木材生物病害嚴(yán)重區(qū)域古建筑木構(gòu)件樹種選擇及與生物病害的關(guān)系*

劉 波 付躍進(jìn) 馬星霞 盧 蕓 王 麟

(1.中國林業(yè)科學(xué)研究院木材工業(yè)研究所 北京 100091； 2.寧波市文化遺產(chǎn)管理研究院 寧波 315000)

我國木結(jié)構(gòu)古建筑歷經(jīng)數(shù)千年發(fā)展，文物、歷史和藝術(shù)價(jià)值極高，在世界上享有盛譽(yù)。木結(jié)構(gòu)古建筑以木質(zhì)材料為主體，木材具有質(zhì)輕、易加工、規(guī)矩統(tǒng)一、建造靈活、形式多樣、抗震性好和適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)(陳允適等， 2007)，但由于木材是天然生物質(zhì)材料，容易遭受生物損害，發(fā)生腐朽和蟲蛀(陳允適等， 2005)。根據(jù)中國木材腐朽和白蟻危害區(qū)域劃分(馬星霞等， 2015)，浙江、貴州、湖南3省及河南南部處于嚴(yán)重危害區(qū)(Z4區(qū)域)，河南北部處于高危害區(qū)(Z3區(qū)域)，這些區(qū)域古建筑木構(gòu)件受降雨量、降雨持續(xù)時(shí)間和溫度等因素影響，易遭受腐朽、蟲蛀等生物病害以及開裂、斷裂或劈裂等材質(zhì)損壞。

浙江省的天童寺、崇興廟古戲臺(tái)、城隍廟古戲臺(tái)，貴州省的保安寺、玉皇閣、財(cái)神廟、黑神廟、隆興寺、武廟三楚宮戲樓、大屯土司莊園，湖南省的魏源故居和河南省的顯圣王廟，這12座木結(jié)構(gòu)古建筑最早的有天童寺建于西晉永康元年(AD 300)，最晚的有保安寺和大屯土司莊園建于清朝道光年間(AD 1844)，分別為全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位和省級(jí)文物保護(hù)單位，中間歷經(jīng)多次重建和修繕，為我國木結(jié)構(gòu)古建筑群中的瑰寶，是研究我國古代歷史文化、藝術(shù)、科技和經(jīng)濟(jì)的寶貴實(shí)物資料。

對(duì)生物病害嚴(yán)重區(qū)域的木結(jié)構(gòu)古廟宇、古民居、古祠堂和古戲臺(tái)等古建筑進(jìn)行木構(gòu)件樹種識(shí)別和生物病害調(diào)查，研究木構(gòu)件用材樹種選材原則及與生物病害的關(guān)系，可為古建筑修繕提供木構(gòu)件樹種選擇依據(jù)，為木構(gòu)件防護(hù)加固提供材性和生物病害數(shù)據(jù)參考，為古代建筑史研究提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)制定木材生物病害嚴(yán)重區(qū)域木結(jié)構(gòu)古建筑保護(hù)方案具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)樣品于2018年4月—2019年11月現(xiàn)場采集自12座木結(jié)構(gòu)古建筑修繕時(shí)因病害更換下來的舊木構(gòu)件，包含梁、柱、檁、椽、斗栱、昂、雀替、門、檻、栓、窗棱等10種構(gòu)件類型共30份樣品(表1)。所選樣品能夠真實(shí)反映古建筑木構(gòu)件的木材選用情況、使用狀況和遭受不同病害情況。

表1 古建筑的年代信息、樹種識(shí)別結(jié)果和生物病害情況Tab.1 Age information, wood species identification results and biological diseases of ancient buildings

續(xù)表1 Continued

1.2 方法

在木構(gòu)件上切取1 cm(L)×1 cm(R)×1 cm(T)樣品，根據(jù)樣品腐朽程度選用碳蠟包埋或普通制片方法，采用滑走切片機(jī)(Leica 2010R)制備15～20 μm厚橫、徑、弦向顯微切片，經(jīng)染色、脫水、透明、封片后置于光學(xué)顯微鏡(Olympus BX61)下觀察微觀構(gòu)造特征并記錄。參照IAWA針葉樹和闊葉樹木材識(shí)別特征一覽表，比照中國林業(yè)科學(xué)研究院木材標(biāo)本館正確定名的標(biāo)本和切片，依據(jù)GB/T 29894—2013《木材鑒別方法通則》、GB/T 16734—1997《中國主要木材名稱》和GB/T 18513—2001《中國主要進(jìn)口木材名稱》等國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行木材樹種識(shí)別。木材腐朽等級(jí)依據(jù)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LY/T 2146—2013《古建筑木構(gòu)件的非破壞性檢測(cè)方法及腐朽分級(jí)》判定。木材物理力學(xué)性能數(shù)據(jù)源自《中國木材志》(成俊卿等， 1992)。

2 結(jié)果與分析

2.1 古建筑木構(gòu)件用材樹種識(shí)別

河南、浙江、貴州、湖南4省12座木結(jié)構(gòu)古建筑木構(gòu)件30份樣品，共識(shí)別出14種樹種(表1、圖1a)。13份樣品為針葉樹材(圖1b)，占樣品總量的43.3%，包括杉科(Taxodiaceae)杉木屬(Cunninghamia)、銀杏科(Ginkgoaceae)銀杏屬(Ginkgo)、松科(Pinaceae)落葉松屬(Larix)和硬木松(Pinussp.)木材。17份樣品為闊葉樹材(圖1b)，占樣品總量的56.7%，包括樺木科(Betulaceae)樺木屬(Betula)、楊柳科(Salicaceae)楊屬(Populus)、椴樹科(Tiliaceae)椴屬(Tilia)、山茶科(Theaceae)厚皮香屬(Ternstroemia)、榆科(Ulmaceae)榆屬(Ulmus)、苦木科(Simaroubaceae)臭椿屬(Ailanthus)、殼斗科(Fagaceae)錐屬(Castanopsis)、殼斗科櫟屬(Quercus)、樟科(Lauraceae)楠屬(Phoebe)、無患子科(Sapindaceae)番龍眼屬(Pometia)木材。此外，杉木屬、樺木屬、楊屬和硬木松樣品共19份，占比63%(圖2)，是本研究中古建筑木構(gòu)件常用樹種。

圖1 木構(gòu)件樹種識(shí)別結(jié)果分析Fig. 1 Analysis of wood species identification results of wooden componentsa. 30份樣品樹種識(shí)別信息Wood species identification information of 30 wood samples； b. 針闊葉樹材樹種選用比較Comparison of softwood and hardwood species； c. 4省古建筑樣品樹種種類比較Wood species comparison of ancient building in four provinces； d. 4省古建筑樣品樹種數(shù)量比較Sample number comparison of ancient building in four provinces.

圖2 木構(gòu)件用材樹種差異Fig. 2 Differences of wood species used in wooden components

4省古建筑木構(gòu)件用材特點(diǎn)存在明顯差異。無論針闊葉樹材，浙江省古建筑木構(gòu)件用材最為豐富(圖1c、d)，針葉樹材以杉木為主，占針葉樹材樣品總量的54%； 闊葉樹材選材種類繁多，占4省闊葉樹材種類的55%。貴州省古建筑木構(gòu)件用材以闊葉樹材為主，占樣品總量的70%，主要為樺木和楊木； 針葉樹材主要為杉木和落葉松。湖南省古建筑木構(gòu)件用材主要選用杉木。

2.2 古建筑木構(gòu)件用材樹種差異

12座木結(jié)構(gòu)古建筑10種木構(gòu)件中(圖2)，柱、梁、檁、椽和門栓常用樹種為針葉樹材，柱、梁、椽、斗栱、雀替、門檻和窗棱常用樹種為闊葉樹材，其中結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、木構(gòu)件體積相對(duì)較小的斗栱部件、昂、雀替和窗棱僅使用闊葉樹材。柱、梁選用針闊葉樹材樹種種類豐富，包括杉木、落葉松、銀杏、樺木、錐木、楊木、榆木、楠木、番龍眼、櫟木和厚皮香等； 而檁和椽樹種種類較為單一，為杉木、硬木松和樺木； 斗栱、雀替、窗棱用材為臭椿、樺木、楊木和椴木； 門栓和門板用材為杉木，門檻為楊木。即10種木構(gòu)件中，承重且體積較大的木構(gòu)件，柱、梁、檁、椽用材樹種主要為杉木、落葉松、銀杏、硬木松、樺木、錐木、楠木、櫟木、榆木、楊木、番龍眼和厚皮香； 非承重且體積較小或裝飾用木構(gòu)件，門栓、門檻、窗欞、昂、雀替、斗栱用材樹種主要為杉木、樺木、楊木、椴木、榆木和臭椿。

2.3 古建筑木構(gòu)件用材樹種物理力學(xué)性能差異

為了保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，進(jìn)行古建筑木構(gòu)件維修時(shí)，最好選用物理力學(xué)性能相同或接近的木材，除此之外，耐腐性、抗彎強(qiáng)度和耐開裂性也是重要評(píng)價(jià)指標(biāo)(李華等， 2012)，密度和硬度越大，木材抗蟲性越強(qiáng)(朱汪興， 2005)。12座木結(jié)構(gòu)古建筑木構(gòu)件14種用材，物理力學(xué)強(qiáng)度存在差異，以文獻(xiàn)資料(成俊卿等， 1992)中豫、浙、貴、湘4省產(chǎn)木材物理力學(xué)性能數(shù)據(jù)為參考，氣干密度等級(jí)大致為櫟木>厚皮香>錐木>落葉松>臭椿>番龍眼>椴木>楠木>樺木>榆木>硬木松>銀杏>楊木>杉木，其耐腐性、抗彎強(qiáng)度和耐開裂性見表2，氣干密度和抗彎強(qiáng)度最大的是櫟木，最小的是杉木； 木材強(qiáng)耐腐及耐腐的樹種有9種，易開裂的有4種。

表2 木構(gòu)件用材樹種物理力學(xué)性能①Tab.2 Physical and mechanical properties of wood species for wooden components

①弦徑向干縮比大于2，干燥時(shí)達(dá)不到平衡含水率，木材很容易開裂。The shrinkage ratio of tangential and radial is greater than 2, the equilibrium moisture content can’t be reached during drying, and the wood is easy to crack.

2.4 古建筑木構(gòu)件宏、微觀構(gòu)造分析

對(duì)古建筑木構(gòu)件樣品進(jìn)行宏、微觀構(gòu)造分析發(fā)現(xiàn)，木構(gòu)件生物病害發(fā)生程度不同，主要來自真菌或害蟲危害。木蜂、蠹蟲和其他蛀蟲侵害，常使木材內(nèi)部出現(xiàn)蟲道(圖3-5、8、13、18、19、22、27和圖4a、b、c、d等)，表面出現(xiàn)蟲眼，對(duì)木材組織造成損傷，嚴(yán)重者導(dǎo)致木材細(xì)胞壁失去機(jī)械支撐能力； 木材宏觀表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)潰塌(圖3-8、18)，微觀表現(xiàn)為木材組織損失(圖5-5X、6X、8T、13X、26X等)、細(xì)胞壁損傷和破壞(圖5-6X、7R、18X、21X、23X、26T、30X等)、害蟲代謝物堆積(圖5-26T、30T和圖4e、f)。南方木結(jié)構(gòu)古建筑長期接觸潮濕土壤或受降雨環(huán)境影響較大的木構(gòu)件部位，真菌等微生物病害嚴(yán)重，腐朽明顯，物理力學(xué)性能降低，木材宏觀表現(xiàn)為不同程度開裂(圖3-7、21、22)、干裂成小塊(圖3-24、26)、碎片化(圖3-22)和粉化等狀態(tài)(圖3-23、25、29),微觀表現(xiàn)為細(xì)胞壁降解嚴(yán)重(圖5-7R、18X、21X、23X、30X)、細(xì)胞化學(xué)成分嚴(yán)重流失、細(xì)胞間失去交聯(lián)結(jié)構(gòu)(圖5-18X)，腐朽菌菌絲遍布、通過紋孔穿壁而過(圖5-6R、6T、7R、18R、21R、30R)。

圖3 木構(gòu)件宏觀構(gòu)造和病害部位(樣品編號(hào)詳見表1)Fig. 3 Macrostructure and damage position of wooden components(sample No. shown in Tab.1)

圖4 木構(gòu)件蠹蟲病害狀態(tài)Fig. 4 Beetle damage in wooden componentsa. 蠹蟲侵蝕細(xì)胞壁初期Initial stage of cell wall nibbled by beetles； b. 啃食細(xì)胞壁Gnawed cell wall； c. 在木材早材組織上鉆孔Holes drilled in wood tissue； d. 在木材中縱橫向打洞筑巢Accumulation of metabolites in holes； e. 孔洞中堆積代謝物 Metabolites accumulated in pores； f. 代謝物形貌Metabolite morphology.

圖5 木構(gòu)件微觀構(gòu)造和腐朽程度Fig. 5 Microstructure and decay degree of wooden componentsX: 橫切面Cross section，R: 徑切面Radial section，T: 弦切面Tangential section； ★指示木材組織損失Showed loss of wood tissue，指示木材細(xì)胞壁降解Showed degradation of wood cell wall，?指示菌蟲代謝物Showed metabolites of fungi and insects，→指示菌絲Showed mycelium； 樣品編號(hào)詳見表1 Sample No. shown in Tab.1.

2.5 古建筑木構(gòu)件生物病害種間差異

從樹種差異上看(圖6a)，12座木結(jié)構(gòu)古建筑木構(gòu)件用材中，易受木蜂侵害的樹種為杉木、樺木和硬木松，易受蠹蟲侵害的樹種為硬木松、樺木和楊木，易受白蟻蛀蝕的樹種為杉木、榆木、櫟木和錐木； 所有樹種均受到腐朽菌侵害，其中杉木、樺木和楊木占比較大。從區(qū)域差異上看(圖6b)，浙江省古建筑木構(gòu)件易受腐朽菌和木蜂侵害，占比69%； 貴州省古建筑木構(gòu)件易受腐朽菌侵害，占比90%，腐朽類型豐富，包括干腐、軟腐等； 湖南省古建筑木構(gòu)件易受腐朽菌侵害，占比100%，與潮濕的氣候環(huán)境直接相關(guān)。從木構(gòu)件差異上看(圖6c)，柱作為承重結(jié)構(gòu)，接觸地面部分最易受腐朽危害，其次是與雨水接觸較多的椽和門等木構(gòu)件。值得注意的是，用材為楠木、番龍眼和厚皮香的3根梁，所取樣品未見腐朽，作為承重木構(gòu)件用材有一定參考價(jià)值。

圖6 木構(gòu)件生物病害分析Fig. 6 Analysis on biological diseases of wooden componentsa. 生物病害樹種差異分析Difference analysis of wood species in biological diseases； b. 生物病害區(qū)域差異分析Difference analysis of region in biological diseases； c. 生物病害木構(gòu)件差異分析Difference analysis of wooden components in biological diseases.

3 討論

3.1 古建筑木構(gòu)件用材樹種選材原則

3.1.1 古建筑木構(gòu)件用材受木材物理力學(xué)性能影響 古建筑木構(gòu)件用材選擇，老祖先積累了豐富的寶貴經(jīng)驗(yàn)，首先考慮的是建筑安全性能。木結(jié)構(gòu)古建筑使用幾百年甚至上千年后，由于受所處環(huán)境的生物、物理和化學(xué)等外部因素影響，木構(gòu)件用材經(jīng)常會(huì)發(fā)生腐朽，引起木材物理力學(xué)性能衰減，最終導(dǎo)致古建筑木結(jié)構(gòu)殘損，力學(xué)強(qiáng)度降低。古建筑木結(jié)構(gòu)木材材性降低影響木構(gòu)件的強(qiáng)度和木結(jié)構(gòu)的使用壽命。對(duì)維修時(shí)替換下來的大柱和對(duì)照新伐材進(jìn)行木材物理力學(xué)性能測(cè)試分析發(fā)現(xiàn)，舊木材的基本密度、抗彎強(qiáng)度、彈性模量、順壓強(qiáng)度和沖擊韌性均比新伐材低，尤其杉木的抗彎強(qiáng)度下降41%，落葉松的順紋抗拉強(qiáng)度下降50%、橫紋抗壓強(qiáng)度下降66%，變形較大、材性變脆； 但舊木材的干縮性小，構(gòu)件尺寸趨于穩(wěn)定(倪士珠等， 1994)。故宮武英殿維修替換下來的落葉松、軟木松(Pinussp.)、云杉(Piceasp.)、杉木和硬木松木構(gòu)件材料，經(jīng)50～135年老化模擬試驗(yàn)，落葉松、軟木松和杉木木材各項(xiàng)材性性能下降，硬木松和云杉木材各項(xiàng)材性性能增加，落葉松和軟木松木材隨腐朽程度加重力學(xué)性能迅速衰減，其中抗彎強(qiáng)度降低最為明顯，其次是抗壓強(qiáng)度，密度變化最小(王曉歡， 2006)?？梢?，不同種類木材的物理力學(xué)性能對(duì)木結(jié)構(gòu)的使用壽命有較大影響，是木構(gòu)件用材選擇的首要因素。

3.1.2 古建筑木構(gòu)件用材多為當(dāng)?shù)爻Ｒ娻l(xiāng)土樹種 河南闊葉林優(yōu)勢(shì)樹種有櫟木、榆和臭椿(盧炯林等， 1990)，且作為優(yōu)良鄉(xiāng)土樹種，榆已廣泛用于造林； 臭椿是干旱地帶、石質(zhì)山區(qū)造林先鋒樹種，其生長迅速、適應(yīng)性強(qiáng)、容易繁殖、病蟲害少、材質(zhì)優(yōu)良(申潔梅等， 2008)，為林業(yè)生產(chǎn)提供了有利條件。

樺木科、殼斗科、胡桃科(Juglandaceae)、?？?Moraceae)、榆科、銀杏科、杉科等為浙江現(xiàn)代植物區(qū)系中的古老科屬和孑遺植物(章紹堯等， 1993； 馬建偉等， 2011)，遠(yuǎn)古至今地理分布廣泛。浙江典型天然次生林樹種組成中馬尾松(Pinusmassoniana)和杉木(Cunninghamialanceolata)占53.9%，青岡(Cyclobalanopsisglauca)、石櫟(Lithocarpusglaber)、苦櫧(Castanopsissclerophylla)、木荷(Schimasuperba)等常綠闊葉樹占46.1%(吳初平等， 2018)； 公益林以針葉林為主，多為杉木林、松木林和杉松混交林，其中杉木林比例占半數(shù)以上(游昌順等， 2012)； 優(yōu)勢(shì)樹種中高蓄積林分蓄積量，松木為 127.6～530.9 m3·hm-2，杉木為 132.4～463.1 m3·hm-2，闊葉林為 166.7～367.4 m3·hm-2(郭仁鑒等， 1998)。這即是浙江優(yōu)勢(shì)樹種杉木、松木和樺木等能夠在浙江古建筑中得到廣泛使用的原因。另外，天童寺木構(gòu)件檁和維修新料用材均為杉木，與當(dāng)?shù)靥焱瘒疑止珗@常綠闊葉林植被保存完好、在低海拔山麓和山脊地帶杉木廣泛分布(楊向輝等， 2015)有直接關(guān)系。

貴州產(chǎn)松科4屬13種3變種，另有引種的2屬2種，杉木1種1變種，樺木3種以上，楊木5種(《貴州植物志》編委會(huì)， 1982； 鄧倫秀等， 2009)，木材紋理細(xì)致，不裂，供航空、建筑、家具、造紙等使用。其中，杉木資源集中分布在黔東南州錦屏、黎平和從江等 9縣的中心產(chǎn)區(qū)(劉建忠等， 2016)； 現(xiàn)有杉木人工純林111.71萬hm2，馬尾松人工純林69.71萬hm2(楊健等， 2013)，合計(jì)約占貴州喬木林地面積的1/3，是全省人工林面積最大的2種樹種，構(gòu)成了貴州省人工林的主體(蔡磊等， 2013)，對(duì)維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全、保障國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義(劉建鋒等， 2010)。

湖南產(chǎn)杉科6屬8種3栽培變種，杉木屬1種2栽培變種(《湖南植物志》編委會(huì)， 2010)。我國淮河、秦嶺以南各省廣泛栽培，為經(jīng)濟(jì)價(jià)值較大的用材樹種。杉木材質(zhì)輕軟、細(xì)致，有香氣，紋理直，易加工，耐腐，不受白蟻蛀食，供建筑、橋梁、造船、礦柱、木樁電桿等使用。湖南城步縣安營鄉(xiāng)有一塊東晉初期、距今1 670余年的古杉木林，這是國內(nèi)僅存的栽培較早的人工杉木純林(《湖南植物志》編委會(huì)， 2010)。我國古代從物質(zhì)生活到精神生活都離不開木材，而杉木防腐、防蟲、密閉性強(qiáng)等優(yōu)越性能使其早在晉代就成為人們的生活用材之一，這也是杉木為湖南木結(jié)構(gòu)古建筑木構(gòu)件主要用材的緣故。

據(jù)史料記載，12座木結(jié)構(gòu)古建筑歷史上有紀(jì)年的大修至少1次， 20世紀(jì)60年代至今，均被列為省級(jí)文物保護(hù)單位或全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位，建筑單體或多或少均進(jìn)行過一定的后期修繕。12座木結(jié)構(gòu)古建筑經(jīng)歷多次重建或修繕，所用木材種類較多，不同木構(gòu)件用材和同類木構(gòu)件用材均存在差異。在文物保護(hù)上，梁思成先生提出“整舊如舊”原則(羅哲文， 2001)，即在選擇古建筑木構(gòu)件修復(fù)材料時(shí)，原則上必須使用與原木材相同樹種的材料。對(duì)于古建筑木構(gòu)件中柱、檁、梁、椽、枋、樁等承重且體積較大的木構(gòu)件，修復(fù)時(shí)原始用材較為容易判定，多尊重“整舊如舊”原則； 而對(duì)于角背、角云、墊板、替木、昂、翹等非主力承重結(jié)構(gòu)或裝飾用木構(gòu)件，修復(fù)時(shí)容易就近選擇用材相近的材料。但總體原則遵循GB/T 50165—2020《古建筑木結(jié)構(gòu)維護(hù)與加固技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》第7.2.1條： 古建筑木結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件的修復(fù)或更換，應(yīng)采用與原構(gòu)件相同的樹種木材，當(dāng)確有困難時(shí)，也可選取強(qiáng)度等級(jí)不低于原構(gòu)件且性能相近的木材代替； 和第7.2.2條： 修復(fù)或更換承重構(gòu)件的木材，其材質(zhì)宜與原件相同或相近，當(dāng)原件已殘毀時(shí)，應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)“常用針葉樹種木材強(qiáng)度等級(jí)”和“常用闊葉樹材強(qiáng)度等級(jí)”選擇樹種，并應(yīng)按“承重結(jié)構(gòu)木材材質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)”的規(guī)定選材。

3.1.3 古建筑木構(gòu)件用材受古建筑地位和功能及木構(gòu)件使用用途影響 古建筑木結(jié)構(gòu)用材樹種調(diào)查文獻(xiàn)記載，古建筑木構(gòu)件如梁、枋、柱、檁、椽等，其用材在我國南方地區(qū)主要為杉木、柏木(Cupressussp.)、松木，北方地區(qū)主要為油松(Pinustabulaeformis)、落葉松和華山松(Pinusarmandii)，民居中使用楊木和榆木，但重要的大式古建筑也常用楠木(倪士珠等， 1994； 王東旭， 2005； 黃榮鳳等， 2007)。從地域上看，北京地區(qū)，明朝遺存的以楠木居多，清朝所建的則多為落葉松，在一般古建筑中，可見松、云杉、柏木和楊木； 江浙地區(qū)，主要使用楠木、柏木、栗木(Castaneasp.)和杉木，另外還使用樟木(Cinnamomumsp.)、櫸木(Fagussp.)、山核桃(Caryasp.)和木荷； 湖南地區(qū)，如衡陽、大庸、岳陽等多用楠木、柏木、杉木、松木和樟木等(林森等， 2011)。從官式和民間建筑角度看，官式建筑多用優(yōu)等木材，如楨楠(Phoebezhennan)、潤楠(Machilusnanmn)、木姜子(Litseapungens)、香樟(Cinnamomumcamphora)等樟科木材及珍貴硬雜木，其取材原則為優(yōu)中選優(yōu)(故宮古建筑木構(gòu)件樹種配置模式研究課題組， 2007； 李華等， 2010)； 民間建筑多用近源鄉(xiāng)土樹種，如廣泛使用杉木、松木、樺木、楊木和榆木等(孟陽等， 2019)。本研究中廟宇、祠堂和古戲臺(tái)木構(gòu)件用材豐富，多為硬闊葉樹材以及力學(xué)性能較高的針葉樹材，而莊園和民居主要選用密度和力學(xué)性能較低的杉木，受用材樹種本地蓄積量影響最為顯著，可以說古建筑木構(gòu)件用材在一定程度上受古建筑地位和功能及木構(gòu)件使用用途影響。

綜上，根據(jù)木構(gòu)件在木結(jié)構(gòu)古建筑中的功能定位，木材物理力學(xué)性能是用材選擇的首要因素，除某些要求很高的古建筑外，一般多為就地取材，這主要與材料采伐運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)便捷性直接相關(guān)。

3.2 古建筑木構(gòu)件用材樹種選擇與木材生物病害的相互關(guān)系

腐朽、蟲蛀和老化等因素主要引起木材材性劣化，長期作用后，由于所處環(huán)境的生物、物理和化學(xué)等外部因素影響，導(dǎo)致木材各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)不同程度降低(陳志勇等， 2012)。木材細(xì)胞壁被腐朽菌分解引起的木材腐爛和降解現(xiàn)象，包括白腐、褐腐和軟腐。

腐朽是木材最嚴(yán)重的生物病害，其會(huì)引起木材結(jié)構(gòu)損壞，造成經(jīng)濟(jì)上的巨大損失(劉欣等， 2009)。木材腐朽主要是受真菌侵蝕(Riejhardson， 1982； 李明月等， 2012)，真菌能分泌多種酶，將木材中的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素分解為簡單的碳水化合物作為生活養(yǎng)料(Higuchi， 1990)。腐朽木材的真菌依靠孢子進(jìn)行繁殖和傳播，在適當(dāng)?shù)臏囟取穸群涂諝猸h(huán)境條件下發(fā)育成菌絲，繼而發(fā)生分支，聚集成菌網(wǎng)，形成菌絲體(王立海等， 2011； 王振林等， 2012)，即使在真菌腐朽初期，木材力學(xué)強(qiáng)度也會(huì)發(fā)生急劇降低(Winandyetal.， 1993； Curlingetal.， 2002； 楊忠等， 2006)。本研究中所有腐朽木構(gòu)件處于腐朽后期，顯微切片上可觀察到大量孢子和菌絲。木材腐朽菌種類眾多，我國已發(fā)現(xiàn)1 200余種(駱靜怡等， 2015)，僅貴州省就達(dá)83種和變種(吳興亮等， 2010)； 木材腐朽菌中80%能侵染闊葉樹材(戴玉成， 2012)，本研究22份腐朽木構(gòu)件中，針闊葉樹材比為2∶3，與選用木材樹種耐腐性能完全相符。影響木腐菌生長的因素包括碳氮營養(yǎng)、溫度、濕度、氧氣和酸堿度等(王振林等， 2012)，其中木腐菌生長最適溫度為25～30 ℃，空氣濕度為60%～98%，我國南方氣候適宜木腐菌繁殖。12座木結(jié)構(gòu)古建筑30份樣品中有22份發(fā)生低、中、高不同程度腐朽，占比73%，其中腐朽等級(jí)3級(jí)及以上的嚴(yán)重腐朽樣品15份，占比50%，說明腐朽是12座木結(jié)構(gòu)古建筑木構(gòu)件用材材性劣化的首要生物病害因素。

本研究中，木構(gòu)件受蟲蛀生物病害的影響也較大，占比40%，針闊葉樹材比為1∶2，其中木蜂和蠹蟲危害程度最為嚴(yán)重。木蜂屬(Xylocopa)是蜜蜂科(Apidae)非常重要的一屬，分為 31 個(gè)亞屬，約 470 種(Leysetal.， 2002； Ascheretal.， 2017)，我國木蜂約40種(吳燕如， 2000)。通過對(duì)古建筑蜂巢中采集的木蜂尸體和捕獲的木蜂活體進(jìn)行鑒定，本研究4座古建筑木構(gòu)件中的木蜂確定為蜂科絨木蜂亞屬的赤足木蜂(Xylocoparufipes)。赤足木蜂主要分布在我國陜西、江蘇、浙江、安徽、江西、湖北、湖南、福建、廣西、四川、貴州等地(賀春玲等， 2017； Heetal.， 2020)，本研究木結(jié)構(gòu)古建筑所處浙江、貴州和湖南地區(qū)是木蜂危害高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域(馬星霞等， 2021)。赤足木蜂筑巢場所一般在舊房屋的木桁梁、臨時(shí)木棚架的木梁或柴火堆，筑巢基質(zhì)主要為干枯的杉木、泡桐(Paulowniasp.)、楊木、松木、椴木、臭椿、榆木和楸木(Catalpasp.)等(賀春玲等， 2017)。蠹蟲屬鞘翅目(Coleoptera)小蠹蟲科(Scolytidae)，有181屬約6 000種，是危害森林和木材的一類重要害蟲(Wood， 1986)。蠹蟲分布遍布我國南北各省區(qū)，主要危害馬尾松、赤松(Pinusdensiflora)、華山松、油松和樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolica)等。小蠹蟲按食性分為食草類、食皮類、食木類、食髓類、食種類和食菌類； 小蠹蟲對(duì)樹木的危害，按其修筑坑道的部位可分為樹皮小蠹類和蛀干小蠹類(楊長舉等， 2009)。因未從木構(gòu)件樣品中捕獲到活體或尸體蠹蟲，且受蠹蟲危害的木材顯微構(gòu)造文獻(xiàn)相對(duì)較少，故未能判定本研究樣品中蠹蟲的確切種類，但從筑巢和代謝物情況判斷其為食木類蛀干小蠹。木蜂和蠹蟲危害樹種可從地域、木構(gòu)件種類選擇、危害木材部位幾方面分析： 1) 從地域上分析，不同地區(qū)赤足木蜂選擇的筑巢樹種有所不同，江西和四川均為杉木； 河南洛寧下峪鎮(zhèn)發(fā)現(xiàn)主要是泡桐和楊木，另外也有松木、椴木、臭椿、榆木和楸木等(賀春玲等， 2017)； 本研究區(qū)域中赤足木蜂對(duì)杉木、樺木和硬木松情有獨(dú)鐘。文獻(xiàn)顯示，國外進(jìn)口闊葉樹材上的蠹蟲種類和數(shù)量較多(劉勇等， 2006)，但蛀干蠹蟲對(duì)30份木構(gòu)件樹種選擇的針闊葉樹材比為1∶1，偏好硬木松、樺木和楊木。2) 從木構(gòu)件種類選擇上看，12座木結(jié)構(gòu)古建筑10種木構(gòu)件中，赤足木蜂主要危害檁、椽、柱、雀替等構(gòu)件； 蠹蟲對(duì)柱、檁、椽、門等進(jìn)行侵食。3) 從危害木材部位上分析，木蜂和蠹蟲對(duì)木材心邊材選擇無差別，而其他蛀蟲僅侵蝕木材表面或淺層，有的局部嚴(yán)重。木蜂筑巢要挖掘巢口、啃咬隧道、制作蜂巢隔板和巢室(Gerling， 1989)，筑巢時(shí)有許多鋸屑細(xì)粉下落，蛀孔密集且四通八達(dá)，對(duì)木構(gòu)件力學(xué)性能和使用壽命影響顯著。蠹蟲體積小、種類多、易繁殖，對(duì)蛀食的基質(zhì)選擇寬泛，檢驗(yàn)檢疫難，易爆發(fā)成災(zāi)，對(duì)木構(gòu)件蛀食危害不亞于木蜂。因此，在制定木結(jié)構(gòu)古建筑保護(hù)和修繕實(shí)施方案時(shí)，應(yīng)充分考慮古建筑所處的木蜂和蠹蟲危害風(fēng)險(xiǎn)，采用合理的木蜂和蠹蟲防治方法。

4 結(jié)論

經(jīng)鑒定，12座木結(jié)構(gòu)古建筑木構(gòu)件用材樹種涉及12科14屬，河南、浙江、貴州、湖南4省的用材特點(diǎn)存在明顯差異。建筑用材種類較多，不同木構(gòu)件用材和同類木構(gòu)件用材均存在差異。根據(jù)木構(gòu)件用材特點(diǎn)，結(jié)合常見樹種的物理力學(xué)性能和木材加工性質(zhì)、樹種資源地理分布及古建筑文史資料分析，得到木構(gòu)件選材原則： 1) 從建筑安全性能考慮，木材物理力學(xué)性能是用材選擇的首要因素； 2) 從材料采伐運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)便捷性考慮，宜選用當(dāng)?shù)爻Ｒ娻l(xiāng)土樹種； 3) 因“就地取材”為其重要選材原則，導(dǎo)致不同地區(qū)用材差異較大； 4) 一定程度上受木構(gòu)件使用用途影響； 5) 一定程度上受古建筑地位和功能影響。

根據(jù)12座木結(jié)構(gòu)古建筑木構(gòu)件所受生物病害種類、分布和病害程度分析，木材生物病害與木構(gòu)件樹種選擇密切相關(guān)： 1) 盡管樹種天然耐腐性存在差別，但真菌腐朽仍是12座木結(jié)構(gòu)古建筑木構(gòu)件用材材性劣化的首要生物病害因素，說明腐朽與古建筑所處氣候環(huán)境關(guān)系更密切； 2) 木構(gòu)件蟲蛀病害以木蜂和蠹蟲危害為首， 木蜂筑巢樹種的選擇與木蜂種類、構(gòu)件種類和建筑地域有關(guān)。

12座木結(jié)構(gòu)古建筑木構(gòu)件用材樹種選擇和生物病害研究結(jié)果，可為今后這12座古建筑木構(gòu)件修繕提供參考，為木材生物病害嚴(yán)重區(qū)域古建筑維修保護(hù)提供數(shù)據(jù)支持。木結(jié)構(gòu)古建筑是我國悠久文化遺產(chǎn)的重要組成部分，應(yīng)及時(shí)對(duì)木構(gòu)件用材和生物病害進(jìn)行檢測(cè)、鑒定或預(yù)測(cè)，獲得用材的物理力學(xué)性能和生物病害等數(shù)據(jù)，從而指導(dǎo)木構(gòu)件的合理修復(fù)和預(yù)防性保護(hù)。