趙 崗, 李玉虎, 肖亞萍, 趙君妮

(1.大足石刻研究院, 重慶 大足 402360; 2. 陜西師范大學(xué), 陜西 西安 710062; 3. 中國(guó)社會(huì)科學(xué)院 考古研究所 西安研究室, 陜西 西安 710054)

研究報(bào)告(087～092)

大唐西市土遺址苔蘚物種鑒定及其病害成因分析

趙 崗1, 李玉虎2, 肖亞萍2, 趙君妮3

(1.大足石刻研究院, 重慶 大足 402360; 2. 陜西師范大學(xué), 陜西 西安 710062; 3. 中國(guó)社會(huì)科學(xué)院 考古研究所 西安研究室, 陜西 西安 710054)

通過光學(xué)顯微鏡與掃描電子顯微鏡(SEM)相結(jié)合的分析方法對(duì)大唐西市土遺址表面滋生的苔蘚進(jìn)行分離鑒定，確定該苔蘚為四川濕地蘚Hyophila setschwanica (Broth.). 在此基礎(chǔ)上，采用X射線熒光光譜(XRF)、X射線衍射(XRD)等分析手段對(duì)遺址內(nèi)5處土樣進(jìn)行了分析. 結(jié)果表明該遺址土壤中鈣含量遠(yuǎn)高于一般表土平均量，且土壤含水量最高為23%，pH呈弱堿性.該種土壤環(huán)境為四川濕地蘚的繁殖提供了有利的條件，導(dǎo)致四川濕地蘚病害的廣泛滋生，充分解釋了四川濕地蘚生長(zhǎng)旺盛的根本原因，為后期有效治理該病害提供了一定理論依據(jù).

大唐西市；土遺址；苔蘚；病害成因

唐長(zhǎng)安城的“西市”(創(chuàng)建于隋，初稱利人市，現(xiàn)稱“大唐西市”)，是中國(guó)封建社會(huì)盛世時(shí)期的一處重要中外貿(mào)易市場(chǎng)，也是中國(guó)古代歷史上第一個(gè)具有經(jīng)濟(jì)、文化特區(qū)性質(zhì)的城區(qū)[1]. 西市是古代“陸路絲綢之路”的起點(diǎn)和當(dāng)時(shí)的國(guó)際貿(mào)易中心，成為大唐向世界展示璀璨文明的窗口. 目前，西市僅保留了一部分土遺址，位于西安市勞動(dòng)南路西側(cè)，即大唐西市博物館內(nèi). 這部分土遺址自發(fā)掘后一直處于半封閉環(huán)境之中，受環(huán)境改變等自然因素以及人為因素的影響，滋生了大面積的苔蘚，且迅速蔓延、繁殖，亟待治理.

苔蘚植物作為小型多細(xì)胞的綠色植物，資源豐富、種類繁多、分布廣泛，在植物界的演化進(jìn)程中，苔蘚植物代表著從水生逐漸過渡到陸生的類型，是一類以孢子繁殖的植物. 苔蘚植物的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境變化的反應(yīng)較為敏感，被廣泛應(yīng)用于環(huán)境污染的指示植物，在生物監(jiān)測(cè)、水土保持、促進(jìn)土壤結(jié)皮形成、植被類型的指示和演替、維護(hù)系統(tǒng)生態(tài)平衡等方面也起著重要的作用. 但是，在文物保護(hù)領(lǐng)域，尤其是土遺址這樣一個(gè)特殊環(huán)境中，這種附生于土壤基質(zhì)上的孢子植物卻會(huì)帶來許多負(fù)面的影響，成為一類不可忽視的有害生物. 例如：苔蘚植物能分泌一些酸性物質(zhì)，溶解土壤中的礦物質(zhì)，降低土壤黏聚力；苔蘚生長(zhǎng)繁殖能力急快，覆蓋于土遺址表面，直接影響到土遺址文物的歷史信息和觀賞價(jià)值.

西安氣候?qū)倥瘻貛О霛駶?rùn)大陸性季風(fēng)氣候. 四季分明，夏季炎熱多雨，冬季寒冷少雨雪，春秋時(shí)有連陰雨天氣出現(xiàn). 西安市及各郊縣，年平均氣溫13.1～13.4 ℃. 年極端最高氣溫35～41.8 ℃，最低氣溫-20～-16 ℃.

大唐西市土遺址滋生的苔蘚主要集中于博物館大廳內(nèi)的西市東北“十字街”遺址表面，其中遺址東邊苔蘚滋生最為嚴(yán)重,如圖1、2、3所示.

圖1 苔蘚分布圖Fig.1 Distribution of moss breeding

圖3 遺址水溝苔蘚滋生現(xiàn)狀Fig.3 Situation of bryophyte growth in canal of earthen site

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器

掃描電子顯微鏡(SEM)為美國(guó)FEI公司生產(chǎn)，型號(hào)為Quanta 200，附帶有EDAX公司的能譜儀(EDX)，加速電壓為20 kV，工作距離為10 mm.

解剖鏡：OLYMPUS公司，型號(hào)為1000 X.

日本keyence生產(chǎn)的超景深三維顯微鏡，型號(hào)為VHX-600K.

X射線衍射分析(XRD)采用了日本 Rigalcu公司的D/Max-3c型X射線衍射儀，工作條件為：Cu靶(CuKα輻射)，輻射電壓、電流分別為40 kV、40 mA，掃描角度10°～80°.

X射線熒光光譜儀(XRF)：荷蘭帕納科公司生產(chǎn)，型號(hào)：Phlips PW2403，3.0 kW高功率、薄鈹窗， 超尖銳端窗銠靶X光管，PW2540VRC樣品交換器. 選用GSD01-12、GSS01-16 和GBW070041-070046 標(biāo)準(zhǔn)樣品(地球物理地球化學(xué)勘查研究所，河北廊坊)

pH 測(cè)定采用德國(guó)Sartorius公司生產(chǎn)的pH計(jì)，型號(hào)為 PB-10.

1.2 試劑

所有用水均為電阻率為18.2 MΩ·cm的超純水；所用固體硼酸為分析純，購(gòu)自天津市大茂化學(xué)試劑廠；無(wú)水乙醇為分析純，購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司.

1.3 樣品采集

本次研究對(duì)象為苔蘚及土樣，苔蘚樣品和土樣均取自大唐西市博物館大廳內(nèi)東北“十字街”遺址表面. 其中土樣分別為5種不同質(zhì)地的遺址土壤，具體如表1所列.

表1 樣品描述Table 1 Description of samples

2 測(cè)試

2.1 苔蘚樣品前處理

首先在干燥條件下，使用解剖鏡觀察植物體、葉片著生和分枝情況. 濕潤(rùn)后再在解剖鏡下觀察葉片伸展情況并進(jìn)行解剖，剖離莖葉和苞葉，保持其表面的原始狀態(tài)，用雙面膠將樣品固定在金屬載物臺(tái)上，在掃描電鏡低真空模式下對(duì)樣品進(jìn)行形貌觀察[2].

2.2 苔蘚生長(zhǎng)基質(zhì)-土壤理化性質(zhì)檢測(cè)

2.2.1 含水率測(cè)定

按照中華人民共和國(guó)1999年水利部發(fā)布的《土工實(shí)驗(yàn)規(guī)程》SL237-003-1999含水率試驗(yàn)[3]，選用烘干法進(jìn)行，本試驗(yàn)進(jìn)行2次平行測(cè)定，取其算術(shù)平均值.

2.2.2 pH測(cè)定

按照SL237-062-1999操作規(guī)程進(jìn)行酸堿度測(cè)試[3].

2.2.3 其他物理性質(zhì)測(cè)定

根據(jù)《土工實(shí)驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50123-1999[4]，對(duì)遺址土樣的其他物理性質(zhì)進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)項(xiàng)目包括：容重、比重、孔隙度、空隙比等.

2.2.4 土樣X射線熒光光譜儀(XRF)分析[5]

土壤樣品經(jīng)風(fēng)干后，去除砂礫、植物碎屑等后，用瑪瑙研缽研磨，過直徑為2 mm的土篩，再研磨全部通過150 μm篩，以四分法取250 g樣品保存?zhèn)溆?稱取樣品4 g放入模具中用硼酸鑲邊墊底，在30 t壓力下，壓成試樣直徑為32 mm的樣片，置于儀器樣品杯中分析.

2.2.5 土樣X射線粉末衍射(XRD)測(cè)定[6]

稱取一定量的采集的原狀土樣樣品，研磨至全部通過75 μm分析篩，用XRD多晶粉末衍射儀測(cè)量10°～80°衍射數(shù)據(jù).

3 結(jié)果與討論

3.1 苔蘚種類鑒別

博物館大廳內(nèi)“東北”十字街遺址土壤表面所生苔蘚，經(jīng)在解剖鏡下對(duì)葉片分枝分離、解剖，利用掃描電鏡對(duì)孢子體的外觀形態(tài)、細(xì)胞形態(tài)以及解剖結(jié)構(gòu)、莖及莖的橫切而解剖結(jié)構(gòu)、葉的形態(tài)、葉尖的形態(tài)及其細(xì)胞形態(tài)、葉中部細(xì)胞形態(tài)、葉基部細(xì)胞形態(tài)、葉片中部橫切而解剖結(jié)構(gòu)等進(jìn)行觀察、表征后，參照中國(guó)數(shù)字植物標(biāo)本館、中國(guó)苔蘚植物志、云南植物志等相關(guān)書籍與文獻(xiàn)[7-12]，結(jié)果表明該遺址表面所滋生的苔蘚為四川濕地蘚Hyophila setschwanica(Broth.)，隸屬苔蘚植物門Bryophyta，蘚綱Musci，真蘚亞綱Bryidae，叢蘚目Pottiales，叢蘚亞目Pottinales，叢蘚科 Pottiaceae，濕地蘚屬Hyophila.

3.2 形態(tài)特征

四川濕地蘚植株矮小，黃綠色，密集叢生. 莖直立，高3～6 mm. 葉密集，干燥時(shí)內(nèi)卷，潮濕時(shí)傾立，呈長(zhǎng)橢圓狀舌形，基部寬，葉全緣，上部邊緣略內(nèi)卷. 中肋粗壯，消失于葉尖；葉上部細(xì)胞小，呈方形一多邊狀圓形，密被疣及乳突；基部細(xì)胞長(zhǎng)方形，平滑透明. 雌雄同株(如圖4所示).

3.3 分布特征

四川濕地蘚在我國(guó)主要分布于河南、陜西、四川、云南、山東和海南，多生于潤(rùn)濕的土上及巖石上，常見于蔭蔽場(chǎng)所之鈣質(zhì)土表面及石上[10].

3.4 病害成因分析

3.4.1 土樣物理性質(zhì)測(cè)定

按照上述研究方法對(duì)所采集的土樣含水率、pH、容重、孔隙率、空隙比等物理性質(zhì)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表2所列.

圖4 苔蘚鑒定圖Fig.4 Identification of bryophyte’s kinds(1)廳內(nèi)土壤表面蘚類生長(zhǎng)狀況；(2)光學(xué)顯微鏡下的四川濕地蘚；(3)～(6)環(huán)境掃描電子顯微鏡下四川濕地蘚表面形態(tài)結(jié)構(gòu)；(3)植株整體形態(tài)；(4)～(5)葉背面，示葉上部細(xì)胞表面的疣突和表面光滑透明的葉下部細(xì)胞；(6) 葉腹面示細(xì)胞形態(tài)及表面乳突.

編號(hào)12345含水量/%18.316.623.020.512.4pH7.958.568.558.407.71干容重/(g/cm3)1.581.681.621.631.55比重/(g/cm3)2.642.712.702.712.62孔隙度/%40.1538.0140.0039.8540.84空隙比0.670.610.670.660.69

從表2可以看出，該遺址的土壤均屬于弱堿性環(huán)境. 1～4號(hào)土樣的含水率較高，其中3號(hào)土樣含水率最高，高達(dá)23.0%. 5號(hào)土樣含水率為12.4%，含水率最低. 1～4號(hào)土壤表面均有苔蘚滋生，尤其3號(hào)土樣采集處遺址表面苔蘚的生長(zhǎng)最為密集，5號(hào)土樣采集處未滋生任何苔蘚，且5號(hào)土樣孔隙度均高于其余土樣，不利于水分的儲(chǔ)蓄. 因此表明含水量越高的遺址處，有利于四川濕地蘚的生長(zhǎng)與繁殖.

3.4.2 遺址土壤硬度測(cè)試

采用日本村竹生產(chǎn)的土壤硬度計(jì)對(duì)大唐西市“東北”十字街遺址土壤硬度進(jìn)行測(cè)試，分別對(duì)東邊遺址(苔蘚滋生最為密集)和西邊遺址(苔蘚滋生較為稀疏)的土壤基質(zhì)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表3所列.

表3 遺址土壤的硬度值Table 3 Hardness value obtained from site of Tang West Market

從表3基本可以看出，東邊遺址區(qū)域土壤平均硬度較小，持水性好，苔蘚滋生密集. 西邊遺址土壤平均硬度過大，表面持水性差，因此苔蘚滋生較少.

3.4.3 遺址土壤中Ca含量檢測(cè)

根據(jù)上述四川濕地蘚的分布特征及滋生環(huán)境，為進(jìn)一步驗(yàn)證鈣質(zhì)土壤基質(zhì)作為該種苔蘚滋生的條件之一，采用X射線熒光光譜儀(XRF)對(duì)上述所取土樣中Ca含量進(jìn)行檢測(cè). 據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，表土平均含鈣量可高達(dá)1.37%[13]，因此本次測(cè)試以表土平均含鈣量作為參照樣，結(jié)果如圖5所示.

圖5 大唐西市遺址土樣中Ca含量分析圖Fig.5 Content of calcium in soil samples

從分析結(jié)果可以明顯看出，上述5個(gè)土樣中的含鈣量遠(yuǎn)高于一般表土平均含鈣量.

3.4.4 遺址土壤礦物成分分析

利用X射線衍射儀(XRD)對(duì)土樣中礦物成分進(jìn)行分析，主要對(duì)含有Ca元素的礦物成分進(jìn)行分析，結(jié)果如圖6所示.

圖6 大唐西市遺址土樣XRD分析圖Fig.6 XRD patterns of earthen samples obtained from site of Tang West Market

從圖6可以看出，大唐西市遺址土樣中含Ca元素的物質(zhì)主要是方解石(CaCO3，JCPDS 卡片：NO.24-0027). 因此，結(jié)合XRF、XRD分析結(jié)果表明，以方解石為主的鈣質(zhì)土壤基質(zhì)，為四川濕地蘚的滋生提供了一定的條件[10].

4 結(jié)論

(1)通過光學(xué)顯微鏡與掃描電子顯微鏡(SEM)相結(jié)合的方法分離鑒定出大唐西市博物館大廳內(nèi)作坊遺址滋生的苔蘚為四川濕地蘚Hyophila setschwanica (Broth.)，常見于蔭蔽場(chǎng)所之鈣質(zhì)土表面及石上.

(2)通過對(duì)四川濕地蘚所賴以生存的土壤基質(zhì)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)遺址土壤的含水量較高，pH均呈弱堿性，且遺址區(qū)域土壤平均硬度越小，持水性越好，苔蘚滋生越為密集.

(3)通過XRD與XRF結(jié)合手段分析表明大唐西市遺址土壤的含鈣量遠(yuǎn)高于一般表土平均量，且含Ca元素的物質(zhì)主要是方解石，適宜于四川濕地蘚滋生的基本要求.

綜上所述，大唐西市東北“十字街”土遺址中充足的水分，低孔隙度、硬度，半封閉的弱堿性遺址環(huán)境，以及高含鈣量的遺址土壤為四川濕地蘚提供了適宜的生長(zhǎng)條件. 從該苔蘚的生長(zhǎng)環(huán)境出發(fā)，為后期有效治理此病害提供了一定的理論依據(jù).

[1] 王彬.歷史上的大唐西市[M].西安:陜西人民出版社,2009:1-7.

[2] 李劍平. 掃描電子顯微鏡對(duì)樣品的要求及樣品的制備[J]. 分析測(cè)試技術(shù)與儀器, 2007, 13: 74-76.

[3] 南京水利科學(xué)研究院. 土工實(shí)驗(yàn)規(guī)程[S]. 北京: 中國(guó)水利水電出版社, 1999: 28-29, 473-474.

[4] 中華人民共和國(guó)水利部. GB/T50123-1999 土工實(shí)驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京: 中國(guó)計(jì)劃出版社, 1999.

[5] 李小平, 黃春長(zhǎng). XRF光譜法研究城市工業(yè)區(qū)的土壤環(huán)境污染[J]. 土壤, 2007, 39: 567.

[6] 金普軍, 秦潁, 胡雅麗，等. 九連墩墓地1、2 號(hào)墓出土青銅器上銹蝕產(chǎn)物分析[J]. 江漢考古, 2009, 110: 113.

[7] 李奕. 中國(guó)數(shù)字植物標(biāo)本館[EB/OL]. http://www.cvh.org.cn/moss/ taixianzhi/ list.asp?pgno=4&.

[8] Zander R H. Genera of the Pottlaeeae: mosses of harsh environments[J]. Bulletin of the Buffalo Society of Natural Sciences, 1993, 32: 200-378.

[9] 黎興江，叢蘚科，吳征鎰.云南植物志(第十八卷)[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2002: 224-320.

[10] 陳邦杰, 萬(wàn)宗玲, 黎興江，等. 中國(guó)蘚類植物屬志(上冊(cè))[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 1963: 173-227.

[11] 辯江，叢蘚科，高謙. 中國(guó)苔蘚志(第二卷)[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 1996: 113-260．

[12] 劉永英, 王育水, 趙建成，等. 河南省濕地蘚屬的初步研究[J]. 西北植物學(xué)報(bào), 2007, 27: 1869-1873.

[13] 楊利玲, 張桂蘭. 土壤中的鈣質(zhì)化學(xué)與植物的鈣營(yíng)養(yǎng)[J]. 甘肅農(nóng)業(yè), 2006(10): 272.

Species Identification and Analysis of Causes of Bryophyte Bred on Earthen Archaeological Site of Tang West Market

ZHAO Gang1, LI Yu-hu2, XIAO Ya-ping2, ZHAO Jun-ni3

(1. Academy of Dazu Rock Carving, Dazu 402360, Chongqing China; 2. Shaanxi Normal University, Xi’an 710062, China; 3. Institute of Archaeology, Chinese Academy of Social Sciences, Xi’an Research Laboratory, Xi’an 710054, China)

Optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM) were used to identify bryophyte that breeds on the surface of earthen archaeological site in Tang west market, and it was identified as Hyophila setschwanica (Broth.). On this basis, X-ray diffraction (XRD) and X-ray fluorescence (XRF) were used to analyze five soil samples within the site, the results showed that the soil of the site is calcareous soil, and the soil moisture content was up to 23%, and pH was weakly alkaline. The soil environment provides a favorable condition for the reproduction of Hyophila setschwanica, leading to its widespread occurrence, which fully explained the root causes of the vigorous growth of Hyophila setschwanica, and thus provides some theoretical basis for the late effective treatment of the disease.

Tang west market;earthen archaeological site;bryophyte;disease causes

2017-03-22;

2017-05-31.

陜西省科技廳項(xiàng)目:“13115”科技創(chuàng)新工程重大科技專項(xiàng)項(xiàng)目(2009ZDGC-19)

趙崗(1984-)，男，文博館員，主要從事土遺址及石質(zhì)文物保護(hù)與監(jiān)測(cè)研究工作,E-mail:327009103@qq.com.

O657.3

A

1006-3757(2017)02-0087-06

10.16495/j.1006-3757.2017.02.004