习近平总书记指出：“现在，我们运用生物学、分子生物学、化学、地学、物理学等前沿学科的最新技术分析我国古代遗存，使中华文明探源有了坚实的科技分析依据，拓展了我们对中国五千多年文明史的认知。”中国考古学自诞生之日起，就是结合自然与人文科学技术方法，研究古代文明社会演进过程的学科，历经一个世纪的发展，学科体系日臻完善。相关自然科学技术的高速进步，为深化考古学研究、拓展文明认知奠定了坚实基础。

　　自然科学助力学科发展

　　中国考古学通过调查发掘、检测分析古代人类活动的遗物和遗迹，结合相关文献资料，揭示出中华文明诞生、发展和演变的基本脉络。随着相关自然科学技术的进一步融入，中国考古学获取多重信息的能力稳步提升，相关研究领域不断向纵深拓展。

　　20世纪20年代，地质学中的类型学与地层学在考古研究中发挥了重要作用。至20世纪60年代，中国科学院考古研究所率先建立国内考古领域的第一个常规碳十四年代学实验室，开始考古样品的常规法碳十四年代测定，随后开展陶瓷器、金属器的成分分析，以及热释光测年、体质人类学与动物考古等领域的研究。

　　20世纪90年代以来，随着改革开放的深入，中国考古学领域与国外交流、合作日渐频繁，多种自然科技手段相继引入。考古研究机构先后建立了食性分析、动物考古、植物考古、遥感考古、水下考古、环境考古、冶金考古、陶瓷考古、纺织考古、木材分析、同位素分析、古DNA分析、计算机与地理信息系统应用、文物修复与保护等实验室，加速器质谱碳十四年代测定取代常规碳十四测年，提升了考古样本测年的精度。

　　众多自然科学手段的介入，夯实了中国现代考古学的坚实基础，学术界提出以“科技考古”一词来概括多种自然科学手段在考古学研究中的运用。考古学研究内容从早期点状个案的单项鉴定、分析、研究，逐步向人群和文化的交流与融合、生业模式、人地关系、工艺技术等综合集成研究的模式转变，各研究方向的互动、协作关系越来越密切，体现出多学科深度融合的新型交叉学科特征。

　　考古成果中的科技力量

　　21世纪以来，中国考古学相关领域发展迅速，解决了一系列重大考古研究问题，不断推动中国特色考古学学科体系、学术体系、话语体系建设。

　　第一，揭示中华文明起源、形成与早期发展的环境背景。环境考古通过考察遗址的地层、地貌、沉积物等特征，结合微量元素、同位素及测年分析，研究自然环境对聚落形态、生业经济、人类迁移及文化形成和发展的影响，揭示聚落遗址的发展演变历程，探讨古代人地关系模式。如中华文明探源工程通过卫星遥感影像解译分析，发现良渚古城外围存在复杂的史前水利工程，再根据考古发掘、采样，测定出土标本的年代属于良渚早期，揭开了全世界最早、规模最大的史前水利工程的神秘面纱。

　　第二，描绘中国境内人类起源、迁徙图景，实证我国百万年的人类史。体质人类学是从生物学、遗传学角度研究古代人类体质特征、类型及其起源、演变规律，以往的研究主要通过出土人体骨骼、牙齿形态观察和测量数据，鉴定标本体质特征、迁徙行为、亲缘关系和种族类型。近年来，依托新研究方法如古病理分析、古DNA研究、锶同位素分析等，古代人群生活状况、饮食结构、人群迁徙、人地关系等课题取得突破性进展。如宁夏彭阳中庄墓地出土的人体骨骼标本DNA分析，揭示了当时人群与北方游牧人群具有较近的遗传关系。

　　古DNA研究能够测试和分析线粒体DNA乃至细胞核基因组的全基因序列，在研究古代人群亲缘关系等方面作出重要贡献。同位素分析通过检测人和动物骨骼标本中相关同位素（碳、氮、锶等）的比值，重建其食物结构或迁徙情况。碳、氮同位素比值分析能够确定人或动物的食物结构，是以水稻、小麦类作物为主，还是以粟、黍类作物为主，研究古人的食物结构或家畜的饲养方式等，进而探讨同一族群内部肉食资源使用差异及其反映的社会等级分化等问题。锶同位素分析探讨人和动物牙釉质与骨骼标本中锶同位素的比值，前者反映个体幼年时期生活地域情况，后者反映个体死亡前一段时间生活地域情况，如二者相同，说明个体可能未发生迁徙，反之则表示个体存在迁徙行为。如陶寺遗址出土的部分人体骨骼标本锶同位素分析表明，陶寺中晚期先民中存在很高比例的外来移民。

　　第三，揭示中国境内农业起源、传播路径，丰富我国一万年的文化史内涵。在古DNA分析、食性分析、同位素分析、加速器质谱测年等数据支持下，中国古代生业模式研究不断取得新进展。动物考古厘清了中国传统六畜的起源与传播，相关研究发现，猪和狗是由中国古代先民驯化而成，马、牛、羊可能是从西亚、中亚、南亚等地传入。植物考古揭示重要农作物的起源、传播以及中国旱作农业与稻作农业起源等问题。同时，古DNA分析也用于出土动物、植物标本种属关系研究，核DNA、线粒体DNA分析在家畜的起源和传播等方面也有应用，并取得了阶段性成果，为中华文明起源等研究提供了翔实的材料。

　　第四，拓展中国五千多年的文明史认知。借助扫描电子显微镜、电子探针、X光透射成像、CT成像等现代高端设备，冶金考古研究进展显著。检测设备能够快速获取金属文物的成分、结构、金相、病害、残存状况等信息，揭示文物铸造方式和工艺特点，为文物研究、保护、修复等提供支持。残留物分析能够检测容器内可能存放的酒类、肉类、种子、果实等相关信息，重现古代社会风俗和礼仪的细节。铅同位素分析用于追踪青铜器等所含铅料来源、传播路径等的研究，有望揭示二里头、殷墟、三星堆青铜器的矿料来源。二里头四期青铜器中铅同位素的改变，说明铜矿产地发生转移，可能与某个社会事件或政治事件有关。

　　在考古现场空间信息获取方面，三维激光扫描、多视角三维重建、无人机低空拍摄、无人机载激光雷达扫描、高分卫星遥感等三维模型数据采集技术，能够快速获取出土文物、发掘现场、考古遗址、佛教石窟乃至数百平方千米区域内的高分辨率三维空间信息，为考古学研究、文化遗产保护、数据存档与虚拟现实展示等提供数据支撑。例如，研究者运用卫星遥感、无人机拍摄、三维重建等技术，揭示出江汉平原重要史前聚落遗址的治水模式。

　　此外，古代陶瓷器、玉石器、木材、淀粉粒、微生物等方面的研究也进展顺利，众多科技考古领域的数据库与标本库建设稳步推进，高水平的研究成果不断涌现。

　　加强联合攻关谋求新突破

　　将自然科学手段引入考古学研究，并非简单地拿来运用，而是二者的深度融合与创新发展。人文科学是考古学的本质属性，考古学的所有研究对象都具有鲜明的时间维度特征，必须在特定的时间节点与历史环境中认知和理解，才能揭示人类社会发展与演变规律。考古研究不能片面强调“发现”，必须以研究重大历史问题为出发点和归宿，在获取、分析大量数据的基础上，从史学角度进行合理的阐释和解读。

　　其一，多学科融合应破解“两层皮”现象。“两层皮”现象出现的原因，往往是对较为单一的检测结果进行过度解读，把可能情况视为必然结论。诸如残留物分析方面，容器中检测出酒石酸，并不能简单判定当时酿酒工艺已经成熟，应考虑到容器存放的水果、食物等埋藏地下，也有转化成酒石酸的可能性。金属文物测试中，使用检测设备的灵敏程度、不同点位，都有可能影响测试结果，甚至不同测试者使用相同设备，也可能出现不同结果。所以，多学科融合应用于考古学研究的技术和方法还有很大提升空间，解读数据时必须进行严谨推理和缜密论证。

　　其二，多学科融合仍需强调多重证据。考古发掘中往往有早、晚期地层遗物扰动的情况出现，通过多学科融合及科技考古手段可以有效排除这种干扰。加速器质谱碳十四测年精度高、速度快、样本量小，能够精确测定一颗碳化稻粒、麦粒或小型啮齿类动物骨骼、鱼类骨骼等古代样本的年代，有效避免了后期地层扰动对出土样品年代判断的影响。如河南淅川沟湾等多处遗址的史前文化层中发现有碳化麦粒，经加速器质谱测年后确定为晚期混入样本，剔除了麦类农作物起源与传播研究中的干扰因素。

　　其三，建设古代人类和动植物种群的标准比对基因图谱库迫在眉睫。现生标本的DNA检测和分析的技术、手段非常成熟，能够快速获取线粒体DNA、核DNA等完整的基因组图谱。但是埋藏于地下数千年的考古出土标本，由于有机物降解、污染导致的基因链断裂、损毁、缺失等问题，加之缺少当时的标准比对基因组图谱，相关古DNA图谱的研究和诠释仍面临很多急需解决的问题。

　　其四，提升多重数据的分析与展示能力，推动中华文明探源工程成果的宣传和转化。随着考古现场高精度三维重建技术的深度运用，虚拟现实与增强现实的展示方式急需加强。应进一步探索并引入人工智能、机器学习、专家系统、数据挖掘、模式识别等最新信息技术，提升各种数据的集成、处理、分析和解译能力，全面获取文物及各类遗址等重要文化遗产的空间信息、成分信息和属性信息，以灵活多样的方式共享与展示，探索并传承源远流长、博大精深的中华文明。

　　随着多种自然科学手段的不断引入，获取考古样本的各种信息将会越来越丰富，为全面揭示中华文明发展及演进模式提供支撑。

　　（作者系中国社会科学院考古研究所研究员）