古建筑、壁画及土遗址中常见害虫防治研究的现状与展望.pdf
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1、 月 ():昆 虫 学 报 :.:./.基金项目:浙江省文物保护科技项目()作者简介:胡瑜兰 女 年 月生 浙江永康人 副教授 研究方向为生物技术和文物保护:.通讯作者 :.收稿日期:接受日期:古建筑、壁画及土遗址中常见害虫防治研究的现状与展望胡瑜兰 秦 玥 张秉坚(浙江大学艺术与考古学院 杭州)摘要:不可移动文物是反映过去社会生产力发展和社会生活状况的重要实物资料具有极高的历史、艺术及科学价值是文物研究的重要对象 长期处于室外环境使不可移动文物遭受各种劣化由虫害引起的生物劣化是文物损坏的重要原因之一 其中古建筑、壁画及土遗址 类不可移动文物受虫害影响尤为严重 本文根据文物种类划分阐述了古建筑
2、、壁画及土遗址中主要虫害类型及机理对当前的文物虫害防治方法进行归纳总结 传统的文物虫害防治以物理、化学治理方法为主 化学方法是较为快速有效的除虫方法但化学药剂给生态环境带来了较大的污染且文物自身的脆弱性使化学杀虫剂应用受到限制 当前多种具有长效性和环境友好性的绿色杀虫剂对传统化学方法进行了极大的改进 此外利用生物天敌或寄生生物控制害虫的生物防治法不仅对生态系统影响较小且具有较长持效性是新型害虫防治研究的热点但用于防治的生物种类是否会对文物造成危害还有待进一步的研究 文物虫害防治作为一个交叉研究领域建筑、农业等领域的虫害防治方法对其有较大启发意义和参考价值 最后本文针对不可移动文物常见害虫的防治
3、研究现状进行讨论和展望期望为文物害虫防治研究提供参考关键词:古建筑 壁画 土遗址 生物劣化 害虫防治中图分类号:.文献标识码:文章编号:():():.昆虫学报 卷.:古建筑、壁画和土遗址是不可移动文物的重要组成部分具有重要的历史、艺术与科学价值 它们长期暴露于自然环境中与周围环境及生态系统形成统一的整体不可避免地受到自然因素导致的劣化作用 其中由小型哺乳动物、鸟类、昆虫类、植物根系以及微生物等介导的生物劣化作用严重危害了文物的安全和价值 虫害是不可移动文物中常见的生物病害 害虫破坏文物的表面形貌和内部结构降低文物的机械强度和耐化学侵蚀能力若不采取有效措施治理极易造成文物整体毁坏崩解 国内外关于
4、文物虫害的研究多数集中于馆藏可移动文物的害虫防治(田敬伊)如纸质文物、皮质文物等另有部分研究针对历史建筑中的害虫防治 刘恩迪()对库房文物中的害虫隐患进行分析提出了预防虫害的措施和常见防治方法毛志平()对常见竹漆器、纸质文物、纺织品文物上的虫害类型和一般防治方法进行总结和概括为馆藏有机质文物的保护提供了参考甄丛爱和赵丹苹()对纸质文物的生物病害种类进行划分分析常见虫害的种类和防治方法 和()详细介绍了馆藏文物和一些历史建筑内的虫害类型、虫害影响因素和综合防治方法 等()探讨了气候变化对博物馆内害虫活动的影响及应对思路 在不可移动文物的虫害研究方面钟慧娴等()对古建筑中的虫害做了较详细的梳理而其
5、他不可移动文物的虫害防治以单种虫害的研究为主暂未形成系统性综述 基于不可移动文物虫害防治研究数量较少且较为分散的现状本文将前人的不可移动文物虫害研究进行汇总和整合按文物类型分类分析了最常受到虫害侵扰的木结构古建筑、石窟寺壁画及土遗址 类不可移动文物中存在的虫害种类及机理阐述了相关文物虫害防治的研究情况形成较为完善、系统化的不可移动文物常见虫害研究综述并补充了虫害防治方法的研究近况和农业、建筑领域的相关虫害防治研究为不可移动文物虫害进一步研究提供思路 木结构古建筑虫害防治我国古建筑中木结构古建筑占据绝大部分比例 木结构建筑以木质材料为主体其材料特性导致其易受生物损害发生腐朽和虫蛀(刘波等).木结
6、构古建筑虫害发生机理古建筑虫害多发主要有以下几点原因:()木材自身材料与结构特性 木材是由多种高分子混合聚集而成的有机材料含有害虫需要的营养物质包括碳水化合物(可溶性糖和淀粉)、纤维素、半纤维素、木质素等(袁霄等)边材的细胞腔中存在大量可溶性糖和淀粉相比其他部分更容易受到害虫侵袭(张斌等)可溶性糖可直接被昆虫吸收淀粉经虫体内的淀粉酶及肠道微生物作用后分解为葡萄糖进而被吸收 昆虫对营养物质和水分含量不同的木材有特定的偏好(赵凯等 丁芳等 候亚会)()建筑所处地理环境 古建筑所处的地理位置和周围环境对虫害也有重要影响温暖潮湿的地区适宜昆虫的繁衍且该环境下木材容易受潮发霉真菌侵蚀木材后产生的物质可对
7、白蚁产生类似“尾随信息素”的诱集作用加剧木材的损坏(张顺瑜等 丁芳等 刘灏)而古建筑周围的绿化丰富植被繁多也有利于昆虫的生长木 材 上 的 典 型 害 虫 主 要 有 天 牛 科()、长 蠹 科()、象 虫 科()和长小蠹科()的蛀木甲 期胡瑜兰等:古建筑、壁画及土遗址中常见害虫防治研究的现状与展望虫、白蚁科()昆虫和木蜂(袁霄等)危害状如图 所示 等()创建了文物中重要害虫的数据库提供了文物中害虫的生物学特性、分布、出现频率以及对文物材料可能造成的损害等信息图 木构件受虫害状(袁霄等).(.):天牛危害 :木蜂危害 :白蚁危害 .蛀木甲虫蛀食木材的韧皮部、木质部影响水分和养分的传导(司勇)蛀
8、木甲虫产生的孔洞尺寸各有不同蠹虫留下的虫眼通常较为细小而天牛蛀洞较大(袁霄等)被蛀食的木材内部坑道纵横交错呈海绵状木材强度大大降低(杨金伟等)白蚁属于蜚蠊目()包含近 个种在所有已知对建筑造成破坏的白蚁种类中来自地下白蚁()白蚁通常不直接栖息在建筑物内它们在靠近木材或树木的土壤中建造巢穴通过房屋周围的木桩及残留在地面的木屑进入房屋内部或利用房屋接触的树枝建造入侵建筑物的走廊从树枝和地下同时侵入房屋(.)白蚁在木材中建造隧道木材外表保持完好只要构件不完全损毁它们在内部就很难被发现被白蚁蛀食的木材往往最终只剩下一个薄壳 当木材内部结构遭到破坏时其力学性能也大大减弱最终失去支撑作用而导致建筑物整体垮
9、塌(韩彤彤等)在房龄较久的传统建筑物中潮湿发霉的木材上通常长有真菌真菌可以降低木材的耐久性同时促进白蚁活动加速木材的破坏过程(.)木蜂是蜜蜂总科()中的一科它们不蛀食木构件但会在干燥的木材上蛀孔营巢客观上会造成对木构件的破坏 古建筑因年代久远油漆脱落木材干燥且往往高大、远离人群受人为影响较少是木蜂偏好的筑巢地点(马星霞等)木蜂筑巢时可见大量木屑掉落所钻孔洞直径可达 (袁霄等)其巢穴隧道分枝交错(马星霞等)如图 所示木构件内部残损、强度丧失而发生倒塌 同时木蜂的排泄物也是微生物滋生的温床加快了木材腐蚀进度图 木蜂巢穴结构(贺春玲等 马星霞等 ).(.):蛀洞口所留大量木屑 :蜂粮上孵化的幼虫 .
10、木结构古建筑虫害防治手段相比现代木制品及木构件古建筑年代久远大都存在一定程度的开裂和腐朽对大规模修缮的承受能力较弱采取防治手段时要避免破坏其表面纹饰、雕刻以及建筑构件尽量减少木材替换保存文物价值 此外古建筑内群落结构复杂且与周围环境联系紧密在进行防治时还需要防止周边环境中害虫的滋生和输入同时也要避免对区域生态系统造成破坏.虫害预防:对木结构古建筑内的虫害可以采取一定的预防方式降低防治成本并减少对环境的干扰 对于蠹虫等反复出现、难以根治的虫害在害虫暴发前采取治理方法往往可取得更好的效果在成虫产卵之前在木构件表面涂覆防虫涂层或者在产卵期喷洒触杀药剂如 噻虫啉微囊悬浮剂可以起到预防作用(张斌等 钟慧
11、娴等)木蜂是自然界重要的传粉昆虫不可直接认定为害虫应以保护为先、预防为主 可使用物理障碍阻止木蜂钻蛀木构件或使用化学趋避剂在木蜂的成虫期喷洒到木构件表面驱逐木蜂(钟慧娴等)移除建筑周围开花植物可使木蜂失去食物来源迁往别处 同时可尝试在周围为木蜂提供生存场所 例如在建筑附近使用软木制作并设置昆虫学报 卷人工巢房利用木蜂偏好的花香可以有效吸引木蜂前往定居从而避免了对古建筑的破坏 此外木蜂有惧怕油漆的天性在古建筑木构件表面涂刷生漆桐油可以预防木蜂虫害的发生(何翔彬)潜口民宅博物馆工作人员在盛花期对木构件喷洒防虫剂起到了一定控制作用(杨永艳)徐应麟()发现涂有深色油漆的木材被木蜂蛀蚀情况较少可以使用深
12、色油漆预防木蜂虫害 但深色油漆可能导致古建筑外观发生改变使用受到一定限制.害虫监测:对于白蚁等较为隐蔽、活动范围复杂的害虫首先要对其进行有效监测 对建筑物木构件内部白蚁无损探测技术主要有以下几种:第一微波雷达技术利用微波反射探测木质中的异常大面积空穴判定白蚁病害 第二红外热成像技术利用红外热成像探测白蚁活动和聚集引起的局部高温 第三声频探测技术(汪野)声频探测是针对木质结构开发的一种白蚁探测方式因木材内部传音效果较好声频探测仪可以通过高精度声音传感器捕捉木质内部的异常声音以发现白蚁病害(汪野)遭受白蚁虫害的建筑物地下和周边环境也是白蚁监测的重点区域 和 ()发明了一种检测木构件中白蚁的无线传感
13、器该装置可以安装在整个建筑中对木构件进行自动检测指示木材内的昆虫外观信息并发送警报 南京朝天宫采用了白蚁自动化监测技术将监测装置埋设于地下或安装于古树、花园草坪中监测白蚁的进食和运动并将信息发送至电脑或手机 文保人员可以实时监测、收到预警后立即对白蚁进行灭杀(袁强亮)合肥包公墓也采用了类似远程白蚁监控系统有效监测了白蚁的活动规律并发现了气候变化对白蚁活动的影响(黄姗姗).物理防治:古建筑白蚁及木蜂的防治可使用物理防治方法 许多白蚁巢穴位于地下纱网等物理屏障难以拦截可适当采用热处理、微波处理法物理方法的优势在于不需要引入有毒化学药剂对环境破坏较小且效果较为显著但是只能一次性杀灭害虫无法长期阻止害
14、虫入侵 热处理法是向建筑物白蚁危害区域鼓入热空气在一段时间内保持环境处于较高温度利用热量杀死建筑物木构件中的白蚁 该方法对环境没有污染但需要持续对空气进行加热耗能较大且不适用于较为开放、与环境空气流通较大的建筑(程冬保)微波处理法是使用多个微波发生器对建筑物墙体产生一定的微波热量达到灭杀白蚁群的目的该技术优点是无需钻孔微波就能到达白蚁危害区域不破坏建筑结构缺点是其操作性较差不适用于狭小、封闭的区域(陈旭)年代较为久远、损毁较严重的古建筑难以承受较高温度需谨慎采用物理防治手段 对于无法预防的木蜂可以通过捕网或直接拍落的方法捕捉(钟慧娴等)笔者所在课题组曾研究使用软木制作人工巢房悬挂于古建筑的不同
15、位置并用蜂蜜和花香吸引木蜂两周后在巢房内可观察到木蜂 在同一花期木蜂对蜜源植物的选择具有偏爱性和恒定性(贺春玲等)可以考虑利用当地木蜂偏好花种进行诱捕.化学防治:化学防治是较为快速有效的方法 蠹虫类防治的主要难点在于较小虫眼难以被发现表面药物喷洒难以进入孔洞内部发挥作用(张斌等 钟慧娴等)对于已经存在蛀孔的木构件通常采用的方法是使用注射器向虫眼中滴灌药剂此方法较为耗时费力但效果较显著 此外还可以采用熏蒸的方式对木材进行杀虫将固体杀虫剂在一定温度下升华为气态进入害虫呼吸系统使其中毒死亡熏蒸药剂可采用溴甲烷、硫氟酰、环氧乙烷和硫代异氰酸甲酯等(张斌等)此类药剂必须对人体低毒性且熏蒸结束后需采用气体
16、置换方式将残留药剂充分除去 养心殿在 年进行了硫酰氟熏蒸杀虫一次性杀灭了绝大多数的害虫为保障人员安全整个区域封闭了 个月熏蒸后又进行跟踪监测发现还有零星的蠹虫(纪立芳等)对无法预防的木蜂也可采用化学灭杀手段处理方法主要有磷化铝熏蒸、表面喷洒噻虫啉微囊悬浮剂等均可以高效杀灭成虫(钟慧娴等)白蚁的化学防治方法与蠹虫类似 为防止地下白蚁的入侵部分建筑会在地下铺设杀虫剂化学屏障对周围土壤环境及地下水产生污染且屏障总会存在缝隙白蚁依然可以从缝隙中通过 对于部分构件力学强度较低、支撑性能较弱的建筑钻开地板投放杀虫剂会对建筑本体产生严重破坏(.).毒饵诱杀:毒饵诱杀方法主要针对白蚁病害是用毒饵让诱集到的白蚁
17、携带毒素通过白蚁间的互洁、交哺传播整体杀灭白蚁的方法(杨建平等 王余霞等)该方法从 世纪 年代起便已投入研究但当时的研究并未完全掌握 期胡瑜兰等:古建筑、壁画及土遗址中常见害虫防治研究的现状与展望白蚁的习性和活动轨迹诱饵对白蚁数量的影响无法统计(.)白蚁种群监测技术建立后诱饵技术与之结合建筑物周围的监测站将白蚁活动信息传送至监测终端终端可及时掌握白蚁存活情况分析其活动轨迹定点投入毒饵 常用的毒饵种类有生物控制剂、代谢抑制剂、昆虫生长调节剂等(王余霞等)与杀虫剂不同毒饵将药剂与害虫饵食混合药物使用量极小 六氟脲足以消灭 个地下蚁群()其毒性亦为慢性发作形式携带毒素的白蚁不会立即死亡而被清出巢穴它
18、们互相接触一段时间后便可将毒素传播至整个种群内 此方法可根治白蚁病害避免大范围化学处理所造成的环境污染 使用此方法杀灭白蚁后对白蚁的监测仍需一直保持以防新白蚁种群的迁入(.)壁画虫害防治石窟壁画拥有 层主要结构:基础支撑体主要成分为岩土地仗层主要成分为粉土、沙及少量麦草、麻等植物纤维(赵林毅等)颜料层主要成分为无机矿物、石膏及生物来源有机胶粘剂(李最雄 )其中任何一部分发生病变都会影响到壁画结构的整体稳定性进而引起壁画病变.壁画虫害发生机理石窟环境冬暖夏凉温差较小是昆虫生长发育的适宜场所 而石窟壁画地仗层由草泥层、麻泥层、棉花泥层构成含有大量纤维素壁画颜料以牛皮为主的动物皮胶作为胶粘剂含有蛋白
19、质均可为昆虫提供养料 洞窟中的昆虫种类繁多 汪万福等()研究显示危害敦煌石窟的昆虫包含大体 个目 个 科 的 个 种 典 型 的 有 拟 步 甲 科()、仿爱夜蛾 等 如图 所示昆虫对壁画造成的破坏主要有以下几类:()昆虫在石窟和壁画表面爬行或在飞行过程中碰触壁画导致壁画酥粉部分脱落 昆虫依靠脚爪和脚垫附着在墙壁或天花板上在粗糙表面主要通过脚爪机械锁合方式附着在光滑表面主要通过脚垫基于毛细力吸附机制和范德华力机制紧密附着(.)昆虫在壁画表面运动与附着时其脚爪对壁画表面产生机械力使壁画表面产生细微划痕和脱落(汪万福等 吉爱红等)且昆虫足部与壁画接触点受力面积极小壁画所承受的瞬时力高度集中起甲、酥
20、碱粉化的壁画自身牢固性较差极易损坏和剥落(朱非清等)()昆虫成虫在石窟内活动时分泌物、翅上的鳞片以及排泄物沾染在壁画表面严重污染壁画 昆虫的排泄物的主要成分为二氧化碳、水以及氮素和无机盐类的结晶体这些物质与壁画地仗成分、颜料成分起反应引起局部壁画颜料褪色、变色 当排泄物失水收缩时会对壁画施加作用力导致颜料层、白粉层翘起、脱落加速了壁画病害的发生(汪万福等)()一些穴居昆虫是真菌孢子的携带者其尸体还会为真菌寄生提供营养物质 等()研究表示从岩洞、壁画上提取的多种真菌对节肢动物具有致病性并在患病昆虫遗骸上定殖真菌菌斑会对壁画表面造成大面积污染图 壁画常见虫害症状(.汪万福等 .马燕天等 吉爱红等
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