樹木年輪定年原理、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,，而樹輪定年是zui的一種定年方法，可以到年,，甚至到某個(gè)季節(jié),。樹輪年代學(xué)（Dendrochronology），也叫樹輪定年（Tree–ring Dating）,，是對樹木年輪年代序列的研究，科學(xué)的樹輪年代學(xué)是美國的天文學(xué)者道格拉斯（Douglass）博士于二十世紀(jì)初研究建立起來的,。他用樹輪定年法測定了印第安人遺址中殘留樹木的樹輪,，明確了遺址的年代，于是這種方法在美國的年代學(xué)研究中得以確立,。自從科學(xué)的樹輪年代學(xué)建立以來,，樹輪年代學(xué)有了長足的發(fā)展。在建立長序列的年輪年表方面,，許多國家已經(jīng)建立了不同長度的年表,，其中有兩條長序列的年輪年表，一條是利用美國西南部考古遺址出土的木材樣本,，構(gòu)建了這一地區(qū)的年代學(xué)框架,，建立了上萬年的刺果松（Pinus aristata）年輪年表，另一條是德國建立了不間斷的可延續(xù)到整個(gè)全新世的10430年的櫟樹（Quercus）年輪年表,。利用長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,，推測過去一些事件的年代，河流的改道,，推測過去社會(huì)經(jīng)濟(jì)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，樹輪年代學(xué)主要有兩方面的作用,，一方面是利用樹木年輪分析判定過去人類文化遺存的年代,，另一方面是對過去氣候（包括溫度,、降水）和環(huán)境進(jìn)行重建和研究。因此,，為了盡快地建立長序列的年輪年表,，有必要對樹輪年代學(xué)的原理、分析方法和取樣方法幾個(gè)方面系統(tǒng)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 樹輪年代學(xué)的原理

樹木樹干的形成層每年都有生長活動(dòng),，春季形成層細(xì)胞分裂快,，個(gè)大壁薄，在材質(zhì)上表現(xiàn)疏松而色淺,，稱為春材,；由夏季到秋季，形成層的活動(dòng)漸次減低,，細(xì)胞分裂和生長漸慢,，個(gè)小壁厚，材質(zhì)上致密而色深稱為秋材,。樹木的年輪,，就是樹干橫截面上木質(zhì)疏密相間的同心圓圈。每一個(gè)年輪的寬度包括當(dāng)年的春材和秋材,。多數(shù)溫帶樹種一年形成一個(gè)年輪,因此年輪的數(shù)目表示樹齡的多少,，年輪的寬窄則與相應(yīng)生長年份的氣候條件密切相關(guān),在干旱年份樹木生長緩慢，年輪就窄,，在濕潤年份年輪就寬,。同一氣候區(qū)內(nèi)同種樹木的不同個(gè)體，在同一時(shí)期內(nèi)年輪的寬窄規(guī)律是一致的,。如果一段樹干內(nèi)層的一段年輪圖譜同另一段樹干外層的年輪圖譜一致,，就說明二者有過共同的生長期，生長年代能夠相互銜接,。如果我們以現(xiàn)生立木或已知砍伐年代的樹木樣本為時(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(yuǎn)古時(shí)期，這樣就可以建立長序列的樹木年輪年表,。

一旦建立了長序列的樹木年輪年表,，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)行樹輪分析,，建立該木材樣本的樹輪圖譜,，如果該木材樣本與已建立的合成年輪年表的木材樹種相同、又在同一氣候區(qū),，根據(jù)交叉定年原理與長序列的樹木年輪年表進(jìn)行比較,，就可以找到*的重合位置，從而確定該木材樣本的年代,。

在溫濕的歐洲地區(qū),，樹輪基本沒有缺失輪，常采用以上交叉定年方法,。而在氣候干旱和半干旱的地區(qū),，樹輪中丟輪較多，常采用美國的骨架定年方法,，并根據(jù)中國的實(shí)際情況做出適當(dāng)調(diào)整,。

二 樹輪年代學(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(yīng)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(jié)疤,、病腐等，選取生長正常的部分定年,，這不僅有利于假年輪,、丟失年輪的確定和識(shí)別，定年準(zhǔn)確,，測量時(shí)不容易出錯(cuò),，而且在年輪分析時(shí)，如果有疑問,，還便于回查,。

交叉定年工作程序如下：

1 年輪的標(biāo)記

將打磨好的樣本，由髓心向樹皮方向,，每10年用自動(dòng)鉛筆畫一個(gè)小點(diǎn),，每50年在垂直方向畫兩個(gè)小點(diǎn)，每100年在垂直方向畫3個(gè)小點(diǎn),。

2  畫骨架圖

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

3  比較

首先對同一棵樹上的兩個(gè)樹芯進(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，說明有可能缺輪,，要回到顯微鏡下重新確認(rèn),。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(shù)量準(zhǔn)確無誤為止,。

4  年代的確定

對于活樹的樣芯,，zui外層年輪的年代是已知的，由于前面幾步定年準(zhǔn)確無誤,，那么每個(gè)年輪的生長年代就能準(zhǔn)確定年,。

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

這里值的注意的是樣本zui后一年的確定的依據(jù)是樹輪的解剖學(xué)特征,。比如：如果樣芯是2005年春季、夏季采集的,，樹木已經(jīng)開始生長,，在顯微鏡下，zui后一個(gè)完整輪與樹皮之間看到顏色淺的針葉樹種的管胞或闊葉樹種的導(dǎo)管,，這說明測量的zui后一個(gè)年輪就是樹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,，樹木已經(jīng)停止生長,，在顯微鏡下，zui后一個(gè)完整輪與樹皮之間只有顏色深的晚材細(xì)胞,，說明測量的zui后一個(gè)年輪就是樹木砍伐年代或者是取樣的年代,，即2005年。

對于考古樣本,，知道zui外層的年輪是否是砍伐年代是非常重要的,。因?yàn)橹懒丝撤ツ甏?，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,，樹木死于或砍伐于zui外層年輪的年代之后,。

那么，如何確定遺址的年代呢,？

*種情況：如果確定了年代的樣本有樹皮,，就可以根據(jù)木材zui外層年輪的年代，至少可以卡定這個(gè)遺存的上限,，也就是說該遺址的年代不早于木材zui外層年輪的年代,，如果木材是現(xiàn)伐現(xiàn)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(shù)樣本結(jié)束于同一年，說明這些樣本外層木質(zhì)部沒有腐爛,，因?yàn)椴豢赡芏鄶?shù)樣本腐爛掉同樣的年輪數(shù),，這種情況也可以卡定這個(gè)遺存的上限。如果木材是現(xiàn)伐現(xiàn)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(xiàn)有蟲孔,，說明zui外層一個(gè)年輪接近樹皮,。因?yàn)橄x子一般蛀新形成的木質(zhì)部和韌皮部。這些蟲子侵蝕剛砍伐的樹,、弱樹或由于其他原因死亡的樹的樹皮。蟲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zui外層的年輪靠近砍伐年,。這種樣本的zui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(jù)邊材與心材的關(guān)系確定邊材損失了多少年輪,，估計(jì)靠近樹皮的年輪的年代。這種樣本估計(jì)的zui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zui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,，用德國福蘭克林（Frank Rinn）公司生產(chǎn)的LINTAB樹輪寬度測量儀測量,，該系統(tǒng)測量精度為0.01毫米?；蛘哂妹绹a(chǎn)的University Model 4樹輪寬度測量儀測量輪寬,，精度為0.01 mm。

（三） 樹木年輪年表的建立

在建立樹木年輪年表之前,，首先用專門用于檢查樣芯或樹盤定年和輪寬量測值的COFECHA計(jì)算機(jī)程序或用Gleichläufigkeit統(tǒng)計(jì)量檢查測量的樹輪寬度值的準(zhǔn)確性,，利用ARSTAN軟件建立樹輪寬度指數(shù)序列。

三 取樣方法

樹輪分析的*步,，就是獲得適當(dāng)?shù)哪静臉颖?。樣本來源很廣，從年代來說,，可以是現(xiàn)代的,、古代的；從性質(zhì)來說可能是藝術(shù)的,，考古發(fā)掘的和亞化石的,。從形狀來說可能是圓盤或楔形或長條形或樹芯。另外,，可能是干的樣本,，也可能是濕的樣本。

（一） 活樹樣本的采集

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

為了保證樹木受到zui小的傷害,，采樣時(shí),，采用較細(xì)的（直徑為4.3 mm）生長錐對活樹進(jìn)行樣芯采樣。取到的樣芯放置在紙吸管或塑料吸管內(nèi),，并在吸管上用油性筆標(biāo)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(hù)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(shù)在100輪以上的木材甚至木炭和化石木都可以作為樹輪分析的樣本,。對于考古遺址中出土的古木,，用油鋸采集樹盤，對于那些需要保存結(jié)構(gòu),，不易鋸樹盤的,，可以采集木材鉆心。樹盤是的樹輪分析樣本,，在一般情況下,，取2~3cm厚的樹盤。特別注意的是,，如果原木尚有保存完好的樹皮,，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(cè)枝的部位取樹盤,，因?yàn)榇颂幠贻啒O不規(guī)則。如果運(yùn)輸不方便也可取楔形樣本,，即樹干橫切面上選擇年輪比較規(guī)則,，年輪不是太窄的部位，取原盤的1/4或1/8,，這是因?yàn)槿绻贻喬?，容易產(chǎn)生不連續(xù)生長輪或斷輪。在取樹盤之前,，可以利用手持放大鏡初步觀察一下樣本的質(zhì)量,。當(dāng)觀察樣本時(shí)，標(biāo)本的觀察面向著光線,，如果表面涂一層水,，利用光的折射，觀看更清楚,，同時(shí)要注意方向,，必須把木材標(biāo)本近樹皮的一邊向外，把近髓心的一邊靠近身邊,，即以射線垂直于胸前,，而不要倒過來看，更不要以射線平行胸前來觀察,。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,，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,，或冷凍起來,。

樣本的數(shù)量越多越好,，這是因?yàn)樵诮徊娑曛校梢耘懦捎诩偕L輪和不連續(xù)生長輪造成的數(shù)據(jù)偏差,。而且,，大樣本量對zui后的統(tǒng)計(jì)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，在帶有樹皮和邊材明顯的木材上取樣,，樣本數(shù)為30個(gè),。如果出土較少木材，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(jì)錄,。我們?nèi)拥哪康牟粌H僅在于了解樣本的年代,，而且要盡可能地了解當(dāng)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,。樣本的編號與考古發(fā)掘的編號一致。樣本記錄應(yīng)記錄采樣地點(diǎn),、樣本代號,、樹種、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(xiàn)的原因（發(fā)掘,、建筑,、道路）等。還應(yīng)繪制取樣地點(diǎn)平面圖,、描繪樣本與其它物體的空間,，根據(jù)共存遺物推斷樣本的可能的年代，附拍攝照片,?？傊M可能多地提供有關(guān)樣本的信息,，以便對樹輪研究的結(jié)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(xì)的闡述,。希望與多學(xué)科專家共同合作,，建立更長的年輪年表。我們應(yīng)該時(shí)刻記住,，只有完成了能延伸到的樹輪年表,，才可以在多個(gè)方面利用其定年的潛力,，對考古遺址進(jìn)行定年,，而且，還可以準(zhǔn)確了解什么年代人們做什么事情,，開始理解人與自然環(huán)境的關(guān)系,，還能利用定年的木頭進(jìn)行同位素、元素和其他分析,，對14C年代進(jìn)行校正,。