科技考古助力中国考古学进入黄金时代

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摘要：科技考古是应用自然科学等相关学科的方法和技术开展考古学研究。本文在对中国科技考古各个领域已经取得的主要成果进行概括的基础上，认为发展中国科技考古应该注意如下问题：科技考古要融入考古学研究之中；用区系类型的思路指导科技考古研究；进一步调整、完善科技考古的思路和方法论；加大古DNA研究的力度；开展全方位的科技考古研究；进一步强调科技考古的学科规范；加强中国科技考古与国际学术界的交流；强化科技考古人才的培养。

关键词：科技考古；主要成果；注意问题；助力；黄金时代

当前，考古学已经成为一门以人文社会科学研究思路为指导、广泛采用自然科学研究方法和技术的交叉学科；能否在考古学研究中更加广泛、有效地运用多种自然科学等相关学科的方法和技术，进一步推动学科的发展，已经成为21世纪衡量一个国家考古学研究水平的极为重要的标尺；科技考古就是应用自然科学等相关学科的方法和技术开展考古学研究；其研究内涵可以概括为：以考古学的研究目标为指引，将考古学的研究问题为导向，应用自然科学的研究方法和技术，对考古遗址及所在区域进行调查、勘探和取样，对出土的多种遗迹和遗物进行观察、鉴定、测试、分析和统计，多角度地获取有关古代人类活动的多种信息并进行深入解读和探讨，从整体上拓展考古学研究的领域，深化考古学研究的内容，提高考古学研究的科学性，提升考古学研究的历史科学价值[1]。

本文在对中国科技考古各个领域已经取得的主要成果进行概括的基础上，针对科技考古发展需要注意的问题阐述自己的看法。

一、中国科技考古各个领域的主要成果

这里按照数字考古、年代测定、古DNA研究、同位素研究、有机残留物分析、环境考古、人骨考古、动物考古、植物考古、冶金考古、陶瓷科技考古、玉石器科技考古等十二个领域分别介绍。

（一）数字考古

数字考古是近年来提出的新概念，即在计算机技术支持下，考古学研究中集成运用现代测绘、遥感、三维重建、地理信息系统、虚拟现实、数据库和网络等技术，充分采集和运用考古现场各种空间信息进行综合分析、研究的理论和方法[2]。数字考古在北方地区、黄河中游地区和长江中下游地区的古代城址和墓葬研究中取得了较好的成果，在地表残存一定的城墙、建筑基址、封土堆等遗迹的情况下，包括超低空航拍与计算机图像处理技术相结合的数字考古为考古研究提供了科学而合理的依据；近年来，数字考古在探讨浙江杭州良渚古城外围水利系统的基本格局、江汉平原史前聚落对水资源的利用及治理方式中发挥了重要的作用[3]。

（二）年代测定

碳十四（14C）测年法和树木年轮定年法是考古研究中测定年代最常用两种方法。通过对众多新石器时代和夏商周时期的遗址进行碳十四测定年代，尤其是对多个重要遗址开展有针对性的系列样品碳十四测年，构建起中国新石器时代和夏商周时期的年代框架，为深入开展考古学研究提供了时间标尺，在国际学术界展示了中国碳十四测定年代方法和数据的科学性；而树木年轮定年对青海省都兰县热水古墓群的多个墓葬进行了精确定年，同样取得了引人注目的成果[4]。

（三）古DNA研究

古DNA研究利用分子生物学技术，认识古代生物遗存的遗传信息。通过对辽宁、新疆、内蒙古、青海、山西、河北和山东等地的多个新石器时代、商周时期、战国时期、汉晋时期、金代和元代的古代遗址或墓地中出土的人骨进行DNA研究，取得了有关当时人群迁徙、基因交流、母系和父系遗传、氏族社会性质等一系列有价值的认识[5]。比如，通过对距今年前的河北省阳原县姜家梁墓地合葬墓出土人骨的线粒体DNA研究，证明其不属于母系社会[6]。通过对距今多年前属于大汶口文化的山东省广饶县傅家遗址出土的人骨进行线粒体DNA研究证实，当时属于母系社会[7]。这些认识在深化中国考古学研究中发挥了重要的作用。还有，依据对中国古代的黄牛、绵羊和马这些家养动物的DNA研究结果，可以明确判定这些家养动物最早都是通过文化交流，从中国境外传入中国的[8]。

（四）同位素分析

当前的同位素分析主要分为碳、氮稳定同位素分析和锶同位素分析两种。研究证实，在新石器时代中期，中国北方地区的人群还没有以C4类为标志的粟类作为主要食物；自新石器时代晚期开始，生活在北方地区的人群及猪和狗等家养动物的食谱中以C4类为主，生活在南方地区的人群及有些家养动物的食谱中以C3类为主，生活在南方和北方交界地区的人群及一些家养动物的食谱中，C3类和C4类植物的比例发生过变化，存在着明显的地区差异，这个结果与这三个地区的植物考古研究结果基本吻合；另外，从家养动物普通牛和绵羊的食谱上可以看到具有人工喂养的证据，尤其是对普通牛的喂养方式存在一个逐渐以C4类为主的趋势，似乎反映出人的饲养技术的进步，从另一个角度显示出生产力的发展过程；锶同位素的分析结果显示出自新石器时代中期开始，在聚落中就发现外地迁入的人员，到新石器时代末期及二里头时期，除人的交流之外，还发现人利用猪、牛和羊等家养动物的交流。这些认识为研究不同时空范围内的生业状况、饲养技术的发展过程及文化交流提供了科学的依据[9]。

（五）有机残留物分析

有机残留物可分为两种：可见残留物和不可见微量残留物。通过对有机残留物的分析和研究，确认了新疆地区古代的面包及奶制品，发现了存在于不同时期的酒类和茶叶，认识了古代一些器物的功能，了解了古代粘合剂的成分及鉴定了造纸的原料等[10]，这些成果显示出这个新兴研究领域在考古学研究中的广阔应用前景。

（六）环境考古

环境考古研究主要包括二个部分：重建古代的自然环境；探讨古代的人地关系。经过多年的研究，我们认识到随着全新世大暖期的出现，为古代人类的发展提供了很好的自然环境；新石器时代的先民对于自然环境及其资源条件的依存度很高，他们充分利用各个地区不同的自然环境条件，发展出了适应于不同自然环境条件的生产技术和聚落模式；随着自然环境的逐步变化，原有的生活方式也随之进入或兴盛、或消亡的变迁过程之中；西辽河流域、黄河流域和长江流域不同区域的自然环境的特征及其演变直接影响到中华文明的发展进程；另外，黄河流域和长江流域的自然灾害对于古代人类文化的发展和古代文明的进程都产生过巨大的影响[11]。环境考古研究成为探讨考古学文化发展变迁的主要依据。

（七）人骨考古

人骨考古的研究对象来源于考古发掘出土的人类化石或骨骼。通过人骨考古研究，对位于不同地区的新石器时代多个文化与不同的人种类型的对应关系有了比较全面的认识；对商代晚期的王族祖先和一般平民的体质特征区别有所把握；探讨了山东地区汉代人群和日本西部地区古代人群的亲缘关系；认识到自新石器时代晚期开始增强的文化交流促进了人种类型的复杂化及提高了人的身体素质；对环境变化与体质变化的关系、不同朝代的男性与女性的身高差异、人口性别、年龄与社会组织结构的对应等问题提出独到的见解；罗列出古代人群的口腔疾病、骨骼创伤与疾病等实证；对于拔牙等古代人群的习俗、长期保持跪坐和骑马等姿势造成的骨骼变形等都有比较深入的研究[12]。人骨考古在探讨古代人群的研究中发挥了重要的作用。

（八）动物考古

动物考古学的研究对象为考古遗址中出土的包括贝类、鱼类、爬行类、鸟类和哺乳类等动物遗存。通过动物考古的研究，我们认识到中国古代野生动物的多样性及分布上的地域性特征；狗、猪、牛、羊、马和鸡等古代主要家养动物起源或出现于不同的时间和地点，可分为狗、猪是本土起源和牛、羊、马、鸡是通过文化交流传入这样两种模式；在相当长的历史时期内，黄河流域获取肉食资源的方式以饲养家畜为主，而长江流域则以渔猎为主。家养动物除给人类提供稳定的肉食资源之外，还在古代的随葬和祭祀活动中作为不可或缺的重要祭品，在劳役和战争中发挥了特殊的作用，提供了制作骨角器和毛织品的原料等等[13]，动物与人同行的历史与人类社会历史的发展进程密切相关。

（九）植物考古

植物考古的研究对象包括大植物遗存、木材、孢粉、植硅体和淀粉粒。通过植物考古研究，对于粟、黍、水稻、小麦和大豆等主要农作物的起源和出现的时间、地点都有了全面的认识，除粟、黍、水稻和大豆是本土起源之外，小麦是由中国境外引进的，对其传入和在中国境内的传播路线也有了初步的认识；对于主要分布于北方地区的粟作农业、分布于南方地区的稻作农业、分布于南北方交界处的粟、稻混作农业及分布于华南地区的包括块茎类种植在内的农业发展过程有了比较全面的把握；探讨了当时的水田及耕作方式、加工食物的方法、庭院的设计及与祭祀相关的内容；对于古人在房屋建筑及日常生活、生产用具等方面的用材选择和丧葬时的棺椁用材也取得了一批实证性的成果[14]。农业发展进程与中国历史的发展过程紧密相连。

（十）冶金考古

冶金考古的研究对象主要包括青铜器、铁器、金银器和其他古代使用的金属及冶金遗址。冶金考古在金、银、铜、铁、铅、锡、汞和锌等多种金属制品的起源研究、矿冶遗址研究、青铜器铸造技术研究、青铜器的合金成分研究、金属器的矿料来源研究、钢铁技术研究及金属器的综合研究等多个方面均取得了丰硕的成果；从冶金起源到青铜范铸，从生铁冶炼到炼钢技术，中国早期冶金技术是在不断吸收、消化多种外来技术的基础上，逐渐形成了特色鲜明的冶铸技术体系，具有中国特色的青铜冶铸技术促进了中华早期文明的发展进程；中国古代的生铁冶炼及利用生铁制钢的技术是世界冶金史上的一大创造，也为秦汉帝国的建立提供了物质基础[15]。

（十一）陶瓷科技考古

陶瓷科技考古主要是对古陶瓷进行系统的测试分析和研究。在陶器起源、陶器制作的原料、陶器的成型工艺、陶器的烧成温度、陶器的产地与流通、原始瓷釉的起源、原始瓷的产地、瓷釉的发展历程、瓷器断源和断代及颜色釉瓷呈色机理等方面的研究均取得了较多具有重要价值的研究结果[16]，为探讨古代陶瓷制作技术的发明与发展对人类社会历史的影响及促进作用提供了有益的启示。

（十二）玉石器科技考古

玉石器科技考古主要是对玉石器材质的鉴定和制作工艺的探讨。通过研究人员的努力，在一定程度上认识了古人制作玉石器的工艺流程和技术特征；至少在距今多年前，古人对岩石的岩性已经有了比较充分的认识，能够按照实际功能的需要，采集不同种类的岩石制作不同类型的石器，当时可能存在区域间的流通和贸易；古人的玉器切割技术经历了砂绳切割、片切割及砣切割这样三个阶段，在商代晚期可能已经发明砣具技术，对玉器产地的研究也取得一定的进展[17]。这些认识从一个侧面反映出当时的玉石器制作技术状况和社会形态的关系。

二、中国科技考古发展需要注意的问题

综上所述，经过科技考古研究人员的不懈努力，取得了众多出色的科研成果。但是，与国际考古学界的前沿研究相比，我们还存在不小的差距，要在今后的研究中强化科技考古的作用，真正做到考古学为中华民族修家谱，在历史研究中发挥自己独特的作用，我们还需要付出极大的努力。这里提出今后需要注意的八个问题。

（一）科技考古要融入考古学研究之中

我们要进一步强化科技考古与考古学的融合过程。考古学的研究目的是探讨古代文化和人类社会的发展过程及规律，科技考古在拓宽考古学的研究领域和深化考古学的研究内容方面可以发挥重要的作用。考古学家与科技考古研究人员要以此为前提，不断充实和完善自己的研究思路和知识结构。在实践过程中，考古学家和科技考古研究人员要共同聚焦考古问题，树立课题意识，深入开展研究。经过多年的探讨，我们对于考古学文化的绝对年代、不同时空范围内古人的体质特征、生业状况及手工业状况形成了总体性认识。在对具体遗址开展包括科技考古在内的发掘和研究时，首先要全局在胸，从已有的认识出发，提出科学问题，做好课题设计，在实践中形成和完善自己的认识。反之，如果在发掘工作开始前，考古学家和科技考古研究人员还没有具体的问题意识，从空白开始，没有切实可行的技术路线，依靠摸索前行，最终可能仍然会陷入所谓两张皮的尴尬。

（二）用区系类型的思路指导科技考古研究

因为我们从事的每一项科技考古领域的研究，首先都是针对具体遗址出土的遗迹、遗物开展基础工作的。我们的第一步认识都是通过研究特定遗址的具体对象提出自己的看法。以区系类型的思路为指导，可以帮助我们把自己对特定遗址的科技考古某一领域的具体看法，放到这个遗址所属的由多个遗址组成的一个考古学文化的层面上去认识。如果属于同一个文化的其它多个遗址已经开展了科技考古这一领域的研究，那么我们要把自己的新看法和其它多个遗址里已经得出的认识进行比较，把握它们的同一性和差异性，以求更加客观、更加全面地归纳自己的认识。而如果其它遗址还没有做这方面的研究，或者做的遗址数量还不多，我们则要努力去加强这方面的研究。在系统总结一个考古学文化科技考古某一领域研究的基础上，要开展不同时期、不同地区的文化与文化之间在这个方面的比较研究，从中归纳它们之间是否存在连续性、关联性、变异性、差异性等，以求在全国范围内全面认识科技考古某个研究领域的研究结果。如果其它考古学文化还没有做这方面的研究，或者做的力度和深度还不够，我们则要努力去开展这方面的研究。

（三）进一步调整思路和完善方法论

调整思路和完善方法论是每一个科技考古研究领域都必须认真思考和实践的问题。比如，遥感考古和物探考古要逐步建立适合不同地区、不同堆积状况的遗迹和遗物的探测方法。随着系列样品测年技术的逐步推广，炭化的1年生小米种子、年龄为1岁左右的家猪骨骼都是理想的测定年代的对象，有助于进一步提高碳十四测年数据的精确度。通过对人骨和动物的骨骼进行氢、氧稳定同位素的研究，认识气候状况及人和动物的个体迁徙；利用序列稳定同位素分析的技术，对动物的牙齿进行取样、测试和分析，探讨特定动物食物结构的季节性变化等都是同位素分析中新的研究方向。在有机残留物分析中，对陶片吸附的脂质研究尚未涉及；对考古遗存的蛋白质分析研究的深度和广度有待提高。环境考古要注重围绕考古遗址当时及遗址废弃之后的河道或湖泊状况开展有针对性的研究，这是探讨古代人地关系的重要内容。人骨考古和动物考古在做好形态学及定性定量研究的同时，要积极开展同位素分析和DNA研究，做到全方位地提取个体的信息，开展系统的科学研究。植物考古要注重对同一遗址分别开展大植物遗存、植硅体和淀粉粒的研究，要注重比对这些不同研究方法得出的结论的同一性和差异性，真正凝练反映当时实际状况的认识。人工制品科技考古要注重探讨各类制品的制作工艺流程和技术进步过程。

（四）加大古DNA研究的力度

这是一个我们在当前和今后数年内要努力开拓和不断完善的研究领域，所以在这里单独列出来强调。自21世纪以来，对于人骨和动物遗存的DNA研究给我们带来了全新的认识。这些认识一反过去依据人工遗迹、遗物的形状及动植物遗存的出土状况推测社会结构、文化交流的模式，直接依据DNA的研究结果，重现当时的社会结构和历史真相。当前，随着古DNA高通量测序技术和全基因组分析手段的建立和推广，我们对于古代人类和动物的认识会更为全面、对于谱系的掌握会更加系统、对于个体的把握会更为精准，而新的认识对于探讨众多考古学文化类型发展演变的实质、把握古代人群之间交流的脉络、研究亲缘关系、界定社会形态、分析各种家养动物的驯化过程，意义重大。对考古遗址出土的人骨和动物骨骼开展全方位的古DNA研究，必定会给中国考古学研究带来一个全新的观察视角，其作用可能会与当年碳十四测定年代给考古学带来的革命性变化相媲美。

（五）开展全方位的科技考古研究

现在，任何一个区域、任何一个遗址的考古学调查和发掘，都是为了全面或部分地展现在一个特定时间跨度和空间范围内的历史，涉及自然环境状况，人类社会的生存活动、生活方式、制作工艺、社会组织、礼仪制度、丧葬习俗、祭祀特征、文化交流等多个方面。科技考古研究可以科学地再现遗址的绝对年代，当时的自然环境状况及古人与之相适应的互动关系，人群的体质特征和风俗习惯，包括动植物在内的古人的食物种类，采集、狩猎、种植和家养等一系列获取食物资源的方式，当时人进行随葬和祭祀活动时使用各种动植物的种类和数量，古人制作各种器物的方法和原料，文化与文化之间一些特殊因素的交流等等。这些，都是探讨一个遗址蕴含的历史中不可或缺的重要内容，对于全面深化考古学研究、丰富考古学文化的内容而言，意义重大。总之，对于每个遗址的考古发掘和研究，都必须全方位地应用科技考古，这样才有可能获取系统的认识。要真正做好遗址与遗址、类型与类型、文化与文化之间的比较研究，也必须建立在这样全方位探讨的基础之上。

（六）进一步强调科技考古的学科规范

这里所谓的学科规范，主要指规范化和加强计量统计。规范化的具体工作之一就是建立科技考古各个领域的标本库、数据库。多年来，发掘出土的人骨、动植物遗存、冶金遗存、陶瓷遗存、纺织物遗存等数量骤增。这一大批文物蕴含着古代中国境内各个地区、各个时段的人类个体的基因信息、健康状况、疾病状况；动植物的种类信息、基因信息；古代多项科技工艺流程的信息等等。放眼整个世界，没有任何一个国家拥有如此重要、珍贵、系统和丰富的文物科技资源。对这一大批资料要做到科学整合、安全保护、合理利用以及全面共享。经过近百年的研究，科技考古各个领域已经发表数千篇研究报告，设计好一个考虑全面、归类科学、用途广泛、大家认可的ArcGIS数据库，将全部资料分门别类地输入进去，是一项重要的工作。这样的数据库既避免了每位研究人员和研究生各自从原始报告中查找资料的重复劳动，又保证了获取资料的科学性和准确性。建立标本库和数据库，都面临着规范化的问题，近年来，科技考古多个领域都建立了各自的操作规范，我们要进一步完善和执行这些规范，在统一的基础上开展深入研究。科技考古各个领域研究结果的特征之一是用数字显示，我们要