空气中水蒸气及微生物对塑像/壁画地仗侵蚀病害的试验研究

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塑像/壁画作为中国古代艺术殿堂中的瑰宝,具有极高的历史、文化、科学价值。但因长期的自然因素和人为因素影响,酥碱、疱疹、起甲、变色、霉变、菌害等病害普遍存在于塑像/壁画中,严重威胁文物的保存,是文物保护的一大难题。为了科学有效的维护塑像/壁画,本研究以塑像/壁画的地仗为研究对象,开展空气中水蒸气对地仗的吸-放湿特性研究及降尘中微生物对地仗的腐蚀模拟研究,深入探讨地仗病害的产生机理及影响机制,以期为塑像/壁画的保存、修复和日常维护提供参考。(1)空气中水蒸气对地仗的吸-放湿特性研究表明:1)地仗吸-放湿动力学试验研究表明:温度为15℃时,地仗中粗泥试块、细泥试块单位面积的吸湿率与时间之间呈双指数增长关系。放湿时,放湿量小于吸湿量,泥层颗粒间会截留部分水分,条件适宜时可进行水盐迁移,易导致地仗发生水盐病害。2)地仗等温吸湿试验研究表明:15℃时,粗泥试块、细泥试块、细+粗泥试块、白灰+细+粗泥试块的等温吸湿曲线属于Ⅱ型等温吸附线,可知地仗作为多孔介质,可进行单层或多层的等温吸附。3)地仗吸湿影响因素研究表明:(1)保存环境的相对湿度越大,充斥在空间中的水分子越多,地仗越容易吸湿。实验结果表明,温度为15℃时,地仗试块的临界相对湿度约为80%,说明相对湿度低于80%的环境相对适宜塑像/壁画的保存;(2)RH=75%时,温度为5、15℃时,地仗吸湿能力较强,温度为25、35℃时,地仗吸湿能力减弱,说明环境温度越高,地仗的吸湿能力越弱;(3)地仗的细泥层因结构紧实、孔隙率较小,其吸湿能力较粗泥层弱;白灰层主要成分为碳酸钙,难溶于水,起隔湿作用,以上原因导致四类试块的吸湿能力为粗泥试块>细+粗泥试块>白灰+细+粗泥试块>细泥试块,由此表明,塑像/壁画地仗层容易吸湿,易引发水盐病害,不利于塑像/壁画的保存;(4)由于吸湿作用,地仗会发生水盐迁移,易溶盐Na Cl、Na2SO4等迁移最快,中溶盐Ca SO4等次之,难溶盐Ca CO3等几乎不发生迁移;试验地仗中,Cl-、SO42-、Na+迁移最活跃,易溶盐迁移以Na Cl、Na2SO4为主,其造成的疱疹、酥碱现象破坏效果显著;地仗含盐量越高,吸湿能力越强,表明有盐害现象的地仗比无盐害现象更易吸湿,会使盐害现象加剧,造成不可逆的破坏;因不同材质间的兼容问题,可溶盐迁移可在地仗层与颜料层间、粗泥层与细泥层间聚积,易导致不同材质接触面处剥离断层。(2)降尘中微生物特性及腐蚀机理研究表明:1)降尘中微生物特性研究表明:降尘中分离的微生物浓度以细菌为主,真菌次之,放线菌较少,嗜盐古菌最少。细菌主要分离出五种,其中以芽孢杆菌、节杆菌和金杆菌为主,微球菌、棒杆菌少量;真菌主要分离四种,以青霉、黄曲霉、毛霉为主,木霉少量;放线菌主要分离出丙酸杆菌属和链霉菌属两类;嗜盐古菌主要分离出嗜盐富饶菌属和嗜盐球菌属两类。这些微生物大多可代谢分泌酶,亦可分解有机物产酸,易造成地仗腐蚀。2)微生物腐蚀机理研究表明:(1)降尘中微生物在潮湿环境中生长良好。在RH为68~97%环境湿度范围内,随着湿度增加,降尘中微生物活性和呼吸作用增强,在RH=97%时,微生物生长代谢最为旺盛。说明环境湿度越大,地仗表面微生物越易滋生;(2)温度在5~35℃间,环境温度越高,细胞内的生化反应加快,使得降尘中微生物的代谢旺盛,酶活性和呼吸作用越强,在35℃时,微生物生长最为旺盛。说明环境温度越高,越容易导致微生物滋生,从而引发地仗微生物病害的产生;(3)降尘中细菌、真菌、放线菌在地仗含盐量2%、3%时生长受到抑制,而在含盐量1%时生长良好,说明从降尘中分离的细菌、真菌、放线菌可耐盐,适当的盐量可刺激其生长代谢。但嗜盐古菌可随着地仗盐量增加良好生长,因为嗜盐古菌可在高盐环境中存活。由此表明,地仗盐害可形成高盐环境,逐渐导致耐盐菌的富集,腐蚀影响文物;(4)颜料层中,铅丹(Pb3O4)、土红(Fe2O3)、朱砂(Hg S)、石青(Cu3(CO32(OH)2)等颜料中存在重金属,会影响地仗表面微生物的生长。地仗表面Hg2+、Pb2+、Cu2+、Fe3+浓度均为1mg/L时,其对降尘中微生物的毒害作用大小为Hg2+>Pb2+>Cu2+>Fe3+。结果表明,朱砂对微生物的毒害作用最强,铅丹、石青次之,土红则影响不大,说明颜料层具有一定的抗菌作用;(5)地仗中粗泥层因加筋纤维比例大,有机物含量较细泥层高,更易被微生物腐蚀。白灰的主要成分碳酸钙可与微生物分泌的碳酸或有机酸反应生成可溶性的碳酸氢钙,造成白灰层褪色,结构破坏,使其抗酥碱风化作用减弱;(6)降尘中细菌、真菌、放线菌、嗜盐古菌四类微生物共同在含盐量0.1%的白灰+细+粗泥试块表面生长时,随着时间增长,微生物慢慢开始繁殖。细菌因数量多、生长周期短、代谢类型多样,最先增殖占据优势,真菌、放线菌随之增长,可产生青霉素、链霉素等抑制细菌生长,产生拮抗作用,而嗜盐古菌因数量少,生长缓慢,稍处劣势。各类微生物相互制约,维持地仗表面整个微生物群落的稳定,可减缓地仗的微生物腐蚀程度。本研究的主要结论表明,空气中的水蒸气所引起的环境干湿变化可造成地仗内盐分反复溶解-结晶,出现盐害现象,破坏地仗的稳定;空气中的微生物可接触地仗,在适宜条件下繁殖代谢从而腐蚀污染地仗;两者产生的破坏和污染结果相当严重,对于塑像/壁画的长久保存是不容忽视的因素,所以在塑像/壁画日常维护中需对文物保存环境的温湿度、通风条件、空气污染状况等多加关注。综合研究结果,建议塑像/壁画类文物保存环境应适时通风,温度维持在15~25℃范围内,相对湿度RH维持在60%或以下;治理菌害时,慎用抑菌剂,以防打破微生物群落的整体平衡和保存环境中生态系统的相对稳定,从而减缓地仗的微生物腐蚀影响。
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