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科技考古丨通过纤维显微观察、植硅体分析、液相色谱质谱联用分析等方法,鉴定分析表明北白鹅墓地出土席状编织物生物来源为芦苇

摘要: 0 引言 编织是人类最古老的技艺之一。早在旧石器时代,采集-狩猎者们便使用植物韧皮组织编织成的网状兜物,内盛石球,抛出以击打猎物,称为“飞石索”。使用植物性材料编织而成的生产生活工具,因有机物易腐朽降解,保存至今的原始织物并不多见。但我国出土的新石器时代的陶器上常有编织物印痕,其中较为典型的就是席纹。浙江余姚田螺山遗址出土的席类编 ...
       0   引言

       编织是人类最古老的技艺之一。早在旧石器时代,采集-狩猎者们便使用植物韧皮组织编织成的网状兜物,内盛石球,抛出以击打猎物,称为“飞石索”。使用植物性材料编织而成的生产生活工具,因有机物易腐朽降解,保存至今的原始织物并不多见。但我国出土的新石器时代的陶器上常有编织物印痕,其中较为典型的就是席纹。浙江余姚田螺山遗址出土的席类编织物,距今约有7000年的历史,经显微观察和植硅体分析,证实其为芦苇席,是中国现存最早的经准确鉴定和测年的编织物。周代文献中对席类编织物的记载相当普遍,对丧葬用席也有严格的规定。《礼记·丧大记》中就有关于殓席的记载:“小敛于户内,大敛于阼。君以簟席,大夫以蒲席,士以苇席”,说明竹子、香蒲、芦苇都是当时常见的编织材料。战国秦汉时代,席类编织物的种类更加多样,考古发现的有战国楚墓出土的早期锦席、镶锦边席以及长沙马王堆汉墓出土的“青缘莞席”和“锦缘莞席”等。唐宋时期,沧州以编制柳箱而出名;儋州、琼州等地用藤条编制帘幕;东阳竹编被广泛应用,还涉及儿童游戏领域。明清两代,东南沿海地区的草编、藤编、竹编等生产规模扩大,并在19世纪末期开始出口。植物性材料的编织物,尤其是席类编织物,早已渗透人们生活的方方面面,在当今社会仍有“一席之地”。考古发掘中也常见席状物,只有先通过科学方法准确鉴定其性质,才可进一步阐释其用途和意义。

     1   样品和方法
 
     1.1  研究对象 

        北白鹅墓地主体遗存为东周时期墓葬、灰坑和车马坑,其位于山西省运城市垣曲县英言镇北白鹅村东,北依太行牛心山,南临黄河,东南距洛阳70余公里,地理位置险要。2020年4月起至今,山西省考古研究院联合运城、垣曲市县文物部门对墓地展开了全面的考古工作。考古调查和勘探确定墓地分布面积达20万平方米,共勘探出墓葬217座,车马坑5座,灰坑241座,陶窑2座。部分墓葬随葬的青铜器上附着有席状编织物残留,厚度不足1mm,强度很低,可以观察到明显的编织纹路。检测的考古样品是垣曲北白鹅墓地M1020青铜簋上的席状编织物,待测样品的照片如图1和图2所示,可见有横竖交织状结构,似为平纹织物。青铜器在埋藏过程中,不断释放铜离子,可以在周边环境土壤中营造抑菌微环境,有利于编织物等有机质文物的保存。

图1 待测样品的微距照片Fig.1  Macro photo of the sample to be tested

图2 待测样品的显微照片Fig.2  Micrograph of the sample to be tested

       1.2  纤维显微观察 

       将待测样品置于清水中充分浸润,使聚集在一起的纤维分散开来。在干净的载玻片上滴2~3滴Herzberg染色剂,挑取少量纤维置于染色剂中,用尖头镊子轻轻拨散纤维使其均匀分布,然后盖上盖玻片。用吸水纸从盖玻片两端吸去多余的染色剂,轻压盖玻片使之与载玻片紧密贴合。将制好的临时装片置于显微镜的载物台上,调节聚焦并以透射光模式进行显微观察。

       1.3  植硅体分析 

      待测样品中植硅体的提取采用干灰化法,取少量样品置于小坩埚中,在500℃条件下加热8h以消解有机物;取少量处理后的样品于载玻片上,用加拿大树脂固定、制片,置于500倍光学显微镜下观察并拍照、测量。

      1.4  液相色谱质谱联用分析 

      1.4.1 材料与试剂  考古样品;甲醇(LC-MS级,CNW Technologies);乙腈(LC-MS级,CNW Technologies);乙酸铵(LC-MS级,SIGMA-ALDRICH);乙酸(LC-MS级,Fisher Chemical)。

      1.4.2 仪器与设备  Vanquish超高效液相色谱仪(Themo Fisher Scientific);Orbitrap Exploris 120高分辨质谱仪(Themo Fisher Scientific);均质研磨仪(上海净信);高速冷冻离心机(Themo Fisher Scientific);分析天平(Sartorius);超声清洗机(深圳雷德邦)。

       1.4.3 代谢物提取  取25mg样品,加入500μL提取液(甲醇:水=3:1,体积比,含同位素内标);35Hz研磨4min,冰水浴超声5min;重复上述步骤3次;-40℃静置1h;4℃,12000r/min离心15min [离心力13800(xg),半径8.6cm ] ;取上清液于进样瓶中进行LC-MS检测。

       1.4.4 液相色谱质谱条件  色谱条件:色谱柱:Waters ACQUITY UPLC HSS T3柱(100mmx2.1mm,1.8μm);流动相:A相含5mmol/L乙酸铵和5mmoL/L乙酸,B相为乙腈;梯度洗脱:0~0.7min,1%B;0.7~9.5min,1%~99%B;9.5~11.8min,99%B;11.8~12min,99%~1%B;12~15min,1%B。柱温:35℃;进样室温度:4℃;流速:0.5mL/min;进样量:2μL。
质谱条件:电喷雾离子源,正、负离子模式检测,极性切换全扫描;质量扫描范围:70~1050M/;一级累积时间:15min;二级累积时间:15min;鞘气流速:50Arb;辅助气流速:15arb;毛细管温度:320℃;正模式电压:3.8kV;负模式电压:3.4kV;二级碰撞能量:10/30/60V;一级分辨率:60000;二级分辨率:15000。

      2    结果和讨论

      2.1  纤维显微观察结果 

       与Herzberg染色剂反应后的样品整体呈棕色,如图3所示。此次检测的样品经历了两千多年的埋藏降解,纤维受损严重,大部分视野下只能观察到零星的纤维残段(图3a红色箭头)、各类散落的杂细胞(图3a黄色箭头)以及黑色的有机质残块(图3a蓝色箭头),这些有机质可能来自于编织物材料本身,也可能来自于周围土壤环境的污染。在局部可观察到植物纤维(图3b、图3c),纤维整体比较短细且具有一定弯曲,常与表皮细胞同时出现;观察到的表皮细胞较细长,两侧有锯齿,齿形多为半椭圆形,顶端比基部略窄,且未分散的表皮细胞常连成一片,锯齿互相咬合形如拉链(图3c)。以上观察结果均符合禾本科植物芦苇的特征,尤其在未分散的表皮细胞周围还观察到带有气孔及表皮细胞排列痕迹的“苇膜”状薄片(图3b~3d),而“苇膜”是鉴别芦苇的一个重要标志。

图3 待测样品的纤维显微照片Fig.3  Fiber micrograph of the sample to be tested

        2.2  植硅体分析结果 
     
       统计分析了200粒植硅体形态,其中可辨别形态的植硅体中有超过70%的是禾本科表皮植硅体(图4a),另外还有少量帽形植硅体(来自禾本科)(图4b红色箭头)和刺棒形植硅体(图4c)。常见的编织材料中属于禾本科的有竹子和芦苇两种。参照前人对古代苇席和现代芦苇、竹子显微特征的研究,可知以上植硅体的形态特征和组合方式均与芦苇茎秆植硅体相符合,而与竹子茎秆的显微形态不相符。

 图4 待测样品中的植硅体Fig.4  Phytoliths in the sample to be tested
 
        2.3  液相色谱质谱联用分析结果 

       芦苇(Phragmites australis)是禾本科芦苇属植物,多年水生或湿生,在我国分布极为广泛。芦苇纤维的长宽比可达115,是较好的纤维原料,又因其来源丰富、成本低廉、便于加工等特点,成为传统手工编织的常见原材料。研究表明,芦苇含有51%多糖,5%蛋白质,多种黄酮类、甾体类、有机酸,以及钙、铝、铜、锌、硼等元素,其中芦根多糖和芦苇茎叶黄酮类是芦苇主要的生物活性成分。而考古出土的席状编织物经长时间的埋藏降解,其有机成分的种类和含量发生了大幅度的变化,但仍有可能残存有物种指示性的代谢物小分子。

      本研究对北白鹅墓地M1020出土的席状编织物进行LC-MS分析,同时进行试剂空白对照。考古样品与空白对照的总离子流图相比,有少数特征峰,通过检索天然产物数据库鉴定特征峰,结果如表1所示,共鉴定出14种小分子化合物,多为天然产物。其中,胆碱是卵磷脂的基本成分,存在于多种植物和动物中,可作为乙酰胆碱的前体参与各种代谢过程;避蚊胺是许多驱虫剂的活性成分,由人工合成,此处出现应属环境污染物;鞘氨醇和植物鞘氨醇均为神经酰胺的前体,作为脂类分子参与多种细胞过程,其来源可以是自然界中的各种生物体;木脂素是一类重要植物雌激素,在数百种植物的木质部、根、叶、花和果实中均发现有此类物质;蕨素B是一种具有1H-茚-1-酮母核结构的倍半萜类化合物,属于植物的次级代谢物;尼泊金甲酯是目前广泛使用的防腐剂,除人工合成外还可来源于多种植物,是一种植物代谢物。综合来看,木脂素、蕨素B和尼泊金甲酯是来自于植物的代谢物,胆碱、鞘氨醇和植物鞘氨醇可能来自于植物。LC-MS的检测结果标志着考古样品的植物来源属性,这与纤维显微观察以及植硅体分离鉴别的结果相对应,可作为辅助性验证手段。

表1 北白鹅墓地M1020出土席状编织物的LC-MS搜库结果Table 1  LC-MS search results of the plant textile excavated from M1020 in the Beibai’e Cemetery
       2.4  讨论 

       北白鹅墓地的属性现在基本认为是西周灭亡后自关中东迁而来的召公宗族一支,目前已报道的有M2、M3、M5这三座墓葬。根据发掘简报,M5是该墓地已发现的规模最大的墓葬,虽遭受严重盗扰,仍出土有7件青铜鼎、6件青铜簋、6件青铜鬲等,还有1只青铜甬钟和1块石磬残件。从M5的规模、礼器组合特别是乐器情况可以看出,墓主燕仲是诸侯级别的贵族。M2、M3未被盗扰,分别属于三鼎墓和四鼎墓,M3还有兵器出土,两墓相距很近,可能是夫妻异穴合葬墓,出土的青铜礼器均存在制作草率、组合拼凑的现象,这在春秋早期的其他墓地也很常见。周王朝东迁后,社会发展面临巨大挑战,各种资源需要重新分配,在这种动荡的局势下,文化也随之衰败。东迁的周人丧失了旧地的全部不动产,也丢失了大量窖藏的青铜礼器,除了像北白鹅M5墓主级别的贵族拥有部分先人遗产外,大部分人员包括贵族处于经济困难的境地,体现在随葬青铜器上就是制作粗糙低劣,器物组合拼凑应付。

       M1020也体现出与墓地整体一致的风格。该墓未经盗扰,墓室四周皆有青铜器出土,大件器物主要集中于墓室西南和东南部,出土有2件青铜罍、3件青铜鼎、4件青铜鬲和5件青铜簋等,明器中最典型的是3件仿自商末西周时期的酒器,分别是爵、觯和方彝。在各类器物上均未发现铭文且纹饰较为单一,青铜鼎也未体现出列鼎制度。在墓室西北角出土有车马器和兵器(主要为青铜箭镞)。根据器物的种类、数量及规格,并结合M1020春秋早期的年代属性,可判断墓主的身份应为“上士”。周代丧葬礼仪繁琐,虽然两周之际社会发生巨变,但礼仪制度仍有迹可循。根据《礼记·丧大记》中关于殓席的记载“君以簟席,大夫以蒲席,士以苇席”可知,“君”阶级使用的是竹席,一说细苇席,“大夫”阶级使用香蒲席,而M1020墓主对应的“士”阶级使用苇席。文献分析的结论与使用纤维显微观察、植硅体分析以及LC-MS分析的结果一致,这说明科技分析可为古代丧葬制度的复原提供可靠依据。

      M1020是长方形竖穴土坑墓,葬具为一椁一棺,均朽甚。在棺区遍布附着朱砂的漆皮残块,且在局部可见多层漆皮,说明此棺为多层髹漆或内外髹漆的彩棺。人骨朽成白黄色粉末状,只能看到大致轮廓,可由耳部玉玦判断头部位置,头向北,面向不清。该墓葬椁室位于现代地表以下4.6m,不算深埋,墓葬本身也没有任何防水隔氧的措施。北白鹅墓地位于晋南地区,属暖温带半湿润大陆性季风气候,夏季高温多雨,冬季寒冷干燥。该地区降水的不均衡性以及较大的气温年较差和日较差使得本身防水防腐措施不佳的M1020内部温湿度变化剧烈,这对苇席等有机物的保存极为不利,棺椁和人骨的完全降解便是佐证,幸有铜离子的抑菌作用使苇席得到部分保留。除了青铜簋,在M1020墓室四周的其他青铜器上也发现有大量类似的席状编织物残留,而在墓室中部棺区表层仅发现有少量的编织物残留,这说明可能有一整张跟椁室等大的苇席曾铺设于椁盖板下棺盖板上,附着在青铜器上的部分形态保存较好,在中部棺区的部分因为腐败反应剧烈而保留较少。根据最新的发掘进展,在棺底板下椁底板上也发现了大量的席状物残留,且因为接近生土而形态保存较好。

      根据周逸航等对历史文献的梳理,墓葬中苇席的用途可分为三种,第一种是位于墓主身下的“卧席”,第二种是位于棺上的“抗席”,第三种是用于包裹牺牲位于棺椁之间的“苇包”。本次检测的席状编织物样品来自椁盖板下棺盖板上,可将其归类于“抗席”。最新发现的席状物残留位于棺底板下椁底板上,可将其归类于“卧席”。在M1020的棺椁之间未发现“苇包”残留,但发现了若干大小形制相同的棺环,南北各2只,东西各4只。由此可推测下葬的顺序为:先南北向铺设椁底板(可由椁底板灰和印痕看出),再放卧席(卧席与椁室等大),将绳索穿入棺环,把彩绘漆棺从墓口徐徐放入墓室中部(略偏东),在棺上放置纺织品等装饰(有机质已朽),在棺椁之间放置各类随葬品,再铺上抗席(抗席与椁室等大),最后东西向铺设椁盖板(可由椁盖板灰和印痕看出)。这与《仪礼·既夕礼》中的记载一致:“至于圹”;“茵先入。属引”;“乃窆”;“赠用制币,玄纁束”;“藏器于旁,加见。藏苞筲于旁。加折,却之。加抗席,覆之。加抗木。实土三”。由此还可知周代墓葬棺上加折,折上加抗席,抗席上加抗木。在M1020中发现了抗席,但未发现折和抗木,或许是因为有机质已完全降解,与板灰融为一体。汉代郑玄对抗席的注释是“抗,御也。所以御止土者。席,所以御尘。”所以,抗席的功用应是抵御尘土。

      3    结论

      北白鹅墓地是具有代表性的春秋早期贵族墓葬,对墓葬中出土的各类文物进行研究,有助于了解当时的丧葬制度,进而为周王朝东迁后社会景观的复原提供证据。以往的研究重视青铜器等无机质文物,而对有机质文物的关注不多,这是因为有机质文物易腐朽降解,常消失殆尽或仅以残迹形式留存。从这类有限的材料中发掘出文物信息,便是对其最好的保护。本工作将北白鹅墓地M1020青铜簋上附着的席状编织物作为研究对象,使用纤维显微观察和植硅体分析的方法确定其生物来源为芦苇,又通过液相色谱质谱联用技术验证了其植物来源属性,最后结合《礼记·丧大记》和《仪礼·既夕礼》等历史文献和考古发掘现场的实际情况,推断该考古样品是苇席,位于椁盖板下棺盖板上作“抗席”之用。此外,在棺底板下椁底板上也发现了大量的席状物残留,因为接近生土而形态保存较好,与上述通过科学检测的考古样品进行观察对比可知其亦为苇席,且位于墓主身下作“卧席”之用。在北白鹅墓地M1020中发现了大量的席状编织物残留,类似的情况在春秋早期的其他墓葬中也很常见,这说明殓席在整个下葬过程中扮演过重要角色且殓葬用席的制度在这一时期早已成熟。

 致谢 
感谢国家图书馆易晓辉副研究馆员在纤维显微分析方面提供的帮助。

图文丨卢蕾、温睿、李仁 【西北大学文化遗产学院、中国-中亚人类与环境“一带一路”联合实验室(西北大学)、文化遗产研究与保护技术教育部重点实验室(西北大学)】吴妍(中国科学院古脊椎动物与古人类研究所)南普恒(山西省考古研究院)
原文名为《北白鹅墓地出土席状编织物的鉴别与研究》
刊于《文物保护与考古科学》2024年第6期
责编丨静    静
初审丨李媛媛
终审丨郑   媛

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