“南海I号”沉船船体病害调查

□ 张玄微

“南海I号”宋代沉船从沉没到被整体打捞出水至今，经历了三个时期的环境变化。第一个时期是从沉没开始到2007年被整体打捞之前，时间跨度达800 余年；第二个时期是沉船被整体打捞转运入住“水晶宫”开始，到2013年启动全面发掘的这一时间段；第三个时期是2013年全面发掘至今的这一段时期。这三个时期，船体保存环境状态并不相同，与之对应的保存环境经历了“稳定”、“干扰”和“变化”的转变过程。

启动全面发掘后，由于发掘工作的不断进展，“南海I号”的保存环境急剧变化，船体保存环境和文物保存状态之间原有的平衡关系被打破，随之而来的是一系列的保护难题。

一、“南海I号”病害环境

作为承载文物的物质载体，不论是有机物还是无机物，就材料本身而言，都具有一定的“寿命”，而环境因素对文物的“寿命”影响极大，有利的环境条件可以延缓文物材料的劣化进程，而不利的环境一方面可以加快文物材料的劣化速度，另一方面还会引发文物材料发生新的“病害”，从而促使文物材料的“寿命”进一步缩短。

就“南海I号”的木质船体来说，经历的三个时期的环境变化，文物病害的环境特点是不同的。

1.稳定期

在这一时期内，威胁木质船体保存的因素是复杂多样的，其中海洋生物是威胁船体保存的重要影响因素之一。这类生物有污损生物、钻木类生物以及各类微生物等。

在外部环境适宜的条件下，海洋生物的繁殖极其旺盛，在很短时间内就会将木质材料损坏殆尽。此外，海流带动泥沙造成的冲击、打磨、海水的腐蚀等，都严重威胁着沉船的长期保存。

幸运的是，“南海I号”沉没后船体逐渐下沉海床淤泥层中并被泥沙完全包埋[1]。当船体完全沉入淤泥层后，沉船处于一个相对密封、绝氧的环境，海洋生物侵蚀和海流泥沙冲刷产生的破坏活动基本停止，沉船病害发展与周围环境逐渐相互适应，病害活动处于发展极其缓慢的平衡状态，沉船进入长期的“稳定期”。

2.干扰期

沉船整体打捞移入“水晶宫”后，其保存环境发生了较大变化，由水深近30 米的天然海域转入一个封闭的水深距沉船遗址表面仅有1 米的人工封闭水体环境。沉船的封闭沉积环境发生变化，沉船原有的低温、低氧、低照度环境被打破（图一）。

特别是高氧含量富含有机质的海水，有利于生物繁殖和沉箱金属的腐蚀，“水晶宫”室内大气环境、封闭的水体环境、沉箱锈蚀等多种因素开始对沉船木质船体的原有保存状态产生干扰。

3.变化期

2013年启动了“南海I号”全面发掘，考古发掘参照陆地模式开展[2]，船体原有饱水、封闭的环境状态变为直接暴露于室内空气环境中，环境条件改变剧烈，船体病害变得十分复杂。加之发掘现场文物材质种类多样，不同材质的文物对保护要求不同甚至保护条件相互矛盾，现场文物保护工作面临着艰巨的挑战（图二）。

二、病害调查

“南海I号”全面发掘工作开始后，船体逐步暴露出来，为进一步深入探查评估船体保存状况创造了有利条件，根据现场勘查，船体木材病害的表现形式主要有残缺、断裂、变形、变色等（图三）。

1.生物损害

海生物损害主要是钻孔类、蛀木类及污损性生物对船木的破坏，损坏部位集中在船体上部（图四），这是因为船体沉没后，船体下部首先下沉到海床的淤泥层中，淤泥的低氧环境不利于海生物滋生繁殖，而船体上部完全被淤泥包埋的过程相对经历了较长时间。

2.船木纤维素含量分析

木材纤维素是木材强度的主要来源，纤维素含量分析是评估木材降解和糟朽程度的重要指标。选取的8 个检测点，船木纤维素含量均不足20%，远低于同种新材纤维素含量，说明船木降解严重。

3.含水率分析

木材含水率也是衡量木材腐朽程度的指标之一，对于饱水木材来说，含水率越高，木材降解程度越大，材质强度也就越低。

分别采集了船体木材样品和船尾零散木材样品共13 件，测试其含水率。测试结果显示，船体木材含水率最高348%，平均含水率为245%；船尾零散木材含水率最高值接近700%，平均含水率高达500%左右，远高于同种新材含水率。

4.横纹抗压强度分析

横纹抗压强度是直接衡量木材的力学性能和支撑能力的物理指标。在“南海I号”沉船体上选取了12 个检测点，用于横纹抗压强度分析。分析结果显示，其平均最大应力值为0.74MPa，最低为0.29MPa，而正常松木的横纹抗压强度为3.5MPa左右，说明“南海I号”船体木材已经严重腐蚀，强度已下降到正常强度的20%左右，船体十分脆弱。

表1 船木标本菌群分布（克隆文库）

5.微生物检测

在对船体进行防腐剂喷淋保护前，对“南海I号”船体木材进行微生物取样培养，分析结果显示，菌落总数达1.7×105CFU/g，存在十余种危害船木的菌群，如芽孢杆菌、环状芽孢杆菌、硫杆菌、海源菌、盐单胞菌、脂环酸芽孢杆菌、变形菌、拟杆菌、镰刀菌、西瓜枯萎病菌等真菌，威胁船体的菌群活动非常活跃。其中，对船木危害最大的优势菌群是镰刀菌（表1）。

6.船木硫、铁化合物及盐分沉积检测

对船体无颜色附着区域的木材进行取样，样品经切片烘干后，采用扫描电镜和能谱仪进行显微形貌和元素含量分析，发现木材内部分布大量含硫、铁的化合物沉积（图五）。说明外观没有颜色附着的船木，也含有难溶的有害盐类。这些含硫、铁的化合物在有氧的环境中，可以氧化生成硫酸，以及发生Fe2+/Fe3+氧化还原反应，对木材造成危害，严重威胁船体的长期安全保存[3]。

对船体木材样品烘干研磨后，采用离子色谱分析含盐量，分析数据显示，对木材威胁最大的硫酸根含量最高达4.8ppm，需要在今后的全面保护中进行彻底脱盐处理。

三、结 语

通过对“南海I号”船体木材保存状态的检测评估，显示船体木材保存状态较差，纤维降解严重、强度下降明显，船木内硫、铁、盐含量很高，并存在微生物大量滋生的风险。开放式发掘方式，船体长期暴露环境空气当中，高氧的室内环境不利于船体的长期保存。船体病害分布面积大、保存状态极差，需要在未来的全面保护中进行综合处理。考古发掘完成后，会逐步过渡到全面保护阶段，并进行长时间的脱盐和填充置换加固。

首先要搭建一套船体的稳定性支撑结构，并建立大型循环水喷淋或循环水池脱盐、填充加固系统，脱除木材中的有害离子并对其进行脱水填充加固。通过对船体进行必要的修复，恢复部分破坏的船体结构，加固船体主体结构部分的强度。同时，为满足展示的需要，有计划、分批次地开展系统性保护修复工作，使宝贵的文物资源得到充分研究和展示利用。

[1]国家文物局水下文化遗产保护中心等编著《南海I号沉船考古报告之二——2014～2015年发掘》，北京：文物出版设，2018年第1版。

[2]沈大娲、葛琴雅、杨淼、马清林《海洋出水木质文物保护中的硫铁化合物问题》，《文物保护与考古科学》2013年第2期，82～88页。

[3]同 [2]。