大唐西市土遗址苔藓物种鉴定及其病害成因分析

赵 岗, 李玉虎, 肖亚萍, 赵君妮

(1.大足石刻研究院, 重庆 大足 402360; 2. 陕西师范大学, 陕西 西安 710062; 3. 中国社会科学院 考古研究所 西安研究室, 陕西 西安 710054)

研究报告(087～092)

大唐西市土遗址苔藓物种鉴定及其病害成因分析

赵 岗1, 李玉虎2, 肖亚萍2, 赵君妮3

(1.大足石刻研究院, 重庆 大足 402360; 2. 陕西师范大学, 陕西 西安 710062; 3. 中国社会科学院 考古研究所 西安研究室, 陕西 西安 710054)

通过光学显微镜与扫描电子显微镜(SEM)相结合的分析方法对大唐西市土遗址表面滋生的苔藓进行分离鉴定，确定该苔藓为四川湿地藓Hyophila setschwanica (Broth.). 在此基础上，采用X射线荧光光谱(XRF)、X射线衍射(XRD)等分析手段对遗址内5处土样进行了分析. 结果表明该遗址土壤中钙含量远高于一般表土平均量，且土壤含水量最高为23%，pH呈弱碱性.该种土壤环境为四川湿地藓的繁殖提供了有利的条件，导致四川湿地藓病害的广泛滋生，充分解释了四川湿地藓生长旺盛的根本原因，为后期有效治理该病害提供了一定理论依据.

大唐西市；土遗址；苔藓；病害成因

唐长安城的“西市”(创建于隋，初称利人市，现称“大唐西市”)，是中国封建社会盛世时期的一处重要中外贸易市场，也是中国古代历史上第一个具有经济、文化特区性质的城区[1]. 西市是古代“陆路丝绸之路”的起点和当时的国际贸易中心，成为大唐向世界展示璀璨文明的窗口. 目前，西市仅保留了一部分土遗址，位于西安市劳动南路西侧，即大唐西市博物馆内. 这部分土遗址自发掘后一直处于半封闭环境之中，受环境改变等自然因素以及人为因素的影响，滋生了大面积的苔藓，且迅速蔓延、繁殖，亟待治理.

苔藓植物作为小型多细胞的绿色植物，资源丰富、种类繁多、分布广泛，在植物界的演化进程中，苔藓植物代表着从水生逐渐过渡到陆生的类型，是一类以孢子繁殖的植物. 苔藓植物的结构相对简单，对环境变化的反应较为敏感，被广泛应用于环境污染的指示植物，在生物监测、水土保持、促进土壤结皮形成、植被类型的指示和演替、维护系统生态平衡等方面也起着重要的作用. 但是，在文物保护领域，尤其是土遗址这样一个特殊环境中，这种附生于土壤基质上的孢子植物却会带来许多负面的影响，成为一类不可忽视的有害生物. 例如：苔藓植物能分泌一些酸性物质，溶解土壤中的矿物质，降低土壤黏聚力；苔藓生长繁殖能力急快，覆盖于土遗址表面，直接影响到土遗址文物的历史信息和观赏价值.

西安气候属暖温带半湿润大陆性季风气候. 四季分明，夏季炎热多雨，冬季寒冷少雨雪，春秋时有连阴雨天气出现. 西安市及各郊县，年平均气温13.1～13.4 ℃. 年极端最高气温35～41.8 ℃，最低气温-20～-16 ℃.

大唐西市土遗址滋生的苔藓主要集中于博物馆大厅内的西市东北“十字街”遗址表面，其中遗址东边苔藓滋生最为严重,如图1、2、3所示.

图1 苔藓分布图Fig.1 Distribution of moss breeding

图3 遗址水沟苔藓滋生现状Fig.3 Situation of bryophyte growth in canal of earthen site

1 试验部分

1.1 仪器

扫描电子显微镜(SEM)为美国FEI公司生产，型号为Quanta 200，附带有EDAX公司的能谱仪(EDX)，加速电压为20 kV，工作距离为10 mm.

解剖镜：OLYMPUS公司，型号为1000 X.

日本keyence生产的超景深三维显微镜，型号为VHX-600K.

X射线衍射分析(XRD)采用了日本 Rigalcu公司的D/Max-3c型X射线衍射仪，工作条件为：Cu靶(CuKα辐射)，辐射电压、电流分别为40 kV、40 mA，扫描角度10°～80°.

X射线荧光光谱仪(XRF)：荷兰帕纳科公司生产，型号：Phlips PW2403，3.0 kW高功率、薄铍窗， 超尖锐端窗铑靶X光管，PW2540VRC样品交换器. 选用GSD01-12、GSS01-16 和GBW070041-070046 标准样品(地球物理地球化学勘查研究所，河北廊坊)

pH 测定采用德国Sartorius公司生产的pH计，型号为 PB-10.

1.2 试剂

所有用水均为电阻率为18.2 MΩ·cm的超纯水；所用固体硼酸为分析纯，购自天津市大茂化学试剂厂；无水乙醇为分析纯，购自国药集团化学试剂有限公司.

1.3 样品采集

本次研究对象为苔藓及土样，苔藓样品和土样均取自大唐西市博物馆大厅内东北“十字街”遗址表面. 其中土样分别为5种不同质地的遗址土壤，具体如表1所列.

表1 样品描述Table 1 Description of samples

2 测试

2.1 苔藓样品前处理

首先在干燥条件下，使用解剖镜观察植物体、叶片着生和分枝情况. 湿润后再在解剖镜下观察叶片伸展情况并进行解剖，剖离茎叶和苞叶，保持其表面的原始状态，用双面胶将样品固定在金属载物台上，在扫描电镜低真空模式下对样品进行形貌观察[2].

2.2 苔藓生长基质-土壤理化性质检测

2.2.1 含水率测定

按照中华人民共和国1999年水利部发布的《土工实验规程》SL237-003-1999含水率试验[3]，选用烘干法进行，本试验进行2次平行测定，取其算术平均值.

2.2.2 pH测定

按照SL237-062-1999操作规程进行酸碱度测试[3].

2.2.3 其他物理性质测定

根据《土工实验方法标准》GB/T 50123-1999[4]，对遗址土样的其他物理性质进行测试，试验项目包括：容重、比重、孔隙度、空隙比等.

2.2.4 土样X射线荧光光谱仪(XRF)分析[5]

土壤样品经风干后，去除砂砾、植物碎屑等后，用玛瑙研钵研磨，过直径为2 mm的土筛，再研磨全部通过150 μm筛，以四分法取250 g样品保存备用.称取样品4 g放入模具中用硼酸镶边垫底，在30 t压力下，压成试样直径为32 mm的样片，置于仪器样品杯中分析.

2.2.5 土样X射线粉末衍射(XRD)测定[6]

称取一定量的采集的原状土样样品，研磨至全部通过75 μm分析筛，用XRD多晶粉末衍射仪测量10°～80°衍射数据.

3 结果与讨论

3.1 苔藓种类鉴别

博物馆大厅内“东北”十字街遗址土壤表面所生苔藓，经在解剖镜下对叶片分枝分离、解剖，利用扫描电镜对孢子体的外观形态、细胞形态以及解剖结构、茎及茎的横切而解剖结构、叶的形态、叶尖的形态及其细胞形态、叶中部细胞形态、叶基部细胞形态、叶片中部横切而解剖结构等进行观察、表征后，参照中国数字植物标本馆、中国苔藓植物志、云南植物志等相关书籍与文献[7-12]，结果表明该遗址表面所滋生的苔藓为四川湿地藓Hyophila setschwanica(Broth.)，隶属苔藓植物门Bryophyta，藓纲Musci，真藓亚纲Bryidae，丛藓目Pottiales，丛藓亚目Pottinales，丛藓科 Pottiaceae，湿地藓属Hyophila.

3.2 形态特征

四川湿地藓植株矮小，黄绿色，密集丛生. 茎直立，高3～6 mm. 叶密集，干燥时内卷，潮湿时倾立，呈长椭圆状舌形，基部宽，叶全缘，上部边缘略内卷. 中肋粗壮，消失于叶尖；叶上部细胞小，呈方形一多边状圆形，密被疣及乳突；基部细胞长方形，平滑透明. 雌雄同株(如图4所示).

3.3 分布特征

四川湿地藓在我国主要分布于河南、陕西、四川、云南、山东和海南，多生于润湿的土上及岩石上，常见于荫蔽场所之钙质土表面及石上[10].

3.4 病害成因分析

3.4.1 土样物理性质测定

按照上述研究方法对所采集的土样含水率、pH、容重、孔隙率、空隙比等物理性质进行测试，测试结果如表2所列.

图4 苔藓鉴定图Fig.4 Identification of bryophyte’s kinds(1)厅内土壤表面藓类生长状况；(2)光学显微镜下的四川湿地藓；(3)～(6)环境扫描电子显微镜下四川湿地藓表面形态结构；(3)植株整体形态；(4)～(5)叶背面，示叶上部细胞表面的疣突和表面光滑透明的叶下部细胞；(6) 叶腹面示细胞形态及表面乳突.

编号12345含水量/%18.316.623.020.512.4pH7.958.568.558.407.71干容重/(g/cm3)1.581.681.621.631.55比重/(g/cm3)2.642.712.702.712.62孔隙度/%40.1538.0140.0039.8540.84空隙比0.670.610.670.660.69

从表2可以看出，该遗址的土壤均属于弱碱性环境. 1～4号土样的含水率较高，其中3号土样含水率最高，高达23.0%. 5号土样含水率为12.4%，含水率最低. 1～4号土壤表面均有苔藓滋生，尤其3号土样采集处遗址表面苔藓的生长最为密集，5号土样采集处未滋生任何苔藓，且5号土样孔隙度均高于其余土样，不利于水分的储蓄. 因此表明含水量越高的遗址处，有利于四川湿地藓的生长与繁殖.

3.4.2 遗址土壤硬度测试

采用日本村竹生产的土壤硬度计对大唐西市“东北”十字街遗址土壤硬度进行测试，分别对东边遗址(苔藓滋生最为密集)和西边遗址(苔藓滋生较为稀疏)的土壤基质进行测试，测试结果如表3所列.

表3 遗址土壤的硬度值Table 3 Hardness value obtained from site of Tang West Market

从表3基本可以看出，东边遗址区域土壤平均硬度较小，持水性好，苔藓滋生密集. 西边遗址土壤平均硬度过大，表面持水性差，因此苔藓滋生较少.

3.4.3 遗址土壤中Ca含量检测

根据上述四川湿地藓的分布特征及滋生环境，为进一步验证钙质土壤基质作为该种苔藓滋生的条件之一，采用X射线荧光光谱仪(XRF)对上述所取土样中Ca含量进行检测. 据文献报道，表土平均含钙量可高达1.37%[13]，因此本次测试以表土平均含钙量作为参照样，结果如图5所示.

图5 大唐西市遗址土样中Ca含量分析图Fig.5 Content of calcium in soil samples

从分析结果可以明显看出，上述5个土样中的含钙量远高于一般表土平均含钙量.

3.4.4 遗址土壤矿物成分分析

利用X射线衍射仪(XRD)对土样中矿物成分进行分析，主要对含有Ca元素的矿物成分进行分析，结果如图6所示.

图6 大唐西市遗址土样XRD分析图Fig.6 XRD patterns of earthen samples obtained from site of Tang West Market

从图6可以看出，大唐西市遗址土样中含Ca元素的物质主要是方解石(CaCO3，JCPDS 卡片：NO.24-0027). 因此，结合XRF、XRD分析结果表明，以方解石为主的钙质土壤基质，为四川湿地藓的滋生提供了一定的条件[10].

4 结论

(1)通过光学显微镜与扫描电子显微镜(SEM)相结合的方法分离鉴定出大唐西市博物馆大厅内作坊遗址滋生的苔藓为四川湿地藓Hyophila setschwanica (Broth.)，常见于荫蔽场所之钙质土表面及石上.

(2)通过对四川湿地藓所赖以生存的土壤基质进行分析，发现遗址土壤的含水量较高，pH均呈弱碱性，且遗址区域土壤平均硬度越小，持水性越好，苔藓滋生越为密集.

(3)通过XRD与XRF结合手段分析表明大唐西市遗址土壤的含钙量远高于一般表土平均量，且含Ca元素的物质主要是方解石，适宜于四川湿地藓滋生的基本要求.

综上所述，大唐西市东北“十字街”土遗址中充足的水分，低孔隙度、硬度，半封闭的弱碱性遗址环境，以及高含钙量的遗址土壤为四川湿地藓提供了适宜的生长条件. 从该苔藓的生长环境出发，为后期有效治理此病害提供了一定的理论依据.

[1] 王彬.历史上的大唐西市[M].西安:陕西人民出版社,2009:1-7.

[2] 李剑平. 扫描电子显微镜对样品的要求及样品的制备[J]. 分析测试技术与仪器, 2007, 13: 74-76.

[3] 南京水利科学研究院. 土工实验规程[S]. 北京: 中国水利水电出版社, 1999: 28-29, 473-474.

[4] 中华人民共和国水利部. GB/T50123-1999 土工实验方法标准[S]. 北京: 中国计划出版社, 1999.

[5] 李小平, 黄春长. XRF光谱法研究城市工业区的土壤环境污染[J]. 土壤, 2007, 39: 567.

[6] 金普军, 秦颍, 胡雅丽，等. 九连墩墓地1、2 号墓出土青铜器上锈蚀产物分析[J]. 江汉考古, 2009, 110: 113.

[7] 李奕. 中国数字植物标本馆[EB/OL]. http://www.cvh.org.cn/moss/ taixianzhi/ list.asp?pgno=4&.

[8] Zander R H. Genera of the Pottlaeeae: mosses of harsh environments[J]. Bulletin of the Buffalo Society of Natural Sciences, 1993, 32: 200-378.

[9] 黎兴江，丛藓科，吴征镒.云南植物志(第十八卷)[M]. 北京: 科学出版社, 2002: 224-320.

[10] 陈邦杰, 万宗玲, 黎兴江，等. 中国藓类植物属志(上册)[M]. 北京: 科学出版社, 1963: 173-227.

[11] 辩江，丛藓科，高谦. 中国苔藓志(第二卷)[M]. 北京: 科学出版社, 1996: 113-260．

[12] 刘永英, 王育水, 赵建成，等. 河南省湿地藓属的初步研究[J]. 西北植物学报, 2007, 27: 1869-1873.

[13] 杨利玲, 张桂兰. 土壤中的钙质化学与植物的钙营养[J]. 甘肃农业, 2006(10): 272.

Species Identification and Analysis of Causes of Bryophyte Bred on Earthen Archaeological Site of Tang West Market

ZHAO Gang1, LI Yu-hu2, XIAO Ya-ping2, ZHAO Jun-ni3

(1. Academy of Dazu Rock Carving, Dazu 402360, Chongqing China; 2. Shaanxi Normal University, Xi’an 710062, China; 3. Institute of Archaeology, Chinese Academy of Social Sciences, Xi’an Research Laboratory, Xi’an 710054, China)

Optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM) were used to identify bryophyte that breeds on the surface of earthen archaeological site in Tang west market, and it was identified as Hyophila setschwanica (Broth.). On this basis, X-ray diffraction (XRD) and X-ray fluorescence (XRF) were used to analyze five soil samples within the site, the results showed that the soil of the site is calcareous soil, and the soil moisture content was up to 23%, and pH was weakly alkaline. The soil environment provides a favorable condition for the reproduction of Hyophila setschwanica, leading to its widespread occurrence, which fully explained the root causes of the vigorous growth of Hyophila setschwanica, and thus provides some theoretical basis for the late effective treatment of the disease.

Tang west market;earthen archaeological site;bryophyte;disease causes

2017-03-22;

2017-05-31.

陕西省科技厅项目:“13115”科技创新工程重大科技专项项目(2009ZDGC-19)

赵岗(1984-)，男，文博馆员，主要从事土遗址及石质文物保护与监测研究工作,E-mail:327009103@qq.com.

O657.3

A

1006-3757(2017)02-0087-06

10.16495/j.1006-3757.2017.02.004