气候差异下的土遗址保护策略

来源:中国文物报
作者:徐路 赵今 李新毅

相较于石质、木质、砖石类文物遗存,土遗址依托天然土体堆积形成,结构松散、胶结性弱、稳定性差,对外部自然环境变化极为敏感。我国幅员辽阔,南北跨度大、地形地貌复杂多样,不同地域温度、降水、湿度、风力、植被、冻土条件差异显著,形成了截然不同的区域小气候环境。长期以来,差异化的气候条件持续作用于各类土遗址本体,催生了类型各异、程度不一的土体病害。同时,多数现存土遗址并非仅受单一病害影响,存在多种病害叠加、交替作用、恶性循环的复杂损毁特征。因此,土遗址保护工作决不能采取“一刀切”的标准化治理模式,必须坚持因地制宜、分类施策、精准治理,依据南北方、不同流域、不同气候带的环境特征与病害机理,制定针对性、适配性强的保护修缮技术方案,从根源上遏制遗址损毁趋势,实现土遗址的长久保存与永续利用。

从我国整体气候区划与土遗址保存环境来看,全国自北向南可划分为北方干旱半干旱气候区、中部温润季风气候区、川渝湿热丘陵气候区以及南方亚热带湿润气候区四大典型区域。不同区域光照时长、年降水量、昼夜温差、冻融周期、空气湿度、风沙活动频率、植被覆盖度等关键环境指标差异巨大,直接决定了土遗址的病害发育类型、损毁速度和破坏机理。北方地区干旱多风、温差极大、冬季漫长冻土期长;中部地区四季分明、干湿交替频繁、土体盐渍化问题突出;川渝地区多云雾、高湿度、少大风、降水均匀且持续时间长;南方江南地区降雨充沛、空气高湿常态化、植被繁衍旺盛、微生物活动剧烈。差异化的自然环境,造就了各地土遗址完全不同的损毁规律,也对保护技术、修缮工艺、防护体系提出了截然不同的工作要求。

北方地区 我国土遗址分布最集中、体量最大、露天遗址数量最多的区域,涵盖西北、华北、东北等广大区域,整体属于温带大陆性干旱、半干旱气候。该区域全年降水稀少、空气干燥、风沙大、大风天气多,昼夜温差和冬夏温差悬殊,冬季低温持续时间久,土体冻融循环次数多、强度大。受特殊气候条件影响,北方露天土遗址面临的核心病害集中体现为风力侵蚀、雨水冲沟、冻融破坏、表层结皮、墙体开裂、局部坍塌、整体失稳等结构性、本体性病害,各类病害相互叠加,对遗址整体结构安全造成威胁。

长期的风沙侵蚀是北方土遗址最主要的破坏因素。区域内大风肆虐,风沙持续冲击、打磨、掏空遗址墙体基部与薄弱部位,形成大面积掏蚀凹槽。土体基部被掏空后,遗址墙体受力结构失衡,上部土体悬空,逐步产生裂缝、错位、脱落,最终引发大面积坍塌损毁。同时,北方地区虽然整体干旱,但夏季短时强降雨集中且雨势迅猛,短时暴雨快速冲刷裸露土体,在墙体坡面、遗址台面切割形成深浅不一、纵横交错的冲沟,冲沟不断加深加宽,进一步割裂土体整体结构,加剧遗址破损。除此之外,剧烈的冻融循环是北方土遗址损毁的关键诱因。冬季土体内部留存水分结冰膨胀,撑裂土体颗粒与内部结构;春季气温回升,冰层融化,土体软化松散、强度骤降。长年累月的冻融往复循环,让土体反复胀缩、酥松破碎,产生大量网状裂隙和结构性裂缝。同时,北方土遗址表层在干湿、风沙交替作用下,极易形成坚硬致密的表面结皮,结皮与内部原生土体材质、收缩系数差异较大,温度变化时两者变形不一致,进一步诱发表层剥落、整体开裂,严重威胁遗址结构稳定。

针对北方土遗址的病害特征,保护治理工作必须聚焦防风蚀、防掏蚀、防冻融、防坍塌、防冲沟五大核心目标,坚持结构稳固优先、病害源头治理的原则。对于露天残存墙体、台基、城垣等遗址本体,重点开展基部掏蚀回填补齐、空洞嵌补加固、裂隙注浆填充、坡面整形稳坡等基础治理工作,修复失衡的土体结构,补齐被风沙掏空的薄弱部位。同时,针对性设置防风固沙、隔水防渗、防冻保温的防护体系,通过表层防风化加固、坡面排水导流、底部隔水层设置等技术手段,有效隔绝风沙、雨水、低温冻害对遗址本体的持续侵蚀,从根本上解决北方土遗址坍塌、冲沟、冻融、掏蚀、结皮开裂等突出问题,稳固遗址整体安全状态。

中部内陆地区 属于温带、亚热带过渡性季风气候,四季分明,干湿季节交替特征极为明显,全年湿度适中、降水分布均匀,昼夜温差较大。该区域土遗址土体内部盐分富集、盐渍化发育明显,由此引发的表层酥粉风化、逐层脱落是最核心、最普遍的病害。

中部地区土体母质含盐量相对较高,在常年干湿交替的气候环境下,土体内部可溶性盐分随水分毛细作用持续向上迁移,不断聚集于遗址墙体表层。当空气干燥、气温升高时,表层水分快速蒸发,盐分大量析出结晶,盐晶体积膨胀,持续挤压、撑松表层土颗粒;当雨季来临、空气湿度增大时,盐晶快速潮解溶解,土体再次软化松散。长年往复的盐分迁移、结晶、潮解过程,不断破坏土体颗粒间的胶结结构,导致遗址墙面整体粉化、疏松、起砂、逐层脱落。这种酥粉病害具有隐蔽性、持续性、反复性的特点,不会瞬间造成墙体坍塌,却会持续消磨遗址本体,让土体强度逐年衰减,表层不断变薄、质地越来越松散,最终大面积风化损毁。

针对中部地区土遗址酥粉风化的突出问题,保护工作需以脱盐抑盐、固结表层、稳定土体为核心抓手。坚持预防为主、精细养护,优先开展土体可溶性盐检测与脱盐处理,通过科学技术手段降低土体含盐量,阻断盐分往复迁移结晶的破坏链条。同时,采用渗透性、兼容性、透气性良好的文物专用加固材料,对疏松粉化的表层土体进行渗透固结,重塑土颗粒胶结结构,提升表层土体整体强度和抗风化能力,持续遏制墙面酥粉、掉砂、逐层脱落的病害趋势,实现遗址本体的长效稳定。

川渝地区 地处西南盆地,属于亚热带盆地湿润气候,云雾多、日照少、空气湿度大、全年温润潮湿,大风天气少、温差相对平缓。持续性表层酥粉、反复掉粉风化是川渝土遗址最突出的问题。

川渝地区常年高湿寡照,土体长期处于温润饱和状态,水分难以自然挥发,土体颗粒长期处于软化松弛状态,胶结力持续下降。同时,区域内小雨连绵、降雨频次高,土体反复吸湿、软化、风干、收缩,循环往复的干湿变化,持续破坏表层土体结构,导致遗址墙面常年处于疏松粉化状态,表层土体反复脱落、持续损耗。这类病害看似破坏程度轻微,但具有极强的顽固性和持续性,日积月累会造成遗址本体大面积消减、形制模糊、纹理灭失,严重破坏遗址的真实性和完整性。

因此,川渝地区土遗址保护工作需精准对标高湿环境下的酥粉病害机理,重点解决高湿软化、表层粉化、反复脱落三大问题。在保护技术选择上,重点聚焦除湿稳土、表层固结、保湿均衡、长效抗风化。通过优化表层加固工艺、调控遗址本体微环境湿度、提升土体耐湿抗风化性能,持续稳定表层土体结构,杜绝反复酥粉掉粉问题,适应盆地高湿特殊环境的保护需求。

长江以南的中南部区域 属于典型的亚热带季风气候,全年雨量充沛、降雨期长、空气湿度极高、植被繁茂、微生物活动旺盛,是全国水热条件最优越的区域,同时也是土遗址水蚀病害、植被病害、微生物病害最严重的区域。南方土遗址的核心病害是植被侵扰、苔藓藻类滋生、持续性雨水冲刷、土体浸水软化、深层裂隙发育等复合型病害,且多种病害深度叠加、相互促进、恶性循环,保护治理难度极大。

南方地区全年高温高湿,露天土遗址台面、坡面、墙体缝隙极易滋生杂草、灌木、苔藓、藻类,植物根系深入土体内部,不断扩张、穿透、撕裂土体结构,造成深层裂隙发育、土体破碎松散;大面积苔藓、藻类覆盖遗址表面,密闭土体孔隙,锁住内部水分,导致土体长期处于浸水饱和状态,强度大幅下降,加速本体风化损毁。同时,南方汛期长、暴雨频发,持续的雨水漫流、坡面冲刷,不断剥离、带走表层松散土体,冲刷形成浅表沟槽和破损面,雨水下渗还会软化遗址基底土体,诱发墙体沉降、变形、开裂,多重病害叠加,持续加速土遗址消亡。

针对南方地区高湿多雨、植被繁茂的环境特征,土遗址保护工作必须以控植被、除苔藓、防冲刷、导积水、降湿度、稳基底为核心重点。一方面科学开展遗址本体植被清理、苔藓微生物治理,阻断生物风化破坏;另一方面构建完善的雨水截排、坡面防护、表层护面体系,有效疏导雨水、减少坡面冲刷、防止雨水大量下渗。通过综合调控遗址微环境,降低土体含水率,抑制生物风化与水蚀破坏,实现南方湿润环境下土遗址的稳定保存。

综上所述,我国土遗址病害具有极强的地域分异性、环境关联性和病害叠加性,不同气候带、不同区域的主导病害、破坏机理、损毁模式截然不同,不存在通用万能的保护模式和修缮工艺。北方重在防风防冻、稳固结构、防控坍塌冲沟;中部和川渝重在脱盐固结、治理酥粉、遏制表层脱落;南方重在控水防湿、清除植被、抵御水蚀生物风化。

在土遗址保护实际工作中,必须始终坚持因地制宜、精准施策的核心原则,立足遗址所在地气候特征、水文条件、土体特性、病害组合情况,先研判环境、辨析病害、探明机理,再科学匹配保护技术、修缮材料、防护方案,杜绝经验化、同质化、模板化施工。通过分区分类、对症下药、精准治理,有效破解不同区域土遗址的突出损毁难题,全面提升土遗址保护修缮的科学性、精准性、长效性。

(作者单位:长沙国王陵考古遗址公园管理处 长沙市文物考古研究所)

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