旬邑上庙遗址出土马具附着有机残留物的科学研究

李昱珩,杨 璐,葛若晨,豆海锋

[1． 西北大学文化遗产学院,陕西西安 710127; 2． 文化遗产研究与保护技术教育部重点实验室(西北大学),陕西西安 710127]

0 引 言

旬邑西头上庙遗址位于陕西省咸阳市旬邑县张洪镇原底社区以西[1],2020年,该遗址发掘出一座墓葬,编号2020XXSM39,经14C测年,约为南北朝至初唐时期。墓室棺木西侧出土了衔镳、鞍桥、双镫等多件鎏金青铜质地马具配件,是陕西地区首次发现的较为完整的南北朝至初唐马具遗存,对研究我国古代马具的工艺及形制具有极其重要的意义。

骑马之风自魏晋南北朝起在民间传播开来,隋唐时期逐渐兴盛[2],马具的发展与完善是这一社会现象的基础。我国古代马具中的辔头构件目前最早发现于殷商时期,至东周已较为成熟,而鞍具的出现与改进则与骑兵的发展息息相关。马鞍最早出现于战国末年,至西汉末年渐渐演化出高鞍桥形式的马鞍[3],而同一时期,作为辅助上马工具的早期马镫也以单件的形式开始使用。东晋时期,鞍具进一步发展,双镫出现并被推广使用,为之后鲜卑式、突厥式等不同式样马具的产生奠定了基础。因此,南北朝至唐初出土的鎏金青铜马具是我国古代马具从发展至完善这一过渡历程的重要实物资料,对其工艺的分析是探究我国古代马具与马饰发展的关键内容。近年来的相关研究包括:刘斌对北朝时期甲骑具装的演变进行了梳理,总结了甲骑具装的发展脉络[4];张宁总结了马鞍的起源与构造,分析了陕甘地区所出土马鞍的时代特点[5];王浩天等对洛阳汉墓出土的铁质马具进行了修复保护,并使用离子色谱仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪等对马具的金属锈蚀进行了科学检测[6];张晓岚等对出土于内蒙古的辽代马具皮条进行研究,使用扫描电子显微镜观察了样品的显微形貌[7]。然而,由于出土时较为完整的马具罕见,且文物有机残留物样品珍贵,我国在马具有机质构件工艺方面的研究尚不充分。本工作以旬邑出土的青铜马具表面附着的有机残留物为研究对象,运用傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜、超景深三维视频显微系统等进行科学研究,以期探明其工艺及特征,为南北朝至隋唐时期中原地区马具的研究提供线索,并为该类文物的保护修复提供参考。

1 实验部分

1．1 样品描述

如图1所示,马具部分铜质构件如卡带、带扣、金花等表面附着有纺织物与黑色残留物。实验样品取自编号B-C1-2的青铜卡带内表面(图1a),其中黑色残留物H1糟朽严重,无法辨认其特征,而纺织物F1层则保存相对完整,可通过肉眼辨识编织痕迹。样品情况详见图2。图2a为50×倍率下纺织物样品及黑色残留物样品的表面形态,可见H1边缘干燥略卷曲,表面无光泽,而F1呈棕黄色,附着于皮革内侧。图2b为50×倍率下纺织物样品及黑色残留物样品截面结构,可见织物与皮革结合较为紧密,并通过测量得到纺织残留物厚度约为0.58～0.71 mm,黑色残留物厚度则约为0.40～0.51 mm。在考古发掘过程中,使用手术刀和镊子于第一时间对出土马具上的黑色残留物及纺织物提取采样,并将H1与F1剥离。

图1 出土青铜文物及其附着有机残留物Fig.1 Unearthed bronze cultural relics and their attached organic matters

图2 实验样品Fig.2 Experimental samples

1．2 分析方法

1．2．1红外光谱法 使用棉签蘸取超纯水对纺织物F1表面进行简单的清理后将其置于烘箱中干燥,按照质量比1∶150加入干燥的KBr(光谱纯),并在玛瑙研钵中混合研磨至均匀。所得粉末取100 mg在20 MPa压力下压制样片,并使用德国Bruker公司生产的LUMOS傅里叶变换红外光谱仪进行检测。样品与背景扫描次数:64次。波数范围:4 000～500 cm-1。分辨率:4 cm-1。

使用超纯水清洗黑色残留物H1并低温干燥,在ATR模式下进行检测。样品与背景扫描次数:32次。波数范围:4 000～500 cm-1。分辨率:4 cm-1。

1．2．2扫描电子显微镜分析 提取单束纺织物样品F1,使用环氧树脂制作镶嵌样块,抛光后喷金100 s。提取片状残留织物F1与黑色残留物H1,剥离后低温干燥。对以上样品使用捷克Tescan公司生产的VEGA-3 XMU型钨灯丝扫描电子显微镜以及FEI公司生产的Quanta FEG 450型场发射环境扫描电子显微镜进行观察。模式:SE模式。电压:10 kV、20 kV。束斑直径:4．0 μm。

2 结果与讨论

2．1 纺织品残留物分析

2．1．1纤维种类研究 纺织物F1的红外吸收光谱图如图3所示。F1的特征峰集中在1 000～2 500 cm-1,主要吸收峰位于1 045 cm-1、1 383 cm-1、1 455 cm-1以及1 626 cm-1。882 cm-1处为β-D-葡萄糖苷键特征吸收振动峰,1 045 cm-1为纤维素中醚键的伸缩振动峰,1 455 cm-1处为纤维素与木质素中—CH2—弯曲振动,1 626 cm-1处为木质素中共轭羰基和碳碳双键伸缩振动重叠吸收峰[8]。麻类纤维主要由纤维素、半纤维素、木质素等成分构成[9],对比标准谱库可知,该样品的红外光谱图与麻类纤维相吻合[10]。为进一步了解织物纤维信息,采用扫描电子显微镜对镶嵌样块进行纤维横截面的观察。图4b为放大倍率8000×下纤维径向形貌,可见其表面较粗糙,有横节竖纹,呈扁平带状[11]。图4c为放大倍率4000×下样品的截面结构,可见该束样品由多根纤维加捻而成,纤维截面呈钝角多边形,空腔呈细长状。以上特征均与大麻纤维相吻合[12]。

图3 纺织物F1红外光谱图Fig.3 Infrared spectrum of Sample F1

2．1．2编织工艺研究 为探究样品F1编织工艺,使用扫描电子显微镜对样品进行观察,图4a为放大倍率35×下样品形貌,可见纤维束纵横交叠,排列较为均匀,为一经一纬的平纹编织,无图案变化。分别测量经纬线各38组,发现纬线平均直径略大于经线,在95%的置信度下:纬线平均直径为(0.647±0.014)mm,标准偏差为0.043 mm;经线平均直径为(0.468±0.011)mm,标准偏差为0.035 mm。为判断二者差异是否显著,使用独立样本t检验对数据进行分析[13],得到t=-19.901,P=0.000<0.05,因此在95%的置信度下拒绝H0,经纬线直径之间存在显著差异。

由此可见,编织F1所使用的经线与纬线存在极大可能并非同批次生产,而是分批加捻制作而成。另外,根据以上数据,计算得到纺织品经纬线密度为11根×9根/cm2。由于目前罕见汉晋时期麻类纺织物的相关研究,因此对比台西村商代遗址出土两块麻布的经纬密度分别为14根×9根/cm2、18根×6根/cm2[14],吐鲁番出土唐代两幅麻布被单的经纬密度分别为25根×25根/cm2、15根×11根/cm2[15],可知样品F1编织密度较低,与日常生活使用的纺织品存在差异。

大麻纤维由于细度低、摩擦系数小,且纤维两端钝圆,因此兼具良好的强度与手感[16],而较高的回潮率又使其保有极佳的吸湿性与透气性,因此大麻纤维被认为是天然纤维中性能最优的种类之一。使用纺织物包裹皮革的形式较为少见,而F1编织密度低,使用普通的平纹编织工艺且无纹样变化,可见制作并不精细,因此推测并非用于装饰。考虑到大麻纤维的强度与手感,以及取样位置位于马具青铜卡带内侧,初步推断该纺织物是用于构成固定衔镳或鞍鞯的带子,在马具的各部件之间起到连接加固或衬垫的作用。

2．2 黑色块状残留物分析

使用傅里叶变换红外光谱仪测试皮革样品,保存谱图后使用气氛补偿﹑最大最小值归一化、点平滑、基线校正等方式进行处理,得到黑色残留物H1的红外吸收光谱图(图5)。H1的特征峰集中在1 000～3 000 cm-1,主要吸收峰位于2 921 cm-1、2 853 cm-1、1 648 cm-1以及1 594 cm-1。对比标准谱库可知:波数2 921 cm-1处为—CH2—的不对称伸缩振动;2 853 cm-1处为—CH2—对称伸缩振动的特征吸收峰;1 648 cm-1附近为羧基中—C=O—的伸缩振动,该活性基团形成特征吸收谱带酰胺Ⅰ带;1 594 cm-1与1 246 cm-1处为—NH2剪式振动与C—N伸缩振动峰,并形成特征吸收带酰胺Ⅱ带与酰胺Ⅲ带[17]。α-氨基酸是构成天然皮革中胶原蛋白的基本单位,其主要侧链基团包括羧基、亚甲基以及胺基等[18],与样品检测结果相吻合。根据红外光谱可知H1中含有胶原蛋白,而胶原蛋白是动物皮的重要成份。结合样品形貌推断马具上附着的黑色残留物可能为动物皮革制品,但由于样品老化严重,无法进一步得出鞣制工艺等相关信息。另外,使用扫描电子显微镜对H1进行观察,可见样品呈团絮状(图6),动物皮原本应呈现的纤维网状结构已被破坏[7],在扫描电子显微镜下无法观察到皮革毛孔的形状、粗细度,无法判断其种属信息。

图5 黑色残留物H1红外光谱图Fig.5 Infrared spectrum of Sample H1

图6 黑色残留物样品的扫描电子显微镜图像Fig.6 SEM images of the black substance sample

我国古代对于动物皮毛的使用及加工可追溯到史前时期,经过不断发展,汉代的皮革制造业已经相当兴盛[19]。鞣制加工后的动物皮虽然具有了更高的韧性以及更加柔软、舒适的特性,但由于真皮为胶原纤维束经交错穿插所形成的立体网状主体架构[20],因此皮革依旧容易受潮变形、长霉,并且在机械摩擦过程中受到损伤。马具可大致分为络头与鞍具两部分。络头的系带分为项带、额带、颊带等,与衔、镳组合使用,在秦代已大致定型。鞍具一般包括鞍、鞯、障泥等,为固定鞍鞯需用系带绕过马尻、马腹、马胸,即分别称为鞦、韅以及攀胸,其在秦始皇陵兵马俑坑中的陶战马上已有体现[2]。通常来说,马具之系为革带,其经由带卡扣连接,且部分饰有铜泡等物[3],根据文物出土时叠压关系及青铜卡带形貌,可认为本实验样品即为系带之鞦,属于从马尻处固定鞍鞯的结构。有机残留物样品分别为皮革及纺织品,经过千余年埋藏的皮革已严重糟朽,但衬垫于皮革及青铜卡带之间的纺织物则因为铜离子具有抑菌性能而得以保存。

综上所述,皮革及纺织品共同组成马具的鞦带,推测皮革上层本应同样衬垫有纺织物,并与下层织物连成一体,将皮革包裹在内,然而由于土壤中水、盐及微生物等因素的侵蚀,上层织物已消失殆尽。使用纺织物包裹皮革共同形成革带的形式在目前的考古发现中并不多见,而由于多处青铜构件上存在相似痕迹,故推断该件鎏金青铜马具上所使用皮带均为纺织物包裹皮革的工艺制作。使用大麻纤维包裹皮革可减轻皮革磨损,同时,麻类纤维强度高,且吸湿性、透气性良好,包裹后也能起到固定皮革、防止皮革霉变的作用。因此,这种纺织品包裹皮革的组合皮带便得以在马具上使用。

3 结 论

旬邑上庙遗址出土的鎏金青铜马具上所附着的有机残留物为皮革与纺织品的结合物,其中皮革已老化糟朽,位于上层,而纺织物则呈较完整片状衬垫于皮革下方,与青铜构件紧密贴合。经检测,该纺织物为大麻纤维平纹编织而成,编织密度较低。纺织物与皮革通过包裹的形式构成马具的鞦带,继而通过青铜卡带的连接,将马鞍等部件固定在马背之上。自马具出现以来,皮革已被普遍运用于固定马具,本工作通过研究首次认识到皮革外包裹一层纺织物使二者共同组成马具系带的制作工艺,佐证了该时期我国马具发展已经较为成熟的观点,对研究中国古代舆服以及南北朝至隋唐时期北方地区马具工艺具有重要意义。