前 言
夏商王朝的崛起与控制和开发铜资源有重要关系。早期王朝国家对铜资源的控制，主要通过控制上游的采矿、冶铜业和集中在都城的铜礼器、铜兵器铸造业，采矿、冶铜业主要为铸造业输送原料。中条山是我国北方重要的铜矿产地，南隔黄河邻洛阳盆地，有三条主要道路穿过中条山连接晋南和洛阳盆地。中条山东南麓的垣曲商城发现多处炼铜遗迹，出土了大量铜炼渣、熔渣等冶铜遗物，对这些出土炉渣的铅同位素比值研究认为中条山铜矿的落家河矿区可能为矿料产地，确证了垣曲商城与中条山铜矿的密切联系。中条山北麓的东下冯遗址出土了冶铸遗物，分析表明东下冯遗址至少从第三期开始已掌握青铜合金技术，铜冶铸业在夏商文化更替后继续发展。21世纪初，运城盆地东部的区域系统调查发现多处冶铜相关遗址，中条山腹地的铜矿在不晚于二里头文化时期已被开采，其开采规模在二里岗文化时期有所扩大。对中条山南北两侧夏商时期重要遗址中铜冶铸遗存的研究显示，控制与开发中条山的铜矿资源对于夏商王朝极为重要。
展开剩余93%木材是先秦时期广泛使用的燃料。《说文解字》载：“大者可析谓之薪，小者合束谓之柴”，可见对燃料的利用存在选择策略。汉代燃料研究目前仅见基于冶铁遗址出土遗物的分析，表明其多为优质的壳斗科栎属木材，且多发现于河南地区。对汉代之前薪柴利用的认识主要来自文献资料，相关文献记载了烧炭的季节和木炭生产相关细节。周代已有专门的木炭生产部门，并有专人从事烧炭的职业，商代设置了“司木”管理山林。田野考古工作中尚未发现周代以前生产木炭的场所和使用木炭的实物资料。木炭是木材在缺氧条件下未完全燃烧，或者木材在隔绝空气的条件下热解，产生的深褐色或黑色多孔固体燃料。古代中国的早期冶铸业与木炭的利用关系密切，木炭不仅是金属冶炼时用于提高炉温的燃料，还起到还原剂的作用。
近年来，中条山北麓的西吴壁遗址持续开展考古工作，发现了大批文化性质明确、年代序列完整的夏商时期冶铜遗迹和遗物，为研究临近夏商王朝腹心地带的铜矿资源控制提供了极为重要的实物资料。该遗址发现的二里头文化时期制备木炭的窑室与冶铜生产遗存关系紧密，其中发现了较多较大的木炭碎块和大量冶铜废弃物（包括夹杂木炭碎屑的铜炼渣），是复原夏商时期的木炭生产利用和冶铜生产工作链，研究冶铜作坊布局的重要材料。
一、材料与研究方法
（一）遗址概况
西吴壁遗址位于山西绛县西吴壁村南，地处涑水河北岸的黄土台地上，南距中条山约6公里。遗址总面积约110万平方米，是晋南地区已知规模最大、遗存丰富的夏商冶铜遗址。2018~2020年的发掘清理了二里头文化、二里岗文化、东周、秦汉及宋代等时期的遗存，其中以二里头文化、二里岗文化时期的冶铜遗存最丰富、最具特色。遗址二里头文化遗存的整体面貌与二里头文化东下冯类型比较接近。2022年，遗址东南部发现一处包括商文化因素和晋南土著文化因素的墓地，时代大致为二里岗文化下层阶段；遗址出土部分二里头文化、二里岗文化时期动物骨骼和植物遗存的碳十四测年数据集中在公元前1600多年至公元前1200多年，即夏晚期和早商时期。
西吴壁遗址发现的二里头文化时期冶铜遗迹有包含丰富冶铸遗物的房址、大型灰坑和制作冶铜燃料的木炭窑。房址以F2为代表，其第3层堆积包含较多炭屑，出土铜矿石、铜炼渣、残炉壁等与冶铜有关的遗物，该层堆积还包含较多红烧土颗粒，出土较多陶器、石器。大型灰坑以H111为代表，长约9.5、宽2.5~3.3、深3.8~4米，该坑或曾用作房址或储藏坑，废弃后成为堆放冶铜废弃物的垃圾坑。坑内堆积可分为九层，均为西南高、东北低的斜坡状堆积，东北部最低处堆积物包含集中分布的铜矿石和炼渣。木炭窑为F1组遗迹，其中Y2~4的火口部分与F1连通，窑壁经多次烧烤，形成黑色炭层，质地坚硬，Y3一侧有烟道。二里岗文化时期的冶铜遗迹主要为遗址中部一片面积约60平方米的活动面，串连起多处冶铜相关遗迹，包括2座炼炉的残迹和数个包含大量炉渣的灰坑，展示了较大规模的冶铜活动场景。冶铜炉YL1残存炉体底部及其附属部分，炉体内侧和周围堆积物夹杂很多木炭灰烬、挂渣炉壁碎块和铜炼渣，还包含大量红烧土块和碎末。炉体南侧的坡状踩踏硬面当为冶铜生产形成的活动面。灰坑H102、H284、H223、H33等均出土冶铜遗物。西吴壁遗址发现的冶铜遗物主要有残炉壁、残坩埚、铜矿石、铜炼渣和陶鼓风嘴等。
（二）研究对象
本文选取了西吴壁遗址2018~2020年发掘期间手工拣选的木炭和夹杂木炭的铜炼渣（表一）进行分析。手工拣选的木炭样品共85份，出土于57个遗迹单位（附表），共1021.9克，包括2519块木炭（图一）。其中H111出土较为集中，手工拣选的木炭样品有10份230块，共139.3克。夹杂木炭的铜炼渣共42块，包含47块木炭（图二），其中14块铜炼渣出土于H111，包含18块木炭。
表一 西吴壁遗址木炭样品统计表
图一 F6出土的二里头文化时期木炭
图二 夹杂木炭的铜炼渣
1.H111出土（二里头文化时期） 2.H130出土（二里岗文化时期） 3.H188出土（东周时期）
（三）分析方法
将木炭样品放置于体视显微镜和金相显微镜下，初步观察其横向、径向和弦向的木材构造特征，与现代木材构造特征进行对比并初步鉴定。再将木炭样品粘在铝制样品台上，表面镀金，放置在Phenom XL扫描电子显微镜下进一步鉴定、记录和拍照。树种鉴定主要参考《中国木材志》和中国木材解剖数据库和图集。通过记录每份样品的树种及其块数，统计不同树种的绝对数量和出土概率，分析主要树种的年轮曲率，尝试讨论遗址的木材利用方式。
二、鉴定与分析
（一）手工拣选木炭
85份样品中的2519块木炭分属于16种木本植物，已鉴定出松科松属（Pinussp.）的硬木松（Subgen. Diploxylon）和软木松（Subgen. Haploxylon）、柏科圆柏属（Sabina sp.）和侧柏属（Platycladussp.）、榆科榆属（Ulmussp.）和榉属（Zelkova sp.）、壳斗科栎属（Quercussp.）、槭科槭属（Acersp.）、蔷薇科梨属（Pyrussp.）和李属（Prunus sp.）、鼠李科枣属（Ziziphussp.）、桑科桑属（Morus sp.）。另有77块木炭尚待进一步鉴定，分别为4种不同的阔叶树。这批木炭样品的鉴定率达96.9%（表二）。
表二 西吴壁遗址木炭种属统计表
针叶树占绝对优势地位，在二里头文化时期出土木炭中占比达75.2%，在二里岗文化时期达96.8%，东周时期较低，但仍超过50%。针叶树中以松属的硬木松为主，绝对数量和出土概率都很高，占据绝对优势。软木松在各个时期的出土概率比较稳定，在17%上下；针叶树中还有少量圆柏属和侧柏属（图三；图四）。因此，松属硬木松类在手工拣选的木炭中占优势地位。
图三 木炭种属在不同时期样品的占比
图四 木炭种属在不同时期样品的占比
阔叶树在不同时期的占比和出土概率有明显差异。二里头文化时期阔叶树中未知树种B较多，但都出土于同一遗迹单位，普遍性不高；最具优势的阔叶树为壳斗科栎属，尽管数量较软木松少，但出土概率更高；榆科的榆属和榉属、蔷薇科李属、鼠李科枣属均有出土，普遍性都很低。二里岗文化时期木炭中阔叶树占比低于5%，榆属、榉属、栎属和槭属均有发现，其中栎属较其他阔叶树出土概率高，与软木松接近。东周时期的样品中，阔叶树种占比达45.2%，其中榆科榆属最多，其次是槭属，二者占比虽较高但出土概率偏低，出土较为集中；栎属和梨属占比偏低但出土概率较前两者更高，桑属也有发现（图五）。阔叶树中栎属应为优势树种。
图五 木炭种属在不同时期样品的出土概率
（二）炼渣夹杂木炭
表三 西吴壁遗址铜炼渣夹杂木炭树种统计表
图六 H33出土的二里岗文化时期冶铜遗存
1.铜炼渣 2.铜炼渣夹杂的木炭 3.铜炼渣夹杂木炭保留的7个年轮（硬木松横截面）
（三）木炭构造特征
西吴壁遗址出土的木炭属于16种木本植物，分属8科12属，另有少量的未知阔叶树。主要的7类木炭构造特征如下。
硬木松类（Subgen. Diploxylon），从横切面看，早材至晚材急变，生长轮明显，晚材有轴向树脂道，轴向薄壁组织缺失（图七，1）。从径切面看，早材管胞径壁有1~2列具缘纹孔，晚材管胞径壁有1列具缘纹孔，射线薄壁细胞与早材管胞交叉场纹孔式为窗格型，少数为松木型，射线管胞内壁有深锯齿（图七，2）。从弦切面看，有单列木射线和具有横向树脂道的纺锤形射线，单列射线数量多，纺锤形射线具有径向树脂道（图七，3）。
图七 遗址常见针叶材构造特征
1~3.H111第2层出土硬木松类（横切面、径切面、弦切面） 4~6.H114第4层出土软木松类（横切面、径切面、弦切面） 7~9.H111第3层出土圆柏属（横切面、径切面、弦切面）
软木松类（Subgen. Haploxylon），从横切面看，早材至晚材缓变，生长轮较明显，有轴向树脂道，轴向薄壁组织缺失（图七，4）。从径切面看，早材管胞径壁有1~2列具缘纹孔，晚材管胞径壁有1列具缘纹孔，射线薄壁细胞与早材管胞交叉场纹孔式为窗格型，偶见松木型，射线管胞内壁无锯齿或有微锯齿（图七，5）。从弦切面看，有单列木射线和具有横向树脂道的纺锤形射线，单列射线数量多，纺锤形射线具有径向树脂道（图七，6）。
圆柏属（Sabina sp.），从横切面看，生长轮明显，早材带占全轮绝大部分，晚材带甚窄，轴向薄壁组织呈星散状分布，木射线极细，没有轴向树脂道（图七，7）。从径切面看，早材和晚材管胞壁有1列具缘纹孔，轴向薄壁细胞端壁节状加厚明显，射线薄壁细胞与早材管胞交叉场纹孔式为柏木型，通常为2~4个（图七，8）。从弦切面看，木射线为单列，2列或成对偶见，多数高3~5个细胞，高者一般不超过10个细胞，没有横向树脂道（图七，9）。
榆属（Ulmus sp.），从横切面看，生长轮明显，环孔材，早材至晚材急变，早材管孔为卵圆形，略大，连续排列成明显早材带，宽1~3管孔，侵填体较多，晚材管孔甚小，为不规则多角形，多数为管孔团，簇集呈弦向带或波浪形排列，轴向薄壁组织多为傍管状或波浪弦向带状，常与晚材管孔一起排列成弦向带或波浪形（图八，1）。从径切面看，小导管壁上具螺纹加厚，单穿孔，具缘纹孔数量多，薄壁细胞内晶体常见，射线组织同形（图八，2）。从弦切面看，管间纹孔式互列，木射线非叠生，单列者少，多列射线宽2~6个细胞（图八，3）。
图八 遗址常见阔叶材构造特征
1~3.H850出土榆属（横切面、径切面、弦切面） 4~6.H824出土榉属（横切面、径切面、弦切面） 7~9.H824出土栎属（横切面、径切面、弦切面） 10~12.H824出土梨属（横切面、径切面、弦切面）
榉属（Zelkovasp.），从横切面看，生长轮明显，环孔材，早材至晚材急变，早材管孔为卵圆形及椭圆形，略大，连续排列成明显早材带，宽1~5管孔，常含侵填体，晚材管孔甚小，为多角形，常呈管孔团簇集，排列呈连续或不连续的弦向带或波浪形，轴向薄壁组织多为傍管状，通常围绕晚材管孔排列成波浪形（图八，4）。从径切面看，螺纹加厚仅存在于小导管壁上，单穿孔，薄壁细胞端壁节状加厚不明显，树胶未见，菱形晶体常见，分室含晶细胞可连续至5个或以上，射线组织异形Ⅲ型或同形（图八，5）。从弦切面看，管间纹孔式互列，木射线非叠生，单列者甚少，多列射线宽2~15个细胞，射线细胞树胶稀少，菱形晶体数多（图八，6）。
栎属（Quercus sp.），从横切面看，生长轮明显，环孔材，早材至晚材急变，晚材管孔略小，单管孔，早材管孔甚大，连续排列成明显早材带，具有侵填体，轴向有大量薄壁组织，为聚合和离管带状，晶体常见（图八，7）。从径切面看，单穿孔，管间纹孔式互列，射线组织同形（图八，8）。从弦切面看，有宽窄两类木射线，窄木射线单列，宽木射线宽至许多细胞（图八，9）。
梨属（Pyrussp.），从横切面看，生长轮明显，散孔材，管孔甚多、甚小，大小一致，分布均匀，管孔呈卵圆形，单管孔较多，极少径列复管孔，轴向薄壁组织呈星散-聚合状及星散状（图八，10）。从径切面看，单穿孔，具缘纹孔明显、圆形，轴向薄壁组织含树胶，菱形晶体常见，分室含晶细胞连续成串，端壁节状加厚明显（图八，11）。从弦切面看，木射线非叠生，极细，单列射线较少，单列者高1~10个细胞或以上，多列木射线宽2（间或3）个细胞，多数高10~20个细胞，木射线为同形横卧细胞，或横卧细胞上下有1排直立或方形细胞，树胶丰富但晶体未见（图八，12）。
三、相关讨论
（一）木材利用
西吴壁遗址二里头文化时期和二里岗文化时期对针叶材的利用特点较为一致，以针叶材为主，种属针对性强（多为松木），多样性差，除主要的松木外仅见少量柏科的圆柏和侧柏，不见其他针叶树。利用比例较低的阔叶材以榆科、壳斗科栎属和槭科木材为主；偶见蔷薇科的梨木、李木，鼠李科枣木，桑科桑木等。二里头文化时期的阔叶材中栎木较多，其次是榆科，有少量李木和枣木；二里岗文化时期阔叶材中栎木和榆科地位相当，其次是槭属。在中条山以北的晋南运城盆地东部，自然植被主要是栎类和松类占优势的植物群落，可见西吴壁遗址发现的多种类树木都为本地原生树木。
除了分析西吴壁遗址先民利用的木材种属，我们还对主要木材的用材选择做了初步探索。树轮曲率代表了一段年轮的弯曲程度，同样长的一段年轮，越靠近髓心，直径越小，曲率越大，相反，直径越大，曲率越小，比较曲率能确定木炭所在横切面的相对位置。
根据学者对树轮曲率和树木直径复原的研究，可观察的树轮曲率大致分为曲Ⅰ、曲Ⅱ和曲Ⅲ等三个类别。该分类可基本与学界复原木材直径归纳的三个类别——强曲（Strongly curved rings）、中曲（Moderately curved rings）、微曲（Weakly curved rings）对应，即强曲代表木材直径较小（曲Ⅰ），中曲代表木材直径中等（曲Ⅱ），微曲代表木材直径较大（曲Ⅲ）（图九）。结合出土材料和复原研究的实际情况，上述三种曲率的类别可分别用来描述直径3~5厘米以下的小型枝干、直径5~10厘米的中型树干、直径大于10厘米的大型树干。西吴壁遗址出土的二里头文化时期和二里岗文化时期木炭中硬木松的比例和出土概率都很高，在所有树种中占据绝对优势；硬木松出土较多且保存状况较好，具备进行树轮曲率分类和研究的条件，故选择遗址出土硬木松的树轮曲率加以分类和统计（图一〇）。
图九 木材直径复原的曲率分类示意图
1.三种年轮曲率 2.直径复原示意（均改绘自Ceren Kabukcu,Wood Charcoal Analysis in Archaeology,Environmental Archaeology,pp.133-154,2018）
图一〇 H111出土木炭中不同曲率的硬木松
1.曲Ⅰ 2.曲Ⅱ 3.曲Ⅲ
统计显示，西吴壁遗址出土的256块二里头文化时期硬木松木炭中，约90.2%树轮平直，属曲Ⅲ；出土的1325块二里岗文化时期硬木松木炭中，1291块可进行树轮曲率分类，其中89.6%树轮平直，属曲Ⅲ（图一一）。由此可见，遗址中绝大部分硬木松木炭树轮平直，曲率属曲Ⅲ，即这些木炭多来自树干直径大于10厘米的硬木松树干边材。西吴壁遗址夏商时期遗存中未见金属工具，发现的工具主要为磨制石器，包括刀、斧、铲等，还有一些小型骨锥；石斧应是砍伐、修整木材的工具。推测遗址的手工业人群在本地原生植物群落中利用石质工具选择砍伐直径较大的松木，甚至可能制成木炭，供生产生活使用。
图一一 西吴壁遗址二里头文化和二里岗文化时期硬木松年轮曲率数量统计条形图
（二）冶铜燃料
遗址发现了二里头文化时期的木炭窑（F1组遗迹）和堆放大量冶铜废弃物的H111。F1组遗迹为一处连接3个窑室的操作坑，窑壁经多次烧烤形成黑色炭层，质地坚硬，用于烧制炼铜时使用的木炭。H111出土较多二里头文化时期陶片，个体较大的铜矿石（重达20.7公斤）、炼渣、木炭多集中于此，还出土石刀、斧、铲、范，卜骨，骨锥等。手工拣选的大块木炭可能供遗址的手工业作坊冶铜使用，而铜炼渣夹杂的木炭则是使用后未完全燃烧的燃料。
根据前述分析，遗址先民利用的木材以针叶材为主，松木占极大部分，以硬木松为大宗，冶铜的燃料以针叶树的松木为主体，有少部分栎木。二里头文化时期的铜炼渣夹杂的木炭皆为松木，包括硬木松和软木松，其大部分来自集中出土冶铜废弃物的H111，可见H111与冶铜活动关系密切。二里岗文化时期铜炼渣夹杂的木炭包含少量阔叶树种，但松木仍是主要部分。其中一块硬木松保留的树轮平直，属于直径较大的松木树干边材，说明这块燃料并非小型枝条，而是大松树的树干。由此推测，西吴壁遗址的手工业人群将直径较大的松木制成木炭供冶铜使用，这可能是遗址冶铜手工业的重要生产环节。
一般而言，选择薪炭燃料应考虑同等立地条件下的生物产量和燃烧热值，即选择本地区速生丰产的木本植物和燃烧热值高者。西吴壁遗址发现的燃料多来自大松树的树干。松树为常绿乔木，植物体含有松脂。华北地区最常见的松树是油松。遗址手工业人群首选松木作为燃料，除了松木作为当地自然植被的优势植物群落，易于获得，产量巨大，也考虑了松木含有丰富的松脂、燃烧热值高的特性。硬木松类油松燃烧平均值为4663千卡/公斤，油松两年生枝条的燃烧平均值更高，为4815千卡/公斤。同时，遗址二里头文化时期栎木发现较多，铜炼渣夹杂的木炭中也有少量发现，是阔叶树中最突出的树种。栎木在海拔200~2500米的平原、丘陵地区普遍分布，多组成落叶阔叶树混交林，或与松属组成松栎混交林。在汉代冶铁遗址中发现的燃料多为优质的壳斗科木炭，以麻栎为代表，燃烧热值为4750千卡/公斤，与油松的燃烧热值水平相当。西吴壁遗址地处中条山东段北麓，海拔680~772米，南距中条山约6公里。中条山为山西八大林区之一，其东段低中山针阔混交林带（海拔1200~1750米）以油松、栎类树木为主，海拔700~1500米的疏林农垦带以侧柏、油松和栎木为主。西吴壁遗址冶铜手工业从本地自然环境中普遍存在的植被中（以油松、栎树为主的针阔混交林）选用松木，较少使用栎木，可能不仅出于对松木生物产量和燃烧热值的考量。
（三）遗存年代
西吴壁遗址东周遗迹出土炉渣反映的冶铜技术特征相对落后，与东周时期典型冶铜遗址的冶铜技术存在显著差异。东周遗迹出土的冶铜遗物很可能来自遗址夏商时期的冶铜活动，并与大量夏商时期陶片混入东周遗迹。大块木炭和夹杂木炭的铜炼渣同为冶铜活动废弃物，与上述由夏商时期遗物混入东周遗迹的情况大致类似，且这批东周时期遗迹出土的炉渣与西吴壁遗址二里头文化、二里岗文化时期遗迹出土炉渣的形制基本相同，与山西翼城安坡遗址典型的东周时期冶铜炉渣区别显著。因此，西吴壁遗址东周遗迹出土木炭反映的树木利用情况很大程度上不具备东周的时代特征。
结 语
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