是2009年進行發掘的 在發掘的過程中我們對出土的植物遺存進行了相關的研究 這是新街遺址所在的位置和航天圖片 這是新街遺址 對於新街遺址的考古植物遺存進行了研究之後 我們通過普選發現這個遺址中出土的主要的植物遺存 就是碳化的木屑和植物的種子兩大類 共發掘發現碳化的植物種子大概有13554例 平均每10升土壤的樣品中出土有植物種子175例之多 平均每10升土壤中含有碳化的木屑有1.342克 經過普選之後發現鑑定新街遺址出土的碳化的植物種子 它主要包括樹 樹 稻 小麥 泥絲大豆 大麻等6種農作物 共計10745例 其他的一些植物種子還包括一些大麻 狗尾草 野燕麥 橋木荷 野大豆 豆科 梨樹 梨科 料蘭 薔薇科 沙草科 天南杏科和水吉珍等 共出土的種子有2809例 接著我們看一下出土的整個的種子和農作物種子之間的比例關係 這個比例關係中我們可以看出農作物種子佔有相當重要的比例 這個比例中其他的種子所佔比例相對較少 這個過程中我們看一下這個是樹 樹類在整個的植物種子發掘過程中相當大的比例 這是樹在植物種子的顯微相的一個照片和它的一個絕對數量的比例 在發掘的過程中樹作為新鮮移植的最主要的一個碳化的農作物種子 共發現有8898例 這個是佔整個種子數量的絕對數量的82%以上 而它出土概率我們採集了一共45份樣品 這45份樣品中有44份都含有樹 所以說它在整個的樣品的出土概率上應該在97%以上 所以說通過這個分析我們看出樹在整個新鮮移植農作物種子中佔有相當重要的一個地位 接下來我們看一下另外一種種子就是蘇 在新鮮移植中我們發現蘇在整個發現了有936例 這936例種子中它佔整個農作物種子總數的8%左右 而有45份採集的樣品中有37份都發現有蘇 這整個的出土概率在82%以上 因此也可以說蘇在整個新鮮移植的農作物所佔比例中也是非常重要的 接下來我們看一下水稻 水稻在新鮮移植中一共發現有896例 也是在整個的農作物種子中所佔的比例比較重要的 發生數量也比較重要的 它在整個水稻的出土中佔有8%左右 而在採集的45份樣品中有29份都發現有水稻樣品 出土概率也在64%以上 通過這個分析發現水稻在新鮮移植中的農作物比例中也有相當大的一個比例 此外還發現有2255例的水稻積盤 因此在這個過程中我們充分認識了新鮮移植中水稻所佔的一個比重 另外在11號灰坑中也發現了一粒小麥種子和兩個小麥的麥穗稻 但是由於整個移植中只有一個灰坑中發現了一個小麥種子 而對於它沒有辦法做進一步的統計性的研究和分析 對於小麥是否在新鮮移植中大部分的種植或者是作為農作物進行移植 使用還沒有辦法得到一個準確的回答 另外在兩個移植中發現了有10粒疑似大豆的遺物 這個疑似大豆因為它的分析和顯微照片或者其他信息無法完全確定它是大豆 因此我們只能將它暫時疑似為大豆 另外還有發現了有4粒大麻種子 這是在這個過程中新鮮移植中發現的一個農作物種類 新鮮移植中的農作物出土概率是表格中我們可以看到 其中最主要的素 粟和稻米整個在出土概率中佔有相當大的比例 而尤其粟它不但是出土概率高 而且它出土的絕對數量佔有了絕對的優勢 可以這樣說 就是說在新鮮移植農作物中最重要的農作物應該是粟類 農作物的移物的研究 種子果實的研究可以瞭解當時移植的一個農作物的種類 生長情況 農業發展以及環境等各方面的特徵 接下來我們再看一下 通過植物的微觀分析會給我們得到一些什麼樣的相關信息 首先我們看一下微觀分析 目前我們今天來介紹三個方面 第一個方面就是苞粉分析 接下來介紹一下植歸石分析 還有一個就是澱粉分析 首先我們介紹一下苞粉分析 苞粉分析是植物分苞籽和花粉分析的一個簡稱 苞粉分析主要包括研究化石和現代微軌素植物產生的苞籽和花粉 比如苔蘚 蕨類植物的花粉等等 苞粉是苞籽和花粉的總稱 根據苞粉的特徵求得花粉埔 之後建立區域標本花粉序 花粉埔河的變化反映了整個植被的一個變化 花粉埔中不同數值的變化說明植被成分的變化 而植被成分的重要變化它通常是受氣候變化和人類活動引起的 因此可以通過苞粉組合的花粉埔推斷泥質附近植被的基本面貌 以及人類利用植物的一些基本情況 進行苞粉分析的時候 苞粉採樣是有一定的相當標準的 這個標準主要是一般來講黏土 亞黏土和沙土類採樣在500克左右 能夠滿足我們苞粉分析的需要 而對於沙粒需要的量要在500到1000克左右才能滿足我們的需要 泥碳類採樣需要的量相對比較少 5到10克就能滿足要求 這個是常見苞粉土埔的一個形態特徵示意圖 通過這個示意圖我們可以確定苞粉的種類和樹仁 還有種類和分佈情況 以確定整個的遺存中所存在的哪些植物或者是植物的分佈情況 接下來我們看一下苞粉分析在考古中的應用 它主要有三個方面的應用 第一個就是了解確定地層和考古遺存的一個相對的年代 第二個就是了解過去人類生活的自然環境及其變遷 以及人類社會發展與社會環境之間的相互關係 再來就是了解古代社會文化活動及文化發展的狀況 特別是農業的起源和相關的傳播等方面的內容 就是苞粉分析 苞粉分析可以解決這三種方面的內容 但是苞粉分析也存在著比較大的一個侷限性 它的侷限性主要是根據各種苞粉它的傳播能力和數量是不同的 而且在傳播的過程中它會受到天氣變化 而且花粉與植被成分等就不是平行的 因此在這個過程中苞粉的採集是有一定的偶然性的 另外一個原因就是由於種種原因 某些地區的花粉積極數量是比較少的 特別是砍伐樹木或者是刀工火種的農業活動 以及其他地點的使用過程中花粉降落的時間比較短等這些因素 都會影響到花粉的含量 再有一個就是花粉沉積時在氧化過程中會被破壞 也有一些是被土壤微生物消耗掉 有的時候花粉分析並非是花粉的天然降落 而是人為的一些建造房屋 加固被毀滅的地面 或者是在食用的過程中或者是飼養牲畜的過程中 把成百立方米的植物帶回村莊 這樣分析出來的植物信息就受到了各種因素的影響 產生了分析的偏差 由於這些極限性和偏差 對於植物的分析就會有很多不準確的因素 因此我們可以利用另外一種方法 植歸石分析法來改善或者解決由於花粉分析帶來的不足 植歸石分析法就是利用植物歸酸體的這種高殘留性的一個形 以及在形態上的種間特異性 通過對土壤中所含植歸石體的一個大小 形狀 種類 及其密度等的分析 推斷其起源 穀物的類型和產地 所屬時代和區域等相關的一個信息 在考古研究地區採集植物的植歸石標本的時候 一般有下面的步驟 就是說首先我們要浮泉法或者氧化法從土壤中分離植物體 將植物體分離出來之後進行稱重 稱量一般需要2到3克 或者是葉片的半片葉左右 再用溫蒸水進行清洗 烘乾 切碎 放入蒸發餅中 加入一定數量的濃硝酸 大概一般在10到200毫升左右 根據樣品的情況 再加入少量的高氯酸氧化 去除標本中的有機物 通過清洗超容波離解處理之後 就可以將樣品進行做片和裝片 最後進行送檢處理 這個是植歸石常見的形態示意圖 根據不同的植歸石的形態特徵 我們可以確定它植物的種類情況 接下來我們看一下不同類型植物的歸酸體的一個形態特徵 首先我們看一下蕨類植物 蕨類植物它的植物歸酸體的主要特徵是 褶體或者是極端銳角的三棱柱狀 或者帶有屑狀紋飾的棒狀或者是三棱柱狀等等 這是蕨類植物歸酸體的特徵 而螺子植物的特徵主要是 它呈不規則立方體或者是多面體 扁棒狀或者是薄板狀 表面有凸起 皺紋橢圓形或者是卵形 梯狀或者是長靴狀 石塊或者石屑狀 松樹皮狀等等 而貝子植物中的河本科它主要是有扇形的 啞鈴形的 方形的 長方形的 尖形的 鞍形的等等 貝子其它的類型主要會有一個邊緣彎曲的板狀或者是不規則的尺狀 多邊的板狀 外形的 弓形的等等 另外還有一些有紋狀的幾個塊狀以及紡錘狀 具有螺旋紋的紡錘狀以及導管狀 還有鳥嘴狀 球狀 刺狀 多邊帽狀以及硅脂凸起等等 這是整個的不同類型植物硅酸體的一個特徵 通過這些特徵確定植物的類別 植硅石分析不受樣品質地的影響 採樣方面是比較廣泛的 考古遺址在堆積過程中因人類使用植物而有可能積聚大量植物的淨液 遺址的土壤大部分植硅石來源於本身腐爛的植物 反映了過去人類活動對植物的選擇和人類使用植物的一個情況 通過這個分析 各個遺址中許多部位 比如說竈 儲藏室 生活器 容器內都會有一定量的植硅石殘留 這些植硅石的分析可以瞭解各個遺址它本身的功用 此外動物或者人類的牙齒 某些石器 灰燼也是植硅石很好的一個材料來源 通過植硅石的分析可以瞭解更全面的植物方面的信息 植硅石分析可以解決很多考古上的問題 比如恢復遺址的自然環境與人類對於遺址佔有的一個相關的環境改造 植硅石分析可以彌補花粉分析的某些侷限性 提高古植物的準確度 瞭解人類使用植物的信息和生存狀況等等 國內外許多學者都是採用植硅石分析方法瞭解農作物的一個起源擴散 當時農業的技術 方式 系統等等相關信息 為原始農業的起源和發展提供了各方面的有利的證據 因而可以探討原始文化的交流等相關的資料 第三個方面就是野生植物的可利用性 經濟價值和非經濟價值方面的相關信息的瞭解 最後一方面就是在經濟 技術 社會組織之間的相互關係上的分析和研究 從石器古遺址的植硅石上可以瞭解 當時各個部位的一個功能和用途 此外用動物人類的牙齒上的植硅石上的來分析 還可以確定實性上的一個相關的信息 植硅石的分析和苞粉分析各有優缺點 但是長期將兩種方法對立起來的情況下 都有很多信息不能滿足我們的要求 因此很多學者通過苞粉分析和植硅石分析結合起來 解決了很多更加全面的一個環境問題 或者提供了我們更加全面的環境信息 它可以給我們提供古遺址的一個環境資料 另外可以為我們更加全面地復原古代植硅的一個信息資料 另外就是對於研究植物的栽培有一個更全面的信息 接下來我們介紹最後一個微觀分析方法 澱粉粒的一個分析 澱粉是葡萄狼分子聚合而成的長鏈化合物 以澱粉粒的形式注存在植物的根 莖和種子等器官的博弈細胞中 澱粉在造粉體中積累時依次形成了澱粉粒的基點 層紋 不同的植物澱粉在形態 類型 大小 層紋和基點等方面各有特徵 因此它可以根據澱粉粒的形狀特徵來作為鑑定植物的種類依據 目前對於澱粉粒的分析 在考古學中主要是被應用到實質品的功能的分析和能源考古兩個方面 澱粉粒的提取分為實質品和殘積物兩大類 從實質品上提取的主要是提取澱粉的一個殘漬 在提取的過程中需要注意 要在100倍的體式顯微鏡下 用一些極細的剃針從實際的縫隙中將殘留的遺物或者是提取 或者用去離子水幫助將澱粉粒鬆動之後提取澱粉的殘漬 再用綠花色種葉將澱粉分離出來 清洗綠花色之後將分離出來的澱粉雙片進行觀察 從澱粉殘積物中分離出澱粉殘漬的時候主要有三種方法 第一種方法就是利用篩選懸浮法或者等抗畜民的方法去除土壤的雜質 接下來進行澱粉的一個提取 提取之後將澱粉進行雙片進行觀察 澱粉提取分別是實質品和殘積物兩種提取的一個方法 無論是來自實質品還是殘積物中的澱粉 雙片後要按照以下的一個步驟進行觀察和記錄 在觀察的過程中首先要放在200度的一個偏光下掃描載波片 以確定澱粉粒本身所存在的位置 在放大500倍的情況下每個樣品記錄100到150個顆粒 這樣同時用偏光和非偏光進行觀察 在偏光下觀察顆粒的形態和特徵 在偏光下主要觀察消光的位置和特徵 進而在邊觀察邊畫出顆粒的形態 根據形態進行分類 這樣就做到了澱粉粒的分析 一般來講澱粉粒的分析觀察的內容主要包括幾點層紋 澱粉粒的二維特徵以及澱粉粒的消光特徵和位置 首先我們介紹一下起點 起點也就是說在澱粉的位置上有的澱粉的起點是可以觀察到的 有的起點是觀察不到的 觀察到的起點有的特徵主要是有一些點狀 星狀 列紋狀等等 而層紋和起點也是一樣 有的層紋是可以看到的 有的層紋是看不到的 對層紋的特徵要進行特徵性的描述 接下來就是澱粉的二維特徵 包括澱粉粒的形狀 澱粉粒的形狀我們看一下 它主要有圓形 正常的軟圓形 圓頸的三角軟形 水滴狀 紡錘狀的軟狀等 這些是整個的澱粉的一個本身的一個形狀特徵 同時還要對澱粉粒本身的長度和寬度進行測量 最後要描述澱粉粒消光的特徵和位置 這幅圖是樹 樹和格威草澱粉粒的形態特徵在顯微鏡下的一個觀察 通過觀察澱粉粒的形態特徵 我們和測量澱粉粒的特徵可以確定它是哪一個種族的 或者是哪一類的植物 接下來我們介紹最後一方面的內容 農作物的起源方面的研究 關於農作物起源方面的時間 地點等方面的研究 在國際上是普遍關注的一個課題 早在1935年的時候 蘇聯的一些專家學者 比如瓦維洛夫 他從以前學的一個角度上提出了做編譯的分佈理論 提出了農業起源有八個中心 一個就是東亞 印度 中亞 西南亞 地中海區域 東非 中美洲 還有最後一個就是南北的安地斯山地區 這八個中心的觀點和理論在學術上流行了很長一段時間 而在考古發掘的過程中發現 人類在上述的地區從事農業生產和經濟活動的時間 要比預想的或者猜測的要早很多 對於農業的起源地的判別 一般要根據兩個條件進行判別 首先我們要看見 必須發現有較早的可鑑定的為栽培物種的一個遺存 就是說在整個遺存的農業起源判別過程中 一定要有相應的最早的作為栽培的一個物種出現 第二個就是說這一些遺存應該是位於作物野生族本的分佈範圍內的 野生族本有分佈纔能夠被人類所馴化 纔有一個農業的起源馴化的過程 這幅圖是野生和種植的小麥麥穗來進行比較 這個比較就是說野生的小麥和種植的小麥是物種優化之後得到的一個農業物種 人工馴養的農業物種 這幅圖是特瓦卡遺址發現的 5000年到公元前3000年一系列的玉米的一個遺存 這個是現代遺存的一個玉米的變種 通過這個發現我們可以看到農業中的玉米它的馴化的一個過程和整個馴化的一個結果 接下來我們看一下中國農作物起源的一個相關研究 對於中國農作物的起源的研究 樹和樹可以是作為非常重要的一個代表 剛才我們在阿利中介紹了新疆遺址 發現了樹和樹是作為非常重要的一個栽培作物 因為這個樹和樹它具有非常良好的耐旱抗寒還有抑耕作等優點 使得非常適合在黃土地區進行種植 它是滋養中華文明的主要的食物來源 我國北方有廣泛的野生的樹和樹 這就屬於是農業起源的第一個標準 接下來又發現了年代最早的與定居生活密切相關的樹和樹的食物 這基本上可以說明樹和樹基本上是我國北方最早栽培的一個農作物 接下來另外一個重要的農作物就是水稻 這在新疆遺址中也是出土量相當大的一個比重 我國是亞洲稻栽培的一個起源地 它與另一個亞洲稻的一個栽培的起源地南亞是兩個各自獨立的起源 而且相互獨立的一個氧化的系統 國內外許多學者都傾向於中國的南部是亞洲稻的起源與氧化的一個中心 這個是沒有意義的 但是對國內外許多學者都認為稻是中國的起源 但是既得起源地卻沒有辦法統一 目前大概有三種說法 一種就是用貴高原說 還有一種就是用華南說 還有一種就是長江下游的這種說法 接下來我們看一下農業起源的一個模式 我國農業的起源最早的時候有三種說法 一種說法就是三條線 最早是有兩條線 一個是以黃河流域為起源地的粟 漢族的農業經濟的文化形態 另外一種就是以長江流域為起源地的稻作業的經濟文化的起源的形態 本來在這個過程中華南地區也作為一個稻作業的起源形態 但是通過發掘真皮遺址的時候 沒有發現稻作業的任何的遺物或者遺存 卻發現了大量的根塊徑的作物 因此學者總結出可能華南地區可以作為塊徑作物的一個起源的一個地 這樣對於我國的農業的起源情況分為了三條線的一個模式 關於植物考古 目前來講仍然處於一個探索階段 在植物起源的起源地 起源形式和研究方法 研究思路方面都還處於一個初期階段 對於樣品的採集 進一步的分析和信息的進一步的提取等 還有待於我們在更加全面的 更進一步的研究 因此我今天介紹的這部分內容屬於是拋磚引玉式的 對於植物考古做了一個簡單的概述性的介紹