石质文物表面微生物病害的种类及作用机理

石质文物微生物病害，根据国家文物局发布的《石质文物病害分类与图示》，系指“微生物菌群在石质文物表面及其裂隙中繁衍生长，导致石质文物表面变色及表层风化的现象”[1]。与之相对应，在意大利业界发布的“Normal”中，这种现象被描述成“生物锈斑”[2]。

从根本上说，大多数文物病害都是以某一因素为主的多因素综合作用的结果，但为方便研究和保护工作，习惯上将病害原因分为物理风化、化学风化及生物风化 (病害) 。从《石质文物病害分类与图示》来看，生物病害又可划分为动物、植物、微生物病害[1]，它们均可参与石质文物的腐蚀风化过程，其中以微生物的活动最为频繁和影响最大，也最具研究价值。据初步估计，有20%~30%的石材表层腐蚀是生物作用的结果，其中就以微生物为主[3]。总体上看，微生物病害具有分布广，种类多，数量大，代谢旺，繁殖快和适应能力强等特点，大量石质文物尤其是室外文物因此都存在微生物病害而被不同程度腐蚀的现象 (图1) 。虽然这种破坏作用缓慢，但累积效应相当惊人，需要引起足够重视。

图1 被微生物侵蚀的明十三陵石构件

石质文物表面微生物病害的

种类及作用机理

常见的石质文物表面微生物病害种属

一般情况下，影响石质文物，导致其加速劣化的微生物主要有四类：细菌、真菌、地衣及光合类微生物。

1. 细菌

腐蚀石质文物的细菌以异养细菌为主[3]，石质文物上的有机污染物、有机防护材料等都能成为它的碳源。

2. 真菌

是另一类最活跃的腐蚀石质文物的微生物，分布甚为广泛，在石质文物上观察到的真菌常常为单菌丝或菌丝网形式的类似于酵母菌或者黑色菌的真菌，导致石质文物表面的颜色变黑，含钙石材表面石膏壳的变暗等现象，许多石材表面出现的色斑也与真菌的生长繁殖有关，如石材表面出现的桔红色色斑就是一些真菌染色的结果。另外，用于石质文物的粘结、加固和防护材料，如石材表面防护剂、防水剂、粘接剂、粘接砂浆等，其有机物为真菌的繁殖提供了碳源，很容易被真菌利用并使石材受到侵蚀。

3. 地衣

地衣分泌的地衣酸，是地衣呈现各种颜色的物质基础，很多石材上的地衣呈灰褐色，并且，空气中的相对湿度加大，地衣颜色转深，反之亦然。

4. 光合类微生物，亦称光合细菌

石质文物表面的光合类微生物主要是藻类和蓝细菌。在许多表面湿润并有光照的石材表面均可发现藻类和蓝细菌，其分布种类呈现一定的区域特点，如以色列石质文物上大多数是呈黑色的蓝细菌，德国北部大多是绿色的藻类，在中国，不同地区情况差别很大。来自现场和实验室的研究表明，经过一定周期光合类微生物的作用，石质文物腐蚀层会自发剥离[3]。

目前，精确的微生物种属鉴别是一个难点，须根据细胞特征、群体形态等进行实验室鉴定，如条件允许，也可做碳源利用的BIOLOG-GN分析和16Sr RNA序列分析，可综合确定微生物的属和种。对于石质文物保护来说，显微观察是目前最可行的鉴别方法，可通过现场及分离培养等方式进行。

石质文物微生物病害的作用机理

1. 物理作用

微生物通过生命体的附着、覆盖及穿插、剥离等机械活动，使石质品的物理特性如色彩和密度发生改变。以第五批全国重点文物保护单位宁波东钱湖石刻群表面的微生物病害为例，这些微生物以片状、点状或斑状覆盖在石刻上，颜色上有白色、黑色、灰色和绿色等，从而影响石刻表面的正常颜色[4]，而微生物的菌丝穿插和钻孔作用引起石质文物的机械破坏，使石刻出现疏松、裂纹、脱落、粉化，碑文字迹以及雕刻线条的模糊淡化等风化现象，进而发生岩石微环境的水分冻融交替、盐份结晶导致的内部压力等，加速了石质文物的劣化。

2. 化学作用

微生物通过自身分泌及死后遗体析出的酸及CO2等物质，和组成岩石的矿物之间发生化学反应并对其进行溶解，对石质文物造成腐蚀。微生物的活动可以导致硅酸盐、磷酸盐、碳酸盐、氧化物和硫化物等矿物被破坏，并使一些重要元素如Si、Al、Fe、Mg、Mn、Ca、K、Na、Ti等从矿物中溶出，为自身吸收利用，即通常所说的“螯合”作用。

微生物对石质文物的化学作用可分为几种不同类型，即酸的作用、胞外聚合物的作用、生物膜的作用、酶解、碱解以及氧化还原作用。

作者：张国勇1张欣1王欢2，1. 邢台市文物管理处2. 河北省文物保护中心

原文刊于《邢台学院学报》2013年01期

本文注释从略，完整版内容请订阅查阅《邢台学院学报》2013年01期

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