敦煌莫高窟第16窟空氣微生物動態變化研究

內容摘要：微生物廣泛存在于洞窟、壁畫等寡營養的環境中，并對洞窟內壁畫有一定的破壞作用。本實驗采用Anderson FA-1撞擊式空氣微生物采樣器，研究了敦煌莫高窟第16窟一年內空氣微生物群落組成、時間和空間分布動態。結果表明，空氣真菌和細菌呈現明顯的季節分布，夏秋季空氣微生物較多，冬春季較少；真菌主要種屬有枝孢霉屬(cladosporium)，青霉屬(Penicillium)，鏈格孢霉屬(Altemaria)，曲霉屬(Aspergillus)，無孢子真菌(none-sporing isolates)等；空氣微生物主要分布于采樣器的前四層，以粒徑>2.0?的第四層最多，旅游旺季如“五一”、“十一”、暑假等游客較多的時間，空氣微生物也伴隨著有顯著的增加；而溫度、濕度等環境因子的變化在一定程度上影響微生物的數量變化。

關鍵詞：敦煌莫高窟；空氣微生物；動態變化；旅游

中圖分類號：K854.3 文獻標識碼：A 文章編號：1000-4106(2010)05-0113-06

引 言

微生物無時不在，無處不在。一般來說洞窟是一個營養貧瘠，有較低的溫度并且相對穩定的生態系統。但是在這樣的條件下微生物一樣可以生存，只是種類稀少，結構簡單，對外界的環境變化比較敏感。不同的微生物如真菌、細菌、藻類等都對壁畫等文物有破壞作用，一旦條件適宜微生物就能夠在文物上生長。很多文物機構都監測溫度(Temperature)和相對濕度(RelativeHumanity)，目的就是為了防止微生物的大量繁殖。一些研究表明壁畫表面存在大量的真菌和節肢動物，它們可以對壁畫產生破壞作用。這些生物不僅影響壁畫的審美效果，還破壞壁畫材料的物理結構。土壤和空氣是這些生物的主要來源，因此對壁畫周圍的空氣微生物的檢測對保護壁畫非常有必要。

隨著旅游業的興盛，游客給文物保護帶來大量資金的同時，也帶來了大量的有害微生物。對文物遺跡的空氣微生物的監測可以為我們研究微生物與壁畫相互作用提供更好的依據，同時也對文物管理者們制定旅游政策提供數據支持。研究表明空氣微生物具有明顯的日變化和季節變化，受環境變化影響巨大，通過檢測空氣微生物可確定微生物的來源和動態變化，這些數據的積累對保護文物具有重要作用。

近年來國內外文物保護工作者在壁畫微生物防治方面做了大量有效的工作。國外某些學者采用現代分子生物學技術對洞穴微生物進行了系統研究，如法國的拉斯科巖洞(Lascaux cave)和意大利的阿爾塔米拉洞窟(AltamiraCave)等，國內的某些學者對莫高窟也進行了相關研究，如馮清平等研究了微生物在壁畫色變中的作用，汪萬福等研究了昆蟲對壁畫的腐蝕與防治，但是還沒有對洞窟內空氣微生物做系統的調查分析。為此，本文以敦煌莫高窟第16窟為例。研究窟內空氣微生物群落組成及季節動態變化以及游客大量涌入后微生物對微環境變化的響應。

實驗設計與研究方法

1.采樣地點描述

敦煌位于河西走廊的最西端，介于92°13’-95°30’E，39°40’－41°35’N之間。海拔1139m(敦煌氣象站)。該地區氣候極為干燥，降雨量稀少，年平均降雨量為42.2mm，日照率為71％，年平均日照時數3257.9h。蒸發強烈，多風沙。敦煌綠洲內年平均風速2.Om/s。屬典型的大陸性干旱氣候。莫高窟坐落于距敦煌市區25km的敦煌盆地的南緣、遠離敦煌綠洲的大漠戈壁深處、三危山和鳴沙山交接的山前南北走向的河谷中，河谷全長約7km，寬50-300m。

本文選取莫高窟第16窟為研究對象，該洞窟內包含第17窟，即聞名海內外的藏經洞。藏經洞的封閉至今仍是一個千古之謎，因其發現和在莫高窟石窟群中獨特的重要性，吸引了大量海內外游客前來參觀。而第16窟在很大程度上起到了緩解17號洞窟游客壓力的作用，窟內微環境受到外界的干預和影響也較大。因此很有必要對洞窟內空氣微生物進行監測，為石窟保護和旅游開發提供依據和建議。

2.空氣微生物取樣器

采用國際通用的Andersen FA-I型六級篩孔撞擊式空氣微生物采樣器進行測定。該采樣器模擬人呼吸道的解剖結構和空氣動力學生理特征，采用慣性撞擊原理設計制造。該采樣器分為6級。每級400個孔，從1-6級孔的直徑逐漸縮小，空氣流量為28.3L/min，每一級的空氣流速逐次增大，從而把空氣中的微生物粒子按大小不同分別捕獲在各級的培養皿上，空氣細菌和真菌的采樣時間為5min。

3.樣品采集和培養

采樣時間為2008年9月-2009年8月，每月上旬采樣一次，每次從9：00am-5：OOpm。采樣高度距離地面1.5m處。采樣平皿用9cm的玻璃平皿，滅菌后在無菌的條件下加入20ml的培養基，采樣器各層的孔眼至采樣面的距離(即撞擊距離)為2mm。

細菌培養采用R2A培養基37℃下培養。真菌采樣用PDA培養基在25℃培養箱內培養。前者培養48h，后者為120h。培養結束后分別在各級采樣皿上進行菌落記數，記錄的數據用CFU(colonyforming units)表示：CFU/m³=T×1000/t(min)XF(L/min)，其中，T為6級總菌落數；t為采樣時間；F為空氣流量。培養出來的真菌采用顯微觀察法，根據孢子的形態特征鑒定到屬。

4.游客數和環境數據

環境數據從敦煌研究院獲得。包括采樣時間內第16窟內的溫度，相對濕度以及游客數量的變化等。

5.統計分析

本研究采用SPSS Version 17.0進行一維方差分析(ANOVA)和Pearson相關性分析。

結果與分析

1.微生物月變化

圖1顯示的是莫高窟第16窟內空氣真菌和細菌采樣得到的菌落數量的月變化。從圖中可以看出。夏秋季空氣微生物較多，冬春季較少；空氣真菌全年平均值為110.52±19，09CFU/m³，最高值出現在09年8月份采樣，為327.44±62，73CFU/m³，最低值出現在09年5月，為21.20±10.80CFU/m³；空氣細菌全年平均值為1128.39±214.99CFU/m³，最高值出現在08年lO月，為3844.52+-534.69CFU/m³，最低值出現在0g年2月，為449.94±262.67CFU/m³。空氣真菌在08年11月和09年6月與相鄰月份相比較高，而真菌和細菌都在09年7月數量減少。

圖2顯示的是空氣真菌主要種屬菌落數量的月變化圖。從圖中可以看出真菌主要有枝孢霉屬(Cladosporium)，青霉屬(Penicillium)，鏈格孢霉屬(AIternaria)，曲霉屬(Aspergillus)，無孢子真菌(none-sporing isolates)等，它們的數量月變化趨勢與真菌總數月變化趨勢相似，都為夏秋季高，冬春季低，08年11月和09年6月與相鄰月份相比較高，09年7月數值較低。

2.溫度、相對濕度和游客數量對空氣微生物數量變化的影響

圖3顯示的是與采樣時間同步的溫度、相對濕度、游客數量變化圖，溫度和相對濕度為洞窟內監測結果，而游客數量為莫高窟檢票口處的記錄結果，基本上能夠反映洞窟內環境變化情況。圖中顯示溫度最高值出現在08年9月，27.18℃，最低出現在0g年1月，5.98℃；相對濕度最高在09年7月，57.31％(氣象記錄記載采樣前一天有少量降雨)；最低值出現在09年5月，15.54％。游客數量在08年10月和09年5月以及暑假期間(7-8月)較多，為旅游旺季。經過Pearson相關性分析(如表1)得知細菌和微生物總量與游客數量呈顯著正相關(p

3.空氣微生物粒徑分布

圖4顯示的是空氣真菌和細菌粒徑分布情況，圖5顯示的是空氣真菌主要種屬粒徑分布情況。結果顯示空氣細菌和真菌總數以及真菌各種屬在采樣器第四層截留的菌落數最多，也就是說這些微生物的粒徑大小在2.O-3.5um之間。

討 論

敦煌莫高窟處在一個相對干燥又相對穩定的環境中，總體來說空氣微生物密度較低，這也是它在千年的時間內得以保存的主要原因之一。莫高窟第16窟內全年空氣微生物數量都維持在相對較低的水平上(如圖1)，這與世界各地空氣微生物監測的數據相比是相對較低的。Wu et a1.(2007)報道臺北全年空氣真菌平均數量達到1339CFU/m³：方志國等發現北京夏季可培養空氣真菌和細菌的平均數量為710 CFU/m。和2.217CFU/m³：Ab-del Hameed et a1.(2009)研究了埃及Helwan大氣中真菌和細菌數量，達到281CFU/m³和1801CFU/m³；在法國Dijon醫院也進行了空氣真菌的監測，全年平均數量為122，ICFU/m³，空氣真菌含量較低；而Chao et aL(2002)對美國的一些大型辦公建筑內空氣真菌進行檢測得出數量為42.05±69.60CFU/m³。莫高窟與其他地域空氣微生物數量的不同可能與采樣地點的氣候差異有關，也可能與采樣時間和采樣方法不同有關：室內的空氣微生物主要來源于室外土壤和植物等，與外界流通的環境下空氣微生物數量較高，而醫院，辦公建筑等相對封閉的環境下空氣微生物數量較低。

莫高窟的空氣微生物數量呈現夏秋季較多，冬春季較少的趨勢，這與國內外各個城市的研究結果也是一致的，如北京，臺北等[14.15.16.17]。我們的研究發現空氣真菌數量較多的種屬的峰值都出現在5月到10月之間，只是各個種屬出現峰值的月份可能有一些不同，這與國內外相關研究也是一致的。空氣微生物數量呈現季節動態分布，這與當地的環境有關，如當地的氣候變化。植被覆蓋情況，人流活動等。

溫度和相對濕度是影響空氣微生物存活和生長的重要的環境因子，一般的研究結果是空氣微生物數量與溫度呈正相關，與相對濕度呈負相關，這與莫高窟的研究結果是不同的，莫高窟內的空氣微生物與溫度呈正相關，與相對濕度也成正相關，鏈格孢霉屬例外(如表1)。這樣的結果可解釋為敦煌地區空氣非常干燥，微生物生長緩慢，適當的增加相對濕度可以促進微生物的生長。這種分析也可以一個偶然事件得到驗證，即在09年7月采樣的前一天下過一場小雨，此次采樣得到空氣微生物數量就有了明顯的減少，這說明空氣濕度增加到一定程度是會減少空氣微生物數量，起到凈化空氣的作用。

空氣微生物在“五一”、“十一”和暑假等旅游旺季時，會上升到較高的水平，這與國內外相關研究結果是一致的，Aira等研究發現圣地亞哥孔波斯特拉大教堂空氣真菌峰值出現在13：00，一天中游客數量最多的時間段，達到406CFU/m³，與之相比9：00和17：00的數量為380CFU/m³和350CFU/m³；Ikner等研究表明游客數量增加影響了空氣微生物的數量和多樣性，游客數量的提高，會增加洞窟內空氣溫度和相對濕度，為微生物生長提供適宜的環境：同時還帶來了大量的有機物質，能夠為洞窟內的異養微生物生長提供營養。從這兩方面考慮游客數量的增加以及因此而導致的空氣微生物數量的增加就可以解釋了。

通過對微生物粒徑的分析，莫高窟內空氣微生物粒徑大小以2.0-3.5um占最大比例，以粒徑小于O.1um占比例最小，這與方志國等研究是一致的，微生物粒徑大小取決于采樣點的環境，如溫度，相對濕度，人類活動等。

綜上所述。敦煌莫高窟空氣微生物數量總體上維持在較低的水平，夏秋季數量較多，冬春季數量較少，這是由當地的氣候和環境決定的；而在“五一”、“十一”和暑假等旅游旺季，空氣微生物數量增加，與游客數量顯著相關

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