中国古代壁画颜料变色问题研究

李 娜

（上海视觉艺术学院，上海201620）

中国现存古代壁画分为墓葬壁画、石窟壁画和寺观壁画三种类型。在三种类型的古代壁画中，颜料变色问题都有出现，其中以石窟壁画表现最为明显。中国古代颜料的使用最早可追溯到商周时期，在殷商时期的甲骨刻辞中已经出现表示色彩的颜色词。在殷商甲骨文中，用来表示色彩的颜色词有五个，分别是幽、黄、黑、白、赤。[1]甲骨文中的幽可以归入“黑”色大类，“黑”类中包括了黑色、绿色和蓝色。[2]春秋至秦汉时期，出现大量描述色彩的颜色词，表明对色彩识别的种类越来越多，先秦的颜色词种类有127种。[3]秦汉之后，颜色词更多，东汉之前的颜色词达348例。[4]中国古人面对众多种类的色彩，将纷乱的色彩整理、归纳为五类，简称“五色体系”。从历代的文献来看，青、赤、黄、白、黑这五个颜色成为五色的代表。如《釋名·釋地》：“徐州贡五色土，有青、黃、赤、白、黑也。”[5]三国时代的《广雅》对汉魏时期颜色词进行了整理，以青、赤、黄、白、黑归纳这一时期若干常见颜色词，将其一一纳入五色之下。

《广雅》卷八《释器》中说：

碧、缥、绀、缲、绿、緅、葱、苍，青也；

丹、彤、朱、赩、纁、绛、騂、赪、赫、缇、赭，赤也；

斢、驔、黈、 䵍、黅，黄也；

皔、皛、皙、皢、皑、的、皏、皦、㓗、皭，白也；

黝、黦、黯、䵳、黶、黸、早、涅、元、儵、淄、墨、卢、黧、黬、黥、泑、黚（黔）、獹、鬒、黰、蝇、玈，黑也。[6]

由此可见单一的某一类颜色，如白色，扩展开可以包括各种近似于白色的颜色。这些颜色的组成成分也有很大区别，有的性质较为稳定，有的则可能因为保存环境湿度、温度、降水、酸碱盐等介质的影响，发生褪色、色彩倾向性变化、变暗等现象。

壁画按制作工艺可分为干壁画、湿壁画、镶嵌壁画三种类型。我国境内现存的古代壁画都属于干壁画。其结构可分为三个部分：壁画的基础支撑体（墙体或崖体）、颜料层的载体（地仗层和灰泥层）、颜料层。古代壁画颜料变色，表面看是属于颜料层发生病害，但是也与地仗层和灰泥层发生问题有关。

本文所重点研究的颜料变色，就是颜料层产生了肉眼可见的变化，这种病害虽然不会直接导致壁画的毁损，但是也在一定程度影响了壁画的美观，并给后人解读、欣赏带来了困惑和误解。莫高窟北魏254窟萨埵太子舍身饲虎图（图1），画面除青蓝色、白色之外全是一片褐色或黑色，只有仔细观察，才能辨别出绘画的生动情节，变色使画面灰暗模糊，大大减弱了绘画的视觉艺术效果。类似的变色问题也出现在隋代的419、420窟顶部的经变本生故事（图2），以及初唐、盛唐的329、205、171窟。这种凝重和模糊的画面色彩，很容易被解读成古代画师刻意营造的艺术效果，但其实是壁画颜料层发生变色的一种现象。

图1

图2

壁画的颜料层是能够直观看到各种病害的区域，也是最有价值的部分。目前，针对古代壁画的颜料分析仪器和方法，有十余种，包括化学分析法、发射光谱法、电子探针、X射线荧光法、紫外—可见光谱法、红外光谱法、质谱法、色谱法、X射线衍射法、光学显微镜及电子显微镜[7]，综合这些研究结果，发现古代壁画所使用的色彩主要为天然矿物和植物染料，种类有三十多种，最常见的矿物颜料色系为红色、蓝色、绿色、黑色、白色、黄色以及少量金色，如表1所示。

表1 常见矿物颜料成分特点

颜色种类 成分 特点 颜色白色系滑石Mg3(Si4O10)(OH)2为硅酸盐矿物，较为滑腻，用于作画打底或润笔白色略带青色和绿色白垩CaCO3为单细胞浮游生物遗骸构成，唐代使用较多 白色或灰色高岭土Al2O3·2SiO2·2H2O制作壁画白粉层或灰泥层，外观呈松散土块状或致密性岩块状纯度较高时色白细腻，如含杂质时可带有灰、黄、褐等色石英SiO2多与其他白色颜料配合使用 无色透明含少量杂质云母KAl2(AlSi3O10)(OH)2伴生矿物具有玻璃光泽，无色透明，往往染有绿、棕、黄和粉色色调石膏CaSO4·2H2O宋以后用的较多，与滑石、石英、云母配合使用白色，含杂质时显黄、红色铅粉Pb白色粉末，或凝聚为不规则块状，在甘肃一带彩塑、壁画中使用较普遍，易受环境影响变色白色，遇硫离子变黑色黄色系黄丹Pb3O4公元3世纪出现，唐代使用普遍，用铅、硫磺、硝石等合炼而成 橙红色或橙黄色金色系金箔Au表层为金属，配合沥粉贴金等技法使用 金色

这些矿物颜料有些性质较为稳定，受环境影响较小，有些则会在温度、湿度、空气等媒介干扰下，发生变化。壁画在经历了漫长的时间洗礼下，整体或局部会发生比较显著的变色现象，比较严重的病害会影响画面的艺术价值。如铅白颜料，在对我国西北地区古代彩塑壁画颜料进行研究分析时，发现了许多铅白色颜料，它们有些来源于矿物质，有些来源于人工合成。[8]还有黄色颜料铅丹等性质不稳定的矿物色，唐代张彦远在《历代名画记》附注中指出“雌黄，忌与胡粉同用”。宋代《营造法式》中也有“雌黄忌铅粉，黄丹”的说法。这说明，古人已经开始在思考某些矿物色的变色问题，并且针对这一问题采取了一些预防措施。

古代壁画颜料变色是古代壁画多种病害情况中的一类特殊类型。壁画病害分为活动性与非活动性。活动性病害一直在活动发展，对壁画的损伤是持续的。[9]非活动性病害，在短时间内不会对壁画造成严重危害，这两种病害都需要及时进行人为干预。在进行人为干预之前，首先要分析引起壁画病害的媒介，并提出有效的处理措施，阻止病害进一步蔓延。由于古代壁画的保存受环境影响较大，自然界中各种因素、物质都可以成为病害媒介，其中需要特别注意的是，水、盐的侵蚀，光辐射，空气污染，微生物腐蚀，这些都会对壁画画面造成危害。

（一）水、盐的侵蚀及治理

在几种媒介里，受水、盐的侵蚀影响最显著的是石窟壁画，由于开凿石窟大都就地取材，石窟所在当地的地质、崖体岩石性质、胶结物类型都会对壁画的基底层产生影响。

石窟多依山而建，为方便开凿，选取的开窟岩体多为砂砾岩。砂砾岩以不同粒径的岩砂颗粒为主，填充物为灰泥、云泥、粘土泥基和砂级、粉砂级粗杂基构成，胶结物以碳酸盐为主，含少量绿泥石和黄铁矿。其中的填充物及胶结物中含有的泥质成分，非常容易发生水化作用，导致岩体结构凝聚力降低，易发生膨胀、崩解。

除了砂砾岩体本身的问题，降水和植物根系的渗透水、地表径流，通过岩石的裂隙完成水分和盐分的运输过程。当环境处于高湿度时，在崖体的壁画表面容易发生水珠的聚集，这些水珠通常夹带着可溶盐和大气中的酸性物质颗粒，通过表面裂隙向壁画地仗层、灰泥层、岩体渗透，与壁画中的可溶盐结合，形成可溶盐的不断聚集。当气温升高，水分蒸发，可溶盐使壁画地仗层、灰泥层裂隙不断增大，与岩体逐渐分离的同时，在壁画表面析出白色的晶体颗粒，如氯化钠和硫酸钠（NaCl和Na2SO4) ，腐蚀壁画颜料层，使颜料层结构疏松、剥落、发生变色现象。（图3）在壁画酥碱病害中，可溶盐在画面的析出结晶物，非常明显地对颜料层造成破坏。

图3

在对古代壁画保护中，针对降水、渗透水对可溶盐颗粒搬运问题的处理，可选择的处理方法如下：

1、微岩芯取样：
选择壁画0～2mm，2～5mm等不同深度，提取试验样块，采用离子色谱法对可溶盐的含量进行测定，同时分析盐类的构成，以选择适当的脱盐材料。

2、吸水材料选择：选择纯木浆、无纺布、细毛毯、脱脂棉、生绵纸、镜头纸、粗羊毛毯、海绵、淀粉接枝聚丙烯酰胺树脂（厚度约为1cm）作为吸水材料比对试验。

3、通过试验选择合适的吸水材料配比：

（1）将吸水材料切割成8cm×8cm的方块，并混合黏土，制成吸水袋。

（2）将细毛毯平铺在桌面上，用水喷湿。

（3）分别称量吸水袋干燥时的重量以及吸水潮湿后的重量。

（4）上方加盖金属板和重物。

（5）记录试验开始时间，每间隔15min称量吸水袋的重量，直到吸水袋重量不再增加。

（6）吸水能力评估：吸水量=吸水平衡后重量-吸水前重量；

吸水速率(g/h)=(吸水平衡后最大量-吸水前重量)/ 吸水平衡后总时间

（7）根据实验结果，结合壁画病害区特征选择合适的现场脱盐材料。

4、壁画病害区除尘：用洗耳球小心地将壁画颜料层翘起部位背后的尘土、细沙吹干净，然后用软毛笔将壁画表面尘土清干净。

5、填充泥浆：水对可溶盐的搬运过程，造成壁画地仗层、颜料层与岩体基底层的分离，针对壁画颜料层悬浮、地仗层粉化和脱落，可用针头注射器将0.2%的明胶多次注入地仗缺失部位，让胶液慢慢渗透，同时用针头注射器或滴管，将掺有一定比例细沙的稀泥浆（脱盐）均匀平铺于地仗层缺失处。

6、注射粘合剂（明胶）回贴颜料层，稍干后，用棉球进行滚压，压平壁画。

7、敷贴吸水脱盐垫：用带有2cm厚海绵的透气性顶板把吸水脱盐材料敷贴在壁画表面，进行脱盐处理，定时检测脱盐情况，视壁画干燥情况更换脱盐垫。

8、清除壁画表面结晶盐：将裁剪成方块的高强度吸水纸，用蒸汽喷雾打潮后，敷贴在壁画结晶盐位置，用软海绵轻轻拍打纸面，使其与壁画画面充分结合，待吸水纸干燥后取下，结晶盐颗粒就吸附在纸面上。

9、记录修复过程，做好可溶盐处理后期的效果检测。

（二）光辐射的危害及治理

光辐射也是造成壁画颜料变色的重要因素，一些特定位置的壁画容易被日光长期直接照射。太阳光中的紫外线对画面影响很大，长时间的光照会引发颜料层的褪色，与背光的颜料层相比，许多壁画在向光的地方有明显色差。光照除了会引起颜料层晶体颗粒的褪色，还会导致胶结材料的老化，使颜色颗粒不断脱落，导致画面色彩越来越浅。光辐射还会直接引起颜料层变色，如铅丹、青金石、石青、赭白、铅白、朱砂、白垩等颜料，都会在光的辐射作用下发生颜色的改变，如铅丹、朱砂会失掉表面的鲜红，变成黑或灰褐色，例如敦煌莫高窟第428窟的北周壁画《说法图》（图4），南北壁上的壁画人物身体的肉色变成灰色，表面的线条完全风化掉了，在光线比较明亮的部位，变色较为明显，而光线照射不到的部位，画面色彩则比较清晰。

图4

自然光和人工光源都会对壁画颜料层造成伤害。在这一问题的处理上，原址保护的壁画大多处于石窟或者寺院内，需要保证文物所处环境具有避光的密闭性，壁画所处环境避免东西向开窗，以防止紫外线直接照射在文物上。具体可采取以下措施：

窗门安装遮阳板，或采取搭凉棚、挂厚窗帘、竹帘等避光措施。

受阳光直接照射区域的壁画加装夹层玻璃，中间夹一层紫外线滤光膜。

对于存放入博物馆展示的古代壁画，要注意合理选择光源，应选择有防紫外线功能的无紫外线荧光灯、冷反射卤灯，或者使用带有紫外线滤光器的荧光灯，也可以在荧光灯及玻璃罩上涂紫外线吸收剂。

（三）空气污染物的危害及治理

空气的污染物对壁画颜料层也会造成危害。随着城市工业废气的排放，硫化氢、二氧化碳、臭氧、二氧化硫，在空气中比重不断增加。这些污染物附着在壁画表面，在长期无人清理的情况下，会使壁画颜料层发生变化。空气污染物的来源较为复杂，这些污染媒介在温度和湿度作用下，形成酸性物质，附着在壁画表面，对于以上多种因素需要进行分别处理。

1、工业废气：

(1)硫化合物：二氧化硫（SO2)和硫化氢(H2S)。二氧化硫性质活泼，易溶于水，在空气中广泛存在，能够与空气中的水蒸气产生反应，形成强腐蚀性的亚硫酸（SO2+H2O→H2SO3）。硫化氢会与很多含铅的壁画颜料发生反应，如使铅白、铅丹转化为黑色的硫化铅（图5），与含铜的石青反应生成硫化铜，使壁画原有的色泽改变，极大地影响画面效果。

图5

(2)一氧化氮（NO)。一氧化氮与空气中的氧气和水蒸气发生反应形成硝酸，具有强腐蚀性（4NO+3O2+2H2O→4HNO3），也会破坏壁画颜料层和地仗层的稳定性。

(3)氯化物。氯气与水发生反应形成盐酸及氧化性的次氯酸（Cl2+H2O→HCl+HClO），是壁画产生酥碱病害的主要原因，不仅使壁画原有的色泽改变，极大地影响了画面效果，而且使壁画墙体酥散、粉化。

对于工业废气的处理，除了调整能源结构、改进煤炭等燃烧方式，利用绿色植物净化大气，还可以使用表面封护材料，对暴露于室外的文物进行表面处理，增强对空气污染物的抵抗力。也可以在石窟或壁画展馆安置空气净化器和过滤装置，阻隔酸性污染物颗粒的降落。

2、二氧化碳(CO2)：

二氧化碳主要来源于参观壁画的游客呼出的气体。二氧化碳浓度过高时，会导致壁画起甲（壁画的底色层或颜料层发生龟裂，进而呈鳞片状卷翘）。过高浓度的二氧化碳会使壁画的地仗层中含有的可溶盐在湿度作用下，在结晶—溶化这两个状态中摇摆，造成壁画内部的空洞、起鼓、剥落。一般石窟壁画可溶性盐的溶解阈值是二氧化碳1500PPM，湿度62%。对二氧化碳气体危害的防治办法，主要是严格控制石窟寺游客的人流量，进行错峰和限定参观人数的安排。同时，加强空气质量的监测评估，对空气中的温度和湿度进行有效控制。

（四）微生物的危害及治理

石窟壁画、寺观壁画出现的发黑区域，是粉尘与微生物协同作用的结果。粉尘使壁画颜料层变灰乃至呈黑色，在画面表层形成既薄又硬的表层，具有一定的吸水性。这些堆积物使画面色彩变得黯淡，同时为霉菌等微生物的生长，提供了营养，进而对壁画颜料层造成腐蚀。在一些地区，这种侵蚀不但对画面色彩造成损害，也影响了颜色黏合剂，使粘结颜料颗粒的骨胶等动物胶发生霉变。（图6）

图6

能够对壁画颜料层造成影响的微生物主要有：

1、白曲霉。菌落最初为白色，后变乳黄色。具嗜干生性特点，腐生性很强。能够分解壁画颜料层中的动植物胶结材料，致使胶结材料老化降解，使得颜料颗粒失去黏着性，引起褪色。

2、葡萄状穗霉。菌落平展，粉状，最初无色，后变褐色或黑色。含有的纤维素酶，可以分解地仗层的麦草、麻、棉等纤维，导致胶结材料腐烂变质。

3、曲霉。有黄曲霉、黑曲霉、黄褐曲霉、稀疏曲霉，是多种物质霉变的主要微生物之一，会导致颜料变色和胶结材料老化。

4、青霉。代表种是灰绿青霉，耐盐、耐碱，造成石膏、白垩等白色系颜料层的污染。这些微生物是造成古代壁画褪色、变色、酥碱、粉化等一系列病害的重要因素。

古代壁画微生物的防治可以与昆虫、动物的防治结合在一起，一般有如下措施：

1、壁画霉菌采样、菌种鉴定：用无菌采样棒轻轻蘸取霉斑表面，用点培养法或载玻片培养法，将采集的霉菌进行菌种鉴定。

2、在霉斑较明显的区域，采用氯胺—丁的酒精溶液清洗，也可以用木瓜蛋白酶溶液进行处理。

3、存放壁画的室内做好杀菌防霉处理，喷洒“霉敌”0.02%～0.03%水溶液，防止霉害发生。

4、控制壁画存放环境的温湿度条件及参观人数，温度在18℃以下，相对湿度在65%以下时，大多数霉菌的繁殖、生长可以被控制。

古代壁画颜料变色问题成因较为复杂，作为病害的一种表现形式，通常与酥碱、粉化、霉变等病害相伴产生。为了更好地解决这一问题，除了在壁画所在环境做好环境温度、湿度日照、风向、水分蒸发、降尘等自然因素的监测工作，还要根据现场的调查工作，对壁画病害情况进行文字、图片记录。对壁画进行测绘，对岩体、颜料、地仗层进行深入的考察分析，对防治修复的方法、修复材料、修复工艺进行多次、反复的实验比较，选择对壁画影响最小、解决病害最为彻底的方案。配合现代科技手段，如可以在Windows、Linux、Mac系统使用病害标识系统，可以极大地减少病害调研的工作量，使病害防治工作落实更为有效。通过以上措施的综合实施，将古代壁画美好的面貌保存下来，更为长久地展示在人们面前。