樹(shù)木年輪定年原理、取樣方法和分析方法

 定年是考古分析中的一個(gè)重要方面之一。在考古領(lǐng)域有許多斷代測年方法，而樹(shù)輪定年是精確的一種定年方法，可以精確到年，甚至到某個(gè)季節。樹(shù)輪年代學(xué)（Dendrochronology），也叫樹(shù)輪定年（Tree–ring Dating），是對樹(shù)木年輪年代序列的研究，科學(xué)的樹(shù)輪年代學(xué)是的天文學(xué)者道格拉斯（Douglass）博士于二十世紀初研究建立起來(lái)的。他用樹(shù)輪定年法測定了印第安人遺址中殘留樹(shù)木的樹(shù)輪，明確了遺址的年代，于是這種方法在的年代學(xué)研究中得以確立。自從科學(xué)的樹(shù)輪年代學(xué)建立以來(lái)，樹(shù)輪年代學(xué)有了長(cháng)足的發(fā)展。在建立長(cháng)序列的年輪年表方面，許多國家已經(jīng)建立了不同長(cháng)度的年表，其中有兩條長(cháng)序列的年輪年表，一條是利用西南部考古遺址出土的木材樣本，構建了這一地區的年代學(xué)框架，建立了的刺果松（Pinus aristata）年輪年表，另一條是建立了不間斷的可延續到整個(gè)的10430年的櫟樹(shù)（Quercus）年輪年表。利用長(cháng)序列年輪年表不但對新石器時(shí)代的遺存進(jìn)行了定年，對古建、古美術(shù)的木材樣本進(jìn)行定年，而且對14C 年代進(jìn)行了校正，推測過(guò)去一些事件的年代，河流的改道，推測過(guò)去社會(huì )經(jīng)濟和文化狀況，聚落的居住史和建筑史等?？傊?，在考古學(xué)領(lǐng)域，樹(shù)輪年代學(xué)主要有兩方面的作用，一方面是利用樹(shù)木年輪分析判定過(guò)去人類(lèi)文化遺存的年代，另一方面是對過(guò)去氣候（包括溫度、降水）和環(huán)境進(jìn)行重建和研究。因此，為了盡快地建立長(cháng)序列的年輪年表，有必要對樹(shù)輪年代學(xué)的原理、分析方法和取樣方法幾個(gè)方面系統介紹，使考古工作者了解和掌握，以便取到比較理想的木材樣本。

一 樹(shù)輪年代學(xué)的原理

樹(shù)木樹(shù)干的形成層每年都有生長(cháng)活動(dòng)，春季形成層細胞分裂快，個(gè)大壁薄，在材質(zhì)上表現疏松而色淺，稱(chēng)為春材；由夏季到秋季，形成層的活動(dòng)漸次減低，細胞分裂和生長(cháng)漸慢，個(gè)小壁厚，材質(zhì)上致密而色深稱(chēng)為秋材。樹(shù)木的年輪，就是樹(shù)干橫截面上木質(zhì)疏密相間的同心圓圈。每一個(gè)年輪的寬度包括當年的春材和秋材。多數溫帶樹(shù)種一年形成一個(gè)年輪,因此年輪的數目表示樹(shù)齡的多少，年輪的寬窄則與相應生長(cháng)年份的氣候條件密切相關(guān),在干旱年份樹(shù)木生長(cháng)緩慢，年輪就窄，在濕潤年份年輪就寬。同一氣候區內同種樹(shù)木的不同個(gè)體，在同一時(shí)期內年輪的寬窄規律是一致的。如果一段樹(shù)干內層的一段年輪圖譜同另一段樹(shù)干外層的年輪圖譜一致，就說(shuō)明二者有過(guò)共同的生長(cháng)期，生長(cháng)年代能夠相互銜接。如果我們以現生立木或已知砍伐年代的樹(shù)木樣本為時(shí)間基點(diǎn)，年代早一些的樣本與之有一部分年輪圖譜重疊，他們就可以銜接，就這樣一直能銜接下去，甚至可以銜接到遠古時(shí)期，這樣就可以建立長(cháng)序列的樹(shù)木年輪年表。

一旦建立了長(cháng)序列的樹(shù)木年輪年表，就可以對未知年代的木材進(jìn)行分析和定年了。假如從考古遺存中取到木材樣本，首先對該木材樣本進(jìn)行樹(shù)輪分析，建立該木材樣本的樹(shù)輪圖譜，如果該木材樣本與已建立的合成年輪年表的木材樹(shù)種相同、又在同一氣候區，根據交叉定年原理與長(cháng)序列的樹(shù)木年輪年表進(jìn)行比較，就可以找到的重合位置，從而確定該木材樣本的絕對年代。

在溫濕的歐洲地區，樹(shù)輪基本沒(méi)有缺失輪，常采用以上交叉定年方法。而在氣候干旱和半干旱的地區，樹(shù)輪中丟輪較多，常采用的骨架定年方法，并根據中國的實(shí)際情況做出適當調整。

二 樹(shù)輪年代學(xué)的分析方法

（一）交叉定年工作程序

在定年前，對所有的樣本都應進(jìn)行一次目估，進(jìn)一步了解每一個(gè)樣本年輪的走向、清晰程度、是否有結疤、病腐等，選取生長(cháng)正常的部分定年，這不僅有利于假年輪、丟失年輪的確定和識別，定年準確，測量時(shí)不容易出錯，而且在年輪分析時(shí)，如果有疑問(wèn)，還便于回查。

交叉定年工作程序如下：

1 年輪的標記

將打磨好的樣本，由髓心向樹(shù)皮方向，每10年用自動(dòng)鉛筆畫(huà)一個(gè)小點(diǎn)，每50年在垂直方向畫(huà)兩個(gè)小點(diǎn)，每100年在垂直方向畫(huà)3個(gè)小點(diǎn)。

2  畫(huà)骨架圖

一般采用美國亞利桑那大學(xué)樹(shù)木年輪研究實(shí)驗室的交叉定年方法，即骨架示意圖方法對樹(shù)木年輪進(jìn)行定年。該方法將樹(shù)輪寬度序列中的窄輪作為序列之“骨"，識別后即以豎線(xiàn)的長(cháng)短形式標注在坐標紙上。如果所視年輪比其兩側相鄰的年輪相對愈窄，在坐標紙相應的年份位置上標注的豎線(xiàn)就愈長(cháng)，而平均寬度的年輪不標出，以空白表示，極寬的年輪以字母W 標注。以此方法在坐標紙上標識出的窄輪分布型被看作是實(shí)際輪寬變化的“骨架"。每個(gè)樣本畫(huà)一個(gè)骨架圖。

3  比較

首先對同一棵樹(shù)上的兩個(gè)樹(shù)芯進(jìn)行比較，是否窄輪重合，如果前一部分重合，后一部分不重合，那么，往后移動(dòng)一個(gè)或幾個(gè)年輪后，骨架又重合，說(shuō)明有可能缺輪，要回到顯微鏡下重新確認。確定好后再與另一個(gè)樣本用同樣的方法進(jìn)行比較。直到所有的樣本的年輪數量準確無(wú)誤為止。

4  年代的確定

對于活樹(shù)的樣芯，最外層年輪的年代是已知的，由于前面幾步定年準確無(wú)誤，那么每個(gè)年輪的生長(cháng)年代就能準確定年。

如果古木樣本的年輪骨架與現代樣本的年輪骨架重疊，那么每個(gè)年輪的生長(cháng)年代也就能確定了。

這里值的注意的是樣本最后一年的確定的依據是樹(shù)輪的解剖學(xué)特征。比如：如果樣芯是2005年春季、夏季采集的，樹(shù)木已經(jīng)開(kāi)始生長(cháng)，在顯微鏡下，最后一個(gè)完整輪與樹(shù)皮之間看到顏色淺的針葉樹(shù)種的管胞或闊葉樹(shù)種的導管，這說(shuō)明測量的最后一個(gè)年輪就是樹(shù)木砍伐年代的前一年或者是取樣年代的前一年，也就是2004年。如果樣芯是2005年秋季到冬季采集的，樹(shù)木已經(jīng)停止生長(cháng)，在顯微鏡下，最后一個(gè)完整輪與樹(shù)皮之間只有顏色深的晚材細胞，說(shuō)明測量的最后一個(gè)年輪就是樹(shù)木砍伐年代或者是取樣的年代，即2005年。

對于考古樣本，知道最外層的年輪是否是砍伐年代是非常重要的。因為知道了砍伐年代，就可以確定遺址的年代。

遺憾的是考古遺址中發(fā)掘出的木材經(jīng)常表面腐爛，不知道損失了多少年輪，在這種情況下，我們只能有把握地說(shuō)，樹(shù)木死于或砍伐于最外層年輪的年代之后。

那么，如何確定遺址的年代呢？

第一種情況：如果確定了絕對年代的樣本有樹(shù)皮，就可以根據木材最外層年輪的年代，至少可以卡定這個(gè)遺存的上限，也就是說(shuō)該遺址的年代不早于木材最外層年輪的年代，如果木材是現伐現用的，那么，遺存的年代就能確定。

第二種情況：如果一個(gè)遺址中多數樣本結束于同一年，說(shuō)明這些樣本外層木質(zhì)部沒(méi)有腐爛，因為不可能多數樣本腐爛掉同樣的年輪數，這種情況也可以卡定這個(gè)遺存的上限。如果木材是現伐現用的，那么，遺存的年代就能確定。

第三種情況：如果樣本外邊木質(zhì)部發(fā)現有蟲(chóng)孔，說(shuō)明最外層一個(gè)年輪接近樹(shù)皮。因為蟲(chóng)子一般蛀新形成的木質(zhì)部和韌皮部。這些蟲(chóng)子侵蝕剛砍伐的樹(shù)、弱樹(shù)或由于其他原因死亡的樹(shù)的樹(shù)皮。蟲(chóng)子侵蝕的年輪深度通常只有幾個(gè)年輪，因此它們的存在意味著(zhù)最外層的年輪靠近砍伐年。這種樣本的最外層年輪的年代與遺址的年代接近。

第四種情況：樣本存在部分邊材，可以根據邊材與心材的關(guān)系確定邊材損失了多少年輪，估計靠近樹(shù)皮的年輪的年代。這種樣本估計的最外層年輪的年代與遺址的年代接近。

第五種情況：樣本只有心材，這種樣本就難判定木質(zhì)部損失了多少個(gè)年輪，這種樣本最外層年輪的年代與遺址的年代相差較大。

（二） 樣本的測量

樣本年代確定后，用福蘭克林（Frank Rinn）公司生產(chǎn)的LINTAB樹(shù)輪寬度測量?jì)x測量，該系統測量精度為0.01毫米?；蛘哂蒙a(chǎn)的University Model 4樹(shù)輪寬度測量?jì)x測量輪寬，精度為0.01 mm。

（三） 樹(shù)木年輪年表的建立

在建立樹(shù)木年輪年表之前，首先用專(zhuān)門(mén)用于檢查樣芯或樹(shù)盤(pán)定年和輪寬量測值的COFECHA計算機程序或用Gleichl?ufigkeit統計量檢查測量的樹(shù)輪寬度值的準確性，利用ARSTAN軟件建立樹(shù)輪寬度指數序列。

三 取樣方法

樹(shù)輪分析的第一步，就是獲得適當的木材樣本。樣本來(lái)源很廣，從年代來(lái)說(shuō)，可以是現代的、古代的；從性質(zhì)來(lái)說(shuō)可能是的，考古發(fā)掘的和亞化石的。從形狀來(lái)說(shuō)可能是圓盤(pán)或楔形或長(cháng)條形或樹(shù)芯。另外，可能是干的樣本，也可能是濕的樣本。

（一） 活樹(shù)樣本的采集

活樹(shù)樣本取樣，遵循下面的原則：選擇受人為影響??；受一個(gè)氣候因素制約，如溫度或者降雨；生長(cháng)在干旱、半干旱地區、生長(cháng)條件較差的林緣木和孤立木；高寒地區和高海拔的森林上限的樹(shù)木樣本。

為了保證樹(shù)木受到最小的傷害，采樣時(shí)，采用較細的（直徑為4.3 mm）生長(cháng)錐對活樹(shù)進(jìn)行樣芯采樣。取到的樣芯放置在紙吸管或塑料吸管內，并在吸管上用油性筆標注代碼。紙吸管的優(yōu)點(diǎn)在于可使樣芯中的水分充分揮發(fā)以避免樣芯發(fā)霉，又可對樣芯起保護作用。若采用塑料吸管放置樣芯，則須在管壁上剪出若干小孔，以便于樣芯中的水分揮發(fā)。

（二） 古木樣本的采集

凡是年輪數在100輪以上的木材甚至木炭和化石木都可以作為樹(shù)輪分析的樣本。對于考古遺址中出土的古木，用油鋸采集樹(shù)盤(pán)，對于那些需要保存結構，不易鋸樹(shù)盤(pán)的，可以采集木材鉆心。樹(shù)盤(pán)是樹(shù)輪分析樣本，在一般情況下，取2~3cm厚的樹(shù)盤(pán)。特別注意的是，如果原木尚有保存完好的樹(shù)皮，或有完整邊材的木材，取樣時(shí)一定要注意保存，另外不要在主干有側枝的部位取樹(shù)盤(pán)，因為此處年輪極不規則。如果運輸不方便也可取楔形樣本，即樹(shù)干橫切面上選擇年輪比較規則，年輪不是太窄的部位，取原盤(pán)的1/4或1/8，這是因為如果年輪太窄，容易產(chǎn)生不連續生長(cháng)輪或斷輪。在取樹(shù)盤(pán)之前，可以利用手持放大鏡初步觀(guān)察一下樣本的質(zhì)量。當觀(guān)察樣本時(shí)，標本的觀(guān)察面向著(zhù)光線(xiàn)，如果表面涂一層水，利用光的折射，觀(guān)看更清楚，同時(shí)要注意方向，必須把木材標本近樹(shù)皮的一邊向外，把近髓心的一邊靠近身邊，即以射線(xiàn)垂直于胸前，而不要倒過(guò)來(lái)看，更不要以射線(xiàn)平行胸前來(lái)觀(guān)察。如果考古遺址有木炭，那么可以把木炭樣本用棉花包裹起來(lái)，或浸在聚乙二醇（碳蠟）溶液中保存。如果考古發(fā)掘的木材濕而軟，要用塑料布包裹起來(lái)，或冷凍起來(lái)。

樣本的數量越多越好，這是因為在交叉定年中，可以排除由于假生長(cháng)輪和不連續生長(cháng)輪造成的數據偏差。而且，大樣本量對最后的統計分析也是很重要的。但是，取大量樣本必然需要大量的人力、物力、才力，因此，如果出土大量原木，最好在帶有樹(shù)皮和邊材明顯的木材上取樣，樣本數為30個(gè)。如果出土較少木材，最好每個(gè)木材取一個(gè)樣本，甚至一個(gè)木材上取2個(gè)樣本。采集樣本的同時(shí)要對樣本進(jìn)行編號和紀錄。我們取樣的目的不僅僅在于了解樣本的年代，而且要盡可能地了解當時(shí)的環(huán)境及其對人們生活的影響。因此，樣本的編號和記錄是至關(guān)重要的。樣本的編號最好與考古發(fā)掘的編號一致。樣本記錄應記錄采樣地點(diǎn)、樣本代號、樹(shù)種、樣本在遺址中的位置（包括水平位置和垂直位置）、采樣人、采樣日期、樣本發(fā)現的原因（發(fā)掘、建筑、道路）等。還應繪制取樣地點(diǎn)平面圖、描繪樣本與其它物體的空間聯(lián)系，根據共存遺物推斷樣本的可能的年代，最好附拍攝照片?？傊?，要盡可能多地提供有關(guān)樣本的信息，以便對樹(shù)輪研究的結果進(jìn)行分析。樣本登記表要和樣本上的記錄一致。

以上從樹(shù)木年輪定年的原理、分析和采樣方法幾個(gè)方面進(jìn)行了比較詳細的闡述。希望與多學(xué)科專(zhuān)家共同合作，建立更長(cháng)的年輪年表。我們應該時(shí)刻記住，只有完成了能延伸到的樹(shù)輪年表，才可以在多個(gè)方面利用其精確定年的潛力，對考古遺址進(jìn)行定年，而且，還可以準確了解什么年代人們做什么事情，開(kāi)始理解人與自然環(huán)境的關(guān)系，還能利用精確定年的木頭進(jìn)行同位素、元素和其他分析，對14C年代進(jìn)行校正。