作為我國現(xiàn)存規(guī)模最大、保存最完整的木結(jié)構(gòu)宮殿建筑群，北京故宮擁有海量的木構(gòu)件。但目前，我國像故宮這樣的古建筑的年代鑒定及建筑歷史研究多依賴史料和形制研究，許多單體建筑缺乏明確的文獻(xiàn)記載，而形制研究又具有一定的主觀性和變異性，故其建造年代、修繕歷史等信息缺乏科學(xué)、精確的判定手段。事實(shí)上，木構(gòu)建筑所用的年輪清晰可辨的木材本身就是良好的定年材料。

相比于傳統(tǒng)的樹輪寬度年代學(xué)，樹輪氧同位素具有較低的樹間變異性、較弱的自相關(guān)、較高的樹種間一致性以及能夠記錄強(qiáng)烈的共同氣候信號。因此，樹輪氧同位素可能更適用于定年。除此之外，樹輪年代學(xué)還是常見的木材產(chǎn)地溯源的手段之一。目前，產(chǎn)地溯源的成功案例均基于樹輪寬度，而樹輪氧同位素既能記錄較強(qiáng)的共同氣候信號，又在不同氣候帶間存在明顯差異，顯示出其對木材產(chǎn)地進(jìn)行溯源的潛力。

中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所趙卿宇博士后、許晨曦研究員和郭正堂院士，聯(lián)合故宮博物院張瓊副研究館員、吳偉高級工程師、趙鵬正高級工程師，對故宮大高玄殿建筑群內(nèi)九天應(yīng)元雷壇殿屋頂替換下來的3處落葉松木構(gòu)件樣品進(jìn)行逐年樹輪氧同位素測定（圖1），嘗試通過樹輪氧同位素確定木構(gòu)件的年代及其產(chǎn)地來源。

圖1 采樣地點(diǎn)（故宮）以及參考樹輪氧同位素年表中國東北老白山（LBS）、北京周邊（XLM）、恒山（HSS）和蘆芽山（Luya Mt.）的位置（a）以及大高玄殿建筑群內(nèi)九天應(yīng)元雷壇殿的外觀（b）

大高玄殿3個(gè)樣品浮動(dòng)樹輪氧同位素年表交叉定年結(jié)果顯示，這3條樹輪氧同位素序列間可交叉對比，且可拼接成1個(gè)144年的復(fù)合浮動(dòng)年表。為進(jìn)一步確定各個(gè)浮動(dòng)年表的年代，將其分別與東北老白山紅松、北京油松等中國北方樹輪氧同位素長年表進(jìn)行交叉對比，發(fā)現(xiàn)3個(gè)浮動(dòng)年表都僅與東北老白山樹輪氧同位素年表部分時(shí)段表現(xiàn)出強(qiáng)相關(guān)性，且在統(tǒng)計(jì)意義上顯著。因此，將東北老白山年表作為主年表進(jìn)行交叉定年。交叉定年的結(jié)果顯示，大高玄殿3處木構(gòu)件浮動(dòng)年表拼接年代為1749-1892年（乾隆十四年-光緒十八年，圖2）。

圖2 大高玄殿3處木構(gòu)件樹輪氧同位素序列與東北老白山主年表在最佳匹配時(shí)段的對比（a-c）以及木構(gòu)件拼接復(fù)合浮動(dòng)年表與主年表對比（d）

另外，木構(gòu)件樣品樹輪氧同位素浮動(dòng)年表與東北老白山主年表高度相關(guān)，表明它們記錄著共同的氣候信號和地理來源。這意味著這3處木構(gòu)件原木材可能取自我國東北地區(qū)。

基于樹輪氧同位素年代學(xué)獲得的大高玄殿木構(gòu)件的年代和產(chǎn)地來源均與歷史文獻(xiàn)記載相符。木構(gòu)件最晚年代（1892年）與大高玄殿在清晚期被西方列強(qiáng)侵占并損壞，后于1902年兩宮回鑾后重建雷壇殿屋頂結(jié)構(gòu)的記載能夠?qū)?yīng)；其產(chǎn)地來源也與清廷自康熙朝開始采辦塞外松木代替楠木建造宮殿的歷史記載相一致。換言之，對大高玄殿建筑群松木木材產(chǎn)地的成功溯源也進(jìn)一步證實(shí)了明朝到清朝故宮古建筑用材策略的變化，即從楠木轉(zhuǎn)變?yōu)樗赡荆?strong>圖3）。這一轉(zhuǎn)變當(dāng)是由于明朝兩個(gè)多世紀(jì)以來不可持續(xù)的伐木導(dǎo)致楠木資源幾近枯竭，最終楠木不敷使用，清廷開始尋找替代材料，其著眼點(diǎn)便是滿族人所熟悉的“塞外松木”。

圖3 故宮木結(jié)構(gòu)建筑用材策略變化示意圖

上述成果表明，樹輪氧同位素不僅是準(zhǔn)確可靠的測年方法，也是考古木材的有效溯源手段。這也是首次成功利用樹輪氧同位素示蹤考古木材產(chǎn)地來源，對故宮乃至我國古建筑歷史研究和價(jià)值評估具有重要的實(shí)踐意義。

研究成果發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊npj HS（趙卿宇，許晨曦*，張瓊*，吳偉，趙鵬，郭正堂. Dating and Provenance Tracing of Historical Timbers in the Forbidden City Using Oxygen Isotope Dendrochronology[J]. npj Heristage Science, 2025, 13, 602. DOI: 10.1038/s40494-025-02172-1.）研究受到國家自然科學(xué)基金（42488201, 42425706, 42407603）等多個(gè)項(xiàng)目資助。

趙卿宇（博士后）

編輯 | 劉俊彤

校對 | 趙卿宇