北京故宮，這座世界上規(guī)模最大、保存最完整的古代木結構建筑群，近日通過一項創(chuàng)新科學技術揭開了其建筑木材的世紀之謎。

中國科學院地質與地球物理研究所的研究團隊成功利用樹輪氧同位素分析技術，對故宮大高玄殿的古木構件進行了精確斷代和溯源研究，這項研究成果已在《npj遺產科學》期刊正式發(fā)表。

文章原文：https://doi.org/10.1038/s40494-025-02172-1

“非典型”研究

古建筑研究長期以來主要依賴文獻記載和建筑形制分析，但許多單體建筑史料存在缺漏，形制研究又容易受到后世修繕干擾。

樹木年輪年代學雖已在考古領域應用百年，但傳統(tǒng)方法需要鉆取較大樣本量，對珍貴古建筑木材造成較大損傷。

在這樣的背景下，一項“非典型”的研究方法應運而生——氧同位素分析法。

樹木年輪中的氧同位素組成如同"雨水指紋"，不同地區(qū)、不同時期的降水同位素特征會被樹木忠實記錄。通過比對木材樣本與已有數據庫，即可實現精確溯源。

研究團隊從大高玄殿九天應元雷壇殿屋頂替換下的3根落葉松木構件中采集樣本，通過精密的化學提取和質譜分析，獲得了樹輪纖維素的氧同位素數據。

與傳統(tǒng)的年輪寬度法相比，新方法對樣本量的要求顯著降低，且受個體生長差異影響較小。

千里之旅

數據分析結果顯示，三根松木樣本的氧同位素序列高度一致，與東北老白山、長白山地區(qū)的參考年表匹配度最高，研究人員還成功拼接出其1749-1892年間共144年的浮動氧同位素序列。

這一發(fā)現雖然令人吃驚，但又與歷史文獻記載驚人吻合。

清代檔案中確有康熙年間"采辦塞外松木"的記載，而木材最晚生長年份(1892年)恰好對應大高玄殿的重要修繕期——該殿在清晚期遭到嚴重破壞，于1902年進行了重建。

fig.5 Simplified diagram illustrating the change in timber use strategy of the Forbidden City.

這一發(fā)現不僅確認了木材的來源，還揭示了明清故宮用材策略的重要轉變。

明代宮殿主要采用楠木這種珍貴木材，而清代則轉向使用松木，特別是來自東北地區(qū)的落葉松。

經過明朝兩個多世紀的不可持續(xù)的采伐，南方楠木資源幾近枯竭。

清廷轉而開發(fā)利用其"龍興之地"東北的森林資源，也是滿族人所熟悉的“塞外松木”，這一轉變既體現了資源利用的適應性，也反映了政治地理因素的影響。

溯源的基石

研究的成功很大程度上得益于研究團隊長期建立的樹木年輪氧同位素數據庫。

目前該數據庫已覆蓋中國主要地區(qū)，甚至包括東亞其他區(qū)域，為古木材溯源提供了重要參照。

東北地區(qū)的年表可追溯至1568年，華北地區(qū)達300-500年，而云南、川西等南方地區(qū)的序列更可追溯到700年以上。

這些長期序列的建立，為不同時期、不同地區(qū)的木材溯源提供了科學基礎。

數據庫的空間覆蓋度和時間跨度直接決定了溯源研究的精確性。

隨著數據庫不斷完善，未來對古建筑木材的定年和溯源能力將進一步提升，有望解決更多歷史建筑年代學難題。

科技與人文的融合

氧同位素分析為古建筑研究提供了獨立的科學證據，而歷史文獻則驗證了科學推斷的合理性，兩者相得益彰，體現了自然科學與人文科學的深度交叉。

這種多學科方法不僅適用于故宮建筑群，還可推廣至其他重要古建筑的研究。

例如應縣木塔等著名歷史建筑的建造年代和材料來源問題，都有望通過這一技術獲得新的認識。

同時，古木材研究也能反哺氣候科學研究。

每根古木都記錄了生長期間的氣候信息，通過分析這些"氣候日記"，可以重建歷史時期的氣候變化規(guī)律，為理解現代氣候變化提供歷史參照。

樹木文化

古樹研究不僅具有科學價值，更蘊含著豐富的文化內涵。

在中國生物志庫的"樹木文化"專題中，我們可以系統(tǒng)了解各種古樹的名稱由來、形態(tài)特征、歷史記載和文化象征。

以故宮建筑群中使用的楠木和松木為例，這些樹木不僅具有特定的生物學特性，還承載著深厚的文化意義。

楠木作為明代皇家建筑的首選材料，其"南方之木"的身份體現了明代對南方資源的依賴；而清代轉向使用東北松木，則反映了滿族文化的影響和政治中心的轉移。

樹木在中國傳統(tǒng)園林中始終占據重要地位，不僅是造景元素，更是文化符號。

通過研究古樹，我們能夠更好地理解古人的自然觀、審美觀和資源利用智慧。

隨著科技進步，古樹研究方法不斷創(chuàng)新。

氧同位素分析法的成功應用只是開始，未來結合DNA分析、微量元素測定等多種技術手段，古樹研究將進入一個新的發(fā)展階段。

中國生物志庫的"樹木文化"專題正是這一趨勢的體現。

該專題系統(tǒng)整理了中國古代文獻中關于樹木的記載，包括名稱考釋、形態(tài)描述、園林應用和文化寓意等內容，為您提供一個了解樹木文化的窗口。

通過這些工作，我們不僅能夠保護古樹資源，還能傳承和弘揚中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化。

每一棵古樹的年輪中都鐫刻著人與自然互動的記憶，值得我們用心保護和深入研究。

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