向更高效、更易于管理的LED技术转型增加了夜间照亮的纪念碑数量,关于如何使户外纪念碑照明更加可持续的讨论也日益重要[1,2]。历史建筑和结构的夜间装饰性照明往往被忽视,仅从美学和能耗角度进行考虑。因此,其对遗产保护策略的影响,尤其是对光合生物引起的生物污染的影响,仍不明确[3]。迄今为止,关于装饰性照明的研究主要集中在提高能源效率和减少二氧化碳排放[4]、降低纪念碑照明对光污染的贡献[5],以及改善具有艺术或历史价值的建筑物的光照融合度[6,7]上。纪念碑的照明管理规则通常与路灯不同,更注重美学考量和根据反射率优化光照强度。例如,西班牙的法规在制定光照强度决策时,会考虑立面的保护状况(无论是生物性还是非生物性污染)。较高的(生物)污染程度会导致所需光照量增加(从而增加能耗),以补偿反射率的损失[3]。然而,现行法规未能充分考虑光照对生物(尤其是光合生物)引起的污染的影响,因此没有将照明视为保护的关键因素。人工照明对微生物繁殖的影响是遗产保护面临的最新挑战。例如,贝利亚等人的研究[8]表明,博物馆展览中使用的彩色人工光(460 nm、518 nm、594 nm和638 nm)会直接影响文物(尤其是动物标本)上的真菌生长,尽管真菌是异养生物,但仍会加速其降解。在地下遗产(如洞穴、岩洞和地下空间)中,装饰性照明对光合生物的繁殖有显著影响。光合生物和异养生物的生长会通过改变岩石壁、壁画和其他人工照明的装饰表面的外观、化学成分或物理结构来影响其文化价值[9,10]。
光合生物形成的附生物膜(SABs)主要由藻类和蓝细菌组成,会在遗产建筑和纪念碑表面形成有色层。作为初级生产者,这些生物依赖光进行光合作用,因此受到夜间装饰性照明的影响[11,12]。它们在基底材料上形成一层,直接改变表面粗糙度、孔隙结构和水分传输等物理性质[13]。因此,SABs可能引发生物物理变化,即由于(微)生物的存在而改变基底的物理性质,但并不一定是因为基底作为营养来源[14]。SABs的发展可能会侵蚀基底(例如,丝状细胞穿透孔隙或裂缝[15]),或者由于干湿循环导致胞外聚合物基质(EPS)体积变化[16]。生物膜的存在还会改变岩石的自然水分循环。例如,研究发现蓝细菌生物膜降低了石灰岩的吸水性[17],而多物种藻类生物膜由于分泌胶状物质而增加了石灰岩喷泉的吸水性[18]。
在石质遗产中,生物污染是花岗岩基底最重要的破坏形式之一[19]。花岗岩是伊比利亚半岛西北部建筑遗产中最常见的石材[20,21],在西班牙其他地区以及芬兰、俄罗斯、挪威、美国和南非等地也很常见,占全球遗产石材资源的15.5%[22,23]。自19世纪以来,基于水泥的砂浆和混凝土越来越多地用于现代和当代建筑及纪念碑的建设[24,25]。由于水泥基砂浆的孔隙性和成分,它们可能成为各种微生物的营养来源,从而容易被微生物污染[26]。
目前关于SABs的存在是否会造成显著的物理和/或化学损伤存在争议,也有观点认为它们具有生物保护作用[27,28],或者这种作用会随暴露条件和环境因素的变化而变化。已知基底类型对SAB的表现至关重要。在具有碎屑结构和高孔隙性的岩石(如某些砂岩和砾岩)中,SAB的存在可作为抵御风蚀和暴雨等风化因素的保护层[27]。在中国长城中,观察到生物膜及其EPS填充孔隙的作用可以阻止外部侵蚀物质侵入[29]。还有记录显示,蓝细菌参与了砂岩中的铁、锰和钙的矿化过程[30],以及地衣EPS对铁的生物矿化[31]。
藻类(本研究关注的主要SAB形成生物)的潜在生物降解、中性或生物保护作用无法
事先确定,因为这取决于具体案例以及基底性质、生物膜组成和环境微气候因素之间的复杂相互作用。尽管如此,可以明确的是,生物污染会在基底-SAB界面引起一定程度的生物物理变化。研究表明,琥珀色(593 nm)和绿色(528 nm)LED光的组合可用于管理和控制建筑遗产上的光合生物繁殖[3],这是CromaLux项目(
http://cromalux.santiagodecompostela.gal/en)研究的一部分。正在进行的研究已经证明了装饰性照明对光合[12]和异养[32]生物膜的生理和多样性的影响,但尚未考虑这些变化如何影响生物膜及其基底作为一个整体系统。实验室研究表明,在琥珀色+绿色LED光照下,多物种SAB的发展受到抑制,其湿生物量产量低于冷白色(4300 K)和暖白色(2580 K)光照条件[33]。所有SAB中的物种发展都受到了抑制,相对于无装饰性照明的对照组,各物种的比例没有变化。然而,在琥珀色+绿色光下,某些物种的相对贡献发生了变化,例如丝状绿藻
Klebsormidium flaccidum或球形藻
Ettlia sp.