沂源栖真观壁画保护与研究：环境温湿度监测成果

玉皇殿壁画病害的发生既有壁画组成材料、结构的限制，同时更受制于壁画所在地区的外部环境条件；环境条件适宜的时候，壁画保存状态就相对较好；环境条件不佳，就容易导致壁画病害发生、发展。外部环境条件包括大气降水、温度、湿度、光照等。

1. 地理环境

沂源县处于鲁西台背斜鲁中隆起区中部，县内地层较全，地形构造复杂，地貌类型较多，主要有中山、低山、丘陵和山前倾斜平地等。沂源县地势普遍较高，无客水过境。沂河、弥河、汶河均发源于境内，形成3条水系，以沂河水系最大，属淮河流域。栖真观前面的河谷即是沂河水系的源头之一。

2. 大气降水

大气降水是玉皇殿壁画外来水分的主要组成，影响壁画的长期保存。降水对壁画的影响很多是毁灭性的，过量降水侵蚀着房顶有机材料，冲毁建筑支撑体，冲刷壁画地仗层、颜料，同时又带来微生物、可溶性盐类等物质的次生损害。

沂源县属暖温带季风区域大陆性气候，四季分明。春季风大少雨，夏季多雨湿热，秋季凉爽干燥少雨，冬季寒冷、雨雪稀少。历年平均降水量690.9毫米。最多年降雨量1616.7毫米（1964年），最少年降水量407.6毫米（1989年），相差3倍。年内降水不均，春季占14%，夏季占64%，秋季占18%，冬季占4%。7、8月份降水量最集中，占全年降水量的51.7%。

夏季短时间内暴雨的发生机会大，玉皇殿建筑受大气降水和地下水侵蚀的概率增加。当玉皇殿建筑长期处在阴雨、多湿环境时，麦秸、麦糠等材料中水分不易挥发，逐渐腐烂，强度下降，再加上可溶盐分的侵蚀，粗泥地仗层逐渐出现酥碱。玉皇殿北墙壁画顶部出现大面积整体剥离病害就是因为雨水长期侵蚀墙体和屋顶，通过毛细作用迁移、渗透到地仗材料中，其中的黏土被雨水冲蚀丧失机械结合力，地仗自身连接力不能承受壁画自重时，壁画就会从墙体上面脱落。

3. 温度湿度变化

保存环境中的温度和相对湿度直接影响壁画上多种病害的产生及发展速度。

（1）沂源县温度湿度变化情况

沂源县地处中纬度地带，由于受太阳辐射、大气环流和地理环境的影响，属暖温带季风区的大陆性气候。四季分明，雨热同季。沂源县境内常年平均气温11.9℃，年均最高气温12.7℃，年均最低气温10.8℃，相差1.9℃。一年中，最热月为7月，月均温为25.2℃；最冷月为1月，月均温-3.7℃。从1月至7月，气温逐渐升高。8月以后，各地气温逐月下降。

沂源境内相对湿度年均63%，以7、8月份最大，为79%。4月份最小，为51%。整个春季在51%~54%之间，为全年最小季节，春季比冬季更干燥。全县历年平均蒸发量为1836.1毫米，是年均降水量的2.65倍。全年除7月份降水量大于蒸发量外，其他月份降水量均小于蒸发量，故发生干旱。蒸发量最大的5月份，为288.1毫米，相当于12月份和1月份之和的5.7倍。

（2）玉皇殿壁画环境温湿度监测

为了获得环境温度、相对湿度对玉皇殿壁画的影响程度，2021年4~5月使用空气质量监测仪对栖真观壁画所在内外环境进行了测量。监测位置分别位于玉皇殿殿内西南角和殿前走廊西侧窗户1米高的窗台上。监测高度均为离地高1米。监测时间为白天工作时间每隔四小时监测一次。依次记录殿内、殿外的温度、相对湿度，计算殿内外温度、相对湿度差值，结果如表4-3所示。其中，差值取殿外温度、相对湿度值减去殿内温度、相对湿度值。

表4-3　2021年4月24日至5月19日玉皇殿壁画温度湿度环境监测记录

续表

续表

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关于玉皇殿内外的温度，白天殿内温度范围为12℃~24℃，变化范围为12℃；殿外温度范围为13℃~24℃，变化范围为11℃。殿外温度最高值、最低值与同时期殿内温度几乎相同，殿外温度变化范围与殿内温度变化范围相一致，即殿内环境的温度已经同步于殿外环境，建筑的隔热功能基本消失。

关于玉皇殿内外的相对湿度，白天殿内相对湿度范围为24%~71%，变化量为47%；殿外相对湿度范围为19%~72%，变化量为53%。殿外相对湿度最高值高于同时期殿内相对湿度，相对湿度最低值低于同时期殿内相对湿度，殿内相对湿度变化范围明显低于殿外相对湿度变化范围，即殿内相对湿度绝对值低，更加稳定，变化幅度小。殿内环境的相对湿度同步于殿外环境，建筑隔绝外部潮湿的功能基本消失。这也与近期降水较多，玉皇殿内地面和墙壁比较潮湿密切相关。

殿内温湿度的变化受殿外温湿度的影响。日变化是白天温度高，相对湿度低；夜间温度低，相对湿度高。殿内温湿度的变化受殿外的影响，但是殿外温度与湿度对殿内的影响是有差别的，殿外温度对殿内的影响要小于殿外湿度对殿内的影响。殿外温度对殿内的影响，通过殿内的各种缝隙以空气对流的形式把殿外空气的热量传到殿内这个途径以外，热量难以传导进入殿内，这是因为殿前有千年银杏树的树冠遮挡了大部分阳光照射，殿前有走廊也可以遮挡阳光，玉皇殿的墙体厚度超过0.6米，热量的传导难以直接进入殿内，因此殿外温度对殿内的影响比较小。殿外相对湿度对殿内的影响，相对于温度对殿内影响要更加剧烈一些，对壁画制成材料造成的破坏相对更加严重。

（3）玉皇殿壁画材料湿度监测

为了获得水分对壁画的影响程度，使用testo红外成像仪对壁画所在内外墙体进行了相对湿度测量。测量时间选择为2021年4月3日上午12点，由于前一日晚上栖真观所在地降雨10毫米左右，因此次日测量壁画材料湿度的时机比较恰当，此时降水及地下水对玉皇殿壁画湿度的影响更加明显。

测量区域包括建筑内东墙、西墙、北墙东侧、北墙西侧，建筑外东墙、西墙、北墙东侧、北墙西侧。测量后使用testo红外图像处理软件提取竖直方向上的湿度变化曲线，建筑内部东墙上半部竖直方向由上至下湿度曲线如图4-1所示，建筑内部东墙南侧底部竖直方向由上至下湿度曲线如图4-2所示，建筑外部东墙底部由上至下湿度曲线如图4-3所示，建筑内部西墙中上部竖直方向由上至下湿度曲线如图4-4所示，建筑内部西墙南侧底部竖直方向由上至下湿度曲线如图4-5所示，建筑外部西墙底部竖直方向由上至下湿度曲线如图4-6所示，建筑内部北墙西侧上半部竖直方向由上至下湿度曲线如图4-7所示，建筑内部北墙西侧底部竖直方向由上至下湿度曲线如图4-8所示。

图4-1　建筑内部东墙上半部竖直方向由上至下湿度曲线(www.xing528.com)

建筑内部东墙、西墙和北墙均呈现出相同的湿度变化规律，即上部湿度高，中部湿度最低，靠近地面的墙体湿度最高。同时，建筑内地面和底部的湿度要高于同时段建筑外墙和地面的湿度。

图4-2　建筑内部东墙南侧底部竖直方向由上至下湿度曲线

图4-3　建筑外部东墙底部由上至下湿度曲线

图4-4　建筑内部西墙中上部竖直方向由上至下湿度曲线

图4-5　建筑内部西墙南侧底部竖直方向由上至下湿度曲线

图4-6　建筑外部西墙底部竖直方向由上至下湿度曲线

图4-7　建筑内部北墙西侧上半部竖直方向由上至下湿度曲线

图4-8　建筑内部北墙西侧底部竖直方向由上至下湿度曲线

（4）湿度温度变化对玉皇殿壁画的危害

壁画所处环境的气温长期较高、较低或者频繁变化，都会产生或大或小的危害，尤其是在温度频繁变化时危害更明显。温度变化对壁画制成材料产生不利影响，主要体现在以下两个方面。

一是温度变化产生“热胀冷缩”破坏作用，温差风化造成青砖、石块鳞片状、粉末状剥落。玉皇殿青砖、石块中的矿物膨胀系数不同，温差作用造成了鳞片状、粉末状剥落现象。温度升高可以加快壁画表面或内部的腐蚀、分解和降解等化学反应速度。温暖环境会给微生物的繁殖提供有利条件。

二是温度改变引起相对湿度改变而间接破坏壁画材料。环境过分干燥将会引起壁画材料脱水，引发内聚力降低导致壁画损坏，如白灰层、皮纸和粗泥层失去内聚强度，胶粘剂失去黏结力，变得脆弱。地仗层材料中含有少量可溶性盐，当环境中的相对湿度反复增加、减少时，可溶盐反复溶解、结晶过程中的体积变化会缓慢地侵蚀壁画，导致颜料层发生脱落、起甲以及粉化等病害。

4. 太阳辐射

太阳光中的紫外光对于壁画颜料的破坏性较强，在阳光照射下，壁画的某些颜料容易发生光化学反应，导致颜料变色。光辐射还会破坏颜料胶结材料、地仗中有机材料和加固材料。

沂源太阳辐射量年均125.8千卡/平方厘米。最多年份是1968年，为138.8千卡/平方厘米；最少年份是1984年，为118.9千卡/平方厘米。年辐射量最多是5月份，为15.3千卡/平方厘米；最少是12月份，为6.1千卡/平方厘米。太阳辐射能的99%集中在波长为0.3~4.0微米的光线范围内，辐射量为62.9千卡/平方厘米。

在外部环境是晴天状态下，栖真观院内正午太阳光的紫外线辐射强度最大超过了700，而玉皇殿内壁画表面的强度最高仅仅为0.4，可见外界太阳光的紫外线辐射对于壁画的破坏非常微弱。北墙正对着南侧的大门、窗户，仅在中午时刻，紫外线相对较强，因此北墙靠近大门的部分受紫外线辐射影响最强。

光辐射产生的化学反应导致壁画材料的老化，热效应加速壁画病害的物理变化、化学变化进程，颜料层是首先被辐射破坏的部位。光能够导致壁画表面颜料变色，研究壁画红色颜料变色过程中发现，光辐射与其他条件的协调作用可以引起铅丹、朱砂发生变色。

5. 自然灾害

历史上，山东地区自然灾害频发，几乎每年都会发生水灾、旱灾，由此带来的虫灾等次生灾害也频繁出现。夏季突发性的强降水天气，对于栖真观以及壁画都会带来直接或间接的损害。

旱灾是沂源县主要自然灾害之一，发生频繁且灾情严重。有“十年九旱”“秋旱如刀刮”的说法。据气象资料统计，自1958年以来，除1964年、1980年、1982年、1990年外，其他年份均发生旱情，干旱年份2~3年一遇。由于降水年际变率大，经常出现全年干旱或连年干旱。1986~1989年连续4年干旱，旱情严重的1983年，全年少雨，年降雨量仅有442.5毫米，尤以夏秋连旱最为严重。

沂源县水灾主要由暴雨和河流决口引起，内涝极为少见。历年来，暴雨发生在4~9月份，汛期（6~9月）出现的次数占年总次数的96%，年均暴雨日数1.8天。年均暴雨日数最多年份1964年，达7天。

沂源县境内8级以上大风的日数，多年平均16.9天，1965年出现48天。一年中，春季出现大风次数最多，占全年总次数的45%。大风风向，以西北风最多，春、秋两季也常有西南和东北大风。造成危害的，以夏季雷雨大风为甚。

灾害性天气在短时间内可以对玉皇殿墙壁产生剧烈冲击，从保存、使用寿命来看，灾害天气频发缩短了玉皇殿建筑的寿命。大风天气可以加剧灰尘对壁画的磨蚀、损毁，在壁画表面沉降、吸附大量的颗粒物。在水灾之年，栖真观建筑遭遇暴雨或连日阴雨的长时间浸泡，会造成屋顶漏雨甚至房梁歪闪、墙体下陷、坍塌损毁。玉皇殿北墙明间壁画以及东、西次间的壁画就是在二十年前由于暴雨、降水的侵蚀而加剧损毁，地仗层脱落导致壁画完全灭失。