地衣型真菌對(duì)石材的侵蝕及防護(hù)措施*

徐亞男，魏鑫麗，賈澤峰

(1聊城大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東 聊城 252059；2中國(guó)科學(xué)院微生物研究所真菌學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101)

1 地衣對(duì)石材的侵蝕現(xiàn)象

地衣是真菌與藻類或藍(lán)細(xì)菌共生的復(fù)合體，又稱地衣型真菌。地衣體的多種形態(tài)是由不同真菌的菌絲體組織內(nèi)包含相應(yīng)的藻類或藍(lán)細(xì)菌而形成[1-2]。其生長(zhǎng)型可分為殼狀、葉狀和枝狀三種基本形態(tài)，古建筑石材上的地衣大多為殼狀類型，少有葉狀和枝狀類型。地衣型真菌以其基部菌絲直接附著石材表面或伸入石材內(nèi)部，尤其多見于大理石或石灰石[3]。地衣中含有的多種色素，決定了地衣體上皮層的顏色，如黃色、灰色、黑色等，這嚴(yán)重影響了文物原本的容貌，如圖1所示。同時(shí)由于地衣所分泌的有機(jī)酸，加劇了對(duì)石材的侵蝕作用。地衣對(duì)石材的侵蝕可分為物理侵蝕和化學(xué)侵蝕。

A北京市密云區(qū)桃花仙谷風(fēng)景區(qū)的慈母洞(拍攝圖片來自北京利達(dá)集團(tuán)王輝)；B安徽齊云山摩崖石刻(拍攝圖片來自中國(guó)科學(xué)院微生物研究所魏鑫麗)；C貴州習(xí)水袁錦道祠(拍攝圖片來自聊城大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院賈澤峰)；D廣西靖江王陵(拍攝圖片來自中國(guó)科學(xué)院微生物研究所魏鑫麗)。

1.1 物理侵蝕

陳舒泛[4]曾經(jīng)報(bào)道過地衣對(duì)南京石質(zhì)文物的侵害。南京是中國(guó)古代的都城，分布著許多古建筑物。該研究以南朝和明朝的帝王陵作為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)一些石質(zhì)文物上生長(zhǎng)著地衣，其種類分別是：膠衣(Collemasp.)、瓶口衣(Verrucariasp.)、石果衣(Endocarponpusillum)、裂果雙緣衣(Diploschistesactinostomus)、橙衣(Caloplacasp.)等，與沒有生長(zhǎng)地衣的石質(zhì)文物相比較發(fā)現(xiàn)：地衣對(duì)石質(zhì)文物的侵害占很大的比重。地衣可引起石質(zhì)文物的表皮剝落、空鼓、裂隙以及由于地衣中的化學(xué)物質(zhì)，使得文物上留有一些有色沉積等現(xiàn)象[5]；地衣在石質(zhì)文物上的占地面積與文物受侵害的程度成正比[6]。

有科學(xué)家對(duì)陜西的乾陵無字碑上的地衣進(jìn)行采樣與標(biāo)本鑒定[7-8]，發(fā)現(xiàn)無字碑上生長(zhǎng)的地衣種類為：短絨皮果衣(Dermatocarponvellereum)、瓦衣(Coccocarpiacronia)、氈衣(Ephebelanata)、網(wǎng)衣(Lecideaalbocoerulescens)和小枝茶漬(Lecanoratransbaicalica)等，它們不僅覆蓋了無字碑上雕刻的紋路，還在無字碑上留下了坑洼的痕跡，有時(shí)在坑洼的底部還可發(fā)現(xiàn)較大的孢子。

1.1.1 菌絲的膨大收縮

環(huán)境中的溫度、濕度等一些外部因素，使得地衣的菌絲發(fā)生膨大收縮的過程[9]。當(dāng)空氣濕度較大時(shí)，菌絲會(huì)直接吸收水分，體積膨大；當(dāng)濕度小時(shí)，菌絲收縮，菌絲的體積隨著濕度的大小而發(fā)生變化，菌絲的這種膨大收縮的過程，促使石材容易發(fā)生破碎現(xiàn)象[4，10]。

1.1.2 菌絲對(duì)石材的穿透作用

地衣利用菌絲的生長(zhǎng)穿透石材氣孔，使得石材產(chǎn)生裂縫，導(dǎo)致礦物質(zhì)脫落[5]，在水與冰的結(jié)合下，地衣對(duì)石材產(chǎn)生機(jī)械性的破壞。

1.1.3 鹽結(jié)晶作用

地衣本身分泌的有機(jī)酸與石材發(fā)生反應(yīng)，會(huì)形成鹽結(jié)晶，如草酸鹽的結(jié)晶體等，這種結(jié)晶體對(duì)石材產(chǎn)生機(jī)械性的壓力，對(duì)石材具有明顯的損壞作用[10，11]。

1.1.4 菌絲捕獲石材碎屑

地衣中的菌絲可纏繞石材發(fā)生剝落后的碎屑[12]，隨著碎屑一起掉落，但剝落的石材表面會(huì)生長(zhǎng)出新的表皮層，菌絲仍然會(huì)伴隨一起生長(zhǎng)，久而久之，這種重復(fù)性的循環(huán)對(duì)石材有所損害。

1.2 化學(xué)侵蝕

地衣對(duì)石材產(chǎn)生的化學(xué)侵蝕主要由于地衣體內(nèi)所含有的多種獨(dú)特的化學(xué)物質(zhì)所導(dǎo)致。地衣所產(chǎn)生的次生代謝物多以縮酚(羧)酸類化合物為主，它們是聚集在菌絲表面的不溶性的晶體。張秉兼等[13]通過對(duì)石灰石材質(zhì)的古舊建筑石面的研究，表明地衣中含有的有機(jī)酸可以溶解石灰石中的鈣成分，也可以與巖石礦物中的金屬離子相結(jié)合，改變巖石中的化學(xué)成分；地衣通過呼吸作用產(chǎn)生的CO2溶于水，形成酸性溶液，改變巖石周圍環(huán)境的pH值，pH值的降低會(huì)加速文物的風(fēng)化；地衣分泌的草酸與石材中的陽離子(如鈣離子)相結(jié)合，形成草酸鹽。

2 地衣型真菌在石材保護(hù)中的應(yīng)用

地衣對(duì)石材并非僅具侵蝕作用，有時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一定的保護(hù)作用。

2.1 地衣分泌有機(jī)酸形成礦化膜

地衣分泌草酸，使得一些巖石上雕刻的花紋即使經(jīng)歷千年仍然清晰可見[14]。在一些含鈣成分的巖石表面可見含有一層致密的礦化膜(成分分別是草酸鈣、碳酸鈣、硫酸鈣等)，膜層中含有微生物原植體以及菌絲，可有效阻擋有害物質(zhì)的侵入，從而達(dá)到保護(hù)碳酸巖石的效果。張秉兼等[6]針對(duì)杭州靈隱寺雙塔石灰?guī)r表面展開實(shí)驗(yàn)，結(jié)果分析得知礦化膜中水合草酸鈣的成分占55%以上。地衣分泌的草酸只有跟含鈣成分的巖石發(fā)生反應(yīng)，形成沉淀物——草酸鈣，當(dāng)然也不能排除巖石上的其他微生物也分泌草酸，與鈣離子形成草酸鈣。有資料顯示，地衣產(chǎn)生草酸形成的礦化膜在野外干燥環(huán)境下的巖石上具有均勻、薄并且致密的特點(diǎn)，一般呈月牙形[15]；潮濕的、微生物較多的環(huán)境中形成的礦化膜一般較厚、稀疏、不均勻[16]，較多的微生物物種處于同一種環(huán)境中，就會(huì)出現(xiàn)競(jìng)相生長(zhǎng)的現(xiàn)象，從而引起草酸礦化膜的不均勻，礦化膜形成的好壞直接關(guān)乎著文物受保護(hù)的程度。

2.2 地衣是測(cè)文物年限的工具之一

地衣一方面因本身含有獨(dú)特的化學(xué)物質(zhì)而特殊，另一方面因地衣的生長(zhǎng)速度極其緩慢而特殊，地衣的生長(zhǎng)速度在所有生物類群中極其少見，因此有科學(xué)家論證了地衣可以作為測(cè)年的輔助手段[17-19]。最初建筑學(xué)家在修建文物之后，初期裸露在大自然下的建筑物并不存在地衣，但隨著時(shí)間以及環(huán)境因素，使得文物上逐漸著生地衣。在同一種環(huán)境中，相同種類的地衣生長(zhǎng)的速度大致相同，我們可以通過測(cè)量地衣體的直徑大小與已知地衣生長(zhǎng)時(shí)間的地衣作比較，推測(cè)出石質(zhì)文物的年代，地衣體的大小與石質(zhì)文物的年代呈一定的相關(guān)關(guān)系[11]。

2.3 地衣吸附環(huán)境中的塵埃

地衣可以通過菌絲吸收環(huán)境中的物質(zhì)。大氣中的塵埃顆?？杀晃皆诘匾麦w內(nèi)，地衣體內(nèi)所含的空氣中的有害成分要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于周圍環(huán)境的許多倍，不同時(shí)間大自然中的空氣顆粒不同[20-22]，因此我們可以通過分析地衣體內(nèi)的塵埃顆粒，大致推測(cè)出文物所處的環(huán)境，尤其針對(duì)一些原本裸露在室外后期被科學(xué)家移動(dòng)到室內(nèi)的文物。

2.4 地衣反映文物的歷史

地衣附著在石材上，雖然影響了文物的美觀程度，但恰恰因?yàn)橛械匾碌拇嬖谀軌蚍从吵鑫奈锏臍v史悠久，突出中華文明的源遠(yuǎn)流長(zhǎng)。因此如果想要清除文物上的地衣，必須要遵循文物的保護(hù)要求——“修舊如舊”[23]，以保留文物一路走來風(fēng)雨滄桑的真實(shí)及歷史感。

3 古文物石材的防治措施

所謂防治就是既要達(dá)到防護(hù)又要達(dá)到治理的效果。消除石材上的地衣既要考慮所選方法是否可以有效消除地衣，又要考慮是否對(duì)石材有所損害。截至目前，石材上地衣消除主要分為兩種方法，一種利用物理方法，一種利用化學(xué)方法。

3.1 物理防治

物理方法包括：超聲透射波法、激光清除法、清洗法等。

超聲透射波是一種無損檢測(cè)方法，石質(zhì)文物的風(fēng)化現(xiàn)象指的是石材本身的退化，而超聲波的波速與石質(zhì)文物的風(fēng)化程度具有一定的相關(guān)性，該方法是利用超聲波對(duì)石質(zhì)文物風(fēng)化程度進(jìn)行檢測(cè)的物理基礎(chǔ)。科學(xué)家已經(jīng)對(duì)浙江義烏古月橋、北京故宮漢白玉欄板和西黃寺抱鼓石相關(guān)檢測(cè)進(jìn)行了論證，證明該方法在石質(zhì)文物風(fēng)化程度檢測(cè)中應(yīng)用的有效性[24]。

有科學(xué)家利用激光方法清除地衣，結(jié)果顯示激光清除法清除石生地衣具有針對(duì)性、高效性、安全性等特點(diǎn)[25]；高句麗石質(zhì)文物上附著很多微生物，王惠貞等[26]利用物理與化學(xué)方法相結(jié)合的形式——清洗法消除文物上的微生物，首先在地衣表面噴灑0.0035%的殺菌劑，地衣濕潤(rùn)之后，利用小刀輕輕刮下地衣，再用牙簽等一些尖銳并細(xì)小的工具剔除嵌在文物內(nèi)部的殘骸，最后利用丙酮和殺菌劑的混合液進(jìn)一步進(jìn)行清洗，防止殘留下來的孢子和菌絲會(huì)在文物上繼續(xù)生長(zhǎng)。

物理清洗法是利用毛刷刷洗石質(zhì)文物表面。毛刷最好采用軟毛材質(zhì)，避免毛刷過硬對(duì)石質(zhì)文物的表面產(chǎn)生劃痕。這種方法雖然可以對(duì)文物的損害程度降到最低，但是這種方法費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，具有一定的局限性，僅適用于附著在文物表面較稀疏、面積較小的地衣種類。

3.2 化學(xué)防治

清除地衣所采用的化學(xué)方法一般利用化學(xué)試劑，比如：強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑等。利用化學(xué)試劑與地衣體發(fā)生反應(yīng)，文獻(xiàn)中稱這種化學(xué)試劑為反應(yīng)性試劑，反應(yīng)性試劑分為化學(xué)清洗劑和殺菌劑[27]。有實(shí)驗(yàn)證明[28]，雖然化學(xué)試劑可以快速有效地清除石質(zhì)文物上的地衣，但是在清除地衣的同時(shí)，這些化學(xué)成分對(duì)石質(zhì)文物也產(chǎn)生一定的損害，使得文物發(fā)生表皮脫落、裂隙等現(xiàn)象。所以利用化學(xué)試劑清洗石質(zhì)文物表面的地衣，要謹(jǐn)慎選擇，盡可能多的采用一些弱堿和有機(jī)酸，比如：檸檬酸和呈弱堿性的氨水等。

3.2.1 弱堿性清洗劑

堿性氨水可以中和地衣中分泌的有機(jī)酸，形成銨鹽，可以用清水沖洗掉，由于氨水易揮發(fā)的性質(zhì)，不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間殘留在石質(zhì)文物中，對(duì)文物的損害程度較低[27]。

3.2.2 弱酸性清洗劑

檸檬酸是一種弱酸性的有機(jī)清洗劑，有文獻(xiàn)記載在2010年的石質(zhì)文物保護(hù)修復(fù)培訓(xùn)班的實(shí)踐中[28]，用5%的檸檬酸溶液與弱陽性離子相混合，攪拌成糊狀，濕敷于文物表面的地衣體上，2小時(shí)以后，大部分的病害可以被清除掉[28]，但該方法目前僅限于大理石材質(zhì)的文物，其他材質(zhì)的文物尚有待研究。

3.2.3 殺菌劑清洗劑

用殺菌劑清除地衣既有殺滅病害又有防治病害的效果，而利用弱酸弱堿的化學(xué)試劑方法僅局限在消除病害。殺菌劑清除石質(zhì)文物病害的原理是干擾了地衣的呼吸過程，用于修復(fù)文物一般采用的是季銨鹽類殺菌劑[27]，這種殺菌劑易溶于水，毒性低，附著在地衣體上，可以改變地衣體的正常滲透作用，以不超過24小時(shí)最佳。

4 結(jié)論

綜上所述，地衣附著在石材上，既有利又有弊，一方面在石材表面形成病害，損害石材；另一方面又可以形成礦化膜，對(duì)石材有保護(hù)作用。由于石材材質(zhì)的不同，地衣所分泌的有機(jī)酸不一定全部會(huì)形成穩(wěn)定性沉淀，草酸僅與含鈣成分的巖石(如石灰?guī)r)反應(yīng)才會(huì)生成草酸鈣表面層，但地衣又不僅限于生長(zhǎng)在含鈣離子的巖石上，因此，地衣對(duì)石材的侵蝕作用要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其保護(hù)作用。所以我們?cè)谇宄纳系牡匾聲r(shí)，要做針對(duì)性的研究，對(duì)于不同材質(zhì)的石材，采取不同的辦法。同時(shí)研究石質(zhì)文物地衣采集樣品時(shí)，建議同時(shí)采集石材周邊環(huán)境的地衣型真菌，在確保對(duì)石材的損失降到最低的同時(shí)，還可以對(duì)比研究結(jié)果輔助判斷地衣對(duì)石質(zhì)文物的侵害程度。對(duì)石材的修復(fù)與防護(hù)并非短期之功，產(chǎn)生生物病害的也并非僅地衣一類生物，還應(yīng)綜合考慮細(xì)菌、苔蘚、生態(tài)因子及人為因素。