敦煌莫高窟地區風沙移動與磨蝕的控制方法

風沙移動與磨蝕是對中國西北部文化資源造成破壞的重要自然因素之一。在這一地區，沙蝕和其他原因已對諸如新疆交河故城、甘肅西部的玉門關和靠近敦煌的唐代破城子等上百處歷史文化遺跡造成了破壞。莫高窟作為中國最著名的文化遺址之一，1961年被列為國家級重點文物保護單位，1987年被國際遺產文化委員會收入世界文化遺產名錄。莫高窟由700多個洞窟組成，在其南區的洞窟中，有精美的壁畫和彩塑；北區的大部分洞窟內沒有壁畫。著名的莫高窟自古以來同樣遭受著風沙磨蝕。

自1990年開始，美國蓋蒂文物保護研究所和中國國家文物局、敦煌研究院合作實施了一系列的沙移控制方法：第一，建立人造織物阻風網；第二，種植植物防風帶；第三，利用化學合成劑固沙；第四，設置過濾裝置。

我們之所以回顧這些方法實施的效果，是想通過對這些方法所產生的效果進行評估，使我們更好地修正方案，找到各種方法的最佳結合點，解決沙移和風蝕問題。這項技術已在我們不斷改進的過程中廣泛應用于中國和其他地區的沙漠地帶。

我們知道，敦煌位于多風地帶，常見的有南、西南和東南三種風向，通常發生在10~2月，發生頻率占全年刮風次數的48%，5米/秒的風速占風量的59.2%。之所以選擇5米/秒為參數，是因為在這一區域當風速達到這一參數時，沙子就會隨風而起；當風速加大，飛沙的數量和顆粒也隨之增大。在這種情況下，磨蝕力也相應加強。眾所周知，莫高窟區域的磨蝕狀況是十分嚴峻的。磨蝕力導致洞窟頂部逐漸變薄。目前我們可以看到許多洞窟的頂部存在“薄頂”現象，如460窟和90窟的頂部已出現了漏洞，水和沙由此貫流入窟，對壁畫和雕像造成了危害。當狂風四起，沙石、塵土就會順著巖壁斜坡貫流而下滲入洞窟，壁畫和雕像也會被沙塵籠罩，走道、院落處處被沙石覆蓋著。

清掃這些積沙塵土耗費大量的財力人力。如果積沙不能及時清理，無疑就會對壁畫和雕像造成損害。在1990年，也就是這個項目實施的初期，為了盡快減小磨蝕和沙移的影響，我們建造了高1.8米，長3 700米的阻風網，采用了正常使用條件下壽命可達15~20年的抗紫外線透氣型織物材料。阻風網建在石窟的上部。莫高窟所有的洞窟都開鑿在大泉河西岸，南北長約1公里。當南風刮起，南邊的阻風網就會阻隔飛沙走石，使其聚積于阻風網周圍。當季節更替，風向變換時，積沙便會隨風散去，這正是我們在此設置阻風網之初衷。

通過五年的觀察，我們發現阻風網的設立減少了62%的地面積沙。在此之前，石窟和院落內每年的移沙量約為3 000立方米。沙漠地區的風會卷起大量的沙石擁堵阻風網，所以我們需對阻風網進行清掃維護。當阻風網的兩面都被移沙相擁，沙石的流動便會減少，形成周圍積沙成堆的現象。同時我們還發現，阻風網轉角處不能封死，這是由于此處積沙成堆現象十分嚴重，且沙石隨風向而流動所致。理論上講，每扇阻風網應該能攔阻90°和180°的風向。這就是說阻風網與風向成90°時，產生最大的攔沙效果；180°時，大量的沙石會被吹散。然而，想要最大限度地保護遺跡及其周邊范圍，我們還力不能及。此外，我們在阻風網的下部與地面之間保留１０厘米寬的空間來及時防止阻風欄周圍的積沙。如果阻風網底部和地面留有空間，就不至于造成太多積沙。這是由于當風速在阻風網設有空間的地帶加速時，就會卷走防風帶周圍的沙石。最后，我們還發現阻風網周圍的積沙應在一年、兩年或者稍長一些時間進行周期性的清理。這是由于只要有積沙現象存在，沙堆內部沙粒就會保持一定的含水量，其侵蝕力就會更為加大，對固定阻風網的鐵線及鉚釘造成侵蝕。

第二個方法我們采用植物防風帶。盡管我們希望用于阻風的人造材料更持久耐用，一些人造材料的這一問題且已解決，但這種材質終歸受使用壽命的局限。這也正是我們種植適應當地氣候和含鹽土壤生長的植物作為防風帶之緣由。

這項實驗有兩個階段。第一個階段是評估莫高窟地區用水的可行性。來自于大泉河的水源含鹽量很高，我們最為擔心的是鹽分腐蝕會使灌溉系統爆裂；再有就是對種植的植物能否適應這種水質還不得而知，所以我們必須進行實驗。第二個階段是對防風帶的效果進行評估。由于我們擔心植物的生存會增加濕度，通過評估便可獲知是否對周圍環境帶來影響。種植之初，我們選用高３０厘米左右的樹苗，并設計兩個滴頭的滴灌設備，來控制樹苗在保證成活的條件下對水的最低需求量。防風帶的株距和行距都是２米，這樣可以加大阻風力度，更多的飛沙就會積聚于植物防風帶內。在１９９３年的時候，植物根部聚積著大量的石粒和少量的沙粒。到了１９９４年，防風帶區域內已不見石粒，代之的是覆蓋著一層顆粒均勻的沙粒，樹下的沙堆也在不斷地變大，已顯現出植物防風帶的作用與效果。

基于實驗我們看到，植物防風帶種植的好處在于提供了較為長久地解決莫高窟地區沙移控制問題的可能性。樹木的生長期一般是３０~40年，甚至更長，還可育林，生產樹苗，這樣就形成了可持續發展。實驗開始之時，滴灌系統在中國尚不具有使用條件，現在已具備條件。這套滴灌系統的一個好處是它可以由人工或計算機操控，另一個好處是安裝和維護都不需太高的人力和機械設備要求。

植物防風帶的種植也遇到許多問題，如我在前面所提到的對該地區濕度增大問題的擔心。令人欣慰的是在植物帶內及其外圍至今還未發現空氣濕度明顯升高的變化，說明這種方法現在對環境沒有造成影響。我們遇到的一個嚴重問題是樹木被一層白色粉狀的病害困擾，好在在使用了殺菌藥物之后病情得到了控制。再有就是有一種生長在沙漠地區會挖洞的地鼠在防風帶周圍挖了很多小洞，這些地鼠不僅嚼樹根，而且吃樹枝，更為嚴重的是它們咬壞了用于灌溉的管線。我們采用殺蟲劑、煙熏、設置捕蟲器等辦法，但至今未找到真正奏效的方法。

第三個方法是化學固沙。這種方法源于我們想通過使沙塵保持原位來達到控制沙移的目的。同時想通過加強沙層表面和巖壁的固結力來防止磨蝕。正像我在前面說過的，磨蝕是莫高窟面臨的最大問題之一。這也正是我們采取多種方法應對磨蝕現象的原因。我們對加強流沙和巖壁固結力采用了四種化學方法，均為液體固化方法，每種化學方法設立20組2×2米的實驗區。為了找到最經濟有效的化合試劑，我們在每個實驗區使用不同濃度、劑量的固化劑。實驗所用的三種化合劑由我們從美國帶來，另一種矽酸鹽鉀（PS）是當地產品。最初的實驗結果顯示，矽酸鹽鉀（PS）化合劑的效果較好。我們采用矽酸鹽鉀（PS）化合劑進入第二階段實驗，盡管實驗區的沙層表面顏色有輕微加深現象，但結果表明沙層的固結力和抗擦傷力都有明顯加強。我們遇到的另外一個問題是實驗區的表層凝結了一層白色的鹽分結晶體。這個問題并不十分棘手，因為結晶體隨雨水的沖刷就會消失，深色表層卻照舊。基于這樣的實驗結果，雖然深色表層會稍稍影響美觀，但化學固沙不失為一種既簡便又可持續的方法。從技術層面上講，這種方法可以用于莫高窟相關的沙患控制，這種方法我們并未在洞窟區域內應用，僅僅應用于洞窟之外的地表。如果打算在8 000平方米的范圍應用這種方法，我們尚需進一步研究，真正找到更為經濟的方法。

第四個方法我把它稱作最后的防護線，也就是防止風沙塵土進入洞窟。我們選定兩組洞窟，一組對公眾開放，一組不對公眾開放，共有四個洞窟。在安裝濾沙裝置之前，我們先把洞窟清掃干凈。我們在第一組洞窟的鋁質百葉門上加上了土工紡織材料，在門的楣、檻、邊部位及門框四周安裝了除塵刷和密封條。這樣做的目的是防風防沙的同時又能保證空氣流通。我們還想在洞窟入口處放置地墊，使參觀者鞋子上的沙塵盡可能地不帶入窟內。因為擔心地墊被偷，這個想法還未實踐就被擱淺。據我們掌握的有限資料表明，洞窟內的沙塵在門口安裝過濾裝置后能減少大約55%。這個數據來自我們在洞窟內放置了沙塵收集盤，不間斷地對收集盤中的沙塵沉積量進行測量的結果。通過這個辦法，我們也可得知開放洞窟與不開放洞窟沙塵量在重量上的差異。至于開放的洞窟，由于游人來來往往，百葉過濾門不斷地開啟閉合，沙塵量控制沒有太明顯的效果，過濾裝置也未真正發揮作用。

總之，控制沙移與磨蝕這一項目的實施我們采用了四種方法，包括織物阻風網、植物防風帶、化學固沙和設置洞口濾沙裝置。防風帶和化學固沙的方法使用范圍較廣，因為它們控制沙移的效果最為明顯。人造織物阻風網周圍的積沙如能及時清理，它的使用壽命在15~20年，也可長期發揮作用。建設植物防風帶是最為長久之計，正如我在前面講過的，只要這些樹木不同時死亡，它們就會不斷地育苗、發芽、成長，形成可持續發展。我們認為沒有簡單或單一的辦法可能解決莫高窟文化遺跡區域存在的沙移和磨蝕問題，兩種或者三種辦法的結合運用將會是最佳途徑。

注：本文譯者系中央民族大學民族學系2000級博士研究生，根據1997年林博明先生在日本“文化遺產保護與修復國際學術研討會”的發言翻譯。林博明先生在發言開始提到的合作者有美國蓋蒂保護研究所的阿根紐博士、中國蘭州沙漠研究所的凌玉泉教授和敦煌研究院的李最雄博士和李云和、汪萬福先生。