嶺南農(nóng)宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面優(yōu)勢霉菌的生長特性實(shí)驗(yàn)研究

中圖分類號：X502 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-6717（2025）03-0229-13

Experimental study on the growth characteristics of dominant mold on the surface of farmhouse envelope in Lingnan

JIN Ling1， Hongling1，LIU Shengyu ，ZHANG Hui2，EDWARD Arens2， CONG Peitong1，LIU Gaoyuan3，GAO Wei

（1.Collegeof Water Conservancy and Civil Engineering，South China Agricultural University，Guangzhou 510642， P.R.China；2.Center for Built Environment，University of California Berkeley，Berkeley 9472O，USA； 3.GD Midea Environment Appliances MFG.Co.，Ltd.，Guangzhou 52831l，P.R.China）

Abstract： In order to reduce the safety and health hazards of the enclosure，on the basis of the field sampling and theorthogonal experiment，the influence of the growth characteristics of the dominant bacteria in order to expand the database of the dominant mold in the building and provide reasonable support for predicting the growth risk of mold under fluctuating temperature and humidity.First，mildew samples were obtained in Lingnan typical farmhouses by scraping，and high-throughput sequencing was used to identify the dominant bacterial species; then 22^°C ， 26^°C ， 30^°C and 60% ， 70% ， 85% temperature and humidity combinations were used to study the growth characteristics of the dominant bacteria on Potato Dextrose Agar （PDA）and establish a kinetic model with time and temperature and humidity. Finally， 26^°C ， 30^°C ， 34^°C and 50% ， 90% ambient temperature and humidity combinations in the artificial climate chamber to study the growth characteristics of the dominant bacteria on common building materials.The results show that in Lingnan area，the dominant fungus on the surface of rural residential envelope structure with large white ash as the interior surface material are Cladosporium， Neoderiesia and Acremonium; 26^°C is the environmental temperature for the spore to grow and reproduce;the higher the relative humidity，the faster the growth; Gompertz model and response surface model can show the growth characteristics of spores on the culture medium.

Keywords： rural residences;building envelope； dominant mold; growth characteristics;dynamic model

高溫高濕是嶺南地區(qū)顯著的氣候特點(diǎn)，春季“回南天”和夏季高溫多雨均易引起圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面結(jié)露，進(jìn)而引起霉菌等有害微生物的滋生。霉菌在生長繁殖過程中會主動或被動向空氣中釋放過敏原、霉菌毒素[1-2]。近年來，諸多研究表明長期居住于有霉菌滋生的室內(nèi)環(huán)境的人易出現(xiàn)呼吸和心血管疾病、過敏和哮喘[3-8]，尤其以兒童、孕婦和老年人為中高風(fēng)險(xiǎn)感染人群9。圍護(hù)結(jié)構(gòu)滋生霉菌帶來健康隱患的同時(shí)，也會破壞建筑本身的美觀和安全性能[10-11]

圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面和室內(nèi)空氣中的真菌種類繁多，已被檢測出的有青霉屬、曲霉屬、枝孢霉屬、鏈球菌屬以及葡萄球菌屬等。其中，曲霉屬、青霉屬和枝孢霉[12-15]是臨床常見致病真菌，可引起皮膚過敏、過敏性肺真菌病等疾病[16-17]。青霉屬和曲霉屬主要存在于空氣中，枝孢霉在建筑表面和空氣中含量均較高[18]。枝孢霉被報(bào)道與各類建筑材料（石頭、砂漿、玻璃、大理石等）的生物降解有關(guān)[19-20]。枝孢霉菌體定植在墻體后，其菌絲體在孔內(nèi)產(chǎn)生的機(jī)械力引起的物理生物劣化易導(dǎo)致材料分解，同時(shí)它的代謝產(chǎn)物會直接導(dǎo)致墻體化學(xué)生物劣化。然而，由于曲霉屬的強(qiáng)致病性，已有與建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)霉變相關(guān)的研究常選用曲霉屬為實(shí)驗(yàn)菌種進(jìn)行相關(guān)霉菌生長測試[21-23]

霉菌的生長繁殖受溫度、濕度、營養(yǎng)基質(zhì)、光照等諸多因素的影響[24]，其中溫度和濕度是關(guān)鍵影響因素。霉菌生長的最適溫度范圍為 22～35^°C ，實(shí)驗(yàn)中，利用控制變量法可以得出特定菌種的最適生長溫度。如黑曲霉在 28^°C 時(shí)生長速率最快[25]；草酸青霉最適宜的菌絲生長及產(chǎn)孢溫度為 。不同霉菌的最低生長相對濕度也存在不同，Grant等[13評估了室內(nèi)空氣樣本中出現(xiàn)的19種霉菌在不同水活度水平下的生長能力，結(jié)果顯示，在麥芽糖瓊脂培養(yǎng)基上，曲霉菌最低生長相對濕度為 76% ，雜色曲霉和青霉菌最低生長相對濕度為 79% 。Hoang等[23]利用自然接種方法評估黑曲霉孢子懸液在建筑材料上的生長繁殖能力，發(fā)現(xiàn)有機(jī)基材料的平衡水分含量與材料樣品總表面積的 50% 被真菌覆蓋的時(shí)間之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性。

為更方便地預(yù)防建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)霉變，諸多學(xué)者致力于開發(fā)霉菌滋生風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測模型。其中，目前最常用的是Sedlbauer開發(fā)的生物熱濕模型，該模型被應(yīng)用于WUFI軟件中，使用者可通過輸人特定的時(shí)間以及環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)得到對應(yīng)的霉菌孢子含水率，以評判室內(nèi)霉菌生長風(fēng)險(xiǎn)。但該模型也存在一些弊端，如沒有菌絲生長的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，將孢子萌發(fā)和菌絲生長時(shí)間等同；忽略了材料表面粗糙程度、霉菌產(chǎn)孢等情況；僅作為風(fēng)險(xiǎn)評估，不是對生長過程的現(xiàn)實(shí)模擬等[28]。這些不足均會導(dǎo)致該模型的過度預(yù)測，加上室內(nèi)環(huán)境微氣候和霉菌種類類型的影響，霉菌的實(shí)際生長與理論存在一定差異。

現(xiàn)有的霉菌生長定量評估模型（Logistic模型、Gompertz模型等）是基于食品和農(nóng)業(yè)中的典型霉菌，在特定培養(yǎng)基上描述一定溫度和水分活度（WaterActivity，簡稱 A_w ）內(nèi)的生長特性建立起來的[2，29-30]。但 A_w 與建筑環(huán)境中的相對濕度（RelativeHumidity，簡稱RH）存在差異[31]，基于此，路冰潔等[22以培養(yǎng)基為基質(zhì)探究空氣相對濕度對黑曲霉生長的影響并建立了相關(guān)預(yù)測模型，在一定程度上為模型的優(yōu)化提供了特定霉菌的具體生長過程數(shù)據(jù)。因此，完善室內(nèi)典型霉菌在不同環(huán)境溫濕度下的生長特性顯得尤為重要。

相對于城市建筑霉菌生長研究而言，農(nóng)村住宅中霉菌的相關(guān)性研究還十分匱乏。農(nóng)村地區(qū)住宅大都以自建房為主，圍護(hù)結(jié)構(gòu)防潮構(gòu)造和室內(nèi)的通風(fēng)效果不盡如人意，這使得室內(nèi)微生物及其毒素通常高于城市地區(qū)[32]。Moularat等[33對94所房屋（城市和農(nóng)村各47所）進(jìn)行了霉菌污染調(diào)查，發(fā)現(xiàn)農(nóng)村環(huán)境的霉菌污染水平高于城市環(huán)境，城市可見霉菌的比例為 11% ，而農(nóng)村高達(dá) 27.8% 。中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《農(nóng)村人居環(huán)境整治提升五年行動方案（2021一2025年）》中提出，改善農(nóng)村人居環(huán)境，是實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重點(diǎn)任務(wù)。針對農(nóng)村地區(qū)現(xiàn)有住宅進(jìn)行優(yōu)勢菌種的篩選及其生長特性的基礎(chǔ)研究有助于加快農(nóng)村人居環(huán)境整治提升，事關(guān)廣大農(nóng)民根本福祉，事關(guān)農(nóng)民群眾健康，事關(guān)美麗中國建設(shè)。

為了降低嶺南農(nóng)宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)霉菌滋生風(fēng)險(xiǎn)，減小室內(nèi)霉菌帶來的健康威脅，需要確定優(yōu)勢菌的種類并通過實(shí)驗(yàn)觀測描述建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中優(yōu)勢菌的生長特性。筆者選擇嶺南地區(qū)受霉菌污染的農(nóng)村住宅，實(shí)施采樣并獲取優(yōu)勢菌信息，通過對優(yōu)勢菌在不同的溫濕度工況的培養(yǎng)，分析優(yōu)勢菌的生長特性，進(jìn)而建立適合該菌生長的動力學(xué)模型，并以此為基礎(chǔ)，提出溫度和濕度相關(guān)聯(lián)的二級模型，從而為相關(guān)霉菌預(yù)測模型數(shù)據(jù)庫的完善和優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。此外，霉菌在培養(yǎng)基上的生長不能等同于建材上的生長，培養(yǎng)基有適合霉菌生長的營養(yǎng)條件和水分活度，而建筑材料的表面粗糙情況、毛細(xì)管特征以及營養(yǎng)物質(zhì)等都會影響霉菌的生長繁殖，并且建材的毛細(xì)管作用會顯著影響其內(nèi)部含水量，因此，基于培養(yǎng)基試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步探究了霉菌在建材上的生長特性，以期打破建筑防霉研究壁壘。

1 研究方法

1.1 取樣方法

為充分獲取圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的霉斑，選用刮擦法[34]行采樣。完成采樣后，蓋好蓋子并用封口膜將離心管口密封，放入冷藏箱中運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，于 -80^°C 保存。

取樣工作于2022年5一6月進(jìn)行，在粵西、粵東、粵北和珠三角等4個區(qū)域各選2戶典型農(nóng)宅進(jìn)行取樣。圖1為8戶取樣點(diǎn)的平面布局，紅點(diǎn)代表霉斑取樣點(diǎn)的位置（多靠近窗戶）。

8戶取樣農(nóng)宅中有2戶為多層建筑（圖1（a）、（d）），其余為低層住宅。取樣住房均存在屋頂、窗戶防水防潮措施不足的問題，取樣的同時(shí)調(diào)查了8戶住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料的使用情況，其中 75% 的取樣點(diǎn)建筑使用黏土磚作為墻體填充材料，其余 25% 為加氣混凝土砌塊，內(nèi)表面裝飾材料均為大白灰。

1.2 高通量測序

高通量測序是通過特異性引物擴(kuò)增樣本中真核生物ITSrDNA的可變區(qū)，構(gòu)建高通量測序文庫并對ITSrDNA可變區(qū)序列進(jìn)行分析，從而鑒定環(huán)境中真核微生物的組成與豐度的方法。測序步驟為：總DNA提取和PCR擴(kuò)增；PCR擴(kuò)增；序列測定。

在嶺南4個地區(qū)共檢測出真菌屬200余種，其中枝孢霉（Cladosporium）Neoderiesia屬和枝頂孢屬（Acremonium）占比較大（圖2），為嶺南地區(qū)以大白灰為內(nèi)飾面材料的農(nóng)村住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面的優(yōu)勢菌屬。根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)查，枝孢霉（Cladosporium）為致病菌[35-36]，對人體和建筑均有嚴(yán)重的危害，而Neoderiesia屬和枝頂孢屬（Acremonium）危害相對較小，故以枝孢屬為研究的試驗(yàn)菌。

1.3 優(yōu)勢菌提純

根據(jù)高通量測序結(jié)果，采用平板交叉劃線結(jié)合顯微鏡觀察對優(yōu)勢菌進(jìn)行提純。優(yōu)勢菌提純過程如圖3（a）所示，獲取樣品的微生物組成信息后，取1g樣品于 10mL 無菌水中制成菌液，逐步稀釋后涂布于PDA平板，將平板倒置于 28^°C 恒溫培養(yǎng)箱中，48h 后觀察菌落形態(tài)并選取菌落形成單位（Colonyformingunit，簡稱cfu）為 30～300 濃度的培養(yǎng)基。挑取形態(tài)不同的菌落于PDA培養(yǎng)基，利用平板交叉劃線法提純，重復(fù)3次得到純種，結(jié)合電子顯微鏡觀察確定優(yōu)勢菌種。經(jīng)分離純化，共分離出2種數(shù)量較多的枝孢菌，兩種枝孢菌的菌落形態(tài)如圖3（b）所示。

1.4培養(yǎng)基正交試驗(yàn)

為了解環(huán)境溫度和濕度對優(yōu)勢菌生長繁殖的影響程度，設(shè)計(jì)了空氣溫度為 22，26，30^°C 和相對濕度為 60%70%.85% 的正交實(shí)驗(yàn)，以探究優(yōu)勢菌在馬鈴薯葡萄糖瓊脂（PotatoDextroseAgar，簡稱PDA）培養(yǎng)基基質(zhì)上的生長特性。為營造恒溫恒濕環(huán)境，溫度采用恒溫箱（溫度范圍 0～50.0^°C ，精度：±1^°C 控制，濕度采用飽和鹽溶液控制，根據(jù)《飽和鹽溶液標(biāo)準(zhǔn)相對濕度表》，溫度在 20～30^°C 時(shí)，60%70%.85% 的相對濕度分別使用NaBr、 SrCl₂ 、KC1的飽和溶液控制。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將配置好的飽和鹽溶液于 121^°C 滅菌 20min ，冷卻后適量注人無菌透明塑料容器，隨后將接種枝孢霉的PDA培養(yǎng)基置于其中，再放入恒溫箱培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖4所示。

1.5 建材正交試驗(yàn)

研究表明[37-39]，當(dāng)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)因防水失效、局部水管破裂或風(fēng)驅(qū)雨的壓力作用導(dǎo)致多孔建筑材料孔隙內(nèi)液態(tài)水處于飽和或半飽和狀態(tài)時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)霉變的風(fēng)險(xiǎn)將大大增加。為探究霉菌在水損狀態(tài)下圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面的生長情況，根據(jù)嶺南地區(qū)高溫高濕的氣候特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了空氣溫度為 26，30，34^°C （對應(yīng)溫度適中及室外高溫）和相對濕度為 50% 、90% （對應(yīng)濕度適中及高濕）的正交實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)在可控制環(huán)境溫濕度的人工氣候室進(jìn)行（如圖5所示）。實(shí)驗(yàn)以5種常用建材（夾板、木材、抹灰、石膏、瓷磚，尺寸均為 10cm×10cm ）為基質(zhì)。實(shí)驗(yàn)過程：將建材（各3塊）放置于盛有少量水的托盤中，令其通過毛細(xì)作用吸收水分，然后提前制備濃度為 2× 10⁶cfu/mL 的菌懸液，用移液槍取 1mL 涂抹于建材表面，調(diào)節(jié)氣候室環(huán)境參數(shù)到設(shè)定的溫度和濕度。72h 時(shí)移除托盤中的水，建材表面的濕度主要受環(huán)境參數(shù)和毛細(xì)現(xiàn)象共同作用，模擬建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)在雨后或地下水作用下的吸濕受潮。實(shí)驗(yàn)繼續(xù)進(jìn)行5d，每個工況共持續(xù)8d，每 24h 拍照記錄并統(tǒng)計(jì)試件表面霉菌生長情況。

1.6 霉斑測量方法

培養(yǎng)基正交試驗(yàn)和建材正交試驗(yàn)結(jié)果采用相機(jī)拍照，然后用ImageJ軟件測量菌落直徑和霉斑面積。在培養(yǎng)基實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)菌落直徑趨于不變或布滿培養(yǎng)基時(shí)停止觀察，每組工況重復(fù)3次，菌落直徑取平均值；在建材實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)霉斑面積不明顯擴(kuò)大時(shí)曲：停止測量，面積取3個樣本平均值。

2 測試結(jié)果與分析

2.1培養(yǎng)基PDA上優(yōu)勢菌的生長

各溫濕度組合下霉菌菌落直徑隨時(shí)間變化如圖6所示，曲線的斜率代表菌落的生長速率，由圖6可知，環(huán)境溫度 對優(yōu)勢菌生長的影響顯著大于環(huán)境的相對濕度（RH）。

由圖6（a）（c可見，在相同濕度、不同溫度下，枝孢霉的菌落最大生長直徑存在較大差異。以枝孢霉1為例，在 22，26，30^°C 時(shí)，枝孢霉1的最大菌落直徑（到達(dá)生長最大值的時(shí)間）分別為 44.12mm 和 34.60mm（18d） 。 26^°C 時(shí)的生長曲線斜率大于 22.30^°C ，且菌斑大小顯著大于另外兩個溫度水平。枝孢霉2也是相同的規(guī)律，說明在培養(yǎng)基PDA上， 26^°C 最適合枝孢霉生長。

圖6（b）（d）所示為在相同環(huán)境溫度 t_a 條件下不同濕度RH對枝孢霉生長的影響規(guī)律，與環(huán)境溫度相比，相對濕度對霉菌生長的影響較小，影響規(guī)律為 85%gt;70%gt;60% 。已有研究表明，濕度是影響霉菌生長的重要因素，實(shí)驗(yàn)中RH對PDA上霉菌生長影響不大的原因在于，可用水分是影響霉菌孢子萌發(fā)繁殖的重要因素，培養(yǎng)基PDA中含有充足的水分，足以支持孢子的萌發(fā)與生長，因此，環(huán)境中的濕度水平對霉菌的萌發(fā)生長影響不大。

2.2優(yōu)勢菌在建材上的生長特性

建材實(shí)驗(yàn)每個工況持續(xù)8d，結(jié)束時(shí)，木材和夾板表面大多有可視霉斑出現(xiàn)，石膏、抹灰和石膏表面均無肉眼可見的霉斑。不同材料的孔隙結(jié)構(gòu)、營養(yǎng)物質(zhì)和pH值也會影響霉菌的萌發(fā)與繁殖，因人工氣候室運(yùn)行能耗較大，不宜持續(xù)過久，因此，以木材和夾板為例，就不同溫濕度組合下嶺南農(nóng)宅優(yōu)勢菌一一枝孢菌在建材上的生長規(guī)律進(jìn)行探究。表1所示為各溫濕度組合下木材和夾板表面霉斑生長情況的對比。

2.2.1 木材

各溫濕度組合下木材表面霉斑面積統(tǒng)計(jì)隨時(shí)間的變化如圖7所示。

1）3種溫度條件下，RH為 90% 時(shí)的菌斑面積均顯著大于RH為 50% ，即在木材上，枝孢霉在高濕條件下更容易生長，嶺南地區(qū)RH常年接近 90% ，優(yōu)勢菌枝孢霉令圍護(hù)結(jié)構(gòu)霉變的風(fēng)險(xiǎn)很高。

2）RH為 90% 時(shí)，出現(xiàn)可見霉斑的時(shí)間依次為：26^°C（3d）gt;30^°C（5d）gt;34^°C（7d） ；第8天時(shí)， 26^°C 的霉斑面積超過 20% 30^°C 工況下霉斑面積約占15% ， 34^°C 工況下霉斑面積約為 5% t_a 對霉斑面積與出現(xiàn)時(shí)間規(guī)律一致， 26^°Cgt;30^°Cgt;34^°C

3）RH為 90% 時(shí)， 26^°C 出現(xiàn)可見霉斑的時(shí)間最早，持續(xù)生長后的霉斑面積最大， 26^°C 比高溫（30、34^°C ）更適宜枝孢霉的萌發(fā)與繁殖，這與在培養(yǎng)基PDA上 26^°C 最適合枝孢霉生長的規(guī)律一致。

2.2.2 夾板

各溫濕度組合下夾板表面霉斑面積隨時(shí)間的變化如圖8所示。

1） 條件下，不論高濕（ 90% 還是低濕50% ），枝孢霉比高溫更容易生長， t_a 的影響具體排序?yàn)?26^°Cgt;30^°Cgt;34^°C 。

2）夾板上， 34^°C+50%?26^°C+90% 和 26^°C+ 50% 三種工況在3d時(shí)出現(xiàn)可見霉斑； 30%+50% 和 30%+90% 在4d時(shí)出現(xiàn)霉斑， 34‰ 到8d仍未出現(xiàn)霉斑。

3 ） 2 6℃ + 5 0％條件下，8d時(shí)菌斑面積超過 80% 遠(yuǎn)大于其他工況； 26‰ 和 34‰ 條件下，8d霉斑面積超過 20% 30%+50% 和 30%+90% 條件下，8d霉斑面積約為 10% 。

4）RH對霉菌在夾板表面上的生長沒有明顯的影響規(guī)律，霉菌生長是溫濕度共同作用的結(jié)果

5）綜合2）和3）的規(guī)律可知，當(dāng)夾板受潮時(shí)，對人體而言舒適的溫濕度組合（ 26°C+50% ）也很利于枝孢菌的萌發(fā)與生長；環(huán)境高溫與高濕取其一時(shí)，夾板霉變情況受到抑制；高溫與高濕同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，枝孢霉在夾板上的生長與繁殖反而得到了抑制。

3優(yōu)勢菌生長預(yù)測模型

由于不同菌種對于溫濕度等環(huán)境因素的反應(yīng)不同，不能用一個普適性模型來預(yù)測所有霉菌的生長程度。在實(shí)測的基礎(chǔ)上，利用數(shù)學(xué)建模的方法定量評估特定霉菌的生長特性，擴(kuò)充建筑中優(yōu)勢霉菌生長特性數(shù)據(jù)庫，為預(yù)測和防范霉菌在波動的溫濕度條件下的生長風(fēng)險(xiǎn)提供理論支持。

通過PDA和常用建材上的正交實(shí)驗(yàn)可知，溫度對枝孢霉在夾板、木材和PDA上的影響規(guī)律趨于一致，采用PDA上的生長規(guī)律預(yù)測溫度對枝孢霉生長的影響規(guī)律或是可行的。選用常規(guī)的霉菌初級預(yù)測模型[4o]，即Gompertz模型和Logistic模型對霉菌在培養(yǎng)基上的生長進(jìn)行曲線擬合。兩種擬合模型均能得到描述嶺南地區(qū)農(nóng)宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)勢菌生長特性的擬合參數(shù) A，U_m，V_oA 為微生物數(shù)量達(dá)到最大時(shí)的值（本研究中指菌落直徑）； U_m 為最大比生長速率，是指特定微生物每小時(shí)每克細(xì)胞物質(zhì)最多可產(chǎn)生的新細(xì)胞物質(zhì)的克數(shù)； V 為生長遲滯期，處于這個時(shí)期的微生物生長較慢。根據(jù)擬合結(jié)果進(jìn)一步選優(yōu)，得到枝孢霉的二級生長模型。

經(jīng)參數(shù)轉(zhuǎn)換后，Gompertz模型寫為

Logistic模型寫為

式中： D_t 為菌落直徑， mm;A 為菌落直徑最大值，mm ： U_m 為最大生長速率， mm/d V 為生長延遲期，d；e為自然對數(shù)的底數(shù)，取值2.718；t為時(shí)間，h。

模型準(zhǔn)確性用Adj. R² （調(diào)整決定系數(shù)，反映擬合結(jié)果的好壞，越接近1，說明擬合結(jié)果越好）、RSME（均方根誤差，反映預(yù)測值與真實(shí)值間的差距，RMSE越接近O，預(yù)測越準(zhǔn)確）和 A（f） （準(zhǔn)確因子， A（f） 值越接近1，誤差百分比越低，模型越準(zhǔn)確）3個指標(biāo)來衡量。

3.1 Gompertz模型

圖9為9組工況下Gompertz模型對枝孢霉的生長擬合曲線。由圖9可見，Gompertz模型的擬合程度較好，所有工況的Adj. R² 值均大于0.99，RMSE值均介于 0～1.5 之間， A（f） 均接近1（見表2）說明預(yù)測值和真實(shí)值之間的差異很小。根據(jù)擬合結(jié)果，將參數(shù)代入式（1）可得出各工況的初級模型。

3.2 Logistic模型

圖10為9組工況下Logistic模型對枝孢霉的生長擬合曲線。由圖1O可見，Logistic模型的擬合程度也較好，所有工況的Adj. R² 值均大于0.99，RMSE值均介于 0.6～1.7 之間， A（f） 均接近1（見表3），說明預(yù)測值和真實(shí)值之間的差異較小，根據(jù)擬合結(jié)果，將參數(shù)代人式（2）可得出各工況的初級模型。

3.3基于溫濕度耦合的霉菌生長二級模型

根據(jù)擬合結(jié)果，在Gompertz模型中，RMSE均值為 0.617，A（f） 均值為O.916;Logistic 模型中，RMSE均值為 1.11，A（f） 均值為1.177。因此，Gompertz模型擬合準(zhǔn)確度大于Logistic模型。

由于Gompertz模型對霉菌生長具有更好的模擬效果，因此進(jìn)一步以其參數(shù)為依據(jù)，建立與溫度、相對濕度相關(guān)的二級模型。目前的二級模型中，響應(yīng)面模型可建立溫度和相對濕度間的關(guān)聯(lián)，因此，以Gompertz模型參數(shù)為基礎(chǔ)建立響應(yīng)面模型。

響應(yīng)面模型寫為 U_m×100=m₀+m₁×T+ m₂×RH+m₃×T²+m₄×RH²+m₅×T×RH

V=n₀+n₁×T+n₂×RH+n₃×T²+n₄×

RH²+n₅×T×RH

模擬的自變量因素有兩項(xiàng)，分別為溫度 T 和相對濕度RH，故 m_o 和 n_o 為常數(shù)項(xiàng)； m₁，n₁ 為一次回歸系數(shù)； m₃，m₄，n₃，n₄ 為二次回歸系數(shù)； m₅，n₅ 為交互回歸系數(shù)。

響應(yīng)面模型對 U_m 和 V 的擬合效果分別如圖11、圖12所示，根據(jù)擬合結(jié)果， U_m 擬合準(zhǔn)確度較高，Adj. R² 為0.96492， V 的擬合度為 0.7905 。代人擬合參數(shù)（見表4），得到響應(yīng)面模型擬合方程。

基于此，由初級模型的9組不同溫濕度工況下獲得的二級模型 [m，n] 數(shù)據(jù)，可推廣到一定范圍內(nèi)任意溫度和相對濕度下的霉菌生長預(yù)測。這可為霉菌在波動的溫濕度環(huán)境條件、常見建材上的生長和預(yù)測軟件的開發(fā)等研究提供理論支撐，從而更精準(zhǔn)地預(yù)測霉菌在不同環(huán)境下的生長情況。

4討論

現(xiàn)代人類一天中有 90% 以上的時(shí)間在室內(nèi)工作或生活，室內(nèi)環(huán)境污染對健康的不利影響比戶外更為嚴(yán)重。建筑墻體結(jié)露或回南天時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面泛潮會給圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的霉菌孢子提供萌發(fā)、生長與繁殖的水分。有害霉菌在短時(shí)間內(nèi)可以快速繁殖多個周期，對人體健康和建筑的安全、美觀均有顯著危害。

霉菌在建材上的生長規(guī)律和防治措施一直是建筑領(lǐng)域關(guān)注的話題。然而由于建筑領(lǐng)域和微生物領(lǐng)域存在專業(yè)壁壘，相關(guān)工作推進(jìn)十分緩慢。在以往的研究中，由于黑曲霉的強(qiáng)致病性，常被用作霉菌相關(guān)研究的試驗(yàn)菌[21-23]，而筆者的取樣和測序結(jié)果表明，枝孢霉Cladosporium、Neoderiesia和枝頂孢霉Acremonium才是嶺南地區(qū)以大白灰為內(nèi)飾面材料的農(nóng)村住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面的優(yōu)勢菌屬。不同霉菌的生長特性不盡相同，黑曲霉在 30^°C 時(shí)生長最迅速，筆者發(fā)現(xiàn)枝孢霉最適生長溫度在 26^°C 左右。因此，精準(zhǔn)識別不同地區(qū)的優(yōu)勢霉菌，在了解其生長特性的基礎(chǔ)上采取有針對性的措施方可有效抑制圍護(hù)結(jié)構(gòu)霉變。

在綜合考量微生物領(lǐng)域常用方法和建筑材料特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，選擇用刮擦法獲取圍護(hù)結(jié)構(gòu)霉斑樣品，采用高通量測序法鑒定優(yōu)勢菌種類，結(jié)合平板交叉劃線法和顯微鏡觀察分離提純獲取嶺南地區(qū)農(nóng)宅優(yōu)勢霉菌。該研究方法簡便易行、準(zhǔn)確度高，可以推廣到建筑防霉領(lǐng)域相關(guān)工作中，獲取不同地區(qū)不同類型建筑的優(yōu)勢菌，針對性地研究其生長特性，擴(kuò)充霉菌生長特性數(shù)據(jù)庫，可以更有效地預(yù)測霉菌生長風(fēng)險(xiǎn)并提出圍護(hù)結(jié)構(gòu)防霉措施。

對嶺南農(nóng)宅優(yōu)勢菌—枝孢菌在培養(yǎng)基PDA和木材、夾板上的生長特性做了初步探究，對嶺南地區(qū)以大白灰為內(nèi)飾面材料的農(nóng)村住宅表面霉菌生長抑制研究具有推動作用。不足之處在于，因在石膏、抹灰和瓷磚上的實(shí)驗(yàn)周期過長，在大型氣候室進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)不利于節(jié)能，綜合權(quán)衡后終止了上述3種建材表面的氣候室實(shí)驗(yàn)，后續(xù)將考慮定制小型氣候箱進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以充實(shí)和完善枝孢菌在各類建材上的生長特性。

5 結(jié)論

建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的霉菌污染對于室內(nèi)環(huán)境、人體健康和建筑安全都有負(fù)面影響。農(nóng)村建筑被霉菌污染的情況比城市更加嚴(yán)重，而農(nóng)村地區(qū)相關(guān)優(yōu)勢菌菌種的鑒別及其生長特性的基礎(chǔ)研究卻十分匱乏。對中國嶺南地區(qū)農(nóng)村住宅進(jìn)行分區(qū)取樣，通過高通量測序篩選出當(dāng)?shù)刂饕膬?yōu)勢菌并對其生長規(guī)律進(jìn)行探究，主要結(jié)論如下：

1）枝孢霉CladosporiumNeoderiesia和枝頂孢霉Acremonium是嶺南地區(qū)以大白灰為內(nèi)飾面材料的農(nóng)村住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面的優(yōu)勢菌屬。其中，枝孢霉Cladosporium因其對人體和建筑危害較大，是嶺南地區(qū)農(nóng)宅重點(diǎn)防范的霉菌。

2）環(huán)境溫度 t_a 對培養(yǎng)基PDA上枝孢霉Cladosporium生長的影響規(guī)律為 26^°Cgt;22^°Cgt; ，對受潮的木材和夾板表面影響規(guī)律為 26^°Cgt;

。 26^°C 是枝孢霉最容易生長繁殖的環(huán)境溫度。

3）環(huán)境濕度RH對于枝孢霉生長的影響規(guī)律為：培養(yǎng)基PDA上 85%gt;70%gt;60% ，木材上 90%gt; 50% ，夾板上環(huán)境濕度影響規(guī)律不顯著。

4）評估Gompertz模型和Logistic模型利用環(huán)境溫濕度和時(shí)間數(shù)據(jù)對枝孢霉Cladosporium生長曲線的預(yù)測效果，結(jié)果顯示兩個預(yù)測模型均可以進(jìn)行較為準(zhǔn)確的預(yù)測，具有較高的決定系數(shù)，并且Gompertz模型對枝孢霉生長曲線的擬合度優(yōu)于Logistic模型，表明Gompertz模型可在一定溫濕度范圍內(nèi)提供準(zhǔn)確可靠的枝孢霉生長預(yù)測。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)Gompertz模型預(yù)測值，利用家用電器如空調(diào)、除濕器等對環(huán)境溫濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)，為嶺南地區(qū)農(nóng)宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面枝孢霉的生長提供數(shù)據(jù)參考。

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（編輯胡玲）