古代造紙原料的歷時性變化及其潛在意義

原標題：古代造紙原料的歷時性變化及其潛在意義

文章出處：李濤. 古代造紙原料的歷時性變化及其潛在意義, 中國造紙2018, 37(1):33-41.

作者單位：馬克斯·普朗克人類歷史科學研究所, 德國耶拿

摘要：以過去五十年（1966—2016）發表的493例古紙（兩漢到明清）纖維鑒別結果為研究對象，利用統計學方法，調查了三個方面的問題：（1）古紙鑒別結果是否以及如何支持造紙原料的歷時性變化？（2）不同時期內的造紙原料在使用程度和多樣性方面有何不同？（3）造紙原料在古紙中的使用比例是否存在統計意義上的差別？研究結果確認造紙原料的種類和數量存在非常明顯的歷時性變化，且原料多樣性的顯著增加首次明確出現在宋金元時期，明清時期多樣性程度更甚。最後，從統計學角度估算了同一時期不同類別原料以及同一種原料在不同時期的出現概率，前者為已知年代古紙的纖維鑒別提供參考，而後者有助於對纖維種類確定但年代未知的古紙進行斷代。

數據採集

鑒於本文探討的是古紙原料的歷時性變化，在進行收集數據時，始終將目標放在已經公開發表的、有明確纖維鑒別結論並且古紙本身具備較明確年代信息的研究工作上。現有樣本數493，均發表於過去的五十年中（1966—2016）。如有讀者對該EXCEL表格感興趣，可聯繫本文作者獲取。樣品收集主要參考三方面信息：

（1）樣品的年代或時期。目前經過分析的最古老紙張樣本可上溯至西漢時期，是為本文關注的時間上限。另外，本文主要關注傳統手工造紙工藝，清末及之後引入的機器製漿及相應的原料變化（如針葉木和闊葉木的開發和利用）因此暫不納入研究範圍。基於以上兩點，被研究紙樣的年代落在202 BC到1911 AD的2100余年間。在實際數據採集中，可以精確到年份的古紙樣本極其罕見。一小部分樣本的年代範圍稍窄（數十年），但大多數樣本只能明確其大致所屬的時代（跨越數百年）。因此，按照其年代信息，將每一個樣本劃分到以下對應的時期：兩漢（202 BC—220 AD）；魏晉南北朝（220AD—589 AD）；隋唐（581 AD—907 AD）；宋金元（包括遼和西夏，960 AD—1368 AD）；明清（1368AD—1911 AD）。

（2）原始的纖維鑒別結果，亦即各報告、書籍、期刊論文中所發表的纖維鑒別結論。有極少量樣本的鑒別結果（或鑒別結果的解讀）存疑或存有爭議。在最終的古紙纖維鑒別資料庫中，此類樣本數量很小（以竹紙為例，唐以前僅2例），遠遠不足以影響對造紙原料歷時性變化的整體理解。因此，對這些樣本及鑒別結論，本文不作區別和評述，權且以原報告為準。

（3）根據古紙纖維的鑒別結果，劃分其基源植物的種類。客觀來講，不同學者鑒別古紙纖維的方法和依據有所差別，鑒別的程度也常常不同，例如有的研究只將纖維的基源植物區分到大的種類（麻類、樹皮類、竹類），而另外一些工作則確定出纖維的來源植物（如大麻、苧麻、亞麻等）甚至混合漿中不同纖維的比例。為統一分類標準並確保所有鑒別結果的可比較性，本文將古代造紙纖維的基源植物劃分為五大類：（a）麻類，包括纖維被確定為麻類、大麻、苧麻、亞麻或黃麻的所有紙樣（177個）。麻類與其它種類纖維混合製作的紙樣，無論纖維比例如何，都不計在此類中；（b）樹皮類，包括基源植物被確定為樹皮、構皮、桑皮、檀皮、三椏皮等的所有紙樣（133個）。非樹皮類纖維製作的紙樣，無論其纖維比例如何，都不計在此類中；（c）竹類，所有被確定為竹紙或竹漿的紙樣（93個），不包括以竹類纖維為主或為輔的混合纖維紙；（d）禾草類，包括稻草、麥草或蒲草製作的紙樣（6個），其它纖維與禾草類纖維混合造紙的情況不計入此類；（e）混合類，但凡紙樣由兩種或兩種以上纖維製成，均歸於此類（84個）。此類中的纖維組成比較複雜，但大多數情況下以某一類或某一種纖維為主，其中，以麻類纖維為主的紙樣有8個，以樹皮類纖維為主者33個，以竹纖維為主者19個，以禾草類纖維為主者5個，以棉纖維為主者4個，以及木漿和化學漿者3個。由於混合類中每一種類型的紙樣數量較少，本文暫不對其進行專門的統計分析（例如計算在某一時期內的出現頻率和概率）。

數據分析

當Excel電子表格資料庫錄入完畢並完成上述基本統計後，進行以下計算分析：

（1）計算不同時期內（兩漢；魏晉南北朝；隋唐；宋金元；明清）五大類（麻類、樹皮類、竹類、禾草類和混合類）植物纖維所製作紙張（以下稱「植物纖維紙」）的絕對數量，並據絕對數量製作條形圖組。單獨的一個條形圖可以直觀地顯示出某一類植物纖維紙在一定時期內的出現頻率，而條形圖組則從整體上反映原料種類以及植物纖維紙的歷時性變化趨勢或規律。

（2）計算五個時期內，植物纖維來源的使用程度和多樣程度，使用程度可以反映某一時期內是否存在過對某一類纖維的過度依賴，而多樣程度反映該時期內原料是否以及如何多樣的問題。本文採用基尼-辛普森指數探討某一時期內植物原料的使用程度和多樣性問題。該指數的計算數值在0和1之間，數值越小（越接近0），說明某時期內的造紙活動特別依賴於某一類植物原料，不同類植物原料的使用很不均衡，原料的多樣性程度很低；數值越大（越接近1），說明原料的多樣性很高，且不同類植物原料的使用接近均衡。最終，五個時期分別計算得出一個唯一的數值（基尼-辛普森指數），根據該數值及其在80%、95%和99%置信度下的誤差範圍，畫出子彈圖（bullet graph）。通過子彈圖，可以確認不同時期內造紙原料在種類和數量上的差別，以及這種差別的可靠程度。

（3）將每一時期內的分析紙樣數作為樣本庫（分別為：兩漢24；魏晉南北朝83；隋唐98；宋金元120；明清168；合計493），計算五類植物纖維紙（麻類、樹皮類、竹類、混合類、禾草類）在每一時期中出現的頻率（即所佔比例）以及在80%、95%和99%置信度下該比例的誤差範圍。此外，將每一類植物纖維紙的總分析數量作為樣本庫（分別為：麻類177；樹皮類133；竹類93；混合類84；禾草類6；合計493），計算某一類植物纖維紙在不同時期內出現的概率（即比例）以及在80%、95%和99%置信度下該比例的誤差範圍。據以上分析結果製作兩組子彈圖，第一組子彈圖有助於了解相同時期內不同植物纖維紙出現的概率差異以及這種差異的可靠程度，第二組子彈圖則揭示出某一類植物纖維紙在不同時期內出現的概率差異以及這種差異的可靠程度。鑒於禾草類纖維紙僅6個樣本，在兩種分析中的統計誤差較大，本文未收錄其分析結果。

表1不同時期中各類植物纖維紙的數量

結果與討論

(1) 造紙原料具有明顯的歷時性變化

圖1中，從西漢到明清的五個時期共計493份紙樣，按照其原料類別和不同植物纖維紙的數量，以條形圖組的形式呈現。觀察圖1，發現造紙植物原料的歷時性變化比較明顯，也有一些規律可尋，可具體總結為以下幾點：

兩漢到隋唐，同一時期內麻類纖維一直是使用頻率最高（以所佔百分比計，80%左右，下同）的造紙原料，其優勢是壓倒性的。但是進入宋金元時期，麻類纖維的重要性顯著降低（驟降至10%以下），地位讓步於樹皮類纖維。從長時間段的變化來看，宋之前及之後的造紙活動在原料使用方面有兩個明顯改變：對單一原料（麻類）的依賴程度下降；原料的多樣性（即種類）增加。

兩漢時期，基本不見樹皮類纖維紙。從魏晉南北朝時期開始，樹皮類纖維紙的比例（或出現頻率）增加到15~20%，地位僅次於麻類纖維紙。這種趨勢一直延續到宋金元時期結束。宋金元時期是樹皮類纖維用於造紙的最鼎盛階段（出現頻率60%以上），首次超過麻類成為使用頻率最高的纖維。明清時期，樹皮類纖維紙的出現頻率急劇下降至15%左右。

圖1不同時期五大類植物纖維紙的數量和分布趨勢

（3）有學者認為，魏晉南北朝時期已經出現竹紙。從本文證據看，這一時期確定為竹紙的樣本數量極其有限（僅2例，占同時期分析紙樣總數的2.5%）。稍後的隋唐時期沒有發現使用竹紙的證據。竹紙第一次以較高使用頻率出現發生在宋金元時期（大約佔這一時期紙樣的15%），而到了明清時期，竹紙樣本的比例已經超過40%，成為使用最多的造紙纖維。

（4）在全部493個紙樣中，確定為禾草類纖維紙的僅6個，且沒有明顯的增長或遞減規律，也無法從統計學角度進行評估。在所有分析的紙樣中，禾草類纖維紙始終不是原料的首要或主要選擇。從原料獲取的角度考慮，水稻或小麥至兩漢時已經在黃河流域和長江流域有非常普遍的種植，蒲草更是中國境內廣泛分布的野生植物。因此，在如此長的時期內，禾草類纖維紙始終保持很低的出現頻率，應當與其原料是否豐富以及獲取的難易程度無關，而更可能反映的是使用原料的習慣。例如，本文收集的紙樣基本為文書、書籍、書畫用紙，對材料的性能要求相對較高，而純禾草類製成的紙在外觀和性能上一般較差，這可能是禾草類纖維紙出現頻率很低的真實原因。當然，這也提醒我們，資料庫中的現有紙樣本身或許存在取樣偏差。

（5）將兩種或兩種以上植物纖維混合起來用於造紙的行為在兩漢時期就出現了，但在宋代以前，用於混合的纖維種類比較單一（一般只見麻類和樹皮類纖維的混合），且混合類纖維紙的出現頻率一直極低（2~4%）。進入宋金元時期，不同種類纖維混合的情況更加普遍（14%），可以看到麻類、樹皮類、竹類、禾草類自由混合的案例。到明清時期，混合纖維紙的比重擴大到36%，地位僅次於竹紙。混合纖維紙在種類和數量上的這種歷時性變化，固然有人為主觀選擇的因素在內，但更主要的推動力應當是源於單一原料（例如麻類或樹皮類）的逐漸匱乏。

(2) 原料多樣性與時代早晚的關係

圖1展示了隨時間早晚而變化的造紙原料種類及不同種類原料的大致比例。如果將「有」或「無」作為判斷標準，可以看出宋以前的原料種類明顯少於宋以後。這種原料種類的多少在一定程度可以反映當時造紙工匠所面對的原料多樣程度，亦體現他們在選擇上的靈活性。不過，僅僅依靠「有」或「無」 容易做出武斷的判斷，因為必須考慮樣本庫不完備這一事實。基尼-辛普森指數較好地彌補了上述缺點。它同時將原料的種類和不同種類原料的比例考慮在內，通過一個介於0和1之間的數值，反映不同時期內原料的多樣性和不同原料之間的均衡問題。五個時期內的基尼-辛普森指數及其在80%、95%和99%置信度下的最小值和最大值如表2所示。

表2不同時期的基尼-辛普森指數及其在不同置信度下的誤差範圍

圖2是根據表2製作的子彈圖，子彈圖中間的橫線代表該時期基尼-辛普森指數的計算值，由粗到細的三條豎線為80%、95%和99%的置信區間。圖2中，一個大概的趨勢是基尼-辛普森指數（以下簡稱「指數」）隨著時間從早到晚而不斷增大，兩漢與明清的指數在數值上相差超過一倍。兩漢時期的指數最低（0.29），到魏晉南北朝時期增加至0.36。隋唐時期的指數僅有稍微增長（0.37）。

從數值看，兩漢到隋唐，指數始終較小（低於0.4），且增加幅度不大，表明這三個時期內造紙原料的多樣性較低（即纖維原料種類較少），且原料種類的比例不均勻（主要地使用某一種或某一類纖維）。此外，這三個時期的指數雖然整體呈遞增趨勢，但有99%的可能性它們在指數上並不存在顯著性差異（即不存在統計學意義上的差異）；換言之，這三個時期內的原料多樣性和對原料的使用程度沒有本質區別。

指數的驟然升高首次出現在宋金元時期（達到0.57），至明清時期達到0.66，說明這兩個時期內原料的種類和多樣性顯著增加，並且不同種類原料的使用比例也更加均衡；換句話說，造紙工匠不再依賴某一類或某一種纖維，不僅擴大了原料的來源，同時不同原料的使用比例也有明顯的增加。

根據子彈圖，我們99%確信，宋金元時期的指數顯著高於之前的三個時期（兩漢；魏晉南北朝；隋唐），而明清時期的指數同樣在99%的置信度下高於宋金元及其之前時期。這說明宋金元是造紙原料多樣性陡增的時期，而明清時期的增加幅度更是高於宋金元時期。

圖2不同時期的基尼-辛普森指數

(3) 不同類別纖維原料的出現概率

了解了不同時期內造紙原料的使用情況，尤其基尼-辛普森指數指示出原料種類的變化趨勢，可以得出兩條基本結論：（1）中國古代造紙原料的確有歷時性變化，且這種變化有一定的規律性；（2）同樣（此處指同一類，下同）的造紙原料在不同時期內的使用頻率（或使用程度）有差異。這兩個發現隨之引出新的思考：倘若以出現頻率計量，造紙原料的這種歷時性變化是否存在統計意義上的差別？如果某一時期內不同原料之間的出現頻率有明顯的統計學差別，則這種差別將有助於研究者在一定的置信度上推測該時期古紙可能的原料種類；假如同樣的原料在不同時期內出現的頻率存在統計意義上的差別，那麼，當研究者通過纖維鑒別確定古紙的原料種類後，可以參考該原料在不同時期內的出現頻率，至少從統計學的角度為古紙年代的推斷提供線索。

圖3比較了兩漢到明清麻類、樹皮類、竹類和混合類纖維紙在同時期所有紙樣中的佔有比例（或出現頻率），主要的發現可以總結如下：

（1）兩漢、魏晉南北朝以及隋唐時期，麻類纖維的出現概率很高，在同時期紙樣總數中接近或超過80%。在80%的置信度上，麻類纖維紙在兩漢的出現頻率要明顯高於魏晉南北朝與隋唐時期，而後兩者之間不存在顯著區別。宋金元和明清時期，麻類纖維紙出現的平均概率只有4~8%左右；

（2）樹皮類纖維紙在宋金元時期的紙張中出現概率最高（62%），可以99%肯定，其出現在宋金元時期的概率遠遠高於其它時期。其次是隋唐時期（21%），魏晉南北朝和明清時期大概在15%左右，兩漢時期最低（0%）；

（3）在99%的置信度上，可以確定明清時期竹類纖維紙的出現概率最高（43%），宋金元時期次之（15%），兩者均遠遠高於其它時期。兩漢、魏晉南北朝和隋唐時期的出現概率均低於2%；

（4）混合類纖維紙的情況與竹紙類似，可以99%確定，明清時期出現概率最高（36%），宋金元時期次之（14%），兩漢、魏晉南北朝和隋唐時期的出現概率低於4%。

圖4比較了麻類、樹皮類、竹類或混合類纖維紙在所有時期同類紙張中的佔有比例，能夠從長時間段的使用證據體現某一類纖維紙在不同時期內的出現頻率。基本結論與圖3中得出的一致：

（1）從紙樣的整體分布情況看，麻類纖維紙最常出現在兩漢到隋唐期間，隋唐時期最高（概率42%），可以80%確信其概率高於魏晉南北朝時期的37%。兩漢時期的出現概率為11%，而宋金元和明清時期使用麻類纖維紙的可能性則降到了最低（4~6%）。

（2）樹皮類纖維方面，宋金元時期具有最高的出現概率（56%）。明清時期降到了19%，與隋唐時期的出現概率（16%）相比，沒有明顯區別，但都明顯高於西漢和魏晉南北朝時期。

（3）明清時期出現竹紙的概率最高，接近80%，其次是宋金元時期（19%），西漢、魏晉南北朝和隋唐時期出現竹紙的可能性接近0。

（4） 混合類纖維紙與竹紙的情況十分相似，同樣是明清時期最為常見（73%），其次為宋金元時期（20%），西漢、魏晉南北朝和隋唐出現混合類纖維紙的可能性僅有1~4%。

在古紙樣本的大致年代已知的前提下，圖3的分析結果有助於在一定的置信度上預測紙樣可能的纖維種類（例如：兩漢到隋唐時期使用麻類纖維紙的概率超過80%；宋金元時期使用樹皮類纖維紙的概率超過60%；明清時期使用竹紙的概率超過40%；等）。如果是年代未知的古紙樣本，其纖維種類經分析明確後，可以根據圖4的分析結果推測可能的年代（例如：麻類纖維出現在隋唐時期的可能性最高，其次是魏晉南北朝和兩漢；樹皮類纖維出現在宋金元時期的可能性超過50%，其次是明清或隋唐；竹紙出現在明清時期的可能性接近80%，其次是宋金元時期；等）。

必須指出，圖4中的概率估算依賴於現有樣本數量和樣本中不同時期植物纖維紙的比例。現有紙樣資料庫中早期（如西漢和魏晉南北朝時期）紙樣的數量相對較少，隋唐、宋金元和明清時期的紙樣出現概率很可能在計算中被相應提高。要確認圖4中結論的正確性和可重複性，不斷補充樣本（尤其是早期樣本）是最好的檢驗途徑。

結論與展望

根據已經發表的古紙纖維鑒別結果，重建了兩漢到明清造紙原料的歷時性變化過程。錢存訓先生的「自漢以降，造紙原料隨時間不斷變化「這一核心論點，在本文中得到了數據上的支持。不過，與錢文的史料研究相比，基於發表數據的探索性分析揭示出更多的細節，例如：從兩漢到隋唐，以大麻為主體的麻類纖維始終是最主要和最重要的造紙原料，而在此期間，原料的種類較為單一，多樣性較低；造紙原料多樣性的首次明顯提高出現在宋金元時期，並在明清時期得到延續以及加強；不同原料在同一時期內的貢獻比例不盡相同；同一類原料在不同時期中出現的頻率有所差別；等。這些信息不僅描繪出更加精細的原料使用演變過程，更從定量分析的角度為預測不同時期內紙張的原料種類或者通過辨識紙張原料預測古紙年代提供了依據。

本論文中的分析均以古紙樣本數據為基礎，也有一些需要完善的地方：（1）資料庫需要不斷更新和擴充。現有樣本數量（493）基本滿足探索性統計分析的要求，且分析也取得有意義的結論，但這些結論的準確性和可靠性仍然需要在更多的樣本量中進行驗證。事實上，國內各地開展的古紙分析工作遠遠不限於已經發表的數量，纖維鑒別的樣本量有充分的可擴展的空間；（2）在擴充樣本量的同時，需要留意對不同類別中不同種纖維紙張的收集，例如對麻類纖維中大麻、苧麻、亞麻等纖維紙的收集，或者是對混合類植物纖維紙中以麻纖維為主、以樹皮類纖維為主等的紙樣的收集，每一小類的紙樣如果增加到一定數量（30~50），就有希望通過統計分析的方式，尋找其使用頻率與時間的關係，最終從更多的細節上幫助理解古代造紙原料的歷時性變化；（3）當資料庫樣本積累到一定數量，並反映出相當穩定的造紙原料歷時性變化，可以利用盲測的方式（使用年代未知但原料清楚的古代紙樣，或者已知年代但原料未知的古代紙樣），檢驗資料庫所揭示的原料歷時性變化規律，驗證和修正相關結論。

圖3不同時期內不同原料出現概率的對比

圖4 某一類原料在不同時期內出現概率的對比

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！