纖維種類與紙齡相關性研究

劉 暢 李曉岑 王 珊 張小云

(1.北京科技大學科學技術與文明研究中心，北京，100083;2.北京聯合大學信息學院，北京，100101;3.中國文化遺產研究院，北京，100029)

書畫真偽鑒定一直是書畫收藏和書畫研究的難題。隨著我國經濟的快速增長，民間收藏熱流涌動。在旺盛需求和高額利潤的驅動下，如今書畫市場造假現象十分猖獗，已引起文化界人士的廣泛關注。書畫市場隨著科技的發展，造假的手法也是層出不窮。以前書畫作偽的手段主要有摹、臨、仿、造、改、代等，近幾年又出現了水印添墨、電腦刻章、裝裱作舊、偽畫偽跋等科技含量較高的作偽手段。現代印刷、化學、機械等技術的進步，間接促進了造假行業的技術革新，導致一些以往的鑒定手段失效，因此，尋找新的鑒定方法成為當務之急。

書畫作品鑒定有很多方式，自古以來依靠著錄和學識的經驗鑒定一直是主要方法。有學者認為，書畫內容的時代風格和個人風格是鑒定的主要依據［1］，但這種傳統的目鑒形式需要有書畫鑒定專業的經驗積累。但隨著造假技術的提高，對于精工的摹本，很難通過目測鑒定。書畫鑒定的最終目的在于判斷書畫作品的真贗，要求做到準確，即科學性。楊仁愷著的《中國書畫鑒定學稿》，曾力圖將中國書畫鑒定專業由經驗積累的層面推向更高的學科建設層面。楊仁愷在此書中將書畫鑒定的各種方法概括為“科學論證”［2］。由此可見，他想讓中國書畫鑒定專業由“經驗+直覺”的層面向“科學論證”的層面轉換與提升［3］。2009年，中國藝術科技研究所實施的國家科研項目—— “書畫真偽科學鑒定系統”，利用科技手段檢測書畫作品的紙、墨、色、印泥等，并根據各類書畫材質隨時代變遷的歷史痕跡和特征進行年代分析［3］。該項目推動了我國書畫鑒定的科學化進程。

本課題在科學分析的基礎上，提出一種通過纖維種類分析來確定紙張年代的方法。以我國造紙發展史與紙張顯微分析兩方面的專業知識與經驗為依據，選取不同歷史時期的幾種特殊原料，探索從紙張纖維特征推斷紙齡的方法，以期為紙質文物鑒定提供參考。

1 文獻綜述

我國兩千多年的造紙技術史是原料從麻類到樹皮、竹子、稻麥草、木漿等不斷擴充、豐富的歷史。造紙原料的發展是造紙史研究的重要內容，很多學者進行了相關研究，并積累了豐富的資料。例如，孫寶明、李鐘凱編著的《中國造紙植物原料志》［4］;潘吉星著有《中國造紙史話》、《中國造紙史》［5］;王菊華著有《中國古代造紙工程技術史》［6］;劉仁慶著有《中國古代造紙史話》、《中國古紙譜》;張秉倫等著有《中國傳統工藝全集——造紙與印刷》，中國臺灣地區學者陳大川著有《中國造紙術盛衰史》、《造紙方法的衍變與流傳》、《造紙史周邊》等。

我國傳統手工紙的造紙原料取自植物纖維，植物纖維的種類、性能的分析對紙質文物保護、鑒定提供了重要信息。目前分析方法多采用顯微鏡進行觀察。中國制漿造紙研究院對植物纖維顯微特征進行了廣泛的采集、整理，由王菊華主編的《中國造紙原料纖維特性及顯微圖譜》［7］(以下簡稱《圖譜》)，詳細介紹了各種造紙原料纖維的顯微特征及其對紙張性能的影響，是通過纖維特征識別造紙原料的重要參考書。

本課題是在前輩研究的基礎上，通過大量的文獻調研和實驗觀察，選取不同時期具有代表性的造紙原料，并對其纖維特征進行分析;先從歷史的角度歸納總結造紙原料的發展歷程;再轉換視角，探討獲得紙樣后如何推測紙齡的方法。

2 實驗儀器及樣品處理

我國造紙植物原料豐富，1959年出版的《中國造紙植物原料志》就收錄造紙原料350余種［4］。因此，本研究僅選取各個時期的典型原料進行分析。實驗儀器采用XWY-VI型造紙纖維測量儀 (北京倫華科技公司和珠海華倫造紙科技公司聯合生產)，該儀器使用生物顯微鏡觀察纖維樣品，使用數碼攝像機把顯微鏡里的圖像信號轉變為數字信號輸送到計算機［8］。實驗顯微鏡物鏡的放大倍數為4倍時，顯示器的圖像總放大倍數約130倍，視野范圍3.4 mm×4.3 mm;顯微鏡物鏡倍數為10倍時，圖像總放大倍數約450倍;顯微鏡物鏡倍數為20倍時，圖像總放大倍數約為1000倍。

對紙張的纖維形態進行觀察，必須先取樣再制備纖維試片。在紙張破損或邊緣處取面積不小于2 mm×2 mm的樣本。將樣本的纖維分散并用赫氏染色劑染色后制成纖維試片，在顯微鏡下觀察。

3 造紙原料發展與纖維特征

3.1 漢代造紙原料與特征

造紙術起源于漢代，關于造紙術的起源很多文獻都有記載［9-10］。最初的造紙原料是麻類，有大麻、苧麻等，主要來源于麻頭、舊布、破漁網等。蔡倫造紙所用的原料是樹皮、麻頭、敝布、舊漁網等。

漢代造紙原料主要是麻類。麻纖維的顯著特征是:纖維較長，染色后呈玫瑰紅或棕紅色，有橫節紋和縱條紋，容易分絲帚化，見圖1。圖1(a)是顯微鏡物鏡倍數為4倍時麻纖維的形態圖。由圖1(a)可見，纖維自然端頭少，表明纖維很長，并且有很多分絲。圖1(b)是顯微鏡物鏡倍數為10倍時麻纖維的形態圖。由圖1(b)可見，麻纖維容易分絲帚化。

3.2 南北朝時期的造紙原料與特征

南北朝是造紙技術的發展時期。這一時期的出土文物表明，西晉時期還是簡、帛、紙并用來記錄文字，而東晉以后便不再出現簡牘文書，幾乎全部使用紙張［6］。紙張的推廣、發展和使用，有力地促進了科學文化的傳播。 《太平御覽》卷六零五《桓玄偽事》中記載有“以紙代簡”令［11］: “古無紙，故用簡，非主于敬也。今諸用簡者，皆以黃紙代之。”桓玄登基以后，就下令宮中文書廢除竹簡，一律改用黃紙書寫。

圖1 麻纖維形態圖

隨著對紙張需求的不斷增長，破布、麻袋、麻繩等最初的造紙原料已不能滿足需求。為緩解造紙原料的不足，從這一時期開始不斷開拓新的造紙原料，主要有桑皮、楮皮 (構皮)、藤皮［5］。其中浙江剡縣的藤皮紙此時已名揚天下。剡縣藤皮紙品質高，用于宮中，亦作高級公文紙。由于唐代官府和私人多用藤紙，剡縣的藤類耗盡，這種紙逐漸消亡。草類原料在此期間也有使用但處于起步階段，到唐宋年間用量才增大［6］。因缺少實物證實，竹漿紙是否產生在這一時期，學界還存在爭議。從出土實物的原料統計，這一時期以麻漿紙為主，桑皮、楮皮紙為輔。

楮皮纖維的顯著特征是:纖維細長，有橫節紋，有膠衣;有草酸鈣晶體，呈菱形或方形，見圖2。

桑皮纖維的顯著特征是:橫節紋，有膠衣;含蠟狀物質，蠟狀物質與赫氏染色劑作用呈黃色，見圖3。

3.3 隋唐時期的造紙原料與特征

隋唐是造紙術的黃金時期，表現在原料的擴展、工藝的提高、造紙地區的擴大、紙張產量顯著增加等方面。據潘吉星對該時期古紙的分析化驗，原料有麻料、楮皮、桑皮、藤皮、瑞香皮、木芙蓉皮和竹纖維。在這些原料中，麻料是主要的，但非麻類原料用量比前代有明顯增加［5］。竹漿紙的起源還存在爭議，李約瑟和潘吉星都認為竹漿紙起源于唐代，也有學者認為起源于晉代［12-13］。目前所發現的較早竹漿紙實物屬于北宋時期。

竹纖維的顯著特征是:纖維染色后呈藍紫色或黃色，僵直，很少彎曲，部分有縱向條紋;有大導管，導管寬50～150 μm，壁上有網狀紋孔，見圖4。

3.4 宋元明清時期的造紙原料與特征

宋元時期，造紙原料大為擴充，加工技法也有創新，突出貢獻是竹漿紙的大量生產。竹漿紙是利用竹子的整個莖稈，經一系列復雜工序處理后制成紙張。草漿紙 (麥草、稻草)也是按竹漿紙原理制造的。竹漿紙產生于唐代，但沒有普及，到宋代才大量使用。從使用植物莖稈的韌皮到利用整個莖稈是造紙術的一大進步，這使得造紙成本大大降低，有利于手工紙的普及。此階段以竹漿紙和皮紙為主，其他造紙原料有麻、麥草、稻草、蘆葦等。

關于以稻草為原料造紙的記錄較早見于蘇易簡(958—996年) 《文房四譜》卷四 《紙譜》［14］:“浙人以麥莖、稻稈為之者脆薄焉。”

以稻草為原料造紙，成本比竹漿紙低，制造過程也較簡單，最初用于造紙不晚于北宋，很可能在唐代已經開始［5］。

稻草纖維的顯著特征是:纖維細短，平均長度不到1 mm，寬度9 μm;纖維壁上有橫節紋;雜細胞多，其中，表皮細胞呈鋸齒狀，鋸齒頭較平，見圖5。

我國用蔗渣造紙，在《清朝續文獻通考》卷384考11314中有記載:“(江西)上高縣張紳曙初在徐家渡設造紙廠，以蔗渣造紙。光緒二十九年，由縣詳請獎六品功牌。”［15］說明最早使用蔗渣造紙的年代為1903年 (光緒29年)。

蔗渣纖維在草類原料中是纖維較長而寬的一種，其顯著特征有:纖維細胞壁上的螺紋或節狀加厚都很顯著，并有小孔紋，胞腔較大;薄壁細胞體積較大，是草類原料中最大的一種;導管紋孔非常明顯，管徑較大;表皮細胞呈鋸齒形，且鋸齒參差不齊［7］。

麥草纖維顯著特征有:比稻草纖維長而粗;長度1.0～1.5 mm，寬度13 μm;有鋸齒表皮細胞，鋸齒參差不齊，見圖6。

這一時期，中國傳統手工紙的典型代表是宣紙。宣紙是明清時產于安徽涇縣的青檀皮紙，它的標志是以青檀皮和稻草為主要原料。涇縣宣紙1915年曾獲得巴拿馬萬國博覽會的“金獎”。宣紙從何時開始使用青檀皮為原料這一問題長久以來，眾說不一，主要是缺乏充足的論據和科學分析。劉仁慶認為很可能在中唐時期宣紙原料已經使用青檀皮［16］;《中國造紙技術簡史》中主張是清代才開始采用青檀皮并配以草漿制成宣紙［17］。青檀皮宣紙的起源問題，還需實物確證。但自唐及清，一定是經過若干代造紙工匠們的努力，總結韌皮纖維造紙技術，不斷進行革新發展而成的。

青檀皮纖維的顯著特征有:纖維染色后顏色與麻類似，多呈帶紅的紫色至帶藍的紫色;纖維壁上有稀疏的橫節紋，細胞腔明顯;纖維兩端鈍尖，也有分歧或球狀的端部，見圖7和圖8。

3.5 近現代造紙原料與特征

1853年Charles Watt和Henry Busgl發明木漿之后，木材成為造紙工業的主要原料。木材有針葉木和闊葉木之分。針葉木樹葉細長如針狀，以松、杉類為主，材質較松軟，也稱為軟木。闊葉木樹葉形狀多呈心臟形、圓形或多角形，材質較硬，故也稱硬木。

針葉木纖維的顯著特征是:早材紋孔多，晚材紋孔少，無導管，見圖9。闊葉木纖維的顯著特征是:細而短，紋孔稀少或無紋孔;有導管分子，導管形態是區分闊葉木種類的重要依據，多有舌狀尾，見圖10。

由于我國森林資源貧乏，非木材纖維在造紙原料中占有重要的地位［18］，例如主要用于機制紙生產的龍須草。龍須草的特點是不生節、纖維長、色澤乳白，是制造膠版印刷紙、靜電復印紙、鈔票紙的優質原料。中國在20世紀50年代對龍須草造紙開展了大規模的研究，使用龍須草不僅可用于生產機制紙也可用于生產手工紙［19-20］。

龍須草纖維的顯著特征是:纖維細長，有鋸齒狀表皮細胞，鋸齒頭鈍尖，見圖11。

以上對我國造紙原料的發展史進行了梳理，從麻發展到植物韌皮纖維，從植物韌皮纖維到植物莖稈纖維，再到現代木漿，可見造紙原料種類在不斷地增多。表1對歷代造紙原料的發展進行了匯總。

表1 我國造紙原料發展表

4 纖維特征與紙齡關系

從歷史的角度看造紙原料發展，可得到某一時期與原料的對應表。根據原料發展史很難正面推斷出造紙年代，但卻可以找出該原料不可能出現的年代。例如，當發現紙樣中含有針葉木纖維或闊葉木纖維或龍須草纖維時，即可明確地推斷出紙樣應屬于近現代紙。如果聲稱為早期文物，一定是贗品，此時纖維種類將會是有利的證據。因此，從原料種類推斷紙齡，從而鑒別文物真偽是一種有效的鑒別方法。麻料與韌皮纖維使用時間很長，不易作為年代的判定參數。唐代以后新增的原料，具有較高的參考價值。表2是整理出的纖維特征、原料種類與年代的關系。表2中所列的使用年代不夠精確也有很多空缺，作為新方法的探索，希望能夠提供有價值的參考。失準或空缺內容，望專家、同仁指正補遺。

表2 紙張生產年代確定表

據此設計了紙樣年代的分析流程，如圖12所示。首先需要對未知紙樣采樣觀察，根據纖維特征判斷原料種類，再由原料種類推斷紙齡。

5 結語

本課題依據中國造紙發展史與原料顯微分析兩方面的知識，從歷史的角度總結歸納出造紙原料的發展歷程。選取不同時期具有代表性的原料纖維進行了分析，獲得原料的纖維特征。在文獻調研與實驗分析的基礎上，建立了纖維特征、原料種類和紙齡的關系，并初步提出紙齡推斷的方法。該方法依據造紙的歷史發展情況，借助科學分析手段，具有一定的可靠性和科學性，可為紙質文物鑒定提供參考。

致謝:中國制漿造紙研究院王菊華高工在紙張纖維特征分析中給予了指導和幫助，筆者表示衷心感謝!

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