摘要：魯山縣望城崗冶鐵遺址出土的12塊木炭都是櫟屬，其中槲櫟組占比較高，麻櫟組次之。表明當(dāng)時的人們有意選擇燃燒熱值高、火力強大、燃燒持久的優(yōu)質(zhì)櫟木作為冶鐵燃料。通過對木炭樣品的觀察，發(fā)現(xiàn)58%有明顯的材表，木炭樣品的年輪數(shù)大于或等于10輪，直徑在5.2厘米或以上，認(rèn)為古人對采集冶鐵燃料可能有規(guī)定。
2018年，河南省文物考古研究院對魯山望城崗冶鐵遺址進(jìn)行了考古發(fā)掘，發(fā)現(xiàn)了豐富的冶鑄遺存，在爐渣內(nèi)發(fā)現(xiàn)了大量的木炭。我們從爐渣中采集了一些木炭樣品，目的有兩個：一是通過鑒定木炭種屬，確定燃料種屬；二是通過對木炭表面形態(tài)觀察和年輪數(shù)統(tǒng)計，探討古人對木炭薪柴的采集策略。
1?研究材料和研究方法
樣品均采集自G5⑥層，屬漢代堆積。我們從本層出土的爐渣內(nèi)隨機采集了12塊木炭。觀察這些木炭的年輪數(shù)和木炭的大小，然后用雙面刀將木炭切成橫、徑、弦三個面，在具有反射光源、明暗場、物鏡放大倍數(shù)為5倍、10倍、20倍、50倍的NikonLV150金相顯微鏡下觀察并記載木材特征，根據(jù)《中國木材志》《中國主要木材構(gòu)造》等對其進(jìn)行樹種的鑒定。然后將木炭樣品粘在鋁質(zhì)樣品臺上，樣品表面鍍金，在Quanta650掃描電子顯微鏡下進(jìn)行拍照。
2?研究結(jié)果
12塊木炭均呈塊狀，黏結(jié)在爐渣內(nèi)。對有髓心和材表的樣品進(jìn)行分析，其中58%有明顯的材表，木炭樣品的年輪數(shù)大于或等于10輪，直徑在5.2厘米或以上。（圖1）
經(jīng)鑒定，木炭均為櫟屬（Quercus sp.）木材，統(tǒng)稱櫟木，其中槲櫟組（sect. Prinus Loud）占比較高，為66.7%，麻櫟組（sect. Cerris Loud）次之，為33.3%。
2.1麻櫟組的木炭構(gòu)造
從橫切面上看，生長輪甚明顯，環(huán)孔材，部分具侵填體。早材至晚材急變，晚材管孔通常略小，單管孔，徑列通常寬1～2（稀3）管孔。軸向薄壁組織量多，離管帶狀。（圖2）
從徑切面上看，單穿孔，管間紋孔式互列，圓形及卵圓形，射線組織同形。（圖3）
從弦切面上看，分寬窄兩類：一類窄木射線通常單列（稀2列或成對），高1-25細(xì)胞或以上，多數(shù)5-15細(xì)胞。一類寬木射線（一部分似半復(fù)合射線）最寬處寬至許多細(xì)胞，高至許多細(xì)胞。（圖4）
2.2槲櫟組的木炭構(gòu)造
從橫切面上看，生長輪甚明顯，環(huán)孔材，部分具侵填體。早材至晚材急變；晚材管孔甚小至略小，火焰狀徑列，寬多列管孔。單管孔，稀呈短徑列復(fù)管孔（通常2個）。軸向薄壁組織量多。（圖5）
從徑切面上看，單穿孔，射線組織同形，射線細(xì)胞菱形晶體可見。（圖6）
從弦切面上看，分寬窄兩類：一類窄木射線通常單列（稀2列或成對），高2-31細(xì)胞或以上，多數(shù)5-20細(xì)胞。一類寬木射線（全為復(fù)合射線）最寬處寬至許多細(xì)胞，高至許多細(xì)胞。（圖7）
3?討論
手工業(yè)考古并不僅僅是為了考察和研究古代的手工業(yè)工藝技術(shù)，還應(yīng)該從原材料、生產(chǎn)工具和設(shè)施、工藝技術(shù)及其生產(chǎn)流程到產(chǎn)品、產(chǎn)品流通和應(yīng)用等方面進(jìn)行研究，從生產(chǎn)者、經(jīng)營管理方式、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)布局到社會經(jīng)濟(jì)和社會文化等方面進(jìn)行系統(tǒng)研究。下面我們從燃料的選擇和利用，以及相關(guān)的社會管理等方面做一討論。
3.1木炭在古代冶金中的利用
木炭是木材在缺氧條件下沒完全燃燒，或者木材在隔絕空氣的條件下熱解，所殘留的深褐色或黑色多孔固體燃料。木炭具有柔軟、易碎、重量輕、多孔的特點，它的化學(xué)性質(zhì)也相對穩(wěn)定，耐腐蝕。《說文解字》記載：“炭，燒木余也。從火，岸省聲。”形象地說明了炭的燒制工藝。在英國，木炭的燒制多采用堆燒法，在我國，仰韶時期的銅器數(shù)量甚少，采用堆燒法。隨著商周青銅器的大量鑄造以及春秋戰(zhàn)國時期冶鐵業(yè)的興起，對木炭數(shù)量與質(zhì)量兩方面的需求隨之增加，燒炭技術(shù)發(fā)生變革，采用了窖燒炭法。
中國的冶鑄業(yè)與木炭的利用密切相關(guān)。木炭不僅是金屬冶煉的燃料，用于提高爐溫，同時還起還原劑的作用，有助于煉制出理想的煉鐵。比如，豎爐從爐頂加料，爐腹鼓風(fēng)，鼓風(fēng)燃燒形成空間，使?fàn)t料下降，燃燒產(chǎn)生的煤氣，從爐料空隙中上升，并將熱量傳送給爐料，爐料在下降過程中被加熱，其中礦石被逐漸還原和融化，變成金屬和爐渣的液體。從豎爐高度上來看，到了融化帶以下，料柱中唯一保持固體狀態(tài)的只有燃料形成的骨架，因此對燃料要求嚴(yán)格。在化學(xué)成分及粒度、孔隙、強度等物理性能方面都要滿足豎爐需要，即燃料在爐內(nèi)下降過程中，不因擠壓磨損和高溫作用而粉碎。木炭能滿足上述要求，故早期冶金燃料都為木炭。其次，木炭中含固定碳在80%以上，灰分約1%，最多也不超過3%～4%，硫、磷等雜質(zhì)含量均在萬分之幾以下。炭在燃燒時，煙灰較少，與木柴相比有較大的發(fā)熱量，每噸木炭約產(chǎn)1500千瓦的熱能，而且能與氧氣有較多的接觸面，容易燃燒，溫度上升速度快，容易達(dá)到金屬熔化的溫度，是冶煉的優(yōu)質(zhì)燃料。商周時期也正是靠木炭燃燒產(chǎn)生的高溫，保證了青銅器鑄造時對溫度的需求。由于冶銅與冶鐵技術(shù)上的連續(xù)性和原理上的共性，所以早期冶鐵中使用的燃料依然是木炭。
3.2漢代冶鐵業(yè)中常用的燃料種屬
研究表明，在漢代冶鐵遺址中發(fā)現(xiàn)的燃料多為優(yōu)質(zhì)的殼斗科木炭。如確山朗陵古城冶鐵遺址發(fā)現(xiàn)鐵渣、爐渣、爐壁碎塊及木炭，木炭由麻櫟木燒成。河南南陽瓦房莊冶鐵遺址發(fā)掘者憑借經(jīng)驗認(rèn)為該遺址出土木炭是由栗木燒制而成，“炭的特點是裂縫寬而深，輻射紋理粗厚，堅而脆，斷面發(fā)亮。充分燃燒后呈白色灰燼。這些特點與今天伏牛山區(qū)的栗木炭相同。栗木是南陽以北山區(qū)主要林木之一”。我們認(rèn)為瓦房莊冶鐵遺址所用燃料不是栗木，而是櫟木。因為他所描述的炭的輻射紋理粗厚，是櫟木的寬木射線特征，而栗木的木射線是極細(xì)的單列木射線，肉眼是看不到的。鶴壁漢代冶鐵遺址采集的木炭灰渣，經(jīng)化驗，證明系一種發(fā)熱量大、強度高，適合于高溫冶煉的燃料。鄭州古滎漢代冶鐵遺址發(fā)現(xiàn)的冶鐵燃料也是一種活力很大而且質(zhì)地堅硬的櫟木炭。陜西楊凌漢代鑄鐵遺址冶鐵燃料也以櫟木為主，其次是樺木科的鵝耳櫪屬。四川蒲江鐵牛村冶鐵遺址出土的木炭，經(jīng)鑒定包括黃桐、烏桕和苦櫧，苦櫧與櫟屬同屬殼斗科。在本研究中，望城崗冶鐵遺址冶鐵用的燃料也是殼斗科的櫟木，其中槲櫟組占比較高，麻櫟組次之。
3.3薪柴的選擇
望城崗冶鐵遺址所在的魯山縣位于伏牛山東麓，伏牛山是河南境內(nèi)較大的、植物種類最多的山區(qū)。山區(qū)特殊的地理位置決定其植被群落由亞熱帶、暖溫帶樹種組成。在海拔1000米以下，南坡以楓楊、柳樹、水楊梅等為主要群落；北坡以春榆、黑榆等榆科植物及山梅花等為主要群落。海拔1000～1300米的植被群落是銳齒槲櫟、栓皮櫟，該群落是伏牛山的優(yōu)勢群落。海拔1300～1500米的植被是槭樹、漆樹、椴樹等樹種。海拔1500米以上的植被群落是華山松、太白冷杉等樹種。由此說明，這里的樹種具有多樣性。而漢、唐兩代是比較溫暖的時代，因此，推測伏牛山漢代的樹種多樣性比現(xiàn)今更高。但是古人沒有選擇用海拔1000米以下的楓楊、柳樹、水楊梅、山梅花、春榆、黑榆等榆科植物去燒制燃料，而是選擇用海拔較高的、取材和運輸費力的槲櫟類和麻櫟類的櫟木燒制燃料，說明古人是有意為之。主要的原因可能是當(dāng)時人們已經(jīng)認(rèn)識到了櫟木堅韌耐腐，具有很高的燃燒熱值。如麻櫟燃燒熱值為4750千卡/千克，較榆樹、檉柳和臭椿等的燃燒熱值高，并且火力強大，燃燒持久，為優(yōu)良的薪柴及燒炭用材。詩經(jīng)中有櫟木做薪柴的記載，如《詩經(jīng)·小雅·車舝》：“陟彼高岡，析其柞薪。”柞，即柞木，即櫟屬槲櫟類的蒙古櫟。
煉鐵消耗木炭的數(shù)量是驚人的。如《漢書·貢禹傳》載：“攻山取銅鐵……斬伐林木，亡有時禁，水旱之災(zāi)未必不由此也。”又《鹽鐵論·禁耕篇》載：“鹽冶之處，大校皆依山川，近鐵炭。”說明在漢代需要大量伐木燒炭用于冶鐵。根據(jù)漢代冶鐵的高爐物料平衡推算，每煉1噸鐵需要7850千克木炭，1995千克礦石，130千克石灰石，北京鋼鐵學(xué)院中國古代冶金編寫組認(rèn)為古代每煉1噸生鐵，耗用木炭可能要4～5噸或更多些。冶鐵燃料之所以采用櫟木，另一原因是櫟屬銳齒槲櫟、栓皮櫟是伏牛山的優(yōu)勢群落和優(yōu)勢種，它們個體數(shù)量多、投影蓋度大、生物量高、體積較大、生存能力較強，是很容易獲得的資源。魯山縣常見的樹種有栓皮櫟、槲櫟、茅栗、黃連木、山合歡、化香等，能夠滿足漢代冶鐵大量伐木燒炭的需求。當(dāng)然，還要綜合考慮該地區(qū)同時期其他冶鐵遺址的相關(guān)情況，以后要注意采集更多的樣品。
3.4有關(guān)薪柴利用方面的規(guī)定的推測
根據(jù)文獻(xiàn)記載，在周代燒炭已成為專門的生產(chǎn)部門，有專人從事燒炭職業(yè)，并專設(shè)掌管燒炭的官職。《禮記·月令》：“季秋之月，草木黃落，乃伐薪為炭。”《周禮·天官·宮人》：“凡寢中之事，掃除、執(zhí)燭、共爐炭，凡勞事。”《周禮·地官·掌炭》記載：“掌炭掌灰物炭物之征令。以時入之，以權(quán)量受之，以共邦之用，凡炭灰之事。”
從文獻(xiàn)記載可以看到國家對木材資源的保護(hù)措施，商代已經(jīng)設(shè)置“司木”管理山林資源，并且對山林砍伐的時間、樹種都做了相關(guān)規(guī)定。《管子》一書提出了“時禁”觀點，如“以春日至使……毋聚大眾，毋行大火，毋斷大木，毋誅大臣，毋斬大山，毋戮大衍。天子之夏禁也”。《管子·禁藏》載：“當(dāng)春三月……毋伐木，毋夭英（草木之初生），毋折竿（筍之初生），所以息百長也。”睡虎地秦簡《秦律十八種》中的《田律》：“春二月，毋敢伐材木山林及雍（壅）堤水。不夏月，毋敢夜草為灰，取生荔，到七月而縱之。”漢代《淮南子·時則》：“是月（季秋），伐薪而為炭。”敦煌懸泉置出土的抄寫本詔書《四時月令詔條》：“禁止伐木，謂大小之木皆不得伐也，盡八月，草木零落，乃得伐其當(dāng)伐者。”文獻(xiàn)記載反映了秦漢時期國家對森林資源保護(hù)和永續(xù)利用的行為和思想。
從我們對木炭樣品的觀察來看，12塊木炭均呈塊狀，黏結(jié)在爐渣內(nèi)。有髓心和材表的樣品年輪數(shù)在10輪以上，沒有比此年齡更小的枝干，也沒發(fā)現(xiàn)年齡更大的枝干。說明當(dāng)時對燃料的選擇采用了一些策略。先秦時期，“薪”和“柴”各有所指，“大者可析謂之薪，小者合束謂之柴”。漢代的先民沒有用口徑大的樹干，即所謂的“薪”，也沒用口徑小的小枝，即所謂的“柴”，這既可保證燒出優(yōu)質(zhì)的炭，又能保護(hù)樹木資源，能源源不斷地獲取冶鐵的燃料。
魯山望城崗冶鐵遺址的冶鐵業(yè)已有較完整的管理，2000~2001年，在遺址東部發(fā)現(xiàn)了帶有“陽一”“河□”“六年”等字樣的陶范。由此看來，當(dāng)時不僅有機構(gòu)對冶鐵進(jìn)行管理，而且對燒炭部門用于燒炭的薪柴可能也有一定的規(guī)定。
（作者：王樹芝 中國社會科學(xué)院考古研究所，孫凱 河南省文物考古研究院，焦延靜 中國社會科學(xué)院考古研究所；原文刊于《華夏考古》2021年第1期）
