北京
作为我国现存规模最大、保存最完整的木结构宫殿建筑群，北京故宫拥有海量的木构件。但目前，我国像故宫这样的古建筑的年代鉴定及建筑历史研究多依赖史料和形制研究，许多单体建筑缺乏明确的文献记载，而形制研究又具有一定的主观性和变异性，故其建造年代、修缮历史等信息缺乏科学、精确的判定手段。事实上，木构建筑所用的年轮清晰可辨的木材本身就是良好的定年材料。
相比于传统的树轮宽度年代学，树轮氧同位素具有较低的树间变异性、较弱的自相关、较高的树种间一致性以及能够记录强烈的共同气候信号。因此，树轮氧同位素可能更适用于定年。除此之外，树轮年代学还是常见的木材产地溯源的手段之一。目前，产地溯源的成功案例均基于树轮宽度，而树轮氧同位素既能记录较强的共同气候信号，又在不同气候带间存在明显差异，显示出其对木材产地进行溯源的潜力。
中国科学院地质与地球物理研究所赵卿宇博士后、许晨曦研究员和郭正堂院士，联合故宫博物院张琼副研究馆员、吴伟高级工程师、赵鹏正高级工程师，对故宫大高玄殿建筑群内九天应元雷坛殿屋顶替换下来的3处落叶松木构件样品进行逐年树轮氧同位素测定（图1），尝试通过树轮氧同位素确定木构件的年代及其产地来源。
图1 采样地点（故宫）以及参考树轮氧同位素年表中国东北老白山（LBS）、北京周边（XLM）、恒山（HSS）和芦芽山（Luya Mt.）的位置（a）以及大高玄殿建筑群内九天应元雷坛殿的外观（b）
大高玄殿3个样品浮动树轮氧同位素年表交叉定年结果显示，这3条树轮氧同位素序列间可交叉对比，且可拼接成1个144年的复合浮动年表。为进一步确定各个浮动年表的年代，将其分别与东北老白山红松、北京油松等中国北方树轮氧同位素长年表进行交叉对比，发现3个浮动年表都仅与东北老白山树轮氧同位素年表部分时段表现出强相关性，且在统计意义上显著。因此，将东北老白山年表作为主年表进行交叉定年。交叉定年的结果显示，大高玄殿3处木构件浮动年表拼接年代为1749-1892年（乾隆十四年-光绪十八年，图2）。
图2 大高玄殿3处木构件树轮氧同位素序列与东北老白山主年表在最佳匹配时段的对比（a-c）以及木构件拼接复合浮动年表与主年表对比（d）
另外，木构件样品树轮氧同位素浮动年表与东北老白山主年表高度相关，表明它们记录着共同的气候信号和地理来源。这意味着这3处木构件原木材可能取自我国东北地区。
基于树轮氧同位素年代学获得的大高玄殿木构件的年代和产地来源均与历史文献记载相符。木构件最晚年代（1892年）与大高玄殿在清晚期被西方列强侵占并损坏，后于1902年两宫回銮后重建雷坛殿屋顶结构的记载能够对应；其产地来源也与清廷自康熙朝开始采办塞外松木代替楠木建造宫殿的历史记载相一致。换言之，对大高玄殿建筑群松木木材产地的成功溯源也进一步证实了明朝到清朝故宫古建筑用材策略的变化，即从楠木转变为松木（图3）。这一转变当是由于明朝两个多世纪以来不可持续的伐木导致楠木资源几近枯竭，最终楠木不敷使用，清廷开始寻找替代材料，其着眼点便是满族人所熟悉的“塞外松木”。
图3 故宫木结构建筑用材策略变化示意图
上述成果表明，树轮氧同位素不仅是准确可靠的测年方法，也是考古木材的有效溯源手段。这也是首次成功利用树轮氧同位素示踪考古木材产地来源，对故宫乃至我国古建筑历史研究和价值评估具有重要的实践意义。
研究成果发表于国际学术期刊npj HS（赵卿宇，许晨曦*，张琼*，吴伟，赵鹏，郭正堂. Dating and Provenance Tracing of Historical Timbers in the Forbidden City Using Oxygen Isotope Dendrochronology[J]. npj Heristage Science, 2025, 13, 602. DOI: 10.1038/s40494-025-02172-1.）研究受到国家自然科学基金（42488201, 42425706, 42407603）等多个项目资助。
赵卿宇（博士后）
编辑 | 刘俊彤
校对 | 赵卿宇
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