吐峪沟石窟东区2015年出土古纸的基本性能研究*

汪 瀚 陈 刚

吐峪沟石窟位于新疆鄯善县吐峪沟乡，是佛教传入中国的一处重要石窟寺，是吐鲁番地区现存最早、最大、最具代表性的石窟群。吐峪沟石窟始建于公元3世纪，并在北凉至麴氏高昌时期（约公元5-6 世纪）进行大规模的开凿，至南北朝已是佛教重地之一①徐东良等：《吐峪沟石窟壁画线描集图解》，《石窟寺研究》2014年，第229～254页。。据出土的《土都木萨里修寺碑》可知，吐峪沟石窟寺还在高昌回鹘时期（公元9-12世纪）进行修缮。本文作者在得到吐鲁番博物馆的批准后，对2015年在吐峪沟东侧考古出土的古纸样品进行取样分析，共计18 个样品。其中编号为TSTGD2015 GD 采-19的出土器物标签上备注有“唐大历五年”；编号为TSTGD2015 GD 采-22的古纸表面有手写“大历十三年”字样；编号为TSTGD2015 GD 采-35 的古纸表面有手写“大历十三年”字样。

图1 TSTGD2015 GD采19

图2 TSTGD2015 GD采22

图3 TSTGD2015 GD采35

潘吉星等专家认为，新疆地区在4 世纪就具备造纸的技术条件，且新疆地区产麻，原料能够自给自足①潘吉星：《中国造纸史》，上海：上海人民出版社，2009年，第417页。。台湾学者陈大川认为，以新疆天山山脉为界，南疆用浇纸法，北疆则用抄纸法②陈大川：《造纸史周边》，台北：台湾省政府文化处，1998年，第122页。。纸史专家王菊华等对新疆11 个古纸样品进行纤维分析测试，得到了一些古纸的理化性能数据③王菊华等：《中国古代造纸工程技术史》，太原：山西教育出版社，2005年，第137～138页。。李晓岑等对吐鲁番阿斯塔那-哈拉和卓古墓群出土，年代处于东晋到唐代的古纸进行研究，认为当时加工技术已普遍应用于新疆的各种纸张④李晓岑、郑渤秋、王博：《吐鲁番阿斯塔那—哈拉和卓古墓群出土古纸研究》，《西域研究》2012年第1期，第62～68+143页。。

目前吐峪沟石窟寺遗址群经历了2010年和2015年两次较大规模的考古发掘工作，专家学者对石窟寺内的底层堆积、遗迹、壁画、佛经等有了较为深入和全面的研究，但是对于出土数量巨大的文书残片的研究还很少。本文对文书残片的纸张的分析希望能够加深对吐鲁番地区的文书用纸乃至新疆地区古代造纸工艺的认知。

一、古纸的基本性能检测

1.1 出土古纸的形貌观察

使用VHX-5000型视频显微镜（日本基恩士KEYENCE公司）对古纸表面进行显微形貌观察。

将古纸样品置于灯光之上，用相机进行拍照。通过迎光照片观察，可以判断古纸的均匀程度、是否有帘纹等信息。

1.2 出土古纸的厚度测量

使用厚度仪（TMI 49-56）对古纸的厚度进行逐一测量。从文物保护的角度出发，所取样的纸样大小不足以按照《GB/T 451.3-2002 纸和纸板厚度的测定》对纸样进行厚度测定。因而只能按照厚度仪的操作流程和规范进行古纸厚度的测试，结果仅供参考。根据仪器的要求，样品的面积只要大于直径约1㎝的圆形即可。如样品大小达不到仪器测量所需要的最小面积，则不进行测量；则如样品面积够大，则可在纸样的不同位置分别测量，以了解古纸的纸张均匀程度。

1.3 出土古纸的纤维分析

使用仪器：XWY—VII 纤维仪（珠海华伦造纸科技公司），配合试剂碘—氯化锌溶液（自制）对出土古纸纤维进行鉴别。

根据《纸张，纸板和纸浆纤维配料分析》⑤JP-JISC.纸张，纸板和纸浆.纤维配料分析［S］.1998.标准制备纸张纤维试片，采用自制的Herzberg 染色剂对古纸样品纤维进行染色处理，置于纤维分析仪下进行观察，根据纤维呈现的颜色、形态等综合情况对纤维种类进行判断。

纤维分析时，视染色液的浓度滴1-2滴Herzberg 染色剂进行染色，用2个解剖针将纤维在染色液中分散均匀，小心盖上盖玻片，用滤纸吸走多余的染色剂。将已染色的纤维载片置于纤维分析仪的显微镜下，在倍率为20倍、40倍、100倍和200倍的倍数下观察，并分别拍下纤维形态照片。

Herzberg 染色剂的颜色反应，取决于纤维中的木质素和半纤维素含量。几个较为常见的造纸原料纤维显色情况为：大麻纤维显红棕色、亚麻纤维显玫瑰红色、构皮纤维显棕红色到紫红色、桑皮纤维显紫红色或黄绿色。由于Herzberg 染色剂得到的颜色是不稳定的，古纸在制造过程中也可能含有其他添加物，故颜色并不是判断纤维种类的绝对标准。

二、分析与讨论

2.1 表面形貌观察

考虑到厚度仪在测试厚度的过程中可能会对样品表面的结构和形态产生一定的影响，故先进行样品的表面形貌观察，再进行样品的厚度测量。

用视频显微镜，配以侧光，可以将纸张的表面形貌较为清晰地呈现出来，砑光、填料、涂料等工艺都能够在显微镜下进行一定程度的判断和识别。在对样品逐一进行观察后，发现所有古纸样品的表面，或是纤维与纤维之间的缝隙都附着有矿物颗粒，由此说明造纸时可能在纸浆中加入了填料，或是在成纸后与纸张表面进行涂刷。同时，7 个样品表面有较为明显的砑光痕迹，如TST⁃GD2015 GD采-18为双面涂布，古纸两面均平整光滑且未见纤维，有砑光痕迹；TSTGD2015 GD采-20古纸表面砑痕明显，多数纤维有明显被砑平甚至凹陷痕迹；TSTGD2015 GD采-24，为涂布后轻砑。

图4 涂布（TSTGD2015 GD采-18）

图5 砑光痕迹（TSTGD2015 GD采-20）

图6 表面可见纤维束（TSTGD2015 GD采-26）

通过迎光照片，可以大致了解到古纸的厚度、是否均匀，是否有帘纹，纸内是否有未打散的纤维束等信息。在对每一个样品拍摄迎光照片后，发现TSTGD2015 GD-46 为布帘所抄，其余未见明显纸帘纹路。

经过观察和统计,发现9个古纸的厚薄相对均匀，8 个古纸样品表面可见未打散的纤维束，且其中7个样品的厚薄是不均匀的。故推测，存在未打散的纤维束是纸张厚薄不均匀的原因之一。

图7 布纹帘（TSTGD2015 GD采-46）

图8 厚薄不均（TSTGD2015 GD采-11）

图9 厚薄均匀（TSTGD2015 GD采-37）

2.3 厚度测量

图10 为本次试验所有样品的厚度的柱形图，纵坐标显示为纸张厚度，单位为μm，横坐标则是样品顺序号。经过统计和计算，可得以下结论：

（1）古纸的平均厚度为170.83μm，最厚的纸是TSTGD2015 GD 采-20，厚度为311μm，最薄的纸是TSTGD2015 GD采-24，厚度为99μm；

（2）18 个古纸样品中，厚度小于 110μm 的有 1 个，厚度在 110-160μm 的有 11 个，厚度超过160μm的有6个。

（3）所有样品中有年代标注的TSTGD2015 GD 采-19（备注“唐大历五年”字样）、TSTGD2015 GD 采-22（“大历十三年”字样）、TSTGD2015 GD 采-35（“大历十三年”字样），纸张厚度分别为111μm、125μm 和119μm。TSTGD2015 GD 采-19 和GD 采-35 均为文书残片，也在唐代文书用纸的厚度范围纸内。当然，由于受到古纸大小、纸张表面状态等条件的限制，测试结果存在一定误差。

图10 古纸样品的厚度分布

据记载，唐代写经纸的厚度一般在50μm—140μm之间，个别为150μm—160μm，再厚的少见①潘吉星：《中国造纸史》，第211页。。而魏晋南北朝的纸厚度多在150μm—200μm 之间，100μm 以下的薄纸不多见。因此隋唐纸比前一阶段的纸在厚度上减少二倍多。欧洲人甚至在18世纪还造不出像唐代那样薄的麻纸②潘吉星：《中国造纸史》，第211页。。薄纸在楮皮纸、桑皮纸及藤纸中更为多见，而想要造出薄的麻纸则极为不易。

与现代手工纸进行对比，如红星牌宣纸，四尺棉料单宣的厚度约为70μm，四尺棉连的厚度大约在60μm。由此看出，古纸样品的平均厚度在红星牌宣纸厚度的两倍左右，而样品中最薄的古纸，其厚度已经比较接近现代手工纸。

2.4 纤维分析

通过对18个古纸样品逐一进行纤维分析实验，得到结果如下：

（1）在18个样品中，17个古纸样品的原料为苎麻①苎麻纤维是为植物纤维中最长的品种，故纸浆中的苎麻纤维都是被多次切断，端头多呈钝圆形或锥形；纤维壁上有明显的横节纹、细胞腔及纵向条纹，而打浆可使横节纹减少以至消失，而纵向条纹的增加以至纤维分丝纵裂；与苎麻相比，大麻纤维较短、较细，胞腔较小，纤维尖端不如亚麻尖锐，；而亚麻纤维呈圆柱形，表面平滑，中段直径均匀，两端逐渐变细，渐细的部分较长，与碘-氯化锌溶液作用后显玫瑰红色。故而判断原料为苎麻。，1个为树皮；

（2）染色后纤维颜色从深黄色至酒红色不等，大多数纤维横节纹、纵向纹路不明显，但发现有高打浆度下存在的麻纤维纵裂和出现很多细纤维的现象；

（3）纤维被截断的较多；超过半数纸样在加工过程中都捣料充分，纤维分丝帚化明显，打浆度多在60-70°SR，打浆度高的达到75°SR；

（4）过半数纤维分析中发现染色后显黄色的胶料的存在；

下面对纤维分析中发现的上述特点，结合古纸样品的纤维分析图片进行分析。

三、出土古纸与其他地区古代纸张工艺的比较

3.1 出土古纸与新疆其他地区古纸的比较

新疆地处内陆，湿度较低，干燥的气候使得大量文物得以完好的保存。吐鲁番地区的阿斯塔那古墓群和哈拉和卓旧城遗址、民丰县以北塔克拉玛干沙漠中的东汉古墓（尼雅遗址）以及库车、于阗等地都考古发掘出土了大量古纸，国内外的专家对这些古纸都进行了较为深入的研究，现将他们的结论与本文中实验所得到的结果进行比较和分析。

造纸术由内地传入新疆，但原料还是会就地取材，在当地的植物中挑选适合的作为造纸的原料。与吐峪沟石窟群同属吐鲁番地区，较早进行考古发掘的阿斯塔那古墓群中出土了大量珍贵的木器、陶器、铁器、服饰和文书等遗物①鲁礼鹏等：《新疆吐鲁番阿斯塔那古墓群西区考古发掘报告》，《考古与文物》2016年第5期，第31～50页。。李晓岑等②李晓岑、郑渤秋、王博：《吐鲁番阿斯塔那—哈拉和卓古墓群出土古纸研究》，第62～68+143页。对1975年在阿斯塔那-哈拉和卓古墓群出土的15 件古纸进行了外观观察和纤维分析和工艺研究。这批古纸的年代从晋代至唐代，古纸原料经鉴定11 个为麻，其中5 个确定是苎麻，也出现有原料是构皮的古纸。而潘吉星等①潘吉星：《新疆出土古纸研究——中国古代造纸技术史专题研究之二》，《文物》1973年第10期。对新疆地区出土的年代从晋至唐代的26 个古纸进行研究（其中大多数为吐鲁番出土），样品中确定原料为麻的有22个，其余4个中，1个麻与树皮均有，1个原料不确定为麻，2个原料是皮料。

在纤维分析中，经染色液染色后，区分皮料和麻料的难度相对较低，但区分苎麻和大麻、构皮和桑皮则有一定的难度。本文实验部分，经过纸张研究专家王菊华老师的指导和帮助，最终确认18个古纸样品中17个样品的原料为苎麻，1个样品的原料为树皮。虽然实验样品具有一定的随机性，但实验结果还是能够较好地和上述两位专家的研究结论相符合。

打浆是整个造纸过程中十分重要的一个步骤。麻纤维经碘—氯化锌溶液染色后显酒红色，容易纵裂，当打浆度到60-70°SR时，大量纤维分丝帚化，出现很多细纤维②王菊华：《中国古代造纸工程技术史》太原：山西教育出版社，2006年，第192页。。在潘吉星、李晓岑等人的研究中，古纸的打浆度在50-70°SR，个别打浆度甚至达到80°SR。本文纤维分析中得到的结论与前人实验所得非常接近，可以说唐代新疆地区文书所用纸张基本都经过了较为充分的打浆处理。

抄造是从植物纤维到成纸的最为关键的一步。传统的造纸方法分为浇纸法和抄纸法，一般来说，浇纸法的纸厚而不匀，抄纸法的纸薄而均匀。东汉尼雅纸厚约0.3 毫米，纸重约60g/m2，正反面都很粗糙，迎光观察未发现帘纹，应该为浇纸法所造③李晓岑、郭金龙、王博：《新疆民丰东汉墓出土古纸研究》，《文物》2014年第7期，第94～96页。。而哈拉和卓古墓出土古纸的研究中，15 个样品，5个为浇纸法，10个为抄纸法，年代均是晋至唐代。虽然在本文的实验样品中只发现1个古纸样品为布帘所抄，或许是因为这些纸张本身用途普通，故造纸工艺较为原始。

本文的实验样品出土于吐峪沟石窟寺遗址，推测其年代大致为中晚唐时期，与前文所提及的阿斯塔那墓地、哈拉和卓墓地等进行分析研究的古纸在地理位置和年代上都较为接近，而古纸的原料、抄造方式、加工工艺等都较为相似。

3.2 出土古纸与其他地区古纸的比较

加工处理中的染色技术为中国古代所首创，起始于东汉、三国时期，西晋时期已十分流行。相传葛洪首用黄蘗制黄麻纸做写经之用④陈大川：《中国造纸术盛衰史》（1版），台北：中外出版社，1979年，第72～74页。。染潢就是使纸染成黄色，常使用黄蘗，亦称黄柏，既是黄色染料，又有杀虫抗蛀之效，对于纸张的长久保存有着非常重要的作用。例如敦煌发现的5-10 世纪的经卷，大多经过黄蘗染色，至今保存良好，未有虫蛀。

敦煌藏经洞是清光绪二十六年（1900）发现的，藏经洞内藏有公元4 世纪至11 世纪，晋代至宋代，4 万余件珍贵文书。文书中大部分为汉文手写文，其中的佛教经典约占九成。此外还有不少古藏文、回鹘文、于阗文、梵文的文书，是研究中国与中亚的政治、经济、教育、科学技术、文学艺术的珍贵宝藏⑤郭锋：《敦煌西域出土文献的一个综合统计》，《敦煌学辑刊》1991年第1期，第63～76页。。北京图书馆和英国图书馆等都曾委托中国造纸研究所对其馆藏敦煌隋唐时期纸样进行分析研究。

因敦煌与吐鲁番均为古代丝绸之路上的重要城市，又都藏有大量隋唐时期的佛经文书，本文所研究的吐峪沟石窟寺出土古纸中有3 个样品涉及“大历”年代，故将这些古纸样品与敦煌藏经洞发现的文书进行横向比较。

造纸研究所的专家对北图的11 个敦煌纸样进行分析之后，数据统计结果为：纸样的厚度为0.17-0.20mm，定量40-60g/m2，纤维原料中，7 个为苎麻（2 个为大麻、苎麻混料）、2 个为桑皮、构皮、藤皮各1个。打浆度方面麻纸在60—70°SR，皮纸在30°SR左右。11个样品的帘纹均不清晰。

古代施胶技术有两种，内施胶和表面施胶，以此改善纸张的表面强度和抗水性能。涂布技术则是借助黏性物质，如动物胶等，将凝胶材料平刷于纸张表面，以改善纸张性能，使得纸张具有较高的白度和平滑度、透光度低，吸墨性能好等特点。这些也都在敦煌的纸样中得到发现。采用电子显微镜、能谱分析仪等，就能发现这些敦煌纸样绝大多数都是经过黄蘖染色和防虫处理，且双面涂料，胶料的种类有动物胶、淀粉，有些是动物胶和石蜡混合使用。同时，也对白色的颜料进行了元素能谱分析，发现硅、铝、镁、硫、钙、钾、氯等元素，经过进一步分析，认为这些白色颜料的种类有瓷土、石膏、碳酸钙、滑石粉，白色颜料或只有瓷土一种，或2-3种颜料混合使用。

表1 部分比较研究对象的古纸基本情况

上述结论如表1 所示。表中所列吐峪沟沟东2015年考古出土的4 个古纸样品，打浆度未进行计算，但通过纤维分析可知，此批古纸样品原料的打浆程度都较高，均有分丝帚化、分丝纵裂等现象。

从北图敦煌纸样、英国图书馆隋唐纸样和社科院考古所纸样的分析结果看，除填料成分和个别原料是桑皮外，与本文所测古纸样品的原料、厚度、后期加工方式等重合度较高。例如唐时期纸的厚度大多在150-200μm，麻纸的打浆度都较高，且文书多使用麻纸。敦煌藏经洞所藏的佛经文书都是经典之作，其纸张必然都是经过精心制作和加工处理，双面涂料、染色处理和防虫处理，故而千年之后仍保存完好。虽然本文实验样品的抄造工艺与后期加工精细程度，难以与敦煌藏经洞中的文书相比，但其纸张的打浆度一样很高，有加入填料、胶料，个别古纸经过涂布等处理。由此说明，隋唐时期敦煌或是吐鲁番这样的城市，其文书用纸，大多使用打浆度高、经过加工处理的麻纸。

同时，TSTGD2015 GD 采-20 是18 个样品中唯一一个双层复合纸，厚度311μm，原料为苎麻，纤维分析发现其打浆度高，有少量淀粉颗粒存在。古纸样品迎光观察未见帘纹，双面涂布，表面纤维基本被遮盖，有砑光痕迹。这与社科院考古所藏唐大历十五年纸样的分析结果接近，但GD 采-20纸张更厚。

本次分析因取样问题，暂时未对古纸是否含有纸药和涂料的元素成分进行检测。

四、结论

通过表面观察和纤维分析可以发现，此批古纸样品的原料中仅有1 个为树皮，其余都为苎麻。在抄造过程中，原料都经过充分捶打和过滤，除纤维外杂质较少。但样品彼此之间厚度差异较大，且均匀者少，只有一个样品发现布帘纹。这些古纸大多经过涂布处理，但涂料的主要成分仍需进一步的检测。笔者将分析结果与新疆其他地区出土古纸及敦煌隋唐时期纸样的分析结果进行比较后推测，此批古纸样品的年代大致为中晚唐时期。

此批出土古纸虽为文书用纸，但也可以在一定程度上反映出当时新疆地区生产或流传的一般文书用纸的制造水平，如麻类作为造纸原料仍占很大比例，且原料处理干净，舂捣充分，但纤维分散不够均匀，纸张厚薄相差较大，表面加工技术相对粗糙等。同时，除了一个样品发现布纹帘，其他未见明显帘纹，特别是未见明显帘条纹的现象，是否反映了当时新疆地区造纸工艺的特点，还值得进一步分析研究。