侯文芳， 蘇伯民， 顧海濱， 張興國

(1. 敦煌研究院，甘肅敦煌 736200； 2. 國家古代壁畫與土遺址保護工程技術研究中心，甘肅敦煌 736200；3. 古代壁畫保護國家文物重點科研基地，甘肅敦煌 736200； 4. 湖南省文物考古研究所，湖南長沙 410003)

0 引 言

遺址博物館是建立在遺址之上或遺址區(qū)范圍內(nèi)的以保護遺址、研究遺址和展示遺址為其主要任務的博物館[1]。早在1953年我國第一座建在考古遺址區(qū)范圍內(nèi)的展示建筑—“中國猿人陳列館”(2002年更名為“周口店北京人遺址博物館”)，就成功創(chuàng)造了考古遺址出土文物就地、就近展示的先例[2]。至今，在遺址上修建博物館，已是國內(nèi)較常采用的遺址保護展示方法。例如，目前國內(nèi)規(guī)模最大的秦始皇兵馬俑博物館、我國第一座史前考古遺址西安半坡博物館、全封閉式的漢陽陵博物館。伴隨考古遺址公園的建設，相繼落成的四川金沙遺址博物館、安陽殷墟遺址博物館，還有近年發(fā)掘的湖南里耶古城遺址和浙江余姚田螺山遺址等等。這些博物館的修建對外部環(huán)境如降水、風蝕及空氣污染等直接造成遺址的破壞因素起到了很好的防治作用。但保護性建筑的修建，在改變遺址微環(huán)境的同時，隨之也引發(fā)了一些新的保護問題。比如，容波[3]在對秦始皇兵馬俑一號坑展廳內(nèi)的環(huán)境分析中提到，展廳內(nèi)高濕引起昆蟲、微生物、霉菌的迅速繁殖，加速對文物的破壞。為此建議，對一號坑玻璃頂進行改造，增加過濾紫外線、隔熱的防護設施等；王覓[4]以漢陽陵地下博物館封閉保護區(qū)域屋頂內(nèi)表面出現(xiàn)結露、土體表面干燥等問題作了理論分析，并對封閉保護區(qū)域結露問題提出了解決措施；趙明霞[5]對半坡遺址、秦兵馬俑修建保護大廳后，土遺址仍受嚴重污染破壞的問題及病害和損害原因進行了分析等等。許多資料表明[6-11]，遺址博物館修建后，通常會對考古遺址及其環(huán)境造成不同程度的干預，隨之引發(fā)室內(nèi)外空氣交換、地下水活動、遺址表層環(huán)境受室內(nèi)環(huán)境影響等諸多環(huán)境問題。如果處理不當，甚至會使考古遺址的價值受到損害。因此對現(xiàn)有遺址博物館環(huán)境進行調(diào)查研究、分析環(huán)境變化規(guī)律，能夠為保護遺址和評估遺址博物館建筑保護功能提供科學依據(jù)。有必要對遺址博物館修建后的環(huán)境變化規(guī)律進行深入研究，從而為遺址出現(xiàn)的各類保護問題提供環(huán)境數(shù)據(jù)支持，并通過研究工作的積累，也可為今后修建遺址博物館提供遺址博物館建筑環(huán)境評估手段。

本研究以“出土現(xiàn)場文物保護移動實驗室”為研究平臺，對長沙銅官窯遺址中的譚家坡1號龍窯遺跡館的微環(huán)境變化和病害現(xiàn)狀開展了調(diào)查，通過調(diào)查結果能夠為進一步研究遺址博物館劣化機理提供數(shù)據(jù)支持。

1 遺跡館基本現(xiàn)狀

長沙銅官窯遺址位于湖南省長沙市望城區(qū)，始于初唐，盛于中晚唐，衰于五代，前后經(jīng)歷了200多年，距今已有1000多年的歷史。它與浙江越窯、河北邢窯齊名的中國唐代三大出口瓷窯之一，它是慕尼黑釉下彩瓷的發(fā)源地，被稱為“漢文化向外擴張的里程碑”，在世界陶瓷發(fā)展史上具有劃時代意義。1972年公布為省級重點文物保護單位，1988年國務院公布為第三批全國重點文物保護單位。

銅官窯遺址發(fā)現(xiàn)于上世紀五十年代，先后經(jīng)歷了四次考古挖掘，發(fā)現(xiàn)瓷窯遺存19處，出土大量文物。文物中大都為唐代的作品，其獨特的釉下彩瓷工藝，絢麗多姿的色彩令世人震驚。它是研究中國古代陶瓷藝術、湖湘文化和對外交流等不可多得的實物資料，具有極高的歷史文化價值、科學價值和藝術價值。2012年曾獲“2009—2010年度國家文物局田野考古獎”二等獎。2014年1月國家文物局正式授予“長沙銅官窯國家考古遺址公園”牌匾，長沙銅官窯成為湖南省唯一國家考古遺址公園。

銅官窯核心保護區(qū)是譚家坡大窯包的南坡。隨著考古遺址公園的開園，首次公開展示了世界上保存最完整的龍窯—譚家坡1號龍窯，它是迄今為止世界保存最完整的唐代龍窯遺址。譚家坡1號龍窯于1983年在考古發(fā)掘中被發(fā)現(xiàn)，窯址正南北向，通長41m，寬度2.8～3.5m不等，坡度陡處23°，平緩處9°。由窯頭、窯床、窯尾三大部分構成。至今已考古發(fā)掘有關遺跡取泥洞、淘洗池、儲泥池、陶車坑、工棚、烘烤爐、釉缸、裝窯臺面等28處，出土可修復文物上萬件。為保護這一核心遺址，于2012年5月建成了外圍保護建筑，建筑為美觀新穎的玻璃幕墻建筑。依托考古挖掘現(xiàn)場，結合地形，依山而建。保護展示設施總建筑面積為2417.05m2，總高度為8.55m，以38.77～44.1m大跨度鋼結構為主體。整體建筑綠色掩映，造型獨特，稱之為“譚家坡遺跡館”(圖1)。

圖1 譚家坡遺跡館外景、內(nèi)景

該遺跡館所處地理位置海拔高度在50m以下，屬亞熱帶季風氣候，夏季氣溫偏高，冬寒時間短。年平均溫度16.9℃，極端最高氣溫為40.6℃，極端最低氣溫為-12℃。年降水量1500～1700mm，3～6月為全年降水集中期，占全年70%～80%，7～8月常有伏旱，一年中≥35℃有20天以上，也是長江流域夏季熱中心之一。根據(jù)大環(huán)境潮濕系數(shù)、局部環(huán)境的相對濕度、含水率、所處地域氣候特點等判據(jù)參數(shù)[7]，譚家坡遺跡所在區(qū)域?qū)俪睗癍h(huán)境。

譚家坡遺跡館內(nèi)的展陳模式將遺跡保護區(qū)和參觀游客隔離開，避免了游客與遺跡的直接接觸。外圍建筑的修建，很大程度上減緩了環(huán)境因素直接導致的遺跡破壞，但也隨之引發(fā)了新的保護問題。外圍建筑的修建使館內(nèi)微環(huán)境長期處于高溫、高濕狀態(tài)，微生物依賴這種環(huán)境得以肆意滋生和擴散，造成遺址土體表面大面積的污染。高溫、高濕環(huán)境也促進了殘留在土體內(nèi)的根系的生長擴散[12]。伏旱季節(jié)，遺址表面和內(nèi)部失水收縮造成土體表面出現(xiàn)龜裂縫(圖2)。譚家坡遺跡館內(nèi)出現(xiàn)以上病害現(xiàn)象引起了相關文物保護部門的高度重視。

目前，學者們對譚家坡遺跡館的微環(huán)境變化、病害成因、封閉環(huán)境下土遺址保護展覽建筑的利弊等方面研究甚少。項目組對譚家坡1號龍窯遺跡館內(nèi)微環(huán)境的空氣溫度、相對濕度及遺址本體土壤溫度、含水率進行了設點跟蹤監(jiān)測。溫濕度是評估文物保護環(huán)境的重要指標[13-14]，在越來越多的博物館對溫濕度進行監(jiān)測記錄的情況下，需要基于“穩(wěn)定、適宜”的準則，探索一種科學的評估方法，為文物保護環(huán)境溫濕度的調(diào)控治理提供依據(jù)。本研究主要對譚家坡遺跡館內(nèi)微環(huán)境變化規(guī)律特征進行探究， 以期為遺跡館內(nèi)文物保護環(huán)境的合理保護提供科學依據(jù)。

a.真菌；b.白色污染物，拍攝于2012年7月；c.藻類，拍攝于2015年10月；d.裂隙，拍攝于2013年9月

2 監(jiān)測點部署及監(jiān)測要素

2012年7月，項目組首次對館內(nèi)微環(huán)境進行全面調(diào)查，結合遺跡現(xiàn)狀，部署點位，確定監(jiān)測要素。在遺址窯坡的窯頭、窯床、窯尾，即上坡、中坡、下坡部署三組監(jiān)測點(圖3)。除此之外，遺跡館大門外也部署一個監(jiān)測點，主要用來對比館內(nèi)、館外溫度和相對濕度的變化。自2012年7月開始實施監(jiān)測，至2015年10月結束，持續(xù)3年采集了大量數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行整理、篩選、制圖、分析研究。

圖3 譚家坡遺跡窯坡監(jiān)測點部署

主要監(jiān)測要素為館內(nèi)、外空氣溫度、相對濕度及遺址土壤溫度與含水率。

3 數(shù)據(jù)處理及分析

綜合所采集的環(huán)境數(shù)據(jù)，2013年具有典型的當?shù)貧夂蛱卣鳎荒隁夂蜃兓容^大，即出現(xiàn)了高溫、高濕時節(jié)，也出現(xiàn)了較長的伏旱時節(jié)，因此選定2013年整年度數(shù)據(jù)為參考進行分析討論。

3.1 空氣溫度

空氣溫度數(shù)據(jù)傳輸時間間隔為30min，周期1年。分別選取窯上坡、中坡、下坡的監(jiān)測點反映遺跡館內(nèi)的空氣溫度變化。傳感器放置遺址土體表面。

館內(nèi)全年空氣溫度變化穩(wěn)定、規(guī)律性強，受外界大環(huán)境的影響四季變化分明(圖4)。全年最高氣溫為43.7℃，出現(xiàn)在8月，窯上坡監(jiān)測點。最低氣溫為-0.7℃，出現(xiàn)在1月，窯上坡監(jiān)測點。平均氣溫為18.5℃。館外全年最高氣溫45℃，最低氣溫-3.8℃，平均氣溫18.6℃。遺跡館內(nèi)、外年平均氣溫差為0.1℃(表1)。

表1 2013年遺跡館內(nèi)與館外氣溫月均值

圖4 2013年譚家坡遺跡館內(nèi)與館外空氣溫度年際曲線圖

館內(nèi)溫度以坡度的高低不同而存在差異，溫度由高到低依次為窯上坡、中坡、下坡，平均值分別為19.6℃、 18.5℃、 17.3℃。列舉3天數(shù)據(jù)(圖5)， 窯上坡空間開闊，易受外來因素的干擾，對外界氣溫變化反應極快，幾乎同步變化?？諝饪焖俳粨Q，使氣溫變化波動加大，24h內(nèi)溫度在7～8℃之間波動。窯中坡溫度變化略小，且有明顯滯后現(xiàn)象，24h內(nèi)基本在5～6℃之間波動。窯下坡溫度變化最小，下坡為一探坑，地勢低，上方有回廊遮擋，受外來因素干擾小，低洼處狹窄空間使得空氣交換速率降低，氣溫差縮小，24h內(nèi)在2～3℃之間波動。此外，以窯遺址最高點與最低點的氣溫對比，最大溫差為5℃左右。館內(nèi)平均氣溫偏高于館外的平均氣溫。

圖5 24h館內(nèi)三個監(jiān)測點及館外空氣溫度變化對比

綜上所述，遺址館內(nèi)空氣溫度季節(jié)性強，在7、8月達到最高，1月達最低溫度，氣溫年較差為44℃。溫度隨坡度呈正比。館內(nèi)平均氣溫高于館外氣溫。季節(jié)性溫差也是導致遺址緩慢風化的原因之一[15]。

3.2 空氣相對濕度

相對濕度數(shù)據(jù)間隔為30min，周期為1年。分別選取坡上、坡中、坡下的溫度監(jiān)測點反映遺址相對濕度的變化規(guī)律。傳感器放置遺址土體表面。

綜合數(shù)據(jù)來看，館內(nèi)相對濕度變化幅度較大，而且全年處于濕度極高的狀態(tài)下，7～8月出現(xiàn)伏旱，引起相對濕度下滑，整體下降了30%。8月中旬相對濕度快速回升，館內(nèi)恢復高濕狀態(tài)(圖6)。館內(nèi)年平均相對濕度為85%，最高100%，最低30%。館外年平均濕度81%，最高100%，最低23%。館內(nèi)整體相對濕度高于館外。

窯上坡和中坡易受外界氣候影響，尤其有降水時，窯上坡、中坡的相對濕度快速回應上升。伏旱時節(jié)，相對濕度會急驟下降。而窯下坡的相對濕度相對變化平緩，對外界的影響反應也極小，始終處于高濕狀態(tài)。相對濕度與窯坡度呈反比，窯上、中、下坡平均值分別為80%、86%、98%，最低值分別為30%、49%、63%，最高值為100%。

窯上坡相對濕度的急驟下降，使得遺址土體失水，引起遺址土體表面出現(xiàn)細小龜裂，甚至較大的裂縫(圖2(d))。如果裂縫發(fā)育變大，可貫徹整個土遺址對其結構造成影響。窯下坡處于低洼地勢，對外來因素干擾較小，空氣交換速率低，溫度變化小且高，相對濕度大部分時間處于飽和狀態(tài)，全年平均濕度98%以上。有降水時，館外相對濕度還未達100%時，窯下坡監(jiān)測點濕度依舊在100%。由此推斷，窯下坡相對濕度之所以高，并不受外界降水的影響，而是來源于豐富的地表水或地下水。窯坡底是整個遺跡館內(nèi)最潮濕、溫度最高的地方，即使伏旱時節(jié)，依然保持著高濕狀態(tài)。同時也是最容易滋生藻、菌類病害的地方(圖2(a)、(b))。館內(nèi)的相對濕度同溫度一樣，偏高于館外相對濕度。

綜上所述，遺跡館內(nèi)全年保持高濕度狀態(tài)，降水和地表水是館內(nèi)相對濕度上升的主要原因。譚家坡遺跡之所以處于潮濕環(huán)境， 是因為它不但有一個潮濕多雨的氣象環(huán)境，而且土壤也容易遭受地表水、地下水的侵蝕。潮濕環(huán)境對遺址產(chǎn)生破壞作用的主導因素就是水，它可以直接或間接引發(fā)土遺址病變，加速物理、生物的破壞作用[16]。

圖6 2013年譚家坡遺跡館內(nèi)與館外空氣濕度年際曲線圖

表2 2013年遺跡館內(nèi)與館外相對濕度月均值

3.3 土壤溫度、含水率及其相關性

土壤溫度、含水率數(shù)據(jù)時間間隔為20min，土壤溫度深入土體內(nèi)15cm，土壤含水率深入土體內(nèi)6cm。

通過數(shù)據(jù)分析，遺址本體土壤溫度也呈正函數(shù)(圖7)，有明顯的季節(jié)變化，且規(guī)律性強。土壤溫度年最低值為3.1℃，出現(xiàn)在1月，位置窯下坡。8月達到最高值，為33.9℃，位置窯上坡，年平均值為22℃。

窯上坡、中坡、下坡三個監(jiān)測點位土壤溫度之間的月變化在9℃左右，日變化則小于2℃。由于土的比熱容大于空氣比熱容，因此，土壤溫度變化幅度比空氣溫度變化幅度小，且土壤溫度響應外界環(huán)境變化時出現(xiàn)滯后效應，滯后期為15～20d。

含水率上半年較高，7月之后，逐漸下降繼而平緩穩(wěn)定。窯上坡、中坡、下坡平均值分別為6.23%、7.67%、8.89%。遺址本體的含水率并不等同于土遺址所處環(huán)境的潮濕程度，而是與土遺址直接接觸的周邊物體的含水率緊密相關。所以要想更多掌握譚家坡遺址土壤的含水率和遺址潮濕程度，就得進一步對遺址周邊環(huán)境做更詳細的全面監(jiān)測。

圖7 三個監(jiān)測點位土壤溫度與含水率的年際變化曲線圖

通過以上對土壤溫度和含水率年際變化特征分析，二者有明顯負相關關系。為了便于分析土壤溫度和含水率的關系，采用線性回歸分析，將土壤溫度與含水率月均值進行線性擬合(圖8)，同時，也得出二者的相關系數(shù)值R。其中上坡、中坡、下坡監(jiān)測點位土壤溫度與含水率相關系數(shù)分別為：R=-0.44、R=-0.35、R=-0.46。隨著土壤溫度的增加，土壤含水率呈下降的趨勢，兩個變量為一增一減，R值為低度相關。故此表明土壤溫度與含水率呈負相關系數(shù)。土壤含水率越高，土壤溫度上升速度越慢，進而對下層溫度產(chǎn)生影響，同時較低的土壤溫度可以在一定程度上減小土壤水分蒸發(fā)，增加土壤含水率[17]。

圖8 土壤溫度與含水率的擬合圖

3.4 空氣溫度與土壤溫度擬合關系

由于太陽輻射周期性日變化和年變化的影響，土壤溫度也有相應的變化。土壤溫度隨著氣溫的變化而呈現(xiàn)出季節(jié)性起伏和晝夜變化。

氣溫監(jiān)測點置于土體表面，土壤溫度監(jiān)測點深入土體內(nèi)15cm，又同處一個位置。當氣溫隨季節(jié)變暖，土溫也隨之升高，在7、8月達到全年溫度的最大值。9月之后，季節(jié)轉涼，氣溫下降，土溫也隨之下降，至來年1月，降至全年最低點。進入3月，氣溫回升，直至進入下一個循環(huán)。此外，同一位置，同一時段，氣溫與土溫溫差為2～3℃。

通過對氣溫與土溫年際變化(圖4、7)特征分析，土體表面氣溫與土壤溫度表現(xiàn)出較強的相關性。采用線性回歸分析，將氣溫與土溫平均值進行線性擬合(圖9)，并得出窯上坡、中坡、下坡的相關系數(shù)R分別是0.995、0.991、0.945。月回歸得到的方程呈直線型，回歸系數(shù)相近，表明土壤溫度與空氣溫度呈正相關關系。

圖9 窯上坡、中坡、下坡氣溫與土溫線性擬合圖

3.5 空氣相對濕度與土壤含水率擬合關系

外圍玻璃幕墻建筑阻擋了外界大環(huán)境帶來的各種因素的直接破壞，如雨水的沖刷、風的吹蝕、太陽的直接輻射等。同時，也減緩了遺跡館內(nèi)微環(huán)境的變化。

空氣相對濕度年際變化幅度大，規(guī)律性強。土壤含水率年際變化較平緩，7、8月伏旱時，土壤含水率也出現(xiàn)小幅下降的情況。

通過對空氣相對濕度與土壤含水率年際變化特征的分析，尋找到二者之間的相關性。采用線性回歸分析，將相對濕度與土壤含水率月均值進行線性擬合(圖10)，同時得出二者相關系數(shù)R值。窯上坡、 中坡、 下坡相關系數(shù)R值分別是0.755、0.634、0.604。窯上坡與中坡，空氣相對濕度上下浮動的同時，土壤含水率也會出現(xiàn)小幅上下浮動，R值也表明它們的擬合程度較高，土壤含水率與空氣濕度有良好的相關性。而下坡土壤含水率變化穩(wěn)定、平緩，與空氣相對濕度擬合程度偏低，這表明空氣濕度與土壤含水率的相關關系較弱。

圖10 空氣濕度與土壤含水率的擬合圖

通過對空氣相對濕度與土壤含水率線性擬合并得出的相關系數(shù)R值表明，符合3.2節(jié)中對空氣相對濕度變化特征的分析。窯上坡、中坡土壤含水率變化受空氣相對濕度的影響較大。而窯下坡空氣相對濕度的變化幾乎不受外來因素的干擾，升高原因應該就是地表水或地下水。

4 結 論

本研究通過對譚家坡遺跡館內(nèi)空氣溫度、相對濕度以及土壤溫度、土壤含水率監(jiān)測數(shù)據(jù)一個完整周期年的對比分析，對封閉式館內(nèi)的微環(huán)境變化有了一個初步的了解，并從監(jiān)測結果中得知遺跡館內(nèi)空氣溫濕度與土壤溫度、含水率的變化規(guī)律。

1) 遺跡館內(nèi)環(huán)境依然易受外界大環(huán)境的影響。伏旱時，導致空氣濕度、遺址本土體內(nèi)水分快速蒸發(fā)，使本土表面因干燥而出現(xiàn)龜裂或裂隙。降水時，濕氣會快速進入館內(nèi)，不但造成館內(nèi)濕度升高，同時也使遺址土壤表面的濕氣加重。降水、地下水或地表水的影響?zhàn)^內(nèi)環(huán)境保持高濕狀態(tài)。遺跡館內(nèi)的含水率和土體持水能力，表現(xiàn)在遺跡表面已出現(xiàn)與水有關的病害，如真菌類、藻類、生物生長等。

2) 譚家坡遺址之所以處于潮濕環(huán)境，是因它不但處于一個潮濕多雨的氣象環(huán)境，而且土壤也容易遭受地下水的侵蝕。潮濕環(huán)境對遺址會直接或間接引發(fā)病變，加速物理、化學的破壞作用，大量地下殘留根系為病害菌提供了豐富的營養(yǎng)源，高溫高濕使病害菌大肆擴散，土體大面積受到污染。因此遺址保護所需的環(huán)境問題仍需做進一步的監(jiān)測研究。

3) 外圍建筑雖然在阻擋遺址受外界因素直接破壞具有優(yōu)勢，但仍需進一步探討研究，比如：遺址保護區(qū)微生物的滋生與土體開裂、館內(nèi)空間溫/濕度控制等。另外，遺跡館內(nèi)空調(diào)設備只服務于參觀瀏覽區(qū)，如何使用空調(diào)設備或改善圍護結構對遺址保護區(qū)的熱、濕環(huán)境進行調(diào)控，也是今后的研究重點。

4) 為了有效地保護遺址，要科學而恰當?shù)乜刂七z址保存環(huán)境，使遺址得到一個健康而穩(wěn)定的環(huán)境條件。建議在遺址館內(nèi)設立環(huán)境監(jiān)測設備，館外可設立小型氣象站，對周邊大區(qū)域環(huán)境進行長期監(jiān)測。定期測量大氣污染及TMP指標。在長期監(jiān)測的基礎上，建立起遺址區(qū)環(huán)境數(shù)據(jù)庫，形成一整套室內(nèi)預測和預警監(jiān)控體系。

致謝： 感謝長沙考古研究所與銅官窯管理中心人員在數(shù)據(jù)收集過程中給予大力支持與幫助。

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