木質(zhì)文物病害及預(yù)防

賈 政 常 錚 田興玲

（1. 中國文化遺產(chǎn)研究院，北京 100029；2. 北京聯(lián)合大學(xué)，北京 100101）

1 木質(zhì)文物保存狀況研究現(xiàn)狀

吳東波等對(duì)于國內(nèi)外的處理飽水木質(zhì)文物的冷凍干燥法的研究進(jìn)行了介紹，重點(diǎn)論述了以聚乙二醇（PEG）為保護(hù)劑的應(yīng)用并且對(duì)不同的發(fā)展趨勢進(jìn)行了闡述，認(rèn)為這是目前一種保護(hù)飽水竹木漆器的簡便快捷的方法[1,2]；陳庚齡等認(rèn)為由于糟朽木器本身的脆弱性，極易受到埋藏環(huán)境與館藏環(huán)境等的影響，導(dǎo)致受損與腐蝕[3]；曹盛葆認(rèn)為現(xiàn)階段脫水保護(hù)不夠完善，而流水保養(yǎng)法是保養(yǎng)與貯藏飽水木器的較好手段[4]；王曉琪主要介紹了兩種飽水木質(zhì)文物保存狀況的檢測方法，包括物理觀察和化學(xué)測試兩種[5]；魏象等通過測定對(duì)比古代木材與現(xiàn)代木材的吸濕及解吸特性，了解水汽對(duì)木質(zhì)文物的影響，為保存木質(zhì)文物的環(huán)境做參考[6]；胡曉偉等實(shí)踐后認(rèn)為溴甲烷常壓熏蒸方法是對(duì)大量木質(zhì)文物進(jìn)行殺蟲滅菌保護(hù)的高效，快捷的方法[7]；費(fèi)利華對(duì)古船的保存環(huán)境做了檢測調(diào)查，其中溫濕度，照明情況，空氣潔凈程度等影響較大，并且根據(jù)預(yù)防性保護(hù)的要求提出了建議[8]；李崢嶸，徐天昊等分析了慶王府內(nèi)木質(zhì)彩繪的館藏環(huán)境，認(rèn)為射燈造成的局部溫度高與空氣濕度影響較大，并結(jié)合文物保護(hù)規(guī)范提出了建議[9]。

1.1 病害類型

（1）生物病害

生物病害通常表現(xiàn)為糟朽，涂料脫層變色，斷裂，表面污染等[10]。最直觀的生物病害來自蟲蛀，經(jīng)過蟲蛀的木質(zhì)文物，通常在表面或者內(nèi)部留下蟲孔。情況嚴(yán)重的雖然表面損害并不明顯，但內(nèi)部已經(jīng)遍布蟲孔，甚至呈現(xiàn)海綿狀，致使木材及其松軟，機(jī)械強(qiáng)度大為下降，導(dǎo)致變得異常糟朽。木材害蟲一般為蛀木甲蟲, 體形較小, 有天牛，小蠹，粉蠹，長小蠹等科[10]。

但更多的危害來自細(xì)菌與真菌。水環(huán)境下的木質(zhì)文物經(jīng)常受到細(xì)菌的侵蝕，其中主要包括侵蝕細(xì)菌，鉆管細(xì)菌和空化細(xì)菌三大類型。侵蝕細(xì)菌會(huì)通過侵蝕細(xì)胞壁造成內(nèi)腔表面的溝槽；鉆管細(xì)菌會(huì)通過分解植物細(xì)胞壁致使木質(zhì)文物顏色變深及變軟；空化細(xì)菌則會(huì)空腔化細(xì)胞壁[11,12]。

木材作為木質(zhì)文物的主要材質(zhì)，其中含有三種天然高分子聚合物分別為纖維素，半纖維素和木質(zhì)素，這三種成分為霉菌的生長提供營養(yǎng)。霉菌的生長會(huì)致使菌落周圍發(fā)生酸化，加速高分子的水解。而霉菌本身的滋生會(huì)導(dǎo)致木質(zhì)文物表面發(fā)生霉變變色，文物信息丟失。還會(huì)侵蝕木材，直觀地導(dǎo)致木材纖維強(qiáng)度變低，甚至腐爛糟朽[10]。常見分解木質(zhì)材料的有木霉屬，青霉屬，曲霉屬等霉菌[10]；

（2）物理病害

失水干裂：木質(zhì)文物主要材質(zhì)為木材，本身具有吸濕性，會(huì)發(fā)生解濕和吸濕，此過程中木材會(huì)向外蒸發(fā)水分或者從空氣中吸收水分，從而導(dǎo)致整個(gè)木材的尺寸和體積發(fā)生變化，其中飽水木質(zhì)文物變化更明顯[13]。由于各個(gè)方向上脫吸水性能的不一致,加上木材內(nèi)部與外表水分分布不均勻，文物出土后如未及時(shí)采取科學(xué)的脫水保護(hù)處理, 隨著保存環(huán)境的改變，干燥時(shí)失水速度過快，引起木纖維結(jié)構(gòu)表面強(qiáng)度的破壞，造成器物表面產(chǎn)生裂隙[13]。

變形起翹：由于木材本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，會(huì)導(dǎo)致材質(zhì)內(nèi)部和表面水分分布不均。如果在干燥過程中保存環(huán)境發(fā)生變化，會(huì)導(dǎo)致木質(zhì)文物內(nèi)部和表面應(yīng)力分布不均，當(dāng)內(nèi)外應(yīng)力差距較大，則會(huì)導(dǎo)致木質(zhì)文物表面發(fā)生翹曲變形[13]。

殘損斷裂：受多種因素影響，木質(zhì)文物在埋葬環(huán)境中造成纖維結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞、強(qiáng)度降低、從而引起內(nèi)部斷裂[13]。由于木材的糟朽，外加之表面受力不均衡，最后使得木材局部強(qiáng)度喪失。

殘損斷裂：木質(zhì)文物在埋葬環(huán)境中受多種因素影響，造成纖維結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞、強(qiáng)度降低、從而引起內(nèi)部斷裂[13]。由于木材的糟朽，外加之表面受力不均衡，最后使得木材局部強(qiáng)度喪失；

（3）化學(xué)病害

化學(xué)病害主要表現(xiàn)為木質(zhì)文物外觀變黃，變脆甚至粉化，表面彩繪層剝落等[14]。環(huán)境中的水分，有害氣體，粉塵，污物等都會(huì)對(duì)木質(zhì)文物造成影響，產(chǎn)生化學(xué)病害。空氣中的水蒸氣和酸性氣體如二氧化硫，氯化氫，二氧化碳等，會(huì)使纖維素發(fā)生強(qiáng)烈的水解作用，致使纖維強(qiáng)度降低，甚至可以使木材粉末化，并且此過程不可逆[10]。而灰塵中通常含有金屬粉塵，微生物，以及具備酸堿性的化學(xué)微粒等。從而使表面顏色暗淡，形成污垢層及造成后期保護(hù)修復(fù)機(jī)械性的損害與化學(xué)腐蝕。

對(duì)有機(jī)質(zhì)文物質(zhì)地破壞、產(chǎn)生影響的還有光，因此光輻射也會(huì)對(duì)木質(zhì)文物產(chǎn)生影響，尤其是紫外光的破壞性更大。光輻射損害主要有三個(gè)方面：熱效應(yīng)，加速化學(xué)反應(yīng)和發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，最終導(dǎo)致文物發(fā)生老化變質(zhì)[11]。

1.2 病害產(chǎn)生原因分析

1.2.1 材質(zhì)本身因素

木材作為天然的生物材料，其本身的材質(zhì)與結(jié)構(gòu)就決定了它更容易受到各類損害。木材基本有木質(zhì)素纖維素，半纖維素等組成，并且為多孔結(jié)構(gòu)。由于纖維素分子吸水膨脹，失水收縮，因此使木材擁有了濕脹干縮的特性[13]。

木質(zhì)文物本身耐久性差，容易受到光熱等物理因素的影響，在埋藏環(huán)境中酸，堿，鹽，有害氣體等化學(xué)物質(zhì)也會(huì)對(duì)木材產(chǎn)生腐蝕作用，細(xì)菌，霉菌等微生物會(huì)對(duì)木材產(chǎn)生分解作用，蛀蟲也會(huì)造成物理上的直接破壞，這些因素會(huì)導(dǎo)致木材機(jī)械強(qiáng)度下降，內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化等，最終表現(xiàn)為表面的裂隙，糟朽，起翹，孔洞等病害。

同正常木材相比，飽水木材對(duì)于水分要更敏感，其含水率可高達(dá)300%以上，因此濕脹干縮的表現(xiàn)會(huì)明顯不同[15]。由于飽水木材自身結(jié)構(gòu)的特殊性，木材內(nèi)部與外表的水分分布不均，文物出土后，由于環(huán)境突然改變，干燥所導(dǎo)致的失水過快會(huì)導(dǎo)致木材內(nèi)部與表面應(yīng)力分布不均，致使木材表面單位面積的壓力較大，從而造成木材表面發(fā)生開裂現(xiàn)象[15]。

1.2.2 環(huán)境因素

（1）溫濕度

由于木質(zhì)文物本身的敏感性，會(huì)因溫濕度的不同產(chǎn)生變化，因此很受氣候環(huán)境影響，尤其是大型不可移動(dòng)文物。溫度過高或溫度過低會(huì)導(dǎo)致木材內(nèi)部水分化學(xué)反應(yīng)速率快慢，加速文物損壞，由于這種熱脹冷縮可能也會(huì)導(dǎo)致病害的產(chǎn)生，濕度過低會(huì)造成木材干縮，導(dǎo)致開裂起翹；濕度過高會(huì)導(dǎo)致木材吸水膨脹，發(fā)生變形，并導(dǎo)致木材表面微生物的生長[17]；

（2）鹽類

對(duì)于沉船類文物，鹽類也對(duì)其造成了不可忽視的影響，沉船中如含有大量鹽類則會(huì)造成船體的粉化脫落，海水中所含的鹽分對(duì)木質(zhì)文物起到一定的腐蝕作用，其中的金屬離子等也起到催化作用。可溶鹽的侵蝕作用主要表現(xiàn)為對(duì)木材成分的降解，出水后主要表現(xiàn)為對(duì)木材的結(jié)構(gòu)破壞[15]。開放的環(huán)境中可溶鹽依然會(huì)導(dǎo)致發(fā)生潮解和結(jié)晶，這個(gè)過程伴隨著吸熱與放熱，并且發(fā)生明顯的體積變化，進(jìn)而導(dǎo)致木材發(fā)生脹縮，引發(fā)木質(zhì)文物的粉化或崩裂等現(xiàn)象。除此可溶鹽的存在也會(huì)導(dǎo)致木材的酸化，不利于保存[15]；

（3）水下微生物

長期處于水下或海底的木質(zhì)文物，會(huì)持續(xù)的受到微生物的降解腐蝕，但由于長期處在高壓低溫低氧的環(huán)境中，腐蝕的過程是十分緩慢的[15]。微生物的影響一般分為兩類，一是木質(zhì)纖維受微生物侵蝕發(fā)生降解，二是微生物所產(chǎn)生的分泌物或色素與木材中的有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)導(dǎo)致變色[15]。

1.2.3 人為因素

（1）光輻射

光輻射主要指文物受到的光照度及紫外線等所造成的輻射，雖然國內(nèi)外都制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，館藏文物也會(huì)受到影響。木質(zhì)文物屬于對(duì)光敏感的文物，光輻射會(huì)使木材發(fā)生光降解，加速了木質(zhì)文物的開裂，糟朽等，并且這種破壞是長期累積的，剛開始不明顯但是時(shí)間越長損害越大[10]；

（2）空氣污染

我國的空氣質(zhì)量仍然存在問題，空氣中廣泛存在各種酸性氣體，氧化性氣體與顆粒物等，這些氣體會(huì)導(dǎo)致文物酸化，纖維強(qiáng)度下降，加速文物本身已經(jīng)存在的化學(xué)反應(yīng)[17]。

1.2.4 作用機(jī)理

（1）物理作用

物理變形主要指木質(zhì)文物在吸附或退吸某種液體時(shí)，導(dǎo)致木材細(xì)胞的濕脹或干縮，從而導(dǎo)致物理形變。水主要以自由水，吸附水和化學(xué)水三類存在于木材中。其中自由水的含量最多[14]。木材脫水過程中，首先蒸發(fā)的也是自由水；吸附水存在于細(xì)胞壁的纖維絲間，吸附水平均含量約為30%。在自由水完全蒸發(fā)之后，木材中的吸附水才會(huì)減少；化學(xué)水主要存在于木材的化學(xué)成分中，它與木材纖維素分子間形成化學(xué)鍵結(jié)合，因此結(jié)合比較牢固，在低溫的熱處理?xiàng)l件下也無法去除，所以此種水含量最少[14]。

健康木材的濕脹是由于細(xì)胞壁中的吸附水增加，膨脹開，使木材的細(xì)胞壁的尺寸增大，導(dǎo)致整個(gè)木材尺寸脹大。因此木材的濕脹只發(fā)生在吸附水增加的過程，在自由水增加的時(shí)候，并不發(fā)生。而其逆過程則是失水干縮過程。

飽水木材在干燥時(shí)，若自由水完全蒸發(fā)而吸附水尚在飽和狀態(tài)，此為纖維飽和點(diǎn)。對(duì)于健康木材，含水率在飽和點(diǎn)以上時(shí)，基本不會(huì)發(fā)生收縮；在飽和點(diǎn)以下時(shí)，則開始收縮。并且含水率越低，收縮越多。當(dāng)含水率降為0時(shí)，收縮程度達(dá)到最大。該過程具有可逆性[15]。

但糟朽木材則不同，在含水率高于飽和點(diǎn)，甚至在剛開始失去自由水的時(shí)，就開始發(fā)生收縮[14]。完全脫水后，則會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的收縮形變，收縮程度也較健康木材大很多。并且此過程不可逆，木材的糟朽程度越大，收縮率也越大[14]。

對(duì)于糟朽木材，由于其中的纖維素大量被降解，使細(xì)胞壁失去支撐。在失去自由水時(shí)，由于水的表面張力，與細(xì)胞壁接觸的部分會(huì)產(chǎn)生向液體內(nèi)部的作用力，作用力會(huì)通過分子間作用力從水分子表面?zhèn)鬟f給細(xì)胞壁，導(dǎo)致細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的坍塌[14]。因此糟朽木材在失去自由水的階段就開始收縮。由于這種結(jié)構(gòu)的坍塌是破壞性的，是不可逆的；

（2）化學(xué)作用

化學(xué)腐蝕主要指在一定的溫濕度條件下，受到光照，微生物侵蝕，化學(xué)污染物等因素的影響，導(dǎo)致木材中纖維素的降解，從而使得木質(zhì)結(jié)構(gòu)機(jī)械強(qiáng)度降低，造成木質(zhì)文物外觀酥脆，剝落等現(xiàn)象的發(fā)生[14]。

其中光輻射會(huì)導(dǎo)致纖維素發(fā)生化學(xué)鍵斷裂，斷裂的部分活性較高，會(huì)先形成氧化物，再分解成游離基[3]。這個(gè)過程會(huì)導(dǎo)致木質(zhì)文物發(fā)生氧化，導(dǎo)致文物發(fā)黃，酥脆，甚至?xí)?dǎo)致彩繪褪色。而且游離基性質(zhì)不穩(wěn)定，會(huì)不斷與纖維素分子發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生新的游離基。即使停止光照，這個(gè)反應(yīng)也會(huì)持續(xù)到木材完全腐蝕[3]。

微生物侵蝕是微生物分泌各種生物酶來分解木質(zhì)成分中的有機(jī)物導(dǎo)致的。一般情況下微生物分泌的纖維素酶能使纖維素發(fā)生水解，生成單糖葡萄糖[3]。葡萄糖再次發(fā)生氧化所產(chǎn)生的能量可供微生物生存繁衍，這個(gè)過程導(dǎo)致對(duì)文物進(jìn)一步的侵蝕[3]。

化學(xué)污染物的影響主要來自空氣中存在的酸性氣體，如SO2，甲醛等。這類酸性氣體與木質(zhì)文物表面的水分結(jié)合生成了具有腐蝕性的酸[14]。酸電離出氫離子，致使木材中的纖維素發(fā)生水解，導(dǎo)致木材表面受損。

1.3 預(yù)防病害的保存方法

（1）控制保存環(huán)境

木質(zhì)文物由于木材的敏感性，對(duì)于保存環(huán)境的溫濕度要求較高。為了防止木質(zhì)文物發(fā)生形變與滋生微生物等病害，木質(zhì)文物保存庫環(huán)境的溫度一般應(yīng)控制在15～20℃之間，相對(duì)濕度控制在45%～60%之間。并且要保持穩(wěn)定，溫濕度反復(fù)變化會(huì)使得木材熱脹冷縮，木材彈性下降，更容易產(chǎn)生病害[17]；

（2）防光

木質(zhì)文物屬于對(duì)光敏感類文物，需要進(jìn)行避光保存，即對(duì)存放地點(diǎn)應(yīng)對(duì)光照度進(jìn)行限制，或者至少采取過濾紫外線的措施。通常需要限制日光的射入，而濾光措施則采用在玻璃及燈管上涂刷紫外線吸收劑，并且安裝紅外智能感光系統(tǒng)和加強(qiáng)工作人員監(jiān)管力度來降低光照度[17]；

（3）潔凈空氣

灰塵會(huì)造成機(jī)械性損害，污染文物表面，而有害氣體則會(huì)腐蝕文物表面，加速文物老化。因此需要采取一定的過濾措施。保存環(huán)境盡量保持封閉，在通風(fēng)口處設(shè)置過濾裝置進(jìn)行濾塵，并且采用堿性物質(zhì)進(jìn)行過濾，通過中和反應(yīng)產(chǎn)生鹽類來將酸性物質(zhì)從空氣中分離，配合空氣凈化器可以大幅降低有害氣體及灰塵濃度[17]。除此要在保證保存環(huán)境干凈的情況下減少庫房與室外環(huán)境的自由流通；

（4）設(shè)置緩沖層

對(duì)于大型木質(zhì)文物，為了防止在放置時(shí)由于自重所導(dǎo)致的形變損壞，需要在底部設(shè)置緩沖層。細(xì)沙是較好的選擇，一方面起到了緩沖的作用，一方面細(xì)沙作為無機(jī)物也不易滋生微生物[16]；

（5）防腐

木質(zhì)文物作為有機(jī)物，微生物的危害是不可忽視的，因此防腐是重要的一環(huán)。真菌為木材中微生物的主要病害，而細(xì)菌主要起到促進(jìn)作用，多種微生物類群共同作用完成了對(duì)木質(zhì)有機(jī)物的侵蝕[15]。其中已受到損害而失活的木材是微生物的主要目標(biāo)，而健康的木材并不易受侵蝕。目前化學(xué)防腐劑直接接觸處理是常見的手段。主要包括油類防腐劑，油載防腐劑和水載防腐劑三類[15]其中噴淋，真空注射，熱冷槽，涂刷和吊瓶注射等為現(xiàn)階段的主要手段，使用時(shí)要根據(jù)木材種類，實(shí)際情況和保存環(huán)境選擇適合的方式[15]；

（6）防霉

木質(zhì)文物的防霉問題常常與防腐一同出現(xiàn)，有色孢子為霉變的主要原因，這種孢子常常生長在木材表面或接近表面的淺層，所以通過在浸漬液中添加防霉劑是主要的解決方法，其中四硼酸鈉，非水溶性無機(jī)鋅鹽制劑等是常使用的溶劑[15]。除了試劑的選擇，處理方式與環(huán)境也同樣重要。根據(jù)環(huán)境不同分為大氣處理方法和加壓處理法。而大氣處理方法一般考慮使用溶液滲透和蒸汽熏蒸。其中常見的木質(zhì)文物熏蒸劑[7]為環(huán)氧乙烷（（CH2）2O），溴甲烷（CH3Br），硫酰氟（SO2F2）；

（7）殺蟲

蟲害對(duì)于木質(zhì)文物是很大的危害，但需要在殺蟲的同時(shí)保證文物，人和環(huán)境三者的安全。N2，CO2殺蟲技術(shù)是較常見的手段，通過將密閉空間中的氧氣濃度降到很低的水平，并保持較長的一段時(shí)間，最終使害蟲窒息死亡[10]。

2 結(jié)語

國內(nèi)的木質(zhì)文物病害的研究處在逐漸發(fā)展并且上升的階段，基于我國的出水文物的種類數(shù)量大，種類多，為研究病害類型，分析作用機(jī)理，分析環(huán)境因素等提供了良好的基礎(chǔ)。但在病害機(jī)理的研究與高新技術(shù)的應(yīng)用方面還略有不足，要積極汲取國外經(jīng)驗(yàn)，引進(jìn)技術(shù)，以完善不足。綜上分析認(rèn)為：

（1）木質(zhì)文物的主要存在生物病害、物理病害和化學(xué)病害三大病害類型；

（2）木質(zhì)文物的主要病害產(chǎn)生的主要原因包括：木質(zhì)文物本身材質(zhì)的特殊性，溫濕度變化，環(huán)境中所含的鹽類腐蝕和微生物侵蝕，人為造成的光輻射及空氣污染；

（3）木質(zhì)文物的預(yù)防病害主要采控制保存環(huán)境，防光，清潔空氣，防霉防腐，設(shè)置緩沖層，殺蟲等方法。