木質文物病害及預防

賈 政 常 錚 田興玲

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

1 木質文物保存狀況研究現狀

吳東波等對于國內外的處理飽水木質文物的冷凍干燥法的研究進行了介紹，重點論述了以聚乙二醇（PEG）為保護劑的應用并且對不同的發展趨勢進行了闡述，認為這是目前一種保護飽水竹木漆器的簡便快捷的方法[1,2]；陳庚齡等認為由于糟朽木器本身的脆弱性，極易受到埋藏環境與館藏環境等的影響，導致受損與腐蝕[3]；曹盛葆認為現階段脫水保護不夠完善，而流水保養法是保養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文物保存狀況的檢測方法，包括物理觀察和化學測試兩種[5]；魏象等通過測定對比古代木材與現代木材的吸濕及解吸特性，了解水汽對木質文物的影響，為保存木質文物的環境做參考[6]；胡曉偉等實踐后認為溴甲烷常壓熏蒸方法是對大量木質文物進行殺蟲滅菌保護的高效，快捷的方法[7]；費利華對古船的保存環境做了檢測調查，其中溫濕度，照明情況，空氣潔凈程度等影響較大，并且根據預防性保護的要求提出了建議[8]；李崢嶸，徐天昊等分析了慶王府內木質彩繪的館藏環境，認為射燈造成的局部溫度高與空氣濕度影響較大，并結合文物保護規范提出了建議[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，經過蟲蛀的木質文物，通常在表面或者內部留下蟲孔。情況嚴重的雖然表面損害并不明顯，但內部已經遍布蟲孔，甚至呈現海綿狀，致使木材及其松軟，機械強度大為下降，導致變得異常糟朽。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菌與真菌。水環境下的木質文物經常受到細菌的侵蝕，其中主要包括侵蝕細菌，鉆管細菌和空化細菌三大類型。侵蝕細菌會通過侵蝕細胞壁造成內腔表面的溝槽；鉆管細菌會通過分解植物細胞壁致使木質文物顏色變深及變軟；空化細菌則會空腔化細胞壁[11,12]。

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

（2）物理病害

失水干裂：木質文物主要材質為木材，本身具有吸濕性，會發生解濕和吸濕，此過程中木材會向外蒸發水分或者從空氣中吸收水分，從而導致整個木材的尺寸和體積發生變化，其中飽水木質文物變化更明顯[13]。由于各個方向上脫吸水性能的不一致,加上木材內部與外表水分分布不均勻，文物出土后如未及時采取科學的脫水保護處理, 隨著保存環境的改變，干燥時失水速度過快，引起木纖維結構表面強度的破壞，造成器物表面產生裂隙[13]。

變形起翹：由于木材本身結構特點，會導致材質內部和表面水分分布不均。如果在干燥過程中保存環境發生變化，會導致木質文物內部和表面應力分布不均，當內外應力差距較大，則會導致木質文物表面發生翹曲變形[13]。

殘損斷裂：受多種因素影響，木質文物在埋葬環境中造成纖維結構嚴重破壞、強度降低、從而引起內部斷裂[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度喪失。

殘損斷裂：木質文物在埋葬環境中受多種因素影響，造成纖維結構嚴重破壞、強度降低、從而引起內部斷裂[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度喪失；

（3）化學病害

化學病害主要表現為木質文物外觀變黃，變脆甚至粉化，表面彩繪層剝落等[14]。環境中的水分，有害氣體，粉塵，污物等都會對木質文物造成影響，產生化學病害。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，會使纖維素發生強烈的水解作用，致使纖維強度降低，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微粒等。從而使表面顏色暗淡，形成污垢層及造成后期保護修復機械性的損害與化學腐蝕。

對有機質文物質地破壞、產生影響的還有光，因此光輻射也會對木質文物產生影響，尤其是紫外光的破壞性更大。光輻射損害主要有三個方面：熱效應，加速化學反應和發生光化學反應，最終導致文物發生老化變質[11]。

1.2 病害產生原因分析

1.2.1 材質本身因素

木材作為天然的生物材料，其本身的材質與結構就決定了它更容易受到各類損害。木材基本有木質素纖維素，半纖維素等組成，并且為多孔結構。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，在埋藏環境中酸，堿，鹽，有害氣體等化學物質也會對木材產生腐蝕作用，細菌，霉菌等微生物會對木材產生分解作用，蛀蟲也會造成物理上的直接破壞，這些因素會導致木材機械強度下降，內部結構發生變化等，最終表現為表面的裂隙，糟朽，起翹，孔洞等病害。

同正常木材相比，飽水木材對于水分要更敏感，其含水率可高達300%以上，因此濕脹干縮的表現會明顯不同[15]。由于飽水木材自身結構的特殊性，木材內部與外表的水分分布不均，文物出土后，由于環境突然改變，干燥所導致的失水過快會導致木材內部與表面應力分布不均，致使木材表面單位面積的壓力較大，從而造成木材表面發生開裂現象[15]。

1.2.2 環境因素

（1）溫濕度

由于木質文物本身的敏感性，會因溫濕度的不同產生變化，因此很受氣候環境影響，尤其是大型不可移動文物。溫度過高或溫度過低會導致木材內部水分化學反應速率快慢，加速文物損壞，由于這種熱脹冷縮可能也會導致病害的產生，濕度過低會造成木材干縮，導致開裂起翹；濕度過高會導致木材吸水膨脹，發生變形，并導致木材表面微生物的生長[17]；

（2）鹽類

對于沉船類文物，鹽類也對其造成了不可忽視的影響，沉船中如含有大量鹽類則會造成船體的粉化脫落，海水中所含的鹽分對木質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為對木材成分的降解，出水后主要表現為對木材的結構破壞[15]。開放的環境中可溶鹽依然會導致發生潮解和結晶，這個過程伴隨著吸熱與放熱，并且發生明顯的體積變化，進而導致木材發生脹縮，引發木質文物的粉化或崩裂等現象。除此可溶鹽的存在也會導致木材的酸化，不利于保存[15]；

（3）水下微生物

長期處于水下或海底的木質文物，會持續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，一是木質纖維受微生物侵蝕發生降解，二是微生物所產生的分泌物或色素與木材中的有機物發生反應導致變色[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，雖然國內外都制定了相關標準，館藏文物也會受到影響。木質文物屬于對光敏感的文物，光輻射會使木材發生光降解，加速了木質文物的開裂，糟朽等，并且這種破壞是長期累積的，剛開始不明顯但是時間越長損害越大[10]；

（2）空氣污染

我國的空氣質量仍然存在問題，空氣中廣泛存在各種酸性氣體，氧化性氣體與顆粒物等，這些氣體會導致文物酸化，纖維強度下降，加速文物本身已經存在的化學反應[17]。

1.2.4 作用機理

（1）物理作用

物理變形主要指木質文物在吸附或退吸某種液體時，導致木材細胞的濕脹或干縮，從而導致物理形變。水主要以自由水，吸附水和化學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，首先蒸發的也是自由水；吸附水存在于細胞壁的纖維絲間，吸附水平均含量約為30%。在自由水完全蒸發之后，木材中的吸附水才會減少；化學水主要存在于木材的化學成分中，它與木材纖維素分子間形成化學鍵結合，因此結合比較牢固，在低溫的熱處理條件下也無法去除，所以此種水含量最少[14]。

健康木材的濕脹是由于細胞壁中的吸附水增加，膨脹開，使木材的細胞壁的尺寸增大，導致整個木材尺寸脹大。因此木材的濕脹只發生在吸附水增加的過程，在自由水增加的時候，并不發生。而其逆過程則是失水干縮過程。

飽水木材在干燥時，若自由水完全蒸發而吸附水尚在飽和狀態，此為纖維飽和點。對于健康木材，含水率在飽和點以上時，基本不會發生收縮；在飽和點以下時，則開始收縮。并且含水率越低，收縮越多。當含水率降為0時，收縮程度達到最大。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，甚至在剛開始失去自由水的時，就開始發生收縮[14]。完全脫水后，則會產生嚴重的收縮形變，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]。

對于糟朽木材，由于其中的纖維素大量被降解，使細胞壁失去支撐。在失去自由水時，由于水的表面張力，與細胞壁接觸的部分會產生向液體內部的作用力，作用力會通過分子間作用力從水分子表面傳遞給細胞壁，導致細胞壁結構的坍塌[14]。因此糟朽木材在失去自由水的階段就開始收縮。由于這種結構的坍塌是破壞性的，是不可逆的；

（2）化學作用

化學腐蝕主要指在一定的溫濕度條件下，受到光照，微生物侵蝕，化學污染物等因素的影響，導致木材中纖維素的降解，從而使得木質結構機械強度降低，造成木質文物外觀酥脆，剝落等現象的發生[14]。

其中光輻射會導致纖維素發生化學鍵斷裂，斷裂的部分活性較高，會先形成氧化物，再分解成游離基[3]。這個過程會導致木質文物發生氧化，導致文物發黃，酥脆，甚至會導致彩繪褪色。而且游離基性質不穩定，會不斷與纖維素分子發生反應，產生新的游離基。即使停止光照，這個反應也會持續到木材完全腐蝕[3]。

微生物侵蝕是微生物分泌各種生物酶來分解木質成分中的有機物導致的。一般情況下微生物分泌的纖維素酶能使纖維素發生水解，生成單糖葡萄糖[3]。葡萄糖再次發生氧化所產生的能量可供微生物生存繁衍，這個過程導致對文物進一步的侵蝕[3]。

化學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文物表面的水分結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生水解，導致木材表面受損。

1.3 預防病害的保存方法

（1）控制保存環境

木質文物由于木材的敏感性，對于保存環境的溫濕度要求較高。為了防止木質文物發生形變與滋生微生物等病害，木質文物保存庫環境的溫度一般應控制在15～20℃之間，相對濕度控制在45%～60%之間。并且要保持穩定，溫濕度反復變化會使得木材熱脹冷縮，木材彈性下降，更容易產生病害[17]；

（2）防光

木質文物屬于對光敏感類文物，需要進行避光保存，即對存放地點應對光照度進行限制，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和加強工作人員監管力度來降低光照度[17]；

（3）潔凈空氣

灰塵會造成機械性損害，污染文物表面，而有害氣體則會腐蝕文物表面，加速文物老化。因此需要采取一定的過濾措施。保存環境盡量保持封閉，在通風口處設置過濾裝置進行濾塵，并且采用堿性物質進行過濾，通過中和反應產生鹽類來將酸性物質從空氣中分離，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境干凈的情況下減少庫房與室外環境的自由流通；

（4）設置緩沖層

對于大型木質文物，為了防止在放置時由于自重所導致的形變損壞，需要在底部設置緩沖層。細沙是較好的選擇，一方面起到了緩沖的作用，一方面細沙作為無機物也不易滋生微生物[16]；

（5）防腐

木質文物作為有機物，微生物的危害是不可忽視的，因此防腐是重要的一環。真菌為木材中微生物的主要病害，而細菌主要起到促進作用，多種微生物類群共同作用完成了對木質有機物的侵蝕[15]。其中已受到損害而失活的木材是微生物的主要目標，而健康的木材并不易受侵蝕。目前化學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階段的主要手段，使用時要根據木材種類，實際情況和保存環境選擇適合的方式[15]；

（6）防霉

木質文物的防霉問題常常與防腐一同出現，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，處理方式與環境也同樣重要。根據環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。其中常見的木質文物熏蒸劑[7]為環氧乙烷（（CH2）2O），溴甲烷（CH3Br），硫酰氟（SO2F2）；

（7）殺蟲

蟲害對于木質文物是很大的危害，但需要在殺蟲的同時保證文物，人和環境三者的安全。N2，CO2殺蟲技術是較常見的手段，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間，最終使害蟲窒息死亡[10]。

2 結語

國內的木質文物病害的研究處在逐漸發展并且上升的階段，基于我國的出水文物的種類數量大，種類多，為研究病害類型，分析作用機理，分析環境因素等提供了良好的基礎。但在病害機理的研究與高新技術的應用方面還略有不足，要積極汲取國外經驗，引進技術，以完善不足。綜上分析認為：

（1）木質文物的主要存在生物病害、物理病害和化學病害三大病害類型；

（2）木質文物的主要病害產生的主要原因包括：木質文物本身材質的特殊性，溫濕度變化，環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）木質文物的預防病害主要采控制保存環境，防光，清潔空氣，防霉防腐，設置緩沖層，殺蟲等方法。