趙卿宇∣許晨曦等-npj HS：樹輪氧同位素在考古學的應用：故宮古建筑木構件定年與溯源

作為我國現存規模最大、保存最完整的木結構宮殿建筑群，北京故宮擁有海量的木構件。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、精確的判定手段。事實上，木構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。

相比于傳統的樹輪寬度年代學，樹輪氧同位素具有較低的樹間變異性、較弱的自相關、較高的樹種間一致性以及能夠記錄強烈的共同氣候信號。因此，樹輪氧同位素可能更適用于定年。除此之外，樹輪年代學還是常見的木材產地溯源的手段之一。目前，產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，顯示出其對木材產地進行溯源的潛力。

中國科學院地質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九天應元雷壇殿屋頂替換下來的3處落葉松木構件樣品進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件的年代及其產地來源。

圖1 采樣地點（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九天應元雷壇殿的外觀（b）

大高玄殿3個樣品浮動樹輪氧同位素年表交叉定年結果顯示，這3條樹輪氧同位素序列間可交叉對比，且可拼接成1個144年的復合浮動年表。為進一步確定各個浮動年表的年代，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行交叉對比，發現3個浮動年表都僅與東北老白山樹輪氧同位素年表部分時段表現出強相關性，且在統計意義上顯著。因此，將東北老白山年表作為主年表進行交叉定年。交叉定年的結果顯示，大高玄殿3處木構件浮動年表拼接年代為1749-1892年（乾隆十四年-光緒十八年，圖2）。

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

另外，木構件樣品樹輪氧同位素浮動年表與東北老白山主年表高度相關，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處木構件原木材可能取自我國東北地區。

基于樹輪氧同位素年代學獲得的大高玄殿木構件的年代和產地來源均與歷史文獻記載相符。木構件最晚年代（1892年）與大高玄殿在清晚期被西方列強侵占并損壞，后于1902年兩宮回鑾后重建雷壇殿屋頂結構的記載能夠對應；其產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地的成功溯源也進一步證實了明朝到清朝故宮古建筑用材策略的變化，即從楠木轉變為松木（圖3）。這一轉變當是由于明朝兩個多世紀以來不可持續的伐木導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，其著眼點便是滿族人所熟悉的“塞外松木”。

圖3 故宮木結構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地來源，對故宮乃至我國古建筑歷史研究和價值評估具有重要的實踐意義。

研究成果發表于國際學術期刊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基金（42488201, 42425706, 42407603）等多個項目資助。

趙卿宇（博士后）

編輯 | 劉俊彤

校對 | 趙卿宇