敦煌莫高窟地区风沙移动与磨蚀的控制方法

风沙移动与磨蚀是对中国西北部文化资源造成破坏的重要自然因素之一。在这一地区，沙蚀和其他原因已对诸如新疆交河故城、甘肃西部的玉门关和靠近敦煌的唐代破城子等上百处历史文化遗迹造成了破坏。莫高窟作为中国最著名的文化遗址之一，1961年被列为国家级重点文物保护单位，1987年被国际遗产文化委员会收入世界文化遗产名录。莫高窟由700多个洞窟组成，在其南区的洞窟中，有精美的壁画和彩塑；北区的大部分洞窟内没有壁画。著名的莫高窟自古以来同样遭受着风沙磨蚀。

自1990年开始，美国盖蒂文物保护研究所和中国国家文物局、敦煌研究院合作实施了一系列的沙移控制方法：第一，建立人造织物阻风网；第二，种植植物防风带；第三，利用化学合成剂固沙；第四，设置过滤装置。

我们之所以回顾这些方法实施的效果，是想通过对这些方法所产生的效果进行评估，使我们更好地修正方案，找到各种方法的最佳结合点，解决沙移和风蚀问题。这项技术已在我们不断改进的过程中广泛应用于中国和其他地区的沙漠地带。

我们知道，敦煌位于多风地带，常见的有南、西南和东南三种风向，通常发生在10~2月，发生频率占全年刮风次数的48%，5米/秒的风速占风量的59.2%。之所以选择5米/秒为参数，是因为在这一区域当风速达到这一参数时，沙子就会随风而起；当风速加大，飞沙的数量和颗粒也随之增大。在这种情况下，磨蚀力也相应加强。众所周知，莫高窟区域的磨蚀状况是十分严峻的。磨蚀力导致洞窟顶部逐渐变薄。目前我们可以看到许多洞窟的顶部存在“薄顶”现象，如460窟和90窟的顶部已出现了漏洞，水和沙由此贯流入窟，对壁画和雕像造成了危害。当狂风四起，沙石、尘土就会顺着岩壁斜坡贯流而下渗入洞窟，壁画和雕像也会被沙尘笼罩，走道、院落处处被沙石覆盖着。

清扫这些积沙尘土耗费大量的财力人力。如果积沙不能及时清理，无疑就会对壁画和雕像造成损害。在1990年，也就是这个项目实施的初期，为了尽快减小磨蚀和沙移的影响，我们建造了高1.8米，长3 700米的阻风网，采用了正常使用条件下寿命可达15~20年的抗紫外线透气型织物材料。阻风网建在石窟的上部。莫高窟所有的洞窟都开凿在大泉河西岸，南北长约1公里。当南风刮起，南边的阻风网就会阻隔飞沙走石，使其聚积于阻风网周围。当季节更替，风向变换时，积沙便会随风散去，这正是我们在此设置阻风网之初衷。

通过五年的观察，我们发现阻风网的设立减少了62%的地面积沙。在此之前，石窟和院落内每年的移沙量约为3 000立方米。沙漠地区的风会卷起大量的沙石拥堵阻风网，所以我们需对阻风网进行清扫维护。当阻风网的两面都被移沙相拥，沙石的流动便会减少，形成周围积沙成堆的现象。同时我们还发现，阻风网转角处不能封死，这是由于此处积沙成堆现象十分严重，且沙石随风向而流动所致。理论上讲，每扇阻风网应该能拦阻90°和180°的风向。这就是说阻风网与风向成90°时，产生最大的拦沙效果；180°时，大量的沙石会被吹散。然而，想要最大限度地保护遗迹及其周边范围，我们还力不能及。此外，我们在阻风网的下部与地面之间保留10厘米宽的空间来及时防止阻风栏周围的积沙。如果阻风网底部和地面留有空间，就不至于造成太多积沙。这是由于当风速在阻风网设有空间的地带加速时，就会卷走防风带周围的沙石。最后，我们还发现阻风网周围的积沙应在一年、两年或者稍长一些时间进行周期性的清理。这是由于只要有积沙现象存在，沙堆内部沙粒就会保持一定的含水量，其侵蚀力就会更为加大，对固定阻风网的铁线及铆钉造成侵蚀。

第二个方法我们采用植物防风带。尽管我们希望用于阻风的人造材料更持久耐用，一些人造材料的这一问题且已解决，但这种材质终归受使用寿命的局限。这也正是我们种植适应当地气候和含盐土壤生长的植物作为防风带之缘由。

这项实验有两个阶段。第一个阶段是评估莫高窟地区用水的可行性。来自于大泉河的水源含盐量很高，我们最为担心的是盐分腐蚀会使灌溉系统爆裂；再有就是对种植的植物能否适应这种水质还不得而知，所以我们必须进行实验。第二个阶段是对防风带的效果进行评估。由于我们担心植物的生存会增加湿度，通过评估便可获知是否对周围环境带来影响。种植之初，我们选用高30厘米左右的树苗，并设计两个滴头的滴灌设备，来控制树苗在保证成活的条件下对水的最低需求量。防风带的株距和行距都是2米，这样可以加大阻风力度，更多的飞沙就会积聚于植物防风带内。在1993年的时候，植物根部聚积着大量的石粒和少量的沙粒。到了1994年，防风带区域内已不见石粒，代之的是覆盖着一层颗粒均匀的沙粒，树下的沙堆也在不断地变大，已显现出植物防风带的作用与效果。

基于实验我们看到，植物防风带种植的好处在于提供了较为长久地解决莫高窟地区沙移控制问题的可能性。树木的生长期一般是30~40年，甚至更长，还可育林，生产树苗，这样就形成了可持续发展。实验开始之时，滴灌系统在中国尚不具有使用条件，现在已具备条件。这套滴灌系统的一个好处是它可以由人工或计算机操控，另一个好处是安装和维护都不需太高的人力和机械设备要求。

植物防风带的种植也遇到许多问题，如我在前面所提到的对该地区湿度增大问题的担心。令人欣慰的是在植物带内及其至今还未发现空气湿度明显升高的变化，说明这种方法现在对环境没有造成影响。我们遇到的一个严重问题是树木被一层白色粉状的病害困扰，好在在使用了杀菌药物之后病情得到了控制。再有就是有一种生长在沙漠地区会挖洞的地鼠在防风带周围挖了很多小洞，这些地鼠不仅嚼树根，而且吃树枝，更为严重的是它们咬坏了用于灌溉的管线。我们采用杀虫剂、烟熏、设置捕虫器等办法，但至今未找到真正奏效的方法。

第三个方法是化学固沙。这种方法源于我们想通过使沙尘保持原位来达到控制沙移的目的。同时想通过加强沙层表面和岩壁的固结力来防止磨蚀。正像我在前面说过的，磨蚀是莫高窟面临的最大问题之一。这也正是我们采取多种方法应对磨蚀现象的原因。我们对加强流沙和岩壁固结力采用了四种化学方法，均为液体固化方法，每种化学方法设立20组2×2米的实验区。为了找到最经济有效的化合试剂，我们在每个实验区使用不同浓度、剂量的固化剂。实验所用的三种化合剂由我们从美国带来，另一种矽酸盐钾（PS）是当地产品。最初的实验结果显示，矽酸盐钾（PS）化合剂的效果较好。我们采用矽酸盐钾（PS）化合剂进入第二阶段实验，尽管实验区的沙层表面颜色有轻微加深现象，但结果表明沙层的固结力和抗擦伤力都有明显加强。我们遇到的另外一个问题是实验区的表层凝结了一层白色的盐分结晶体。这个问题并不十分棘手，因为结晶体随雨水的冲刷就会消失，深色表层却照旧。基于这样的实验结果，虽然深色表层会稍稍影响美观，但化学固沙不失为一种既简便又可持续的方法。从技术层面上讲，这种方法可以用于莫高窟相关的沙患控制，这种方法我们并未在洞窟区域内应用，仅仅应用于洞窟之外的地表。如果打算在8 000平方米的范围应用这种方法，我们尚需进一步研究，真正找到更为经济的方法。

第四个方法我把它称作最后的防护线，也就是防止风沙尘土进入洞窟。我们选定两组洞窟，一组对公众开放，一组不对公众开放，共有四个洞窟。在安装滤沙装置之前，我们先把洞窟清扫干净。我们在第一组洞窟的铝质百叶门上加上了土工纺织材料，在门的楣、槛、边部位及门框四周安装了除尘刷和密封条。这样做的目的是防风防沙的同时又能保证空气流通。我们还想在洞窟入口处放置地垫，使参观者鞋子上的沙尘尽可能地不带入窟内。因为担心地垫被偷，这个想法还未实践就被搁浅。据我们掌握的有限资料表明，洞窟内的沙尘在门口安装过滤装置后能减少大约55%。这个数据来自我们在洞窟内放置了沙尘收集盘，不间断地对收集盘中的沙尘沉积量进行测量的结果。通过这个办法，我们也可得知开放洞窟与不开放洞窟沙尘量在重量上的差异。至于开放的洞窟，由于游人来来往往，百叶过滤门不断地开启闭合，沙尘量控制没有太明显的效果，过滤装置也未真正发挥作用。

总之，控制沙移与磨蚀这一项目的实施我们采用了四种方法，包括织物阻风网、植物防风带、化学固沙和设置洞口滤沙装置。防风带和化学固沙的方法使用范围较广，因为它们控制沙移的效果最为明显。人造织物阻风网周围的积沙如能及时清理，它的使用寿命在15~20年，也可长期发挥作用。建设植物防风带是最为长久之计，正如我在前面讲过的，只要这些树木不同时死亡，它们就会不断地育苗、发芽、成长，形成可持续发展。我们认为没有简单或单一的办法可能解决莫高窟文化遗迹区域存在的沙移和磨蚀问题，两种或者三种办法的结合运用将会是最佳途径。

注：本文译者系中央民族大学民族学系2000级博士研究生，根据1997年林博明先生在日本“文化遗产保护与修复国际学术研讨会”的发言翻译。林博明先生在发言开始提到的合作者有美国盖蒂保护研究所的阿根纽博士、中国兰州沙漠研究所的凌玉泉教授和敦煌研究院的李最雄博士和李云和、汪万福先生。