自编实验教材之一植硅体在考古学中的应用靳桂云陈雪香山东大学历史文化学院考古系2006年5月
自编实验教材之—— 植硅体在考古学中的 应用 靳桂云 陈雪香 山东大学历史文化学院考古系 2006 年 5 月
目录3一、概论7二、植硅体在考古学研究中的应用11三、田野采样14四、实验室提取17五、植硅体的鉴定2
2 目 录 一、概论 3 二、植硅体在考古学研究中的应用 7 三、田野采样 11 四、实验室提取 14 五、植硅体的鉴定 17
一、概论植硅体研究是一门新兴的边缘学科，是研究高等植物细胞中发育的硅质颗粒的学科。在英文中称Phytolith, Plant opal,Opal phytolith,Grass opal,Bio-genicopaline silica, Silica body等，日文中称植硅体。在中文里，早期称谓比较混乱，有植硅体、植硅石、植物硅石等，我们按照2003年以来的习惯做法，将其称为植硅体。植硅体是指高等植物的根系在吸收地下水时同时吸收了一定量的可溶性二氧化硅，经植物的输导组织输送到茎、叶、花、果实等处时在植物细胞间和细胞内沉淀下来的固体非晶质二氧化硅颗粒。植硅体的形状依赖手原来植物细胞的形状和细胞之间的空隙，不仅不同植物种属的硅酸体形态不同，就是同一个植株的不同部位，产生的植硅体形态也有明显区别。（一）植硅体有以下特点：1.个体小，产量大。凡是有植被的地方都会有植硅体的存在。2.硅酸体在<700℃加热,其物理、化学性质不会有大的变化，因而可以在陶片、红烧土、铸范中进行植硅体分析。3.植硅体主要存在于植物的茎叶中，一般生长过该种植物的土壤，就会相应的保存着其植硅体，分散程度低，不会像孢粉等可以因为自然风力的作用而飘扬，因而能在一定程度反映当地的植被情况，对于古环境、古气候的复原具有相当大的意义。在实际研究中，与孢粉等方法相结合，可以进行有效的研究。4.植硅体本身可以直接用于年代测定。5.在透射光下植硅体无色或浅肉色，有时为褐色，这是因为草地、森林中的火灾或者样品在灰化处理时碳元素附着在表面上造成的。6.植硅体的折射率在1.4-1.5之间，比重是2.1-2.3.7.土壤及地层中的植硅体经常有被溶蚀的现象。出现这种现象的因素取决于多方面。如土壤的环境要素（温度、水分、酸碱度）和土壤的化学成分。此外，植硅体种类、表面面积和大小也影响溶解度。植硅体的上述特点，不仅使我们能够根据其形态区分不同的植物种属，而且可以判断其来源于植物的哪个部位。这就使得植硅体分析在研究考古遗址中各类植物遗存及其被人类利用方面具有明显的优势。同时，由于植硅体是硅质的，抗腐蚀能力强，当植物死亡、腐烂后，有机质部分消失，而硅酸体则可以在多种沉积环境中保留下来，并且保存量相当大。大量的分析表明，考古遗址的地层、灰坑中保存大量的植硅体，因为人类活动会将大量的植物带入考古遗址，植物在聚落内分解后就在土壤中积累植硅体，其中不仅有农作物的植硅体，还有人类利用野生植物的植硅体。这些信息都成为认识古代人类与植物关系的重要资料。（二）植硅体的产生与沉积1.硅含量在植物中的差异3
3 一、概论 植硅体研究是一门新兴的边缘学科，是研究高等植物细胞中发育的硅质颗粒的学科。在 英文中称 Phytolith, Plant opal, Opal phytolith, Grass opal, Bio-genicopaline silica, Silica body 等，日文中称植硅体。在中文里，早期称谓比较混乱，有植硅体、植硅石、植物硅石等，我 们按照 2003 年以来的习惯做法，将其称为植硅体。 植硅体是指高等植物的根系在吸收地下水时同时吸收了一定量的可溶性二氧化硅，经植 物的输导组织输送到茎、叶、花、果实等处时在植物细胞间和细胞内沉淀下来的固体非晶质 二氧化硅颗粒。植硅体的形状依赖于原来植物细胞的形状和细胞之间的空隙，不仅不同植物 种属的硅酸体形态不同，就是同一个植株的不同部位，产生的植硅体形态也有明显区别。 （一）植硅体有以下特点： 1. 个体小，产量大。凡是有植被的地方都会有植硅体的存在。 2. 硅酸体在<700℃加热,其物理、化学性质不会有大的变化，因而可以在陶片、红烧土、 铸范中进行植硅体分析。 3. 植硅体主要存在于植物的茎叶中，一般生长过该种植物的土壤，就会相应的保存着 其植硅体，分散程度低，不会像孢粉等可以因为自然风力的作用而飘扬，因而能在一定程度 反映当地的植被情况，对于古环境、古气候的复原具有相当大的意义。在实际研究中，与孢 粉等方法相结合，可以进行有效的研究。 4. 植硅体本身可以直接用于年代测定。 5. 在透射光下植硅体无色或浅肉色，有时为褐色，这是因为草地、森林中的火灾或者 样品在灰化处理时碳元素附着在表面上造成的。 6. 植硅体的折射率在 1.4-1.5 之间，比重是 2.1-2.3。 7. 土壤及地层中的植硅体经常有被溶蚀的现象。出现这种现象的因素取决于多方面。 如土壤的环境要素（温度、水分、酸碱度）和土壤的化学成分。此外，植硅体种类、表面面 积和大小也影响溶解度。 植硅体的上述特点，不仅使我们能够根据其形态区分不同的植物种属，而且可以判断其 来源于植物的哪个部位。这就使得植硅体分析在研究考古遗址中各类植物遗存及其被人类利 用方面具有明显的优势。同时，由于植硅体是硅质的，抗腐蚀能力强，当植物死亡、腐烂后， 有机质部分消失，而硅酸体则可以在多种沉积环境中保留下来，并且保存量相当大。大量的 分析表明，考古遗址的地层、灰坑中保存大量的植硅体，因为人类活动会将大量的植物带入 考古遗址，植物在聚落内分解后就在土壤中积累植硅体，其中不仅有农作物的植硅体，还有 人类利用野生植物的植硅体。这些信息都成为认识古代人类与植物关系的重要资料。 （二）植硅体的产生与沉积 1. 硅含量在植物中的差异
由于植物生理方面的特点，不同植物中硅的含量不同，硅在植物界中的分布是不均匀的。一般来讲，苔藓植物与羊齿植物（蕨类植物）中的硅含量比裸子植物和被子植物中高；在被子植物中，单子叶植物比双子夜植物高，单子叶植物中，禾本科和莎草科硅含量又比百合科、石蒜科等高。在禾本科中，稻亚科中硅含量最高，不仅在禾本科中最高，也是所有植物中硅含量最高的。当然，稽亚科内部，硅的含量也不同。竹亚科中硅的含量仅少于稻亚科。泰亚科中硅含量略高于早熟禾亚科硅含量，但低于竹亚科。画眉草亚科是禾本科植物中硅含量最低的一个群体。WOREENENEROmCEDEUEYNA图一禾本科植物表皮细胞中的植硅体（王永吉吕厚远1993）2.植物中植硅体含量的差异在地上部分，叶子中硅的含量远远大于茎中。植物的壳食中硅的含量也很高。一般来讲，富含植硅体的植物，在生长的初期植硅体含量就比较高，但还是有一个含量随着生长期逐渐增加的趋势，水稻在这方面很明显，越是生长的晚期阶段，叶子中硅的含量越高，而且稻壳中植硅体的含量一般达到20%以上。植物中二氧化硅的含量与植硅体的产量有着密切的关系。植物落叶中灰份较多的植物其灰份中含有的二氧化硅也较多，灰份与硅的相关系数达到0.74(N=23)，说明植物中灰份含量的多少，二氧化硅的含量起到相当大的作用。这就是我们在考古遗址中进行采样是要尽量采集草木灰的原因。3.硅及植硅体在植物各器官及各生长期中的分布植物体中的硅及植硅体含量不仅有植物间的差异，而且同一植物的不同器官和不同生长期也不同。硅在植物中的分布大致有3类：未本科植物类，大部分累积在地上部，根中很少：番茄和罗卜类，根部含量和地上部含量大致相等：绛车轴草类则根中的硅含量是地上部的8倍。（三）植硅体的形态与分类植硅体的形态多种多样，依赖于原植物组织细胞的形态，不同的植物可以产生不同的硅酸体形态组合和形态独特的个体，那些形态特征明显的可用于鉴定，有些甚至可以区分到亚4
4 由于植物生理方面的特点，不同植物中硅的含量不同，硅在植物界中的分布是不均匀的。 一般来讲，苔藓植物与羊齿植物（蕨类植物）中的硅含量比裸子植物和被子植物中高；在被 子植物中，单子叶植物比双子夜植物高，单子叶植物中，禾本科和莎草科硅含量又比百合科、 石蒜科等高。 在禾本科中，稻亚科中硅含量最高，不仅在禾本科中最高，也是所有植物中硅含量最高 的。当然，稻亚科内部，硅的含量也不同。竹亚科中硅的含量仅少于稻亚科。黍亚科中硅含 量略高于早熟禾亚科硅含量，但低于竹亚科。画眉草亚科是禾本科植物中硅含量最低的一个 群体。 图一 禾本科植物表皮细胞中的植硅体 （王永吉 吕厚远 1993） 2. 植物中植硅体含量的差异 在地上部分，叶子中硅的含量远远大于茎中。植物的壳食中硅的含量也很高。 一般来讲，富含植硅体的植物，在生长的初期植硅体含量就比较高，但还是有一个含量 随着生长期逐渐增加的趋势，水稻在这方面很明显，越是生长的晚期阶段，叶子中硅的含量 越高，而且稻壳中植硅体的含量一般达到 20%以上。 植物中二氧化硅的含量与植硅体的产量有着密切的关系。植物落叶中灰份较多的植物， 其灰份中含有的二氧化硅也较多，灰份与硅的相关系数达到 0.74(N=23)，说明植物中灰份含 量的多少，二氧化硅的含量起到相当大的作用。这就是我们在考古遗址中进行采样是要尽量 采集草木灰的原因。 3. 硅及植硅体在植物各器官及各生长期中的分布 植物体中的硅及植硅体含量不仅有植物间的差异，而且同一植物的不同器官和不同生长 期也不同。 硅在植物中的分布大致有 3 类：禾本科植物类，大部分累积在地上部，根中很少；番茄 和罗卜类，根部含量和地上部含量大致相等；绛车轴草类则根中的硅含量是地上部的 8 倍。 （三）植硅体的形态与分类 植硅体的形态多种多样，依赖于原植物组织细胞的形态，不同的植物可以产生不同的硅 酸体形态组合和形态独特的个体，那些形态特征明显的可用于鉴定，有些甚至可以区分到亚
科、族甚至属，具有很强的分类学意义。1.植硅体一般形态特征植硅体的形态是鉴定植物种类的重要依据，是进行植硅体分析的基础。植硅体的内部构造较贫乏，除个别短细胞植硅体内部有一些“颗粒”外，一般在植硅体内部几平见不到任何构造特征。不同植物种属的植硅体形态千差万别，如果不考虑形态之间系统发育的关系，单纯从形态来分析，大致可以分为：棒型、毛发型、长尖型、细长导管型、平板型、多边型、不规则边缘的薄板型、球型、立方体型、长方体型、扇型、哑铃型、十字型、帽型等。861699短装形(面）长骏形竹节形亚铃形（侧面)0SK弟1齿形刺状接形多铃形（侧面.长方形）刚形生长纹lea1尖形尖形导管形棒形毛发状图4-1几种常见的植物硅酸体形态期形左半边带笑起楚竹亚科特有的形森，右半边为其它亚科的形态图二几种常见的植硅体形态（王永吉吕厚远1993）2.现代植物植硅体形态5
5 科、族甚至属，具有很强的分类学意义。 1. 植硅体一般形态特征 植硅体的形态是鉴定植物种类的重要依据，是进行植硅体分析的基础。植硅体的内部构 造较贫乏，除个别短细胞植硅体内部有一些“颗粒”外，一般在植硅体内部几乎见不到任何 构造特征。 不同植物种属的植硅体形态千差万别，如果不考虑形态之间系统发育的关系，单纯从形 态来分析，大致可以分为：棒型、毛发型、长尖型、细长导管型、平板型、多边型、不规则 边缘的薄板型、球型、立方体型、长方体型、扇型、哑铃型、十字型、帽型等。 图二 几种常见的植硅体形态 （王永吉 吕厚远 1993） 2. 现代植物植硅体形态