文物埋藏土壤微生物分布特征及其对木质文物的腐蚀机理研究

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在我国悠久的历史长河中,出现过大量具有高艺术和历史价值的木质艺术珍品,为研究古代历史文化、生活水平等提供资料,并且不可复制。木质文物作为一种生物材料,不可避免地会遭受微生物的侵害,降低其价值,甚至被彻底破坏。本论文以周原某战国古墓葬文物埋藏土壤和榆林卧虎湾墓地群中一棺木埋藏土壤及其内木质文物样品为研究对象,研究了土壤、木质文物样品各项理化性质及其中微生物的分布特征,并利用分离到的微生物进行其对木材试块的腐蚀机理研究,旨在为木质文物的保护及保存工作提供参考。主要得出以下结论:1.文物埋藏土壤理化性质:车马坑土壤p H在8.56~9.46,呈碱性,易使木质纤维组分发生水解腐蚀文物;棺木土样p H为7.01~7.29,基本为中性,不会过度引起木质文物破坏。车马坑及棺木土壤含水量均<5%,有机质含量<6%,属干旱贫瘠土壤,主要阴离子为SO42-、F-、Cl-、NO3-和PO4-,主要阳离子Na+、Ca2+、NH4+、K+、Mg2+,其中,SO42-和Na+、Ca2+含量最高,可形成盐结晶引起木器表面泛碱酥化并催化文物中的纤维素分解。车马坑土壤紧实为粉砂质土,在一定程度上阻隔水气;棺木土质为砂土,粘粒较少不易吸附微生物,对木质文物保护均有一定积极作用。2.文物埋藏土壤微生物分布特征:(1)车马坑各采样点细菌浓度范围为1.24×106~6.26×106个/g,分离到细菌8种,其中金杆菌和芽孢杆菌分布较多,金杆菌在各土样中分布均匀,而芽孢杆菌主要集中在墓葬内部采样点(TC-6~TC-9),可通过氧化作用分解木质文物中的纤维素和木质素;放线菌浓度为1.102×105~9.5×105个/g,分离到放线菌5种,其中纤维单胞菌分布较多;真菌数量为2.13×104~5.79×104个/g,分离到真菌11种,其中腐霉较多,主要分布于车马坑内部采样点(TC-6~TC-9),腐霉可通过经典游离酶模式降解木质文物;嗜盐古菌数量为1×103~6.6×103个/g,分离到嗜盐菌3种,其中嗜盐球菌分布较多,且集中于车轮土样(TC-7、TC-8),不会单独对木质文物造成损害。车马坑土样中细菌数量较多,通过吸附于文物表面以其为碳源降解木质文物。(2)棺木各采样点细菌浓度为1.16×106~8.8×106个/g,分离到细菌5种,其中分布最多的为芽孢杆菌和短杆菌,短杆菌对非结晶纤维素分解能力较强;放线菌浓度为1.7×105~4.56×105个/g,分离到放线菌4种,其中分布最多的为链霉菌,在各土样中都有分布,通过产碱性纤维素酶降解木质文物;真菌数量为4.06×104~8.13×104个/g,分离到真菌6种,其中分布最多的为拟青霉和腐霉,通过氧化作用降解木质文物中的木质素;嗜盐古菌数量为1×103~8×103个/g,分离到嗜盐菌2种,其中分布最多的为嗜盐球菌。棺木中微生物中真菌占比较多,通过分泌胞外酶和菌丝依附于文物表面对其进行分解破坏。3.木质文物理化性质及微生物分布特征:以棺木中木质文物为代表,该样品p H6.76,含水率为15.3%,密度为0.46g/cm3,p H、含水量与未经腐蚀的木材相当,密度约为未经腐蚀木材的3/4。水抽提物含量2.01%,表明样品中无机物和可溶糖含量大大减少。纤维素含量27.62%,半纤维素含量8.25%,木质素含量16.04%;木质组分含量约为未经腐蚀木材的1/2~1/3,木质组分减少对木质内部纤维的保护作用减弱,引起腐蚀逐渐加剧。木质文物中微生物分布特征:细菌浓度2.69×106个/g,分离到细菌4种,其中节杆菌最多,吸附在非结晶纤维素表面,使其膨胀而后分解。放线菌浓度2.21×105个/g,分离到放线菌2种,其中白色链霉菌较多,通过持续水解和氧化两条途径降解木质纤维。真菌浓度7.01×105个/g,分离到真菌6种,其中青霉和木霉较多,通过菌丝割裂木质文物并进行酶解。嗜盐古菌浓度7×103个/g,分离到嗜盐球菌2种,其中嗜盐球菌最多。4.通过细菌、放线菌、真菌和嗜盐古菌对木料试块的正交实验进行微生物腐蚀机理研究,结果表明,对试块腐蚀最严重的环境条件组合为:木质文物中真菌在温度为30℃、外加C/N为0.5/1、土壤含水量为15%下腐蚀100天。在此条件下,质量损失率为2.305%,半纤维素损失率3.406%,纤维素损失率2.033%,木质素损失率1.574%,说明30℃、15%含水量下微生物对木质文物的腐蚀较强,在实际文物保存中应保持环境干燥且温度低于30℃。
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