УДК 632.4:[69.059+620.186]
DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.4.212
МИКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ ИСТОРИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ КУЛЬТУРНОГО НАСЛЕДИЯ*
Е.Н. Покровская1, д-р техн. наук, проф.; ORCID: 0000-0001-9726-0084 Д.В. Агапов2, дир. ООО «Архстройэкспертиза»
Ю.Л. Ковальчук3, канд. биол. наук, ст. научн. сотр.; ORCID: 0000-0002-0656-008X Щациональный исследовательский Московский государственный строительный университет, Ярославское шоссе, д. 26, Москва, Россия, 129337; e-mail: [email protected]
2ООО «Архстройэкспертиза», просп. Троицкий, д. 63, г. Архангельск, Россия, 163000; e-mail: [email protected]
3Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова Российской академии наук, Ленинский проспект, д. 33, Москва, Россия, 119071; e-mail: [email protected]
Деревянная англиканская церковь, построенная в 1853-1855 гг. на месте сгоревшей в 1852 г., находится в г. Архангельске и является объектом культурного наследия регионального значения. Цель настоящей работы - исследование древесины здания церкви для выяснения долговечности и микологической устойчивости деревянных конструкций. Для определения состояния деревянных конструкций памятника проведено микологическое обследование, на основании которого были уточнены сохранность и долговечность древесины. В ходе работ было установлено, что долговечность некоторых деревянных конструкций и деталей памятника внушает опасения. Древесина этих конструкций была изучена с количественным определением разрушающих жизнеспособных спор грибов на 1 см2. Прочность древесины определялись по ГОСТ 16483.11-72 и ГОСТ 16483.10-72. Объектом микологических исследований являлись конструкции сруба (главного, северного, бокового фасадов), фундамента, крыши и оконного заполнения. Устанавливались: количество жизнеспособных спор грибов на 1 см2 в пробах древесины; общее количество колониеобразующих микроорганизмов в 1 г пробы; таксономическая принадлежность выделенных штаммов микроорганизмов. В результате микологических исследований в деревянных конструкциях обнаружены биоповрежда-ющие грибы: Trichoderma viride, Trichoderma koningii, Fusarium solani, Alternaría al-ternata. В пробах выявлены актиномицеты, дрожжеподобные грибки и бактерии, что свидетельствует о жизнеспособности спор грибов. Дереворазрушающие грибы отсутствовали. В результате определения зависимости прочности древесины от количества жизнеспособных спор установлено, что значительные разрушения древесины начинаются при наличии в ней более 100 спор/см2. Представленные образцы древесины показали микологическую устойчивость и прочность. При использовании в реставрационных работах старой и новой древесины рекомендуется обязательная обработка защитными средствами, которые активно подавляют развитие всех видов микроорганизмов, включая дереворазрушающие и плесневые грибы. Проведенные исследования здания деревянной англиканской церкви показывают, что сочетание натурного и микологического обследования конструкций памятника будет способствовать его сохранности в течении длительного времени.
Для цитирования: Покровская Е.Н., Агапов Д.В., Ковальчук Ю.Л. Микологическое обследование древесины исторических объектов культурного наследия // Лесн.
"Статья опубликована в рамках реализации программы развития научных журналов в 2019 г.
журн. 2019. № 4. С. 212-220. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238^п0536-1036.2019.4.212
Ключевые слова: деревянная англиканская церковь, натурное обследование, сохранность древесины, микологические исследования, биоразрушающие микроорганизмы, определение прочности древесины.
Введение
Проблема сохранения исторических деревянных памятников является актуальной. В Архангельской области (г. Архангельск, наб. Георгия Седова, д. 44) расположен объект культурного наследия регионального значения «Англиканская церковь». Сотрудниками ООО «Архстройэкспертиза» были произведены натурные исследования этого памятника. Для уточнения состояния деревянные конструкции памятника были подвергнуты микологическому обследованию, на основании которого была определена сохранность и долговечность его древесины.
Здание ориентировано строго по сторонам света, при этом главным являлся западный фасад, обращенный к наб. Северной Двины. Место, занимаемое церковью, находилось в самом центре оживавшей в летние месяцы Солом-бальской купеческой гавани. На фасадах церкви имелось много архитектурных элементов - атрибутов неоготического стиля.
В ходе реконструкции здание было кардинально перестроено. В настоящее время оно принадлежит МОУ «Архангельский детско-юношеский центр».
Рис. 1. Внешний вид деревянного памятника «Англиканская церквь» (г Архангельск)
Fig. 1. The Anglican church in Arkhangelsk. The façade appearance.
Со временем были утрачены элементы архитектуры первоначального здания: несколько венцов стен, все готические элементы, практически весь кирпичный цоколь, значительная часть убранства интерьеров, печи, внутренние планировки, большая часть столярных заполнений, за исключением сохранившихся косяков некоторых проемов и заполнений фрамуг ряда стрельчатых окон.
Объекты и методы исследования
При обследовании здания церкви необходимо было установить долговечность конструкций. Объектом микологического исследования древесины яви-
лись конструкции церкви: сруб (главный, северный, боковой фасады), фундамент, крыша и оконное заполнение.
Пробы древесины из конструкций помещали на поверхность стерильных питательных сред усла-агар и среда Сабуро в чашки Петри и инкубировали при температуре 27...28 °С и относительной влажности 90 % в течение недели и более. Там, где отмечался рост грибов и других микроорганизмов (МО), выросшие культуры изучали при увеличении 20х под бинокуляром и при увеличении 630х под микроскопом. С этой целью готовили микологические препараты для исследования характера спорообразования изучаемых культур грибов. Рост культур плесневых грибов поддерживали на жидкой питательной среде, содержащей минеральные составляющие (КН2РО4, MgSO4, NaNO3, KCl, FeSO4-7H2O и сахароза). Определение видов грибов проводили по [1, 3, 5, 18], пользуясь рекомендациями, изложенными в работах [2, 10, 11]. Учет хемоор-ганотрофных микроорганизмов в пересчете на 1 г пробы проводили на средах: сусло-агар, среда Сабуро. Численность жизнеспособных спор грибов на 1 см2 поверхности определяли методом прямого посева и последующего подсчета проросших спор; также подсчитывали общее количество колониеобразу-ющих микроорганизмов - КОЕ (в сумме - грибы, дрожжи и бактерии) [6, 7].
Прочность древесины определяли, исапользуя ГОСТ 16483.11-72 и ГОСТ 16483.10-72.
Результаты исследования и их обсуждение
Результаты микологического анализа древесины представлены на рис. 2, 3 и в табл. 1.
Рис. 2. Внешний вид колоний грибов на агаровой среде с пробой «Англиканская церковь. Сруб. Главный (западный) фасад, окладной венец» Fig. 2. Appearance of the fungi colonies on the agar media with sample "Anglican church. The cribwork. The main (western) facade, sole timber."
Рис. 3. Внешний вид колоний грибов на среде Сабуро с пробой «Англиканская церковь. Сруб. Угол бокового (северного) фасада и дворового (восточного) фасада. Пятый венец, внешне здоровый»
Fig. 3. Appearance of the fungi colonies on the Saburo media with sample "Anglican church. The cribwork. The main (western) facade, sole timber." The quoin of the the sidefacade (northern) and the rear façade (eastern). Timber set 5, apparently sound.
Таблица 1
Результаты определения количества жизнеспособных спор грибов на 1 см2, концентрации микроорганизмов в 1 г пробы
и видовой состав выделенных микроорганизмов
№ пробы Место отбора пробы Микроорганизмы (МО), обнаруженные в пробе Количество жизнеспособных спор на 1 см2 Концентрация МО в 1 г пробы (общее количество)
Сусло-агар Среда Сабуро
1 Сруб. Главный (западный) фасад, окладной венец Pénicillium biforme, Trichoderma koningii, Fusarium solani Actinomyces Дрожжи Candida бактерии 5 изолятов 89 4,6-103 КОЕ
2 Сруб. Главный (западный) фасад, деревянный оконный отлив Fusarium solani, Pénicillium biforme Actinomyces Дрожжи Candida бактерии 4 изолятов 91 4,8-103 КОЕ
3 Сруб. Угол бокового (северного) фасада и дворового (восточного) фасада. Пятый венец, внешне здоровый Alternaria alternata, Pénicillium aurantiogriseum Actinomyces Дрожжи Candida бактерии 2 изолятов 10 2Т02 КОЕ
4 Конструкции крыши. Стропильная нога второй фермы Trichoderma viride, Pénicillium biforme, Fusarium solani Actinomyces Дрожжи Candida бактерии 7 изолятов 90 4,6-103 КОЕ
5 Оконные заполнения. Боковой (северный) фасад Alternarla alternata, Pénicillium biforme Actinomyces Дрожжи Candida бактерии 5 изолятов 12 2,6-102 КОЕ
6 Фундамент. Дворовый (восточный) фасад. Доска опалубки в уровне подошвы бутового фундамента Cladosporium cladosporioides, Pénicillium nigricans, Pénicillium biforme Actinomyces Дрожжи Candida бактерии 5 изолятов 85 4,3-103 КОЕ
7 Фундамент. Дворовый (восточный) фасад. Лежень, вероятно старого фундамента, обнаруженный при проходке шурфа Pénicillium biforme, Trichoderma koningii, Fusarium solani Actinomyces Дрожжи Candida бактерии 5 изолятов 93 4,7-103 КОЕ
8 Фундамент. Боковой (северный) фасад. Оголовок сваи Pénicillium nigricans, Pénicillium biforme, Trichoderma koningii, Fusarium solani Actinomyces Дрожжи Candida бактерии 5 изолятов 97 4,8-103 КОЕ
9 Фундамент. Боковой (северный) фасад. Лежень Pénicillium sp., Fusarium solani, Alternaría alternata Actinomyces Дрожжи Candida бактерии 5 изолятов 91 4,7-103 КОЕ
10 Фундамент. Боковой (северный) фасад. Лежень Alternaría alternata, Pénicillium sp., Fusarium solani Actinomyces Дрожжи Candida бактерии 5 изолятов 102 5,6-103 КОЕ
В результате микологических анализов дереворазрушающие грибы в представленных пробах не были выявлены, однако обнаружены биоповрежда-ющие грибы: Trichoderma viride, Trichoderma koningii, Fusarium solani, Alternaría alternata (рис. 2). В пробах на среде Сабуро много актиномицетов, дрожже-подобных грибков и бактерий, что свидетельствует о жизнеспособности спор грибов (рис. 3). Дрожжи, актиномицеты и бактерии способствуют быстрому разложению составляющих древесины (целлюлозы, лигнина) [4, 7, 14].
Определение зависимости прочности на сжатие вдоль волокон древесины образцов главного (западного) фасада англиканской церкви от количества жизнеспособных спор на 1 см2 показано на рис. 4.
<я С
70 60 50 40 30 20 10 0
•
• у = -0,076х + 33,26
• * •
• • •
i
0 20 40 60
80 100 120 140 160 180 200
X, х fungies, %
Рис. Fig.
4. Зависимость прочности на сжатие вдоль волокон древесины от количества жизнеспособных спор на 1 см2
4. Dependence of the compression strength along the grain on the number of the viable spores her 1 cm2
Как видно из рис. 4, наиболее значительные разрушения начинаются при наличии жизнеспособных спор более 100 шт./см2. Все представленные образцы древесины конструкций памятника показывают микологическую устойчивость (количество жизнеспособных спор на 1 см2 составляет 10...102 шт.).
Согласно обследованию ООО «Архстройэкспертиза», предоставленные образцы древесины характеризуют приблизительно 80 % неразрушенных конструкций здания. Это заключение важно при разработке плана реставрации памятника.
Проведенные микологические исследования выявили природу микроорганизмов, присутствующих в древесине церкви. Обнаруженные грибы родов Trichoderma, Alternaria, Fusarium, Penicillium, которые не являются деревораз-рушающими. При малых концентрациях они не влияют на долговечность конструкций. Присутствие грибов-биоразрушителей на новой древесине необходимо учитывать при проведении реставрационных работ. В новой древесине будет присутствовать другое сообщество плесневых и биоповреждающих грибов, которое может усиливать разрушение.
Для длительной сохранности объекта культурного наследия «Англиканская церковь» необходимо новую (взятую для реставрации памятника) и старую древесину конструкций обработать составом, который активно подавляет развитие всех видов микроорганизмов, включая дереворазрушающие и плесневые грибы, дрожжи, актиномицеты и бактерии, и в течение длительного времени будет способствовать сохранности конструкций из дерева, камня, кирпича [4, 8, 9].
Заключение
При проведении натурноего и микологического обследования памятника культурного наследия регионального значения «Англиканская церковь» (г. Архангельск) установлены показали его сохранности и долговечности.
Проведенные ранее исследования показывали, что долговечность древесины конструкций исторических памятников в основном зависит от активности биоразрушителей [13, 19], которая усиливается при концентрации жизнеспособных спор микроорганизмов выше 80 шт./см2. Изменение прочности древесины памятников наступает, когда содержание количества жизнеспособных спор на 1 см2 древесины превышает 83...90 см2. Исследования представленных образцов показали их микологическую устойчивость, что говорит о возможности проведения реставрационных работ [12, 14-17].
Сохранность исторической древесины памятника культурного наследия «Англиканская церквь» составляет 80 % от объема. Значительное сохранение прочности увеличивает историческую ценность памятника и снижает затраты на реставрационные работы. Новая древесина может быть использована в реставрации памятника только при обязательной обработке ее защитными средствами.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Билай В.И., Коваль Э.З. Аспергиллы. Киев: Наук. думка, 1988. 204 с.
2. Биоповреждения и биокоррозия в строительстве // Материалы междунар. на-уч.-техн. конф. Саранск: Изд-во Мордовского ун-та, 2004. 255 с.
3. Ванин С.И. Домовые грибы, их биология, диагностика и меры борьбы. Л.: Ку-буч, 1931. 112 с.
4. Вахрамеева Т.И., Вахрамеев Е.В., Любимцев А.Э. Обследование и подготовка проектной документации на противоаварийные работы на памятниках деревянного зодчества. Петрозаводск, 2013. С. 6-15.
5. Мейер Э.И. Определитель деревоокрашивающих грибов. М.; Л.: Гослесбумиз-дат, 1953. 116 с.
6. Покровская Е.Н. Увеличение прочности частично разрушенной древесины памятников деревянного зодчества // Вестн. МГСУ 2018. Т. 13, вып. 11. С. 1305-1314. Б01: 10.22227/1997-0935.2018.11.1305-1314
7. Покровская Е.Н., Ковальчук Ю.Л. Биокоррозия. Сохранение памятников истории и архитектуры. М.: МГСУ, 2013. 212 с.
8. Покровская Е.Н., Котенёва И.В., Нагановский Ю.К. Долговечность защитного действия составов для древесины на основе элементорганических соединений // Строительные материалы. 2004. № 5. С. 52-54.
9. Покровская Е.Н., Ковальчук Ю.Л. Химико-микологические исследования древесины // Сб. тр. I Междунар. научн.-практ. конф., г. Йошкар-Ола, 20-23 сент. 2016 г. Йошкар-Ола: ПГТУ 2016. С. 16-19.
10. Соломатов В.И., Ерофеев В.Т., Смирнов В.Ф., Семичева А.С., Морозов Е.А. Биологическое сопротивление материалов: моногр. Саранск: Изд-во Мордовского ун-та, 2001. 196 с.
11. Туркова З.А. Исследование спонтанной микофлоры комбинированных строительных материалов на минеральной основе // Биологические повреждения строительных и промышленных материалов. М., 1973. С. 100-105.
12. Bjordal C.G. Microbial degradation of waterlogged archaeological wood. Journal of Cultural Heritage, 2012. Vol. 13. Issue 3. pp. S118-S122. DOI: 10.1016/j.cul-her.2012.02.003.
13. Hongbo Yu, Fang Liu, Ming Ke, Xiaoyu Zhang. Thermogravimetric analysis and kinetic study of bamboo waste treated by Echinodontium taxodii using a modified three-parallel-reactions model. Bioresource Technology, 2015. Vol. 185, pp. 324-330.
14. Naidu Y., Siddiqui Y., RafiiM.Y., SaudH.M., IdrisA.S. Investigating the effect of white-rot hymenomycetes biodegradation on basal stem rot infected oil palm wood blocks: Biochemical and anatomical characterization. Industrial Crops and Products, 2017. Vol. 108, pp. 872-882.
15. Pokrovskaya E. Increasing the strength of destroyed wood of wooden architecture monuments by surface modification. MATEC Web of Conferences, 251, 01034 IPICSE-2018.
16. Pedersen N.B., Bjordal C.G., Jensen P., Felby C. Bacterial degradation of archaeological wood in anoxic waterlogged environments // In: Harding S.E. (ed.) Stability of Complex Carbohydrate Structures: Biofuels, Foods, Vaccines and Shipwrecks. Cambridge, 2013. pp. 160-187. DOI: 10.1039/9781849735643-00160.
17. Rabinovich M.L. Lignin by-products of Soviet hydrolysis industry: resources, characteristics, and utilization as a fuel. Cellulose Chemistry and Technology, 2014, no. 48 (7-8), pp. 613-631.
18. Raper K.B., Thom Ch., Fennel D.I. A manual of the Penicillia. Baltimore: Williams and Wilkins, 1949. 875 p.
19. WetzigM., Sieverts T., Bergemann H. Mechanical and physical properties of wood, heat-treated with the vacuum press dewatering method. Bauphysik, 2012. Vol. 34, issue 1, pp. 1-10.
Поступила 13.02.19
UDC 632.4:[69.059+620.186]
DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.4.212
Mycological Investigation of a Wood Substance of Historic Cultural Heritage*
E.N. Pokrovskaya1, Doctor of Engineering, Prof.; ORCID: 0000-0001-9726-0084 D.V. Adapov2, «Arkhstroyekspertiza» LLC, director;
Yu.L. Kovalchuk3, Candidate of Biology, Senior Research Scientist; ORCID: 0000-0002-0656-008X 'National research Moscow state construction university, 26 Yaroslavskoye Highway, Moscow, 129337, Russian Federation; е -mail: [email protected] 2Arkhstroyekspertiza LLC, 63 Troitsky Ave., Arkhangelsk, Russian Federation; e-mail: [email protected]
3Institute of environmental problems and evolution named after A.N. Severtsov of the Russian Academy of Sciences, 33 Leninsky Ave., Moscow, 119071, Russian Federation; e-mail: [email protected]
*The article was published in the framework of implementation the development program of scientific journals in 2019.
The wooden Anglican church developed in Arkhangelsk in 1837 is now a regional site of cultural heritage. The main objective of the present research was to investigate the wood substance of the building elements in order to define their durability and mycological vulnerability. The performed examination revealed that the durability of some wooden components and details of the monument gives cause for concern. The wood substance of those details was investigated by the method of quantitative definition of the viable disrupting spores of fungi per 1 cm2 and number of colony-forming microorganisms per 1 g of a test mass. Durability of the wood substance was determined in accordance with GOST 16483.11-72 and GOST 16483.10-72. The objects of the mycological researches were: the crib works (main, northern and lateral facades); the basement; the roof; the window framings. The taxonomical accessory of the allocated strains of microorganisms was determined. As a result of myco-logical investigation, the biodeteriorating fungi of Trichoderma viride, Trichoderma koningii, Fusarium solani and Alternaria alternata were discovered. Detection of the actinomycetes, yeast-like fungi and bacteria confirmed the fungi spores viability. Destructive wood fungi were not found. As a result of determination of wood durability dependence on quantity of the viable spores it is verified that significant destructions of wood substance begins at concentration level more than 100 spore/cm2. The presented samples of wood have indicated the mycological stability and durability. During usage of the old and new timber for restoration works, obligatory treatment with the protective agents actively suppressing development of all species of microorganisms, including wood-destructive and mold fungi is recommended. The results of the examination of the wooden Anglican church indicate that combination of on-site and mycological investigations of components of a monument enables preservation of historical monuments for long term.
For citation: Pokrovskaya E.N., Agapov D.V., Kovalchuk Yu.L. Mycological Investigation of a Wood Substance of Historic Cultural Heritage // Lesnoy Zhurnal [Forestry Journal], 2019, no. 4, pp. 212-220. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.4.212
Keywords: wooden Anglican church, on-site investigation, mycological researches of biodestructive microorganisms, determination of durability of wood substance, restoration works.
REFERENCES
1. Bilai S.I., Koval E.S. Aspergilli [Aspergillus]. Kiev. Naukova dumka, 1988, 204 p.
2. Biodamages and biocorrosion to construction. Proceedings of the International Conference, Saransk, Russia, 2004, 255 p.
3. Vanin S.I. House mushrooms, their biology, diagnostics and measures of fight. Leningrad, 1931, 112 p.
4. Vahrameeva T.I., Vahrameev E.V., Lyubimtcev A.E. Inspection and preparation of project documentation for antiemergency works on monuments of wooden architecture. Petrozavodsk, 2013, pp. 6-15.
5. Meyer E.I. Determinant of tree painting mushrooms. Moscow - Leningrad. 1953,
116 p.
6. Pokrovskaya E.N. Increase in durability of partially destroyed wood of monuments of wooden architecture. VestnikMGSU, 2018, Vol. 13. no. 11, p. 1305-1314.
7. Pokrovskaya E.N., Kovalchuk Yu.L. Biocorrosion. Preservation of monuments of history and architecture. Moscow, MGSU Publ., 2013. 212 p.
8. Pokrovskaya E.N., Kovalchuk Yu.L. Chemical and mycologic researches of wood. Proceedings of the International Conference, Yoshkar-Ola, Russia, 2016, pp. 16-19.
9. Pokrovskaya E.N., Koteneva I.V., Naganovski Yu.K. Durability of protective action of structures for wood on the basis of the organic compounds. Stroitelnyje materialy, 2004. p. 52-54.
10. Solomatov V.I., Erofeev V.T., Smirnov V.F., Semicheva A.S., Morozov E.A. Biological resistance of materials. Saransk, Mordovskiy University Publ., 2001. 196 p.
11. Turkova Z.A. Research of a spontaneous mikoflora of the combined construction materials on a mineral basis. Biological damages of construction and industrial materials. Moscow, 1973. Pp. 100-105.
12. Bjordal C.G. Microbial degradation of waterlogged archaeological wood. Journal of Cultural Heritage, 2012. Vol. 13. Issue 3. pp. S118-S122. DOI: 10.1016/j.culher.2012.02.003.
13. Hongbo Yu, Fang Liu, Ming Ke, Xiaoyu Zhang. Thermogravimetric analysis and kinetic study of bamboo waste treated by Echinodontium taxodii using a modified three-parallel-reactions model. Bioresource Technology, 2015. Vol. 185, pp. 324-330.
14. Naidu Y., Siddiqui Y., Rafii M.Y., Saud H.M., Idris A.S. Investigating the effect of white-rot hymenomycetes biodegradation on basal stem rot infected oil palm wood blocks: Biochemical and anatomical characterization. Industrial Crops and Products, 2017. Vol. 108, pp. 872-882.
15. Pokrovskaya E. Increasing the strength of destroyed wood of wooden architecture monuments by surface modification. MATEC Web of Conferences, 251, 01034 IPICSE-2018.
16. Pedersen N.B., Bjordal C.G., Jensen P., Felby C. Bacterial degradation of archaeological wood in anoxic waterlogged environments // In: Harding S.E. (ed.) Stability of Complex Carbohydrate Structures: Biofuels, Foods, Vaccines and Shipwrecks. Cambridge, 2013. pp. 160-187. DOI: 10.1039/9781849735643-00160.
17. Rabinovich M.L. Lignin by-products of Soviet hydrolysis industry: resources, characteristics, and utilization as a fuel. Cellulose Chemistry and Technology, 2014, no. 48 (7-8), pp. 613-631.
18. Raper K.B., Thom Ch., Fennel D.I. A manual of the Penicillia. Baltimore: Williams and Wilkins, 1949. 875 p.
19. Wetzig M., Sieverts T., Bergemann H. Mechanical and physical properties of wood, heat-treated with the vacuum press dewatering method. Bauphysik, 2012. Vol. 34, issue 1, pp. 1-10.
Received on February 13, 2019