昆虫对敦煌莫高窟壁画损害机理与防治研究

敦煌莫高窟是集壁画、彩塑和建筑于一体的遗址博物馆，第一批全国重点文物保护单位，1987年被列入"世界文化遗产名录"。而昆虫等对莫高窟壁画的污染、侵蚀威胁到其永久保存。莫高窟壁画地仗层中草纤维及其水解产物、壁画颜料中作粘合剂的动物皮胶或植物胶均是昆虫的食料来源，洞窟冬暖夏凉及隐蔽的环境条件也为昆虫栖息和繁殖提供了有利条件，加速了其对精美壁画的损害。本项目通过对莫高窟典型洞窟中昆虫优势种群的调查，研究其时空分布特征和在洞窟中的迁移规律；从起甲壁画内力状态、昆虫附着壁画的运动状态和应力分布入手，研究昆虫附着对起甲壁画的破坏机理。在可控环境条件下，制作壁画模拟试块，测定昆虫鳞粉、排泄物对壁画画面的污染程度，观察壁画颜料的色变及污染物与壁画颜料层的微观结合状况，分析排泄物与壁画颜料和胶结材料之间的关系，揭示昆虫排泄物损害壁画的机理。建立物理与生物相结合的综合防治体系，对壁画的保护具有重要的指导意义。

本项目系统研究了文物病害昆虫的发生规律及对壁画的损害机理，实现了预期目标。通过调查，确定鳞翅目夜蛾科仿爱夜蛾为危害莫高窟壁画的优势昆虫种，其在敦煌1年发生1代，以成虫在洞窟内越冬。成虫密度在莫高窟上、中、下三层洞窟呈依次增加的趋势，与洞窟内温、湿度有关。成虫体重平均为375.69±10.27 mg，鳞粉重量为38.43±3.38 mg，二者不具显著正相关（r=0.250, P=0.288＞0.05），但壁画损害程度与虫体大小有关。通过建立莫高窟模拟洞窟和制作模拟壁画，结合随机性投放实验表明，仿爱夜蛾在模拟洞窟内不同方位壁画表面的分布数量差异较大，与实际洞窟中的分布情况相一致。成虫对靛蓝、铁红、墨和铅丹4种壁画颜料具有明显的趋性，投放总虫量与4种颜料壁画表面停留的成虫数量间均存在较好的二项式拟合关系，其中以靛蓝的拟合系数最高（R2=0.903）。颜料明度是影响成虫对不同颜料趋性的重要因素之一。仿爱夜蛾运动行为研究表明，其主要依靠胸足的侧爪、中垫、掣爪片和微刺的协调作用在壁画表面黏附和爬行，其运动模式变换的临界角度区间为135°~180°。成虫在莫高窟第54窟90°、135°、180°三种角度的壁画表面均能稳定爬行，在90°和135°壁画表面运动时仅靠脚爪与接触壁画表面的抓附来平衡身体的运动，在180°壁画表面时还需拍动翅膀辅助实现稳定爬行。在90°模拟壁画表面运动时，表面粗糙度 2.714~3.129 μm是其运动模式转换的临界区间，小于1.156 μm时无法附着。仿爱夜蛾对180°壁画表面和粗糙度为1.319~2.714 μm壁画表面的破坏最严重。模拟壁画表面附着力研究结果表明，仿爱夜蛾脚爪在模拟壁画表面的法向抓附力、最大切向摩擦力分别为17.08±3.35 mN和42.99±4.68 mN，约为体重的5.1倍和12.7倍，可在模拟壁画表面产生明显划痕。仿爱夜蛾单头成虫排泄物年污染壁画面积平均达150 mm2/年，对白色和蓝色颜料影响较大，对红色和褐色影响较小。排泄物中含有醇类、醛类、酸类、脂类、烷类等有机物，以及磷酸盐和碳酸盐等无机盐均对壁画产生腐蚀，导致壁画开裂、起甲、直至脱落。在洞窟昆虫的综合防治上，采取以物理机械措施为主的基础上，构建了集物理、化学、生物三位一体的综合防护体系，综合防治效果达85%以上。研究成果对同类文化遗产的保护具有重要的示范和借鉴作用。