李世民，王夢(mèng)丹，黃 斌，王付強(qiáng)，邱 堅(jiān)

（1.西南林業(yè)大學(xué)（材料科學(xué)與工程學(xué)院），云南昆明 650224；2.建水縣文物管理所，云南紅河 654399；3.自由職業(yè)，云南曲靖 655816）

0 引 言

指林寺大殿作為國家重點(diǎn)文物保護(hù)單位，在其修繕過程中必須遵循《中華人民共和國文物保護(hù)法》《古建筑木結(jié)構(gòu)維護(hù)與加固技術(shù)規(guī)范：GB 50165—92》[1]的“修舊如舊”原則和《中國古跡文物保護(hù)準(zhǔn)則》中以不改變?cè)瓲顬榛A(chǔ)的原則，文物古跡本身的材料、工藝、設(shè)計(jì)及環(huán)境和它所反映的歷史、文化、社會(huì)信息的真實(shí)性原則，完整性原則，最低限度干預(yù)度原則。在古代木結(jié)構(gòu)建筑修繕過程中對(duì)材種的認(rèn)識(shí)主要憑匠人的經(jīng)驗(yàn)來確定是否需要替換和所要替換的樹種，并沒有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)依據(jù)，木材科屬種的復(fù)雜性增加了通過宏觀準(zhǔn)確判斷材種的難度。此外，同一個(gè)樹種的叫法地區(qū)差異性明顯，這樣就會(huì)造成材種認(rèn)識(shí)的很大偏差[2]。而木構(gòu)件材種鑒定是古建筑修繕和保護(hù)的基礎(chǔ)工作。通過對(duì)材種的鑒定，不僅可以了解木構(gòu)件的物理力學(xué)性能，在樹種更換上做到保持原材料和最小干預(yù)度原則，為木結(jié)構(gòu)建筑保護(hù)和維修更換提供依據(jù)，而且有助于研究古建筑的歷史科學(xué)技術(shù)背景。有學(xué)者對(duì)故宮武英殿建筑群[3]，西安含光門城墻遺址[4]，云南劍川海門口遺址[5]的古老木構(gòu)件做了鑒定研究為文物保護(hù)作出了指導(dǎo)。指林禪寺位于云南省建水縣，建于元代元貞年間[6]，在清代道光年間進(jìn)行過重大的重修，之后在1998年修繕過一次，2018年也進(jìn)行再次修繕?，F(xiàn)存指林禪寺建筑僅剩正殿和牌坊。保存完好的大殿聞名于世，整座大殿外觀高大雄偉。經(jīng)北京古建筑專家考察，證實(shí)該建筑為距今700余年的元代古老木結(jié)構(gòu)建筑，如圖1。建筑采用元代最為典型的減柱造，具有極高的科學(xué)價(jià)值。該建筑是云南省元代建造的大型木結(jié)構(gòu)建筑，做法為宋式做法，具有很高的歷史價(jià)值。指林寺1987年公布為云南省省級(jí)重點(diǎn)文物保護(hù)單位，2006年指林寺大殿作為元代至清代古建筑，被國務(wù)院批準(zhǔn)列入第六批全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位名單。歷代修繕過程中由于不科學(xué)性使建筑物形式有所改變，以及后期保護(hù)的不當(dāng)讓指林寺受到不同程度的價(jià)值損失。本研究通過木材顯微解剖等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)對(duì)指林寺大殿材種鑒定分析，為修繕過程中所替換材料作出科學(xué)依據(jù)。

圖1 指林寺大殿正面圖Fig.1 Front view of the hall of Zhilin Temple

1 指林寺大殿木構(gòu)件材種鑒定

1.1 材料

在云南建水指林寺大殿現(xiàn)場抽樣采樣，本次選取的木材樣品均取自歷次維修工程的現(xiàn)存的木構(gòu)件。分別在坐斗、散斗、柱、梁、檁、枋部位取樣。在本次取樣中坐斗位置60個(gè)、散斗544個(gè)、柱32個(gè)、梁16個(gè)、檁19個(gè)、枋19個(gè)，椽10個(gè)，如表1。

表1 指林寺大殿取樣位置Table 1 Sampling locations of the hall of Zhilin Temple

1.2 鑒定方法

1.2.1 取樣 根據(jù)樣品尺寸，將樣品鋸成7 mm×7 mm×7 mm左右大小，并且橫切面至少要包含一個(gè)生長輪，為了便于后期拍攝，所選擇的生長輪不應(yīng)太寬，徑切面和弦切面鋸切標(biāo)準(zhǔn)即可。

1.2.2 軟化 木材軟化常用水煮和化學(xué)藥劑處理兩種方式。本次實(shí)驗(yàn)軟化木材的方法是水煮。水煮的時(shí)間3～4 h。

1.2.3 包埋 對(duì)腐朽嚴(yán)重不適宜直接做切片的木材需包埋處理，選用PEG1500作為包埋試劑。

1.2.4 切片 制作橫切面、徑切面和弦切面三個(gè)面的切片。橫切面的厚度10～15μm，徑切面和弦切面的厚度一般在10μm左右。

1.2.5 染色 染色的目的是便于微觀構(gòu)造的觀察。染色劑為1%濃度的藏紅T溶液，染色時(shí)間通常為4～ 6 h。

1.2.6 脫水、脫脂 步驟如表2所示。

1.2.7 封片 準(zhǔn)備好干凈的蓋玻片和載玻片，用鑷子將三切面切片放在載玻片上，一個(gè)載玻片上從左往右分別放置橫、徑、弦三個(gè)切面，在切片上均勻地涂上一層中性樹脂膠，輕輕地將蓋玻片壓在載玻片上，然后慢慢地將里面的氣泡趕出來。將密封的切片放置在烘箱中加速凝結(jié)。

表2 脫水、脫脂步驟Table 2 Dehydration and degreasing steps

1.2.8 顯微結(jié)構(gòu)觀察 在光學(xué)顯微鏡下，分別在三個(gè)切面上尋找具有材種鑒定的結(jié)構(gòu)進(jìn)行拍照，照片倍數(shù)分別為50倍、100倍、200倍、400倍。

1.3 結(jié)果與分析

木材顯微特征鑒定分析參考國際通用的木材識(shí)別特征術(shù)語和代碼[8-10]，鑒定材種名稱參考《中國主要木材名稱：GB/T 16734—1997》[11]。表3為木構(gòu)件材種鑒定結(jié)果匯總。

1.3.1 硬木松宏微觀結(jié)構(gòu)特征

1）宏觀特征：生長輪明顯，寬度均勻，輪間晚材帶顏色深，晚材帶寬度占生長輪寬度的1/4～1/2；木材黃褐色；無特殊氣味；紋理直；結(jié)構(gòu)細(xì)。

2） 微觀特征：如圖2～4。

軸向管胞：橫切面早材管胞為矩形、六邊形或不規(guī)則多邊形，徑壁具緣紋孔主為單列極少兩列，紋孔緣圓形及橢圓形；橫切面晚材管胞為橢圓形及多邊形。早材向晚材過渡為急變，晚材帶寬度占生長輪寬度的1/4～1/2。

木射線：具有紡錘形木射線和同形單列木射線兩種，紡錘形木射線中部可見橫向樹脂道；同形單列木射線由射線薄壁細(xì)胞和射線管胞組成，高3～15細(xì)胞；射線管胞位于射線的上下邊緣1～3細(xì)胞寬度內(nèi)，內(nèi)壁具深鋸齒，具緣紋孔似管胞壁上的紋孔[12]。交叉場紋孔類型為窗格型，1～3個(gè)。

表3 木構(gòu)件材種鑒定結(jié)果匯總表Table 3 Summary of identification results of wood components

樹脂道：軸向樹脂道分布于晚材帶內(nèi)，徑向樹脂道存在于紡錘形木射線內(nèi)[13]。

中文名稱：硬木松，拉丁名稱：Pinussp.科屬名稱：松科松屬。

圖2 硬木松（橫切面）Fig.2 Pinus sp.（cross section）

圖3 硬木松（徑切面）Fig.3 Pinus sp.（radial section）

圖4 硬木松（弦切面）Fig.4 Pinus sp.（tangential section）

3）物理力學(xué)性能：硬木松類中云南松在云南非常普遍，是我國西南地區(qū)重要的針葉材，也是傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑中使用最為廣泛的木材。斜紋理，結(jié)構(gòu)中，不均勻，重量及密度中，干縮大，強(qiáng)度及沖擊韌性中[14]。

1.3.2 白青岡宏微觀結(jié)構(gòu)特征

1）宏觀特征：生長輪明顯，邊材黃棕色，心材紅褐色或深褐色有光澤，無特殊氣味和滋味，木材有光澤，紋理直，結(jié)構(gòu)粗，氣干密度0.86 g/cm3。

2） 微觀特征：如圖5～7。

導(dǎo)管與管孔：半散孔材，單管孔，圓形及卵圓形；單穿孔，平行至略傾斜；互列管間紋孔式；部分導(dǎo)管具有侵填體；環(huán)管管胞常見。

軸向薄壁組織：軸向薄壁組織量多，類型為離管帶狀、星散-聚合狀及稀疏傍管狀；具有菱形晶體。木纖維：木纖維壁厚，具膠質(zhì)纖維。

木射線：木射線非疊生。木射線分兩種類型：窄木射線和寬木射線。窄木射線主為單列，極少見雙列（雙列部分與單列部分等寬），高3～25細(xì)胞；寬木射線常被木纖維分割，寬度及高度不可數(shù)。射線組織同形單列及多列；導(dǎo)管-射線間紋孔式類型為橫向刻痕狀[15]。

樹膠道：無。

中文名稱：白青岡，拉丁名稱：Cyclobalanopsissp.科屬名稱：殼斗科青岡屬。

圖5 白青岡（橫切面）Fig.5 Cyclobalanopsis sp.（cross section）

圖6 白青岡（徑切面）Fig.6 Cyclobalanopsis sp.（radial section）

圖7 白青岡（弦切面）Fig.7 Cyclobalanopsis sp.（tangential section）

3）物理力學(xué)性能：青岡屬木材最大的特點(diǎn)是其高強(qiáng)度、良好彈性、耐沖擊、耐腐蝕性好[16]。其他性能為硬度大，加工難度大，抗彎強(qiáng)度大，干燥困難，徑向、弦向干縮差異大，容易變形并產(chǎn)生開裂、劈裂及表面硬化，防腐處理困難。

1.3.3 格木松宏微觀結(jié)構(gòu)特征

1）格木宏觀特征：生長輪明顯，邊材顏色為黃褐色，心材顏色為紅褐色或深褐色且具有光澤，無特殊氣味和滋味，紋理直，結(jié)構(gòu)細(xì)，氣干密度0.86 g/cm3。

2） 微觀特征：如圖8～10。

圖8 格木（橫切面）Fig.8 Erythrophleum sp.（cross section）

圖9 格木（徑切面）Fig.9 Erythrophleum sp.（radial section）

圖10 格木（弦切面）Fig.10 Erythrophleum sp.（tangential section）

導(dǎo)管與管孔：散孔材，有單管孔和徑列復(fù)管孔（2～3個(gè)），圓形及卵圓形；單穿孔；管間紋孔式類型為互列，樹膠常見。

軸向薄壁組織：軸向薄壁組織量多，類型為菱形翼狀、短聚翼狀及輪界狀且含樹膠，菱形晶體常見。

木纖維：木纖維壁較薄，具韌型纖維或膠質(zhì)纖維。

木射線：木射線局部斜疊生，有單列木射線和多列木射線。單列木射線少，常見2～10個(gè)細(xì)胞高度；多列射線寬2個(gè)細(xì)胞，高4～22個(gè)細(xì)胞或以上，射線組織同型；含樹膠；導(dǎo)管-射線間紋孔式類似管間紋孔式為互列。

中文名稱：格木，拉丁名稱：Erythrophleumsp.，科屬名稱：蘇木科格木屬。

3）物理力學(xué)性能：格木具有優(yōu)良的材性，經(jīng)常和鐵刀木相比，有很高的順紋抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度和良好的沖擊韌性，端面硬度大，有良好的尺寸穩(wěn)定性，廣泛用于木構(gòu)件承重構(gòu)件、地板和家具[17]。

1.3.4 荷木松宏微觀結(jié)構(gòu)特征

1）宏觀特征：生長輪明顯，木材顏色為淺紅褐色、輪間具深色條紋，無特殊氣味和滋味，木材有光澤，紋理直，結(jié)構(gòu)細(xì)。

2） 微觀特征：如圖11～13。

圖11 荷木（橫切面）Fig.11 Schima sp.（cross section）

圖12 荷木（徑切面）Fig.12 Schima sp.（radial section）

導(dǎo)管與管孔：散孔材，單管孔、徑列復(fù)管孔（2～3個(gè)），圓形、卵圓形及多角形輪廓；梯狀穿孔，橫隔數(shù)7～25，穿孔板傾斜；管間紋孔式主要為梯狀-對(duì)列或?qū)α?；螺紋加厚可見于導(dǎo)管分子尾部。

軸向薄壁組織：軸向薄壁組織量少，類型為星散狀及稀疏環(huán)管狀；含晶體，具分室含晶細(xì)胞。

木纖維：木纖維壁較薄，具韌型纖維或膠質(zhì)纖維。

木射線：木射線非疊生。單列木射線數(shù)多（常見3～30個(gè)細(xì)胞高度）；多列射線寬2個(gè)細(xì)胞，與單列射線高度近似，多列部分常與單列部分等寬；含少量樹膠；導(dǎo)管-射線間紋孔式類型以刻痕狀為主及少數(shù)大圓形。

樹膠道：無。

內(nèi)含韌皮部、螺紋加厚：部分導(dǎo)管分子尾部可見螺紋加厚。

中文名稱：荷木，拉丁名稱：Schimasp.科屬名稱：山茶科荷木屬。

3）物理力學(xué)性能：防火性能好，易做防腐處理，防蟻性弱，握釘力中，旋切性能良好，木材易加工。

2 指林寺大殿木構(gòu)件樹種配置現(xiàn)狀

表4為指林寺大殿不同位置木構(gòu)件樹種使用比例。指林寺大殿作為一個(gè)建于元代的單體建筑，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，木構(gòu)件材種使用相對(duì)較少。從木構(gòu)件上面總共采樣690個(gè)，取自坐斗、散斗、柱、梁、檁、枋上面。樹種鑒定結(jié)果發(fā)現(xiàn)指林寺大殿共出現(xiàn)四個(gè)科屬的木材，梁、柱、檁、枋承重構(gòu)件全為針葉材。斗栱位置木材有格木、白青岡、荷木、硬木松四種，其中坐斗中格木占3.33%，白青岡31.67%，硬木松65%。散斗中格木占 6.62%，白青岡占 4.78%，荷木3.31%，硬木松85.29%，如圖14～15。從圖表中可以看出梁架結(jié)構(gòu)采用硬木松。而局部受力斗栱的位置則有格木、白青岡、荷木。坐斗位置除了硬木松外則是格木和白青岡。這兩種木材密度、硬度和穩(wěn)定性都比國產(chǎn)針葉材大得多。

表4 指林寺大殿不同木構(gòu)件樹種配置Table 4 Species allocation of different wood components in the hall of Zhilin Temple

圖14 坐斗材種比例Fig.14 Proportion of bucket materials

圖15 散斗材種比例Fig.15 Proportion of bulk bucket materials

3 指林寺大殿木構(gòu)件材種使用特點(diǎn)分析

從木構(gòu)件材種使用比例可見硬木松占據(jù)了絕大部分比例，這主要緣于云南地區(qū)盛產(chǎn)硬木松。就地取材節(jié)省了大量的勞力、財(cái)力。在斗拱少數(shù)木構(gòu)件，坐斗中使用格木、白青岡闊葉材樹種，散斗中使用荷木闊葉材樹種。這些闊葉材樹種為后期歷代修繕中所增加材種。由于建水地區(qū)木結(jié)構(gòu)遭受蟲害嚴(yán)重及斗拱在整座建筑中占了很大比例，起承重作用。選用格木、白青岡木材其尺寸穩(wěn)定、易做防腐處理性能，抗腐蝕能力優(yōu)于硬木松。荷木未被使用于坐斗中，其尺寸穩(wěn)定、強(qiáng)度和硬度不如格木、白青岡，而使用于散斗構(gòu)件滿足受力要求，且荷木具有良好的防火性能，易防蟲處理性能為指林寺大殿蟲害防治提供選材優(yōu)勢(shì)。

4 指林寺大殿木構(gòu)件尺寸

根據(jù)實(shí)際測(cè)量，指林寺大殿金柱直徑520 mm，檐柱直徑480 mm，檁條直徑300 mm，椽子直徑130 mm，坐斗450 mm×450 mm×280 mm。大殿檁條的大小甚至超過民居中柱子的大小，可見指林寺大殿用材的粗大，具體尺寸如表5。

表5 指林寺大殿主要木構(gòu)件尺寸Table 5 Dimension of main wooden components in the hall of Zhilin Temple （mm）

5 指林寺大殿用材尺寸及樹種配置所反映的歷史科技水平

指林寺大殿中材種以針葉材為主，構(gòu)件尺寸大跟建造年代有關(guān)。元代時(shí)期建筑用材粗大，就地取材。云南地區(qū)擁有豐富的硬木松資源，為了減少搬運(yùn)及加工的難度選用密度較小的木材。元代時(shí)期加工制作工具尚不發(fā)達(dá)，主要以斧子、镚、鑿子粗略加工。受加工工具的限制不適合做細(xì)小的構(gòu)件，可見整座建筑彰顯宏偉氣勢(shì)，而無精美的雕飾。

6 結(jié) 論

建水指林寺大殿木結(jié)構(gòu)建筑是云南省內(nèi)少有的元代古老木結(jié)構(gòu)建筑。本次鑒定研究工作選取了指林寺大殿各個(gè)木構(gòu)件為研究對(duì)象，通過與現(xiàn)代的木材微觀解剖及宏觀對(duì)比鑒定方法，確定了其用材樹種的名稱。通過木構(gòu)件在各位置的配置比例分析可得出柱、梁、枋為硬木松類木材，斗栱部位木材種類有硬木松、白青岡、格木、荷木。在所有木構(gòu)件中硬木松占據(jù)了絕大比例，可以確定除硬木松外的木材為后面歷代修繕中更換的木材，特別是在斗栱位置采用材質(zhì)優(yōu)于硬木材的硬闊葉材格木，有利于提高斗栱的結(jié)構(gòu)力學(xué)及耐腐朽性能。木構(gòu)件尺寸大方的特點(diǎn)也符合元代時(shí)期建筑特征。