博物館青年說｜文物保護中的生物學問題研究現狀及展望

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文物是人類在社會活動中遺留下來的具有歷史、藝術、科學、以及社會文化價值的遺物和遺跡。文物類型豐富、材質多樣，如果以存在形態劃分包括可移動文物和不可移動文物；不可移動文物包括古遺址、古墓葬、古建築、石窟寺等，通常在博物館看到的主要為可移動文物，包括竹木漆器、紙質文物及紡織品等。

宏觀上來看，不論是文物，還是生物，它們都存在於地球圈層中。包括大氣圈、水圈、生物圈以及岩石圈，各圈層構成了千差萬別的環境。著名生態學家惠特克在1969年將生物劃分為5界，據統計，地球上已被記錄在冊的生物大約有250萬種，其中動物約200萬種，植物約35萬種，微生物約3.7萬種。

因此，文物、生物、環境它們各自的構成要素本身複雜多樣，如文物和生物類型豐富，環境包括了土壤、水分、溫度、大氣等多個因子。從三者的關系來看，它們之間既相互依存，又相互影響，三者的交集可總稱為文物生態環境。文物保護中的大多數生物學問題都屬於文物生態環境的研究範疇。

文

物生態環境因子間相互關系概念圖（制圖：

武發思）

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文物的生物病害及其防控技術

文物珍貴而脆弱，在多因素耦合作用下，文物病害多種多樣。

其中生物病害是造成文物劣化損害的主要因素之一，對於生物病害的長效防控也是文物保護中面臨的難題。

相關研究主要聚焦於3個方面：

共有哪些生物？

病害發生機理如何？

怎樣有效防控？

針對文物的生物病害，有生物退化、生物風化、生物降解、生物汙損、生物腐蝕、生物礦化等多個專業詞匯。其中涵蓋面最廣的是生物退化，指生物體導致物質材料的任何不良變化，包括物理或機械的、化學的、或美學的改變，文物價值受到削弱。需要指出的是，生物退化現象在自然界中普遍存在。

下面筆者將從植物、動物、微生物三個方面簡要展示生物體導致文物生物病害的一些現象和表現形式。植物體在露天文物表面極為常見，如世界文化遺產地樂山大佛和吳哥窟長期遭受著植物的威脅，主要表現為植物的根劈作用造成的文物結構性破壞。一些喬木和灌木的根系對長城等土遺址的破壞也非常嚴重，導致遺址開裂甚至坍塌。有些樹木的根系可以延伸到地下幾十米，也會對墓葬壁畫和地宮壁畫造成危害。當前對病害植物主要采取機械清除的辦法，如在樂山大佛，每年都要耗費大量人力清除佛像上的植物體。

植物對四川樂山大佛(A)和甘肅瓜州鎖陽城遺址(B)及河北靜志寺地宮(C)的危害

動物體機動靈活，對文物的損害現象也很常見。在一些石窟寺和古建築，鳥類危害尤為突出，表現為鳥爪對文物的機械性損傷破壞和鳥糞汙染。鼠類的活動及其排泄物對部分石窟文物造成了嚴重的汙染損害。一些昆蟲，比如鼠婦、擬步甲和夜蛾類，它們在壁畫表面聚集活動和產卵作繭也會損害壁畫。

昆蟲類對館藏書畫、紡織品、木質文物的損害尤為嚴重，常見害蟲有衣魚、甲蟲類、白蟻等。對於害蟲的監測和防控，國內外廣泛采用綜合害蟲管理體系（IPM）。近年基於北鬥衛星系統和物聯網傳感器的白蟻監測技術逐漸發展，有望解決古建築的白蟻危害監控問題。鳥害防治當前以防鳥網、防鳥刺、超聲波驅趕器等機械和基於聲-光-電技術為主，但受限於物理空間和鳥類適應性，鳥害問題在石窟寺和古建築保護中仍然突出。

甘肅永靖炳靈寺石窟的鳥害(A)及武山拉梢寺壁畫的蟲害(B)

微生物病害問題在文物保護中非常普遍。近年來，文物的微生物退化機制研究取得了快速進展。已逐步闡明了菌絲體生長引起的機械膨脹，代謝產酸和生物酶等引起的生物降解，以及生物風化和生物腐蝕機制。國際上對吳哥窟石質文物生物病害研究重心已開始向微生物參與的碳、氮、硫元素生物地球化學循環過程轉變，尤其關注活性微生物及其介導的生化反應；並強調了人類活動對文物生物風化的貢獻。

微生物對古代壁畫的危害主要表現為色素沉積汙染降低美學價值，破壞顏料層結構，降解制作材料。館藏絲質、紙質和木質等有機材質文物極易受到微生物破壞，一些金屬、陶瓷器文物表面也常能發現微生物生長。在文物保護修複中，化學高分子材料的使用應格外小心，因為這些多聚物也能被微生物作為營養物所利用。

微生物對敦煌莫高窟壁畫(A)、埃及圖坦卡蒙墓壁畫(B)、柬埔寨吳哥窟石質文物(C)及上海志丹苑元代水閘出土木質文物(D)的危害

近20年來，敦煌研究院在文物的生物病害研究中不斷探索，逐步形成了針對石窟寺、土遺址和古建築的病害生物監測與防控技術，並在文物保護中推廣應用，成效明顯。館藏文物方面，依托重慶中國三峽博物館，成立了館藏文物有害生物控制研究國家文物局重點科研基地。

當前，越來越多的文博單位和高校科研院所已開始關注和研究文物保護中的生物學問題。國際上，無機納米Ag2O、ZnO、TiO2、Ca(OH)2等抗菌和保護新材料快速興起，並在世界各地文化遺產保護中廣泛應用。

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生物技術在文物保護中的應用

借助於生物學領域高速發展的高通量測序、宏基因組學、宏轉錄組學、宏蛋白組學等新型多組學技術，有望進一步從分子層面解析文物退化的生物學機制。

另一方面，生物也能在文物保護中發揮正面作用。如英國歷史建築與遺址委員會和牛津大學研究團隊提出的植物軟覆蓋計劃為古城牆保護提供了一個新思路。基於微生物和生物酶的生物技術已經走向壁畫表面有機殘留物清除和鹽害治理，以及絲織品清洗加固和書畫文物揭展等文物保護修複實踐。

植物軟覆蓋保護古城牆(A)及生物技術清洗加固絲織文物(B)

同時，利用本土微生物的生物礦化作用形成碳酸鈣和納米級生物雜化材料，在西班牙一處修道院風化石材加固中取得了良好效果，這為石質文物的防風化提供了新機遇。

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問題與展望

首先，影響文物保存的生物類型眾多，其危害機制和防控技術還有待進一步深入研究。

其次，因全球氣候變化、極端天氣、過度旅遊等因素引發的文物生物病害問題正在加劇。

第三，多組學等新型生物技術有望在文物保護中發揮重要作用。

鑒於文物保護的特殊性，蝙蝠、鳥害、蟲害防治仍然是一大難題。露天文物表面的植物病害可能反複發作。受全球氣候變化、極端天氣等因素影響，文物保護正在面臨新的生物學問題和挑戰。大遺址博物館中的微生物病害問題當前還比較突出。水是生命之源，也是文物病害之因，雖然文物的微生物病害問題多數可歸因於水分活動的影響，但建築設計者、文物管理者、保護工作者有必要從生態環境平衡的角度有更多的思考。

文物保護中的生物學問題研究發展方向（制圖：武發思）

2019年8月19日，習近平總書記在敦煌莫高窟考察時強調：“要十分珍惜祖先留給我們的這份珍貴文化遺產，堅持保護優先的理念，加強石窟建築、彩繪、壁畫的保護，運用先進科學技術提高保護水平，將這一世界文化遺產代代相傳”。這為新時期做好我國文物保護事業指明了方向，提出了更高要求。因此，加強多學科聯合攻關和協同創新，運用先進科學技術提高文物保護水平，不斷推進文物保護生物學的學科建設和人才培養，是該領域未來的發展方向。

作者簡介武發思，敦煌研究院研究館員

。

入選甘肅省優秀青年文化人才、隴原人才（B類）。

現擔任國際生物退化與生物降解學會（IBBS）中國代表。

主要從事古代壁畫與土遺址生物病害的監測與防治技術研究工作。

主持及作為骨幹成員參與完成國家級和省部級項目課題20餘項。

發表研究論文60餘篇，參編專著2部，授權專利10餘件，獲甘肅省科技進步獎一等獎和國家文物局“十二五”文物保護科學和技術創新獎二等獎等獎勵5項。

曾赴英國牛津大學、美國蓋蒂保護研究所、日本東京文化財研究所等國家機構進行文物保護方面的合作研究與訪問交流活動。