必一体育app下载基于环境监测的三星堆遗址祭祀坑考古现场预防性保护

　　摘要：目古现场保护主要以应急保护技术与临时加固材料的研究和应用为主，而关于考古现场预防性保护少有报道。本次三星堆遗址祭祀坑发掘保护构建了由考古舱、考古舱环境调控系统、空气质量监测系统、土遗址监测系统、区域气象站、预防性保护措施、监测信息智能管理平台组成的预防性保护体系。发掘前，通过土遗址监测系统和区域气象站获取文物埋藏环境信息和区域气象信息，为考古舱内环境设置提供了依据。发掘过程中，采取舱内温湿度调控、保湿、空气杀菌净化、控制舱内人数与新风换气等预防性保护措施，达到控制考古舱温湿度、减少细菌和真菌总数、降低舱内CO浓度，减缓象牙等文物失水速度的目的，有效控制了出土文物开裂、酥粉、霉菌暴发等病害发生，为考古发掘与保护赢得了时间。三星堆祭祀坑考古现场预防性保护的创新探索与实践为以后重要遗址的现场保护指引了方向、提供了可借鉴经验。

　　1930年在意大利罗马召开的第一届艺术品保护科学方法研究国际会议上首次提出“文物预防性保护”概念，此后，国内外文物保护专业人士对其理论进行完善与实践探索[1]。我国对于文化遗产预防性保护理论研究与实践起步相对较晚。1995年，国家科委实施了《影响文物保护的环境因素及环境质量标准》课题研究，这标志我国将文物保存环境与病害成因关联研究纳入文物保护研究的重要范畴[2]。其后，我国学者相继开展了环境因素对文物的影响[3-4]、野外文化遗产保存环境评价[5-6]、馆藏环境控制理论及监控技术研究[7]。2015年颁布的《馆藏文物预防性保护方案编写规范》对馆藏文物预防性保护理念、保护内容、保护方法做出了阐释[8],为馆藏文物预防性保护技术研究与应用提供了方向。2021年出台了一系列有关馆藏文物监测终端和预防性保护设备的基本参数、技术要求及评定方法的行业标准。然而，目前国内外有关文物预防性保护理论与技术主要针对馆藏文物保存环境调控及露天文化遗产（如石窟寺、大遗址）的监测预警、防灾减灾、环境监测等方面，而针对考古现场系统开展预防性保护的案例暂没有实例报道。考古现场预防性保护是针对发掘过程中的风险进行识别与分析，通过主动改善发掘、运输、临时保存过程中的环境，提升保护技术，提前消除一些对出土文物保护不利的因素来达到延长其寿命的目的。

　　三星堆遗址位于四川省广汉市三星堆镇鸭子河畔，发现于1929年，根据已有调查勘探资料，三星堆遗址总面积约12平方公里，城址面积约3.5平方公里，距今4500~3000年，是迄今在西南地区发现范围最大、延续时间最长、文化内涵最丰富的古蜀文化遗址。1986年，四川省文物考古研究所对一、二号祭祀坑进行了发掘，出土了金器、铜器、玉器、石器、象牙、海贝、陶器等各种类型文物及彩绘颜料（铜器表面与泥土中有残留痕迹）和其他残留物（如铜器表面的纺织品残留物)[9]。

　　2019年10月至2020年5月，四川省文物考古研究院采取探方与探沟方式在一、二号祭祀坑周边进行了系统性考古勘探。2019年12月初，勘探出三号坑，其后又相继发现了四、五、六、七、八号坑。勘探过程中相继探出灰烬、铜渣、金器残件和象牙残渣。三至八号坑器物层埋藏深度分别为1.30~2.02m、0.93～1.48m,0.52～0.68m、0.72～1.19m,1.47～1.90m、1.40～2.20m,各个坑器物埋藏深度各有差异，但出土文物较多的三、七、八号坑的埋藏深度在1.30～2.20m之间。

　　广汉市属四川盆地中带湿润气候区，气候温和，干湿明显，四季分明，春季降水较少，夏季较热，暴雨多，秋季常有绵阴雨，冬季干燥。多年平均气温为16.3℃,最热为7月和8月，最冷是1月，极端最高气温为38.9℃,极端最低气温为-5.3℃。多年平均降水量为890.8mm,降雨主要集中在6至9月，多年平均相对湿度为82%。各月平均相对湿度一般在75%～85%之间。监测数据显示，2020年5月至2021年5月，最高气温38.8℃,最低气温为-3.3℃,降水量为910.5mm,日最大降雨量为104mm,最大相对湿度为99.5%,最小相对湿度为22.5%。

　　三至八坑被发现后，围绕如何突破现行的现场保护方法和思维，在现场建立一个较为科学、系统的保护体系，满足全面收集文物埋藏环境信息、安全提取各类文物及遗存、尽可能采集潜在历史信息的需求，进行了多方面的探讨和研究。根据前期勘探出的遗存和一、二号祭祀出土文物研判，新发现的祭祀坑群将会出土大量的青铜器、金器、玉器、象牙、海贝等文物，以及潜在的竹木器、纺织品的残留物及其他微痕信息。广汉市多年气象数据显示，该区域夏季气温高、潮湿多雨，阳光充足，冬季阴冷干旱。从一、二号祭祀坑出土文物状况来看，象牙与海贝经过地下长期埋藏，物体中起粘结作用的有机成分已基本降解或消失，内部仅存羟基磷灰石等无机物，微孔与裂隙结构基本贯通，含水率高、多数已酥松碎裂[9];而竹木器、纺织品等有机质文物基本糟朽或碳化，仅局部残存一些痕迹。对勘探出土的骨渣及埋藏层土壤进行含水率测试，结果显示，象牙残渣含水率为45%,埋藏层土壤含水率为20%～23%,据此判断，祭祀坑埋藏环境为高含水率环境，出土角骨质文物和有机残留物的含水率会很高，出土后极易因失水而产生损坏，因此，采取适宜的预防性保护措施是本次考古发掘的迫切需求。另一方面，依照一、二号祭祀坑的器物和遗存堆积、叠压状况判断，每个祭祀坑的精细化发掘与文物提取需要较长时间，发掘时间可能贯穿多个季节，在这过程中如果仅依靠一些应急保护措施，而不对发掘环境温湿度与空气质量进行干预控制，长时间的发掘清理，出土文物及微痕物会因保存环境的突变而产生开裂、酥粉、剥落、霉菌暴发等病害。为有效抑制这些病变，给现场信息采集、发掘清理及器物提取争取更多的时间，建立现场预防性保护体系是非常必要。

　　祭祀坑考古现场保护体系由应急保护、预防性保护和安全防护三部分组成。现场预防性保护主要由考古舱、考古舱环境调控系统、空气质量监测系统、土遗址监测系统、脆弱文物预防性保护设备、区域气象站和监测信息智能平台组成。组成构架如图1所示。

　　发掘前，在祭祀坑考古大棚内外和发掘舱内的不同区域建立了空气质量监测系统、土遗址监测系统和局域气象站。土遗址监测系统和局域气象站于2020年5月11日安装完成，土遗址监测系统包括不同区域的梯度土壤温度、体积含水率与电导率；局域气象站包括大气温湿度、二氧化碳、二氧化氮、风速风向、降雨量、光照、紫外等监测指标。考古大棚于2020年8月10日建成。考古舱环境调控系统和监测系统于2020年11月27日完成，其监测内容包括空气温湿度、有机挥发物(VOC)、光照、紫外、二氧化碳、二氧化氮。2021年4月，为满足土遗址保护需要，根据祭祀坑分布状况，在考古大棚内外又布置了6组不同梯度的土壤监测终端，完善了土遗址监测系统。监测系统为准确掌掘了祭祀坑埋藏环境，科学实施考古现场出土文物预防性保护提供了依据。监测点布置如图2所示。

　　三星堆遗址祭祀坑埋藏文物赋存环境以考古大棚修建、考古舱建成、文物露出作为时间节点，可分为全曝露自然环境、半曝露自然环境和人为营造环境3种状态[10]。

　　考古大棚修好前(2020年8月10日前),埋藏文物完全曝露于自然环境中，根据广汉市气象数据，祭祀区6～9月气温高、降雨多，湿度大，这期间祭祀坑文物埋藏层易受到外界环境影响。以三号坑深1.5m区域埋藏土壤为例(图3),2020年5月11日至8月10日，该处土壤最高温度达到28.5℃。土壤体积含水率在44.5%～32%之间波动，且受大气强降雨影响非常明显，当降雨强度超过4mm/d时，其含水率和电导率在雨后1～2天急剧增加，越靠近地表区域，波动幅度越大。

　　考古大棚建成后，祭祀坑埋藏环境逐步由全曝露自然环境向半曝露自然环境转变，因2020年8月11日至11月期间过渡特征较明显，半曝露自然环境监测数据从2020年12月开始。同一点的土壤监测结果显示(图4),2020年12月1日至2021年9月30日，该处土壤最高温度为18.2℃,最低温度为12.6℃,波动幅度为5.6℃;体积含水率在41.3%～39.1%之间波动。对比同时期该点的监测数据，半曝露自然环境下，0.8m以上的土壤温度和含水率受外界气温与空气湿度影响而波动；0.8m以下的土壤含水率主要受大棚外地下水的水平补给和毛细水影响，此时，文物赋存环境的温度与含水率呈现季节性波动特点，但波动幅度明显变小。

　　文物发掘出露后，如不对舱内的温湿度和空气质量进行人为干预，文物仍处于半曝露自然环境，露出的文物极易受外界温湿度变化、空气污染物、降尘、微生物、紫外光及人为因素的影响[11-12]。三号祭祀坑埋藏器物及遗存堆积叠压关系十分复杂[9],精细化发掘与信息提取需要花费很长时间，有些文物从露出到提回库房，要在原位保存3至4个月，这期间，如不对考古舱内环境进行人为干预，有些文物(如象牙、海贝、漆木器残留物等)极易产生开裂、酥粉等病害。

　　为了给考古舱环境调控提供依据，在祭祀坑发掘过程中，对每个坑不同深度填土的含水率、pH、密度按GB/T50123—1999《土工试验方法标准》进行测试，结果如图5～8所示。

　　测试结果表明，每个坑填土的重量相对含水率变化没有规律性，其数值在18.39%～22.69%之间波动，与之前1.5m深处土壤含水率基本相同(土壤监测终端所测含水率为体积含水率)。6个坑的填土都呈弱碱性，其中四号坑填土pH值最大，为7.49～7.80。6个坑的填土密度在1.86～1.99g/cm³之间，各个坑的每层填土的密度变化都没有规律性。整体来看，各个坑填土的物理性能存在一定差异，但都呈现含水率高、密度大、弱碱性的特点，这给文物制造了一个潮湿、封闭、弱碱性的赋存环境[13]。

　　监测数据显示，考古大棚建成后，祭祀坑文物埋藏层土壤温度在12.6℃~18.2℃之间波动，埋藏层土壤体积含水率常年高于28.4%。对勘探出的象牙残渣分析，其相对含水率在40%以上，孔隙与内部裂隙发达、外部釉层致密内部酥松，在自然条件下(如图9中第5种实验条件)极易失水。基于埋藏环境监测数据及象牙特性，设定考古舱环境温度为18℃,波动幅度为2℃,湿度为80%左右，波动幅度低于5%。考古舱温湿度控制通过考古大棚、密闭考古舱与温湿度调控系统共同实现。本次发掘共设4个考古舱和2个过渡舱，其中1号舱(四号坑)长5.9、宽5.8、高5.3m,2号舱(三号坑)长10、宽9.6、高5.3m,3号舱(五、六、七号坑)长9.6、宽7、高4.5m,4号舱(八号坑)长9.6、宽7、高3.8m。在1号舱与2号舱之间设置过渡舱，3号舱与4号舱之间设过渡舱，各舱之间通过推拉门可连通可独立管理。考古舱建于探坑上部，主体框架采用钢制圈梁，地基铺设于地面，无地基桁架安装，立柱采用方管，横梁为矩管。屋顶采用硅岩净化板，四周采用大面积厚5mm的高透光亚克力板模块化铝塑窗框，亚克力板透光率为93%,紫外线%。舱内安装考古信息记录系统、新风系统、多功能考古操作系统及无紫外冷光源照明等设施。1、2号考古舱环境调控系统由水冷温湿度控制、加湿器和新风组成，3、4号考古舱环境调控系统改进为直膨式恒温恒湿调控机组＋加湿段＋杀菌段（高压静电杀菌）＋新风段组成，通过这些技术集成，考古舱内的温湿度能达到预设要求。

　　2浓度明显降低，但NO2浓度变化较小；当新风换气次数按4次/(m³·h),4个舱的人数分别达到设定的8人、21人、13人、11人时，舱内空气中CO2体积占比低于1000×10-6,NO2体积占比低于0.07×10-6。

　　菌门、伯克氏菌属黄杆菌、念珠菌、钩端螺菌属、假单胞菌嗜甲基菌等细菌，其中念珠菌、节菱孢属、木霉属、树粉孢属为优势菌属。按GB/T18204.3—2013《公共场所卫生检验方法第3部分：空气微生物》标准对考古舱内不同工况下空气中的微生物采样分。