地衣型真菌对石材的侵蚀及防护措施*

徐亚男，魏鑫丽，贾泽峰

(1聊城大学生命科学学院，山东 聊城 252059；2中国科学院微生物研究所真菌学国家重点实验室，北京 100101)

1 地衣对石材的侵蚀现象

地衣是真菌与藻类或蓝细菌共生的复合体，又称地衣型真菌。地衣体的多种形态是由不同真菌的菌丝体组织内包含相应的藻类或蓝细菌而形成[1-2]。其生长型可分为壳状、叶状和枝状三种基本形态，古建筑石材上的地衣大多为壳状类型，少有叶状和枝状类型。地衣型真菌以其基部菌丝直接附着石材表面或伸入石材内部，尤其多见于大理石或石灰石[3]。地衣中含有的多种色素，决定了地衣体上皮层的颜色，如黄色、灰色、黑色等，这严重影响了文物原本的容貌，如图1所示。同时由于地衣所分泌的有机酸，加剧了对石材的侵蚀作用。地衣对石材的侵蚀可分为物理侵蚀和化学侵蚀。

A北京市密云区桃花仙谷风景区的慈母洞(拍摄图片来自北京利达集团王辉)；B安徽齐云山摩崖石刻(拍摄图片来自中国科学院微生物研究所魏鑫丽)；C贵州习水袁锦道祠(拍摄图片来自聊城大学生命科学学院贾泽峰)；D广西靖江王陵(拍摄图片来自中国科学院微生物研究所魏鑫丽)。

1.1 物理侵蚀

陈舒泛[4]曾经报道过地衣对南京石质文物的侵害。南京是中国古代的都城，分布着许多古建筑物。该研究以南朝和明朝的帝王陵作为研究对象，发现一些石质文物上生长着地衣，其种类分别是：胶衣(Collemasp.)、瓶口衣(Verrucariasp.)、石果衣(Endocarponpusillum)、裂果双缘衣(Diploschistesactinostomus)、橙衣(Caloplacasp.)等，与没有生长地衣的石质文物相比较发现：地衣对石质文物的侵害占很大的比重。地衣可引起石质文物的表皮剥落、空鼓、裂隙以及由于地衣中的化学物质，使得文物上留有一些有色沉积等现象[5]；地衣在石质文物上的占地面积与文物受侵害的程度成正比[6]。

有科学家对陕西的乾陵无字碑上的地衣进行采样与标本鉴定[7-8]，发现无字碑上生长的地衣种类为：短绒皮果衣(Dermatocarponvellereum)、瓦衣(Coccocarpiacronia)、毡衣(Ephebelanata)、网衣(Lecideaalbocoerulescens)和小枝茶渍(Lecanoratransbaicalica)等，它们不仅覆盖了无字碑上雕刻的纹路，还在无字碑上留下了坑洼的痕迹，有时在坑洼的底部还可发现较大的孢子。

1.1.1 菌丝的膨大收缩

环境中的温度、湿度等一些外部因素，使得地衣的菌丝发生膨大收缩的过程[9]。当空气湿度较大时，菌丝会直接吸收水分，体积膨大；当湿度小时，菌丝收缩，菌丝的体积随着湿度的大小而发生变化，菌丝的这种膨大收缩的过程，促使石材容易发生破碎现象[4，10]。

1.1.2 菌丝对石材的穿透作用

地衣利用菌丝的生长穿透石材气孔，使得石材产生裂缝，导致矿物质脱落[5]，在水与冰的结合下，地衣对石材产生机械性的破坏。

1.1.3 盐结晶作用

地衣本身分泌的有机酸与石材发生反应，会形成盐结晶，如草酸盐的结晶体等，这种结晶体对石材产生机械性的压力，对石材具有明显的损坏作用[10，11]。

1.1.4 菌丝捕获石材碎屑

地衣中的菌丝可缠绕石材发生剥落后的碎屑[12]，随着碎屑一起掉落，但剥落的石材表面会生长出新的表皮层，菌丝仍然会伴随一起生长，久而久之，这种重复性的循环对石材有所损害。

1.2 化学侵蚀

地衣对石材产生的化学侵蚀主要由于地衣体内所含有的多种独特的化学物质所导致。地衣所产生的次生代谢物多以缩酚(羧)酸类化合物为主，它们是聚集在菌丝表面的不溶性的晶体。张秉兼等[13]通过对石灰石材质的古旧建筑石面的研究，表明地衣中含有的有机酸可以溶解石灰石中的钙成分，也可以与岩石矿物中的金属离子相结合，改变岩石中的化学成分；地衣通过呼吸作用产生的CO2溶于水，形成酸性溶液，改变岩石周围环境的pH值，pH值的降低会加速文物的风化；地衣分泌的草酸与石材中的阳离子(如钙离子)相结合，形成草酸盐。

2 地衣型真菌在石材保护中的应用

地衣对石材并非仅具侵蚀作用，有时也会产生一定的保护作用。

2.1 地衣分泌有机酸形成矿化膜

地衣分泌草酸，使得一些岩石上雕刻的花纹即使经历千年仍然清晰可见[14]。在一些含钙成分的岩石表面可见含有一层致密的矿化膜(成分分别是草酸钙、碳酸钙、硫酸钙等)，膜层中含有微生物原植体以及菌丝，可有效阻挡有害物质的侵入，从而达到保护碳酸岩石的效果。张秉兼等[6]针对杭州灵隐寺双塔石灰岩表面展开实验，结果分析得知矿化膜中水合草酸钙的成分占55%以上。地衣分泌的草酸只有跟含钙成分的岩石发生反应，形成沉淀物——草酸钙，当然也不能排除岩石上的其他微生物也分泌草酸，与钙离子形成草酸钙。有资料显示，地衣产生草酸形成的矿化膜在野外干燥环境下的岩石上具有均匀、薄并且致密的特点，一般呈月牙形[15]；潮湿的、微生物较多的环境中形成的矿化膜一般较厚、稀疏、不均匀[16]，较多的微生物物种处于同一种环境中，就会出现竞相生长的现象，从而引起草酸矿化膜的不均匀，矿化膜形成的好坏直接关乎着文物受保护的程度。

2.2 地衣是测文物年限的工具之一

地衣一方面因本身含有独特的化学物质而特殊，另一方面因地衣的生长速度极其缓慢而特殊，地衣的生长速度在所有生物类群中极其少见，因此有科学家论证了地衣可以作为测年的辅助手段[17-19]。最初建筑学家在修建文物之后，初期裸露在大自然下的建筑物并不存在地衣，但随着时间以及环境因素，使得文物上逐渐着生地衣。在同一种环境中，相同种类的地衣生长的速度大致相同，我们可以通过测量地衣体的直径大小与已知地衣生长时间的地衣作比较，推测出石质文物的年代，地衣体的大小与石质文物的年代呈一定的相关关系[11]。

2.3 地衣吸附环境中的尘埃

地衣可以通过菌丝吸收环境中的物质。大气中的尘埃颗粒可被吸附在地衣体内，地衣体内所含的空气中的有害成分要远远高于周围环境的许多倍，不同时间大自然中的空气颗粒不同[20-22]，因此我们可以通过分析地衣体内的尘埃颗粒，大致推测出文物所处的环境，尤其针对一些原本裸露在室外后期被科学家移动到室内的文物。

2.4 地衣反映文物的历史

地衣附着在石材上，虽然影响了文物的美观程度，但恰恰因为有地衣的存在能够反映出文物的历史悠久，突出中华文明的源远流长。因此如果想要清除文物上的地衣，必须要遵循文物的保护要求——“修旧如旧”[23]，以保留文物一路走来风雨沧桑的真实及历史感。

3 古文物石材的防治措施

所谓防治就是既要达到防护又要达到治理的效果。消除石材上的地衣既要考虑所选方法是否可以有效消除地衣，又要考虑是否对石材有所损害。截至目前，石材上地衣消除主要分为两种方法，一种利用物理方法，一种利用化学方法。

3.1 物理防治

物理方法包括：超声透射波法、激光清除法、清洗法等。

超声透射波是一种无损检测方法，石质文物的风化现象指的是石材本身的退化，而超声波的波速与石质文物的风化程度具有一定的相关性，该方法是利用超声波对石质文物风化程度进行检测的物理基础。科学家已经对浙江义乌古月桥、北京故宫汉白玉栏板和西黄寺抱鼓石相关检测进行了论证，证明该方法在石质文物风化程度检测中应用的有效性[24]。

有科学家利用激光方法清除地衣，结果显示激光清除法清除石生地衣具有针对性、高效性、安全性等特点[25]；高句丽石质文物上附着很多微生物，王惠贞等[26]利用物理与化学方法相结合的形式——清洗法消除文物上的微生物，首先在地衣表面喷洒0.0035%的杀菌剂，地衣湿润之后，利用小刀轻轻刮下地衣，再用牙签等一些尖锐并细小的工具剔除嵌在文物内部的残骸，最后利用丙酮和杀菌剂的混合液进一步进行清洗，防止残留下来的孢子和菌丝会在文物上继续生长。

物理清洗法是利用毛刷刷洗石质文物表面。毛刷最好采用软毛材质，避免毛刷过硬对石质文物的表面产生划痕。这种方法虽然可以对文物的损害程度降到最低，但是这种方法费时、费力，具有一定的局限性，仅适用于附着在文物表面较稀疏、面积较小的地衣种类。

3.2 化学防治

清除地衣所采用的化学方法一般利用化学试剂，比如：强酸、强碱、强氧化剂等。利用化学试剂与地衣体发生反应，文献中称这种化学试剂为反应性试剂，反应性试剂分为化学清洗剂和杀菌剂[27]。有实验证明[28]，虽然化学试剂可以快速有效地清除石质文物上的地衣，但是在清除地衣的同时，这些化学成分对石质文物也产生一定的损害，使得文物发生表皮脱落、裂隙等现象。所以利用化学试剂清洗石质文物表面的地衣，要谨慎选择，尽可能多的采用一些弱碱和有机酸，比如：柠檬酸和呈弱碱性的氨水等。

3.2.1 弱碱性清洗剂

碱性氨水可以中和地衣中分泌的有机酸，形成铵盐，可以用清水冲洗掉，由于氨水易挥发的性质，不会长时间残留在石质文物中，对文物的损害程度较低[27]。

3.2.2 弱酸性清洗剂

柠檬酸是一种弱酸性的有机清洗剂，有文献记载在2010年的石质文物保护修复培训班的实践中[28]，用5%的柠檬酸溶液与弱阳性离子相混合，搅拌成糊状，湿敷于文物表面的地衣体上，2小时以后，大部分的病害可以被清除掉[28]，但该方法目前仅限于大理石材质的文物，其他材质的文物尚有待研究。

3.2.3 杀菌剂清洗剂

用杀菌剂清除地衣既有杀灭病害又有防治病害的效果，而利用弱酸弱碱的化学试剂方法仅局限在消除病害。杀菌剂清除石质文物病害的原理是干扰了地衣的呼吸过程，用于修复文物一般采用的是季铵盐类杀菌剂[27]，这种杀菌剂易溶于水，毒性低，附着在地衣体上，可以改变地衣体的正常渗透作用，以不超过24小时最佳。

4 结论

综上所述，地衣附着在石材上，既有利又有弊，一方面在石材表面形成病害，损害石材；另一方面又可以形成矿化膜，对石材有保护作用。由于石材材质的不同，地衣所分泌的有机酸不一定全部会形成稳定性沉淀，草酸仅与含钙成分的岩石(如石灰岩)反应才会生成草酸钙表面层，但地衣又不仅限于生长在含钙离子的岩石上，因此，地衣对石材的侵蚀作用要远远大于其保护作用。所以我们在清除石材上的地衣时，要做针对性的研究，对于不同材质的石材，采取不同的办法。同时研究石质文物地衣采集样品时，建议同时采集石材周边环境的地衣型真菌，在确保对石材的损失降到最低的同时，还可以对比研究结果辅助判断地衣对石质文物的侵害程度。对石材的修复与防护并非短期之功，产生生物病害的也并非仅地衣一类生物，还应综合考虑细菌、苔藓、生态因子及人为因素。