北京故宮，這座世界上規(guī)模最大、保存最完整的古代木結(jié)構(gòu)建筑群，近日通過一項(xiàng)創(chuàng)新科學(xué)技術(shù)揭開了其建筑木材的世紀(jì)之謎。

中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所的研究團(tuán)隊(duì)成功利用樹輪氧同位素分析技術(shù)，對故宮大高玄殿的古木構(gòu)件進(jìn)行了精確斷代和溯源研究，這項(xiàng)研究成果已在《npj遺產(chǎn)科學(xué)》期刊正式發(fā)表。

文章原文：https://doi.org/10.1038/s40494-025-02172-1

“非典型”研究

古建筑研究長期以來主要依賴文獻(xiàn)記載和建筑形制分析，但許多單體建筑史料存在缺漏，形制研究又容易受到后世修繕干擾。

樹木年輪年代學(xué)雖已在考古領(lǐng)域應(yīng)用百年，但傳統(tǒng)方法需要鉆取較大樣本量，對珍貴古建筑木材造成較大損傷。

在這樣的背景下，一項(xiàng)“非典型”的研究方法應(yīng)運(yùn)而生——氧同位素分析法。

樹木年輪中的氧同位素組成如同"雨水指紋"，不同地區(qū)、不同時期的降水同位素特征會被樹木忠實(shí)記錄。通過比對木材樣本與已有數(shù)據(jù)庫，即可實(shí)現(xiàn)精確溯源。

研究團(tuán)隊(duì)從大高玄殿九天應(yīng)元雷壇殿屋頂替換下的3根落葉松木構(gòu)件中采集樣本，通過精密的化學(xué)提取和質(zhì)譜分析，獲得了樹輪纖維素的氧同位素數(shù)據(jù)。

與傳統(tǒng)的年輪寬度法相比，新方法對樣本量的要求顯著降低，且受個體生長差異影響較小。

千里之旅

數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，三根松木樣本的氧同位素序列高度一致，與東北老白山、長白山地區(qū)的參考年表匹配度最高，研究人員還成功拼接出其1749-1892年間共144年的浮動氧同位素序列。

這一發(fā)現(xiàn)雖然令人吃驚，但又與歷史文獻(xiàn)記載驚人吻合。

清代檔案中確有康熙年間"采辦塞外松木"的記載，而木材最晚生長年份(1892年)恰好對應(yīng)大高玄殿的重要修繕期——該殿在清晚期遭到嚴(yán)重破壞，于1902年進(jìn)行了重建。

fig.5 Simplified diagram illustrating the change in timber use strategy of the Forbidden City.

這一發(fā)現(xiàn)不僅確認(rèn)了木材的來源，還揭示了明清故宮用材策略的重要轉(zhuǎn)變。

明代宮殿主要采用楠木這種珍貴木材，而清代則轉(zhuǎn)向使用松木，特別是來自東北地區(qū)的落葉松。

經(jīng)過明朝兩個多世紀(jì)的不可持續(xù)的采伐，南方楠木資源幾近枯竭。

清廷轉(zhuǎn)而開發(fā)利用其"龍興之地"東北的森林資源，也是滿族人所熟悉的“塞外松木”，這一轉(zhuǎn)變既體現(xiàn)了資源利用的適應(yīng)性，也反映了政治地理因素的影響。

溯源的基石

研究的成功很大程度上得益于研究團(tuán)隊(duì)長期建立的樹木年輪氧同位素數(shù)據(jù)庫。

目前該數(shù)據(jù)庫已覆蓋中國主要地區(qū)，甚至包括東亞其他區(qū)域，為古木材溯源提供了重要參照。

東北地區(qū)的年表可追溯至1568年，華北地區(qū)達(dá)300-500年，而云南、川西等南方地區(qū)的序列更可追溯到700年以上。

這些長期序列的建立，為不同時期、不同地區(qū)的木材溯源提供了科學(xué)基礎(chǔ)。

數(shù)據(jù)庫的空間覆蓋度和時間跨度直接決定了溯源研究的精確性。

隨著數(shù)據(jù)庫不斷完善，未來對古建筑木材的定年和溯源能力將進(jìn)一步提升，有望解決更多歷史建筑年代學(xué)難題。

科技與人文的融合

氧同位素分析為古建筑研究提供了獨(dú)立的科學(xué)證據(jù)，而歷史文獻(xiàn)則驗(yàn)證了科學(xué)推斷的合理性，兩者相得益彰，體現(xiàn)了自然科學(xué)與人文科學(xué)的深度交叉。

這種多學(xué)科方法不僅適用于故宮建筑群，還可推廣至其他重要古建筑的研究。

例如應(yīng)縣木塔等著名歷史建筑的建造年代和材料來源問題，都有望通過這一技術(shù)獲得新的認(rèn)識。

同時，古木材研究也能反哺氣候科學(xué)研究。

每根古木都記錄了生長期間的氣候信息，通過分析這些"氣候日記"，可以重建歷史時期的氣候變化規(guī)律，為理解現(xiàn)代氣候變化提供歷史參照。

樹木文化

古樹研究不僅具有科學(xué)價值，更蘊(yùn)含著豐富的文化內(nèi)涵。

在中國生物志庫的"樹木文化"專題中，我們可以系統(tǒng)了解各種古樹的名稱由來、形態(tài)特征、歷史記載和文化象征。

以故宮建筑群中使用的楠木和松木為例，這些樹木不僅具有特定的生物學(xué)特性，還承載著深厚的文化意義。

楠木作為明代皇家建筑的首選材料，其"南方之木"的身份體現(xiàn)了明代對南方資源的依賴；而清代轉(zhuǎn)向使用東北松木，則反映了滿族文化的影響和政治中心的轉(zhuǎn)移。

樹木在中國傳統(tǒng)園林中始終占據(jù)重要地位，不僅是造景元素，更是文化符號。

通過研究古樹，我們能夠更好地理解古人的自然觀、審美觀和資源利用智慧。

隨著科技進(jìn)步，古樹研究方法不斷創(chuàng)新。

氧同位素分析法的成功應(yīng)用只是開始，未來結(jié)合DNA分析、微量元素測定等多種技術(shù)手段，古樹研究將進(jìn)入一個新的發(fā)展階段。

中國生物志庫的"樹木文化"專題正是這一趨勢的體現(xiàn)。

該專題系統(tǒng)整理了中國古代文獻(xiàn)中關(guān)于樹木的記載，包括名稱考釋、形態(tài)描述、園林應(yīng)用和文化寓意等內(nèi)容，為您提供一個了解樹木文化的窗口。

通過這些工作，我們不僅能夠保護(hù)古樹資源，還能傳承和弘揚(yáng)中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化。

每一棵古樹的年輪中都鐫刻著人與自然互動的記憶，值得我們用心保護(hù)和深入研究。

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