学科进展与展望：蓬勃发展的科技考古学（特约专稿）

以往，我国不少考古学家认为，不应将科技考古学视为一门学科，只能理解为自然科学的理论、方法和手段在考古学中的应用。与此同时，也有专家认为，科技考古学可视为考古学的分支学科。然而，随着科技考古学的迅速发展，人们对其认识不断深化和提高，对其重视程度也日益增强。当前，考古学与科技考古学间的联系日趋紧密，一个全新的考古学或科技考古学已初显轮廓，呈现出互为促进、蓬勃发展的喜人态势。

近年来，科技考古学的发展，首先，也主要体现在科学技术全面而深入地应用于考古学的诸多领域。为便于叙述，拟按不同领域逐一介绍。

一、考古年代学

人们知道，时间标尺的建立，是考古学研究的基础，它使考古学从定性描述转变为定量表述的科学，由此可以理解，断代测年方法，特别是碳十四测年方法，何以历来最受考古学家的青睐，也何以新的断代测年方法总是不断出现。

仇士华、蔡莲珍教授是我国著名的碳十四测年专家，我国碳十四年代学的主要奠基者。长期以来，他们始终关注并跟踪着国际碳十四测定技术的发展。当系列样品精确测定的碳十四数据与高精度树轮校正曲线匹配拟合的思路初露端倪时，他们即意识到，该方法将能获得“误差甚小、颇为可靠的年代结果”，并可望“解决我国古史中武王克商年代这一难题”。

在充分准备的基础上，借助夏商周断代工程提供的多学科协作条件，两位先生领导的碳十四测年技术改造与研究课题组，经过多年的努力，解决了许多技术难题，终于将武王克商的年代限定在公元前1050～1020年之间，确保了夏商周断代工程的圆满完成①。近年来，系列样品贝叶斯统计方法又成功地应用于新砦、二里头、偃师商城和郑州商城等遗址的年代测定，得出了若干误差甚小、重要异常的年代数据②，为历史界和考古界深入探索先商和商代历史奠定了坚实的年代学基础。

随着环境考古、农业科技考古的迅速发展，人们已不再满足遗址文化层提供的信息，而逐渐将视角拓展至遗址周边的自然地层。不难理解，欲揭示自然地层内所蕴含的信息，首先需明确其不同层位的所属年代。然而，土壤中通常难以获得理想的木质材料，且常常“受到农业施肥和现代植物根系渗透的影响”，致使碳十四年龄偏轻。针对这一难题，中国科学院地球环境研究所周卫健研究员等，采用新的热处理方法，有效排除了土壤有机质中“死碳”和“晚期含碳物质”的干扰，并利用加速器质谱测得较为可靠的年代数据。目前，该方法已成功地应用于中国黄土——古土壤的年代测定中③④。

曾被学界寄予厚望，后因误差过大而受到冷遇的热释光测年技术，近年来得到了长足的发展。以王维达教授为首的上海博物馆热释光课题组，潜心研究数十载，认真分析了古剂量和年剂量测量准确性的影响因素，提出了相应的解决方法，完善了热释光前剂量饱和指数法，并将其成功地应用于中国古瓷器的真伪鉴定中，其准确率达到95％以上⑤。目前，这一方法的测年上限为距今1500年，而测年下限竟至几十年，几乎覆盖了我国古瓷器的主要发展历程。可以预料，它将有助于中国古瓷器市场的稳定和发展。

如果说，热释光测年技术的主要应用领域是古陶瓷鉴定的话，那么，其“同胞兄弟”光释光(OSL)测年方法则在第四纪碎屑沉积物年龄测定方面显示出特有的优势。德国马普学会海德堡核物理研究所的G.Wagner教授是最早将光释光测年技术应用于考古学领域的学者之一，也是对光释光测年技术的发展贡献最多的学者之一。在这些贡献中，表面光释光方法的建立似乎最为重要。他开发了一种新技术，将OSL空间分辨率降至25um，这样，直接测定岩石表面的光释光，即可获得岩石埋藏或沉积之初的年代。借助这一方法，人们可望测定玉器、石器的埋藏年代，甚至根据可靠的考古背景，推测其加工制作的时间⑥⑦。

我国学术界十分重视光释光测年技术的基础研究和应用探索，并取得了一系列重要成果。例如，中国科学院地球环境研究所的王旭龙博士在导师卢演俦研究员的指导下，探讨了黄土细颗粒石英回授OSL(Recuperated OSL)的性质及其形成机制，创立了多片石英回授OSL剂量再生法的测年技术，测定了约80万年以来黄土样品的沉积年龄，并可望将其扩展至距今一百万年⑧。又如，中国地质科学院水文地质环境地质研究所的赵华研究员采用石英单片再生法(sAR)等测年技术，开展了大量工作，初步构建了科尔沁地区全新世沙丘活动的年代学框架，并指出，沙丘活动主要缘自人类的干预。

尽管光释光的测年精度难以与碳十四方法相媲美，但其测年范围的延伸，则在一定程度上，弥补了碳十四方法的缺憾，而其样品选取的便宜，在自然地层，特别是古耕作地层的测年领域，更展现出独特的优势。可以预见，光释光测年方法和土壤有机质加速器质谱碳十四测年方法的结合，将有力地推动环境考古和农业科技考古的发展。

二、环境考古学

揭示古代人类所处的自然环境，探索人类社会发展与所处自然环境的相互关系，即为环境考古。国际上环境考古发轫于20世纪20-30年代。20世纪60年代以来，环境科学、生态人类学和考古学的交叉融合，使环境考古学在西方日臻成熟，成为考古学的基石之一∞。相比之下，我国的环境考古研究起步较晚，然而，自20世纪80年代末以来，在周昆叔先生的倡导和推动下，我国的环境考古发展迅速，业已贯穿于考古调查、发掘和研究的全过程。不难发现，如今的考古发掘报告，环境考古研究已成为其不可或缺的组成部分。可以这样说，它在一定程度上改变了我国考古学研究的面貌。

我国环境考古的累累硕果中，最令人震撼而难以忘却的莫过于夏正楷教授等关于喇家遗址的探讨。4000年前，地震、山洪和洪水给喇家先民毁灭性打击的凄惨场景，借助于他们的研究，居然能够再现于我们眼前⑩。近来，中华文明探源工程(二)顺利通过了结项验收。其中，莫多闻教授负责的环境研究课题取得了颇为丰硕的阶段性成果。他们从多个角度综合分析了我国不同地区的古代环境，指出距今约4000年时，随着全球气候变冷，东亚夏季风减弱，我国内蒙古和甘青地区的降水相应减少，气候逐渐干燥，严重影响了那里脆弱的经济结构和人类文化。尽管在新石器晚期，长江中下游地区的文化和经济得以迅速发展，但好景不长，距今4000年左右，长江中下游地区低平地势的进一步下沉以及海平面的明显抬升，导致长江干支流水系严重淤积、河湖水位提升，加之长江两岸低湿地区的过度开发，直接加剧了洪患灾害。相比之下，中原地区的水热、地貌、土质和多种作物条件，使古代人类可以在不同海拔高度生存发展，十分有利于多样性旱作农业的持续发展。尽管其局部河谷低地不时难免洪水灾害，但整个区域的经济和文化总能保持发展趋势。无疑，这些抵御灾害、可持续发展的优越条件，奠定了中原文化崛起的基础。

三、农业科技考古学

先民的定居生活促进了农业的诞生、传播与发展，而农业的发展反过来又稳定了定居生活，使社会财富得以积累，并进一步促进了社会分层、分工和经济、技术的发展。长期以来，农业科技考古为考古学家高度关注，其原因大抵在此。国际上农业考古开展甚早，其研究内容主要

集中于中东地区小麦的起源与传播以及中美洲玉米的起源与传播。美国威斯康星大学的P.Price教授集世界农业考古之大成，除中国外，他对世界各地的农业考古皆作了系统的总结，并出版了多卷专著。世界上最早的四大主要粮食作物，中国占了两种，即稻类和粟类，因而中国的农业考古具有特殊重要的意义。著名考古学家严文明先生十分关心我国农业考古的研究，他不仅从理论上对我国稻作农业起源作了有益的探讨，而且还利用他的国际影响，于20世纪90年代，促成了“中美农业考古队”的组建，并开展了仙人洞和吊桶环遗址的发掘，有力地推动了我国农业考古的研究。

近年来，在中华文明探源工程(二)经济与技术子课题的资助下，袁靖、赵志军研究员等综合了多学科的研究成果，明确指出，中华文明形成时期，不同考古学文化，其农业经济特点和发展模式不尽相同。例如，黄河流域居民获取肉食的主要方式是家养动物，而长江流域居民的主要方式为渔猎。又如，北方为粟作农业传统；南方为稻作农业传统；而中原地区则由原来的粟作农业转向稻粟等多作物农业。结合上述环境研究的成果，他们对多元一体中华文明的形成过程所作的初步而较为全面的诠释，无疑是一项奠基性的工作。

我国农业科技考古的长足发展，还体现在植物微体化石的研究领域。其中，植硅体方面最为显著的成果当推吕厚远研究员关于粟、黍植硅体形态及其差异的辨别，借助这一成果，利用植硅体探索粟作农业的起源与传播便可望付诸实施。另一个颇为重要的成果为吴妍博士利用扫描电镜和高景深数码相机，分别实现了水稻植硅体的三维图像重建，从而极大地提高了植硅体形态特征测量的速度，有效地推动了植硅体分析的应用。

四、生物考古学

如果说，碳十四测年方法的建立，使考古学从定性描述转变为定量表述的科学，那么，生物考古的开展，则可望勾勒出古代人类迁徙和社会发展的动态轮廓。由此不难理解，何以生物考古一经问世即呈蓬勃发展之势，又何以对考古学的影响如此之深远。鉴于此，拟继断代测年、环境考古、农业科技考古之后，简要介绍当今生物考古的研究状况。

20世纪80年代以来，PCR技术(聚合酶链反应)的建立，直接催化了古代DNA分析方法的发展和应用。提起古代DNA分析，现代人类非洲单一起源说，即所谓“夏娃说”，似乎已妇孺皆知。尽管“夏娃说”存在颇多疑点，但它对重大科学问题——现代人类起源研究的有力推动，对古代DNA分析方法的推广应用，起到了极其重要的作用。与“夏娃说”的命运不同，德国Piiiibo教授关于尼安德特人不是“现代人”的直系祖先，而是人类进化旁支的观点，则基本得到公认。近年来，古代人类DNA研究有两个颇为重要的进展，一个是Real-time PCR技术，它可有效地鉴别源自古代样品的DNA污染，从而在相当程度上，确保了古代DNA分析的可靠性；另一个是焦磷酸法测序方法的建立，它奠定了核DNA测序的基础，将整个基因组的序列分析提上了议事日程。可以预见，随着古代DNA技术的不断发展和成熟，古代人类遗传关系的复原，描绘古代人类的迁徙路线，终将成为现实。

古代人类食谱分析是生物考古又一个热点领域。适应环境、攫取资源，是人类的本能，也是人类进化的主要动因之一。了解人类食物结构的演变，探索人类获取资源的方式，同样可为人类的起源与进化提供不可或缺的信息。如前所述，尼安德特人灭绝的观点之所以被学界承认，一定程度上得益于食谱分析证据的支持。稳定同位素分析显示，与尼人相比，欧洲的现代人食物来源更为广泛，表现出更强的适应性。于是，物竞天择，尼人终被淘汰。目前，国际上古代食谱研究的动向是，逐步细化所谓的“食谱”，力图明确至具体的食物种类。不过，这里尚有许多科学难题需要认真解决，绝非短时间内可以企及的。

早在1984年，蔡莲珍、仇士华先生即根据稳定c同位素比值，较为系统地分析了我国新石器时期先民的食物结构，在我国考古界产生了深远的影响。然而，之后停顿了约15年，直至近年来才有了颇为迅速的发展。现在，有关成果大致集中在两个方面，一是新石器中晚期，我国先民食谱的地域分布特征，即黄河以北主要以粟类植物为食，长江以南以稻类植物为主要食物，而中间区域则两类兼而有之。进一步分析还指出，气候无疑是导致先民食谱地域分布的决定性因素，然而，在中间区域，文化因素同样有着十分重要的影响。另一个是家猪起源的探讨。胡耀武、汤卓伟博士等发现，在一定条件下，家猪的食谱与饲养有着内在的联系，从而为动物驯化起源的探索提供了新的思路。

残留物分析同样是生物考古的重要组成部分。所谓残留物，主要指动植物及其相关制品长期腐烂、降解的产物，其蕴含着大量的信息，诸如食物加工、器物功能、材料加工、动植物驯化、印刷、造纸、纺织、医药、化妆品和祭祀等。

英国Evershed教授是国际著名的残留物分析专家，作出过一系列开创性的工作。其中，特别有意思的是，通过陶器内残留物的脂肪酸分析，结合动物考古学的证据，他发现在新石器时代农业传人英国之际，人们养牛不仅为了获取肉食，也为了获取牛奶饮料。

残留物中的DNA分析是一新动向，并具有广阔的应用前景。这里有一个发人深思的例子，即德国科学家根据陶器内有机残留物中的DNA分析，发现了一种类似爬山虎的攀缘植物，而如今它却广泛分布于洪都拉斯至巴西一带。这一结果暗示这种攀缘植物最初应起源于欧洲。

也不知什么原因，我国学者直至近年方开始关心残留物分析。不过，凭借我国丰富的文化遗产和考古学家的支持，有关工作一经开展，即取得了一些颇有价值的成果。例如，2005年山西省绛县西周佣国墓地发掘出土的一个铜簋中保存有大量的炭化物，杨益民博士等分析了样品的碳氮含量和同位素比值，与现代大米、小米(黍粟)相比，古代样品的C／N比值较小，暗示古代样品中含有动物蛋白；而古代样品的uN值也高于现代大米、黍粟，这就进一步说明古代样品中确实含有动物蛋白，因为氮元素在不同营养级之间存在着同位素的富集现象，沿营养级上升时，每上升一格，大约富集3％～4％。古代样品的8c落在c，植物范围内，表明古代样品的植物来源为c，植物，肉类来源应该是以c，植物为食物链底层的动物。因此推测铜簋内曾盛有煮熟的大米及肉类——“羹”，这一结论与文献记载相悖，似乎可解释为古代铜簋的使用存在多样化现象。

为有效开展残留物分析，妥善保存考古遗址内的残留物显得至关重要。希望今后在考古发掘时，尽可能将陶瓷器和青铜器内的残留物妥善保留，特别注意保存破碎陶器的底部，以免遗失重要信息。

五、陶瓷、冶金等领域的科技考古学

众所周知，陶瓷、冶金和玉器领域的科技考古研究始终是我国的强项。说到陶瓷科技考古，人们首先想到的必然是中国科学院上海硅酸盐研究所的李家治先生。他所主编的《中国科学技术史-陶瓷卷》，是我国陶瓷科技考古界永远值得骄傲的里程碑，它对世界陶瓷科技考古所产生的影响，无论怎样评价都不为过。尽管如此，我们仍应清醒地认识到，科学的发展是没有止

境的，何况博大精深的陶瓷科技和艺术，认识不够、未能认识以及认识错误的内容还有许许多多。例如，何为原始瓷?有没有原始瓷?如有，如何限定原始瓷与青瓷，如没有，又如何认识瓷器的起源?还有，青瓷与白瓷的关系，即有无承继关系?这里涉及到高岭土和瓷土的产地，高岭土能否直接烧制瓷器等一系列关键问题。再有，影青瓷和白瓷的关系，斗彩、五彩、粉彩、珐琅彩等制作工艺。如此等等，不一而足。而近十年来，上述部分研究内容已在不同程度上得到了解答。需要指出的是，这些问题的解答，主要来自年轻一代专家。令人欣喜的是，我国陶瓷科技考古的研究队伍早已从硅酸盐所的一枝独秀，发展为中国科学技术大学、复旦大学、郑州大学、北京师范大学、景德镇陶瓷学院、中国科学院高能物理研究所和中国科学院研究生院等单位“百花争艳”的局面。无疑，这是我国陶瓷科技考古事业日益兴旺的标志。

虽然我国的陶瓷科技考古研究长期居世界前列，但有关新方法在陶瓷考古中的应用，国际上常常走在我们前面。例如，利用x射线吸收近边结构谱(XANES)、扩展x射线吸收精细结构谱(EXAFS)和x射线吸收谱(XAS)等方法分析呈色元素的价态，从物理层次探讨釉、彩的呈色机制；利用便携式XRF和XRD联用设备现场分析完整文物或不易移动文物的元素含量和物相组成等。人们知道，方法的创新通常可带动一片工作，甚至一片领域，因而在一定意义上，它直接代表着研究的水平。在这方面，值得我们认真学习。

冶金科技考古领域，近年来，国际上未见特别值得介绍的工作，倒是我国学者对一些重大科学问题提出了新的见解，其中的一些观点，还引起了热烈的讨论和争论。

冶金科技考古中，中国冶金的起源最受学术界关注。国外学者大多持西来说的观点。国内老一辈考古学家多从我国考古学文化连续性考虑，认为我国的冶金技术应为独立起源，而年轻一代考古学家则较倾向于西来说。柯俊院士和王昌燧根据姜寨等遗址出土的黄铜推测，我国冶金技术当为独立起源，而在此之后，受到西亚的影响，也是不争的事实。

我国博大精深的青铜文化，特别是其范铸技术，始终是世界冶金科技考古的热点。近年来，随着青铜器物，特别是铸造遗址的发现，国内外专家的相关研究又有了一系列新的重要进展。其中，最值得推崇的莫过于董亚巍先生与众多高校、研究所合作的工作了。他们从制模开始，“再现”了古代青铜器铸造的全过程。尽管整个工作尚处于起步阶段，尽管制模工艺无法验证，也尽管若干工序仍值得商榷，但这种完全仿照古代条件，模拟古代范铸工艺全过程的探索，确实可较大限度地避免凭空想象的成分，充分体现了“实践出真知”的道理。关于失蜡法的争论，近来又有了一些新进展。这中间涉及到学术讨论的态度和氛围问题，考虑再三，决定另文专述。

青铜器矿料来源与产地的探索，同样是冶金科技考古的重要领域。近年来，国际上有关专家从理论上论述了铜同位素比值的示踪依据，并初步尝试了铜、锡同位素比值示踪相应矿料来源的效果。此外，秦颍老师等选择亲铜、亲硫元素进行聚类分析，并考虑添加锡、铅的影响，业已展现出可喜的应用前景。与此同时，他们还根据青铜器内泥芯的成分和植硅体分析，颇为有效地探索了青铜器的铸造地。相信随着不同铸造地青铜器内泥芯、陶范、陶器等数据库的建立，青铜器产地的探索势将获得突破性的进展。

我国的玉文化同样博大精深，同样为中华文明之特色。然而，相比之下，玉器科技考古的成果却远逊于陶瓷科技考古和冶金科技考古。个中原因，主要缘自玉器残片甚少，致使测试分析受到严重限制，与此同时，不同产地的玉料，其微量元素含量的数据又常常交叉重叠，致使产地分析困难异常。至于玉器加工工艺，则长期令人感觉匪夷所思、难测高深。不过，玉器科技考古的这一状况近来有了明显的改观。XRF、P1XE、XRD等无损检测方法，可直接获得完整玉器珍品的成分和物相信息，为玉器的产地探索带来了福音。例如，近年来，干福熹院士和承焕生教授利用PIXE方法，系统测定了良渚文化和河南省的出土玉器，初步建立了相关数据库；冯敏老师等利用XRF和XRD等技术，全面分析、研究了薛家岗文化出土玉器的材质特征。而模拟试验与测试分析相结合以及高景深数码相机和显微CT技术的有效应用，其产生的一些原创性成果，使人们看到了破解玉器工艺之谜的曙光。例如，邓聪教授发现了史前玉料开片的线切割和片切割技术，并指出后者取代前者的大致年代；杨益民副教授则揭示了玉器钻孔的清晰痕迹。此外，王荣博士在分析古玉的基础上，通过模拟溶解实验，较为深入地探讨了古代玉器的受沁机理，其对玉器保护和古玉鉴定都具有重要的参考价值。

考古学与科技考古学的研究对象是整个古代社会，因而原则上涉及所有的学科领域，不难理解，限于本文的篇幅和个人的学识，这里只能选择科技考古最重要领域的最主要进展，作一简要介绍。尽管如此，所选内容也不一定合适，所述内容也不一定正确，诚请方家批评指正。

六、动向与展望

毫无疑问，科技考古的蓬勃发展，还体现在其发展的全面性。除上述领域外，至少应包括古代铁器、古代漆器、古代玻璃和古代纸张等领域。特别是古代漆器和纸张，原先几乎无人问津的研究，现已出现一些较高水平的成果，且呈迅速发展之态势。科技考古发展的全面性，颇为明显地反映于国家自然科学基金委员会对科技考古项目的资助情况。实际上，早在基金委成立之初，数学与物理科学部、工程与材料科学部便陆续资助了古代声学、青铜镜、古陶瓷、冶金史等领域的课题。而如今，几乎所有的学部都支持过科技考古课题，其中，地球科学部资助率的增长最为显著。相信随着资助领域的拓宽，资助力度的增强，科技考古学可望彻底改变弱势学科的地位。

此外，科技考古学的蓬勃发展，更体现在人们对多学科协作的认可。特别在文明探源工程的推动下，人们开始注意到农业起源与传播、人类的迁徙、社会的分层、文化的交流等重要科技考古问题，并通过多学科协作，将问题逐步引向深人。不仅如此，随着国际合作的深入发展，我国科技考古专家业已借助陶瓷科技考古等研究，探讨中西方文化交流等重大问题，而在我国政府的大力支持下，我国考古学家也已走出国门，赴俄罗斯、蒙古和肯尼亚等国，开展合作发掘和研究，这将为我国的科技考古研究提供更为广袤的发展空间。总之，无论从研究广度、抑或从研究深度，都清晰地表明，我国的科技考古学正在蓬勃发展之中，而其前景更为灿烂迷人。