明代科技史本卷提要 明代是中国科技发展的重要时期，传统科学在这一时期开始衰退，传统技术则走向顶峰，农学和医药学也有长足的发展，而西方科技的传入揭开了中国近代科技发展的序幕。 本书系统、深入地叙述了中国这一时期在数学、物理学、化学化工、天文学、地学、生物学、农业科技、医药学、矿冶技术、建筑、造船、陶瓷、火器和漆器等众多方面所取得的成就；并叙述了阿拉伯天文学和欧洲科技在中国的传播和影响。 本书以大量原始文献和考古新材料为基础，并广泛吸取今人的研究成果，着重叙述了科技本身的发展，而且探讨了制约和促进科技发展的因素，以及科技进步对社会的影响。 ④ 张瀚：《松窗梦语》卷八。 一、明代科技概述公元1368 年，朱元璋推翻了蒙古贵族的统治，建立起汉族封建统治的明王朝。 朱元璋一面实行集权统治，一面又针对当时的社会实际情况和自己统治的需要，制定了一系列发展生产和经济的政策。 1。垦荒。朱元璋否定一部分旧贵族和旧地主的地权，规定垦荒得地，即许以为永业。同时，在新的垦荒过程中，进一步限制土地兼并。 2。水利建设。朱元璋在建业初期便十分重视农田水利，在中央专设有营田司，主管全国的屯田水利事宜。建国后，为全面发展水利事业，屡下明诏，规定各地官吏，凡遇百姓提出水利建设的建议，都必须及时报告。据洪武二十八年（1395 年）的统计，当时全国府县共开塘堰40987 处，河4162 条，陂渠堤岸5048 处。 3。培植和发展农村林副业及经济作物。早在建国前两年，朱元璋即下令：凡农民有田5 亩至10 亩者，必须栽种桑、麻、木棉各半亩，10 亩以上的按比例加倍，不种桑者，罚绢1 匹，不种棉麻者罚棉麻各1 匹。洪武元年（1368年）又将此法推广到全国。 4。鼓励商品的交换与流通。朱元璋规定除茶盐和某些军用物资统由官府控制贸易外，其余物品均允许各民族间互通有无。 5。发展工商业。改变元朝手工业奴隶的身份，使世袭的手工业者除定期轮流应役外，大部分可以自己制造手工业产品在市场出售。这些政策在农业、手工业、交通运输和商业贸易等方面都取得显著的成效。 由于商品经济的发展，明代中叶在一些区域和一些部门明显地出现了资本主义生产方式的萌芽，如东南沿海一带的主要手工业部门--纺织、冶铁、造船、造纸、制瓷等。 由于上述原因，中国传统的手工业制造技术在明代有了较大的发展。明成祖至宣宗年间郑和七下西洋，其船舶制造、航海技术在世界上是首屈一指的。在冶金、纺织、制瓷、园林建筑等方面，我国当时在世界上也保持着领先的地位。 明朝末年，西方耶稣会士为传教需要来到中国，他们用西方科学技术作为敲门砖来打开在中国传教的大门。虽然其教义未在中国普遍传播，但他们所带来的科技却给中国科技和思想文化界注入了新的活力。 二、数学（一）数学发展的阶段特征数学史家杜石然先生将明代数学按年代先后为序，大致分为三个阶段，每一阶段大约100 年。 1。第一阶段入明之后，由明朝政府主持的最重要的学术工作，当推《永乐大典》的编辑。此书完全是根据永乐皇帝的意愿编辑的。永乐六年（1408 年）书成，共22937 卷，11095 册。全书均系手抄本，无刊本。后世流传者即仅有嘉靖年间另抄的一个副本。 《永乐大典》自明万历年间即开始残缺，但清修《四库全书》时，戴震等人仍从中辑出古算经若干种，可见《永乐大典》于清初时大部尚在，可惜1900 年庚子之役，大部散佚。60 年代初，中华书局从世界各地搜集到残本约800 卷，影印刊行。 《永乐大典》中有关的数学条目，大都集中于"事韵"、"算"字之下，原有36 卷，现被影印者为仅存的16343-16344 卷（现藏英国剑桥大学图书馆）。据各方资料分析，"算"字条下各册，内容系采自以下各书：属于汉唐"十部算书"者有《周髀算经》、《九章算术》、《孙子算经》、《海岛算经》、《五曹算经》、《夏侯阳算经》、《五经算术》七种；属于宋元算书者有《数书九章》、《益古演段》、《详解〈九章〉算法》、《日用算法》、《乘除通变本末》、《田亩比类乘除捷法》、《续古摘奇算法》、《透帘细草》、《丁巨算法》、《革象新书》、《锦囊启蒙》、《算法全能集》、《详明算法》等；属于明初算书者仅有一种即《通原算法》，但其内容十分浅显。《永乐大典》所收算书情况表明：在明朝初年，古代的《算经十书》和宋元时代的各种算书，还不能说已经失传。但是《大典》只有抄本而无刻本，其编纂本意是供皇帝御览而不是用于流传。因此《大典》虽然收入了许多算书，但并不能说明这些算书在明初都是一般人可以读得到的。当时，要想读到这么些算书似乎非常困难。 以《九章算术》为例，大约到了明王朝建立后的百年左右，就已经很难见得到了。吴敬寻访多年之后才获得一部《九章算术》的手抄本。至于宋元算书，除杨辉所著各种实用算术书籍仍然流行于世外，其余的宋元诸大家，如秦九韶、李冶、朱世杰等人的著作，则很少见有问津者。程大位在其所著《算法统宗》一书附录有"算学源流"，给出了历代算书名单，其中关于宋元算书，秦九韶和朱世杰的著作均未列入。 以上情况说明自明初到15 世纪中叶期间，中国古代汉唐《十书》和宋元算书大都处于衰废状态。 2。第二阶段到了15 世纪中叶，恰好是在1450 年（景泰元年），吴敬出版了他自己编著的《九章算法比类大全》，它是仅存的最早的刻本算书。全书卷首是"乘除开方起例"，之后按《九章算术》的体例并以《九章》的章名命名各章，全书所收问题分"古问"（即采用《九章》等书原有的问题）、"比类"、"诗词"（诗词体例的数学问题）等等。值得指出的是：从体例和全书的整体思想上讲，《大全》仍然继承了以《九章》为代表的中国古代数学的传统，即以政府管理上所需要的实用数学为主要内容。关于宋元时代的成就，如天元术、四元术、内插法、级数求和等内容，《大全》均未涉及。而关于开方、开立方、开高次方，吴敬所用的只是利用"开方作法本源"的"立成释锁法"而不用比较先进的"增乘开方法"。书中有很多民间商业数学方面的内容，杨辉算书和朱世杰《算学启蒙》等算书所开创的方向，在吴敬书中得到了继承和发展。这对程大位所著《算法统宗》以及明中叶以后的数学著作，产生了重大的影响。 除上述吴敬所著《九章算法比类大全》之外，还出现下述一些算书。 现仅有抄本传世的《通证古今算学宝鉴》（王文素，自序于1524 年）。 有刻本传世的《勾股算术》（1533 年）、《测圆海镜分类释术》（1550 年）、《弧矢算术》（1552 年）、《测圆算术》（1553 年），以上均为顾应祥所著。《勾股六论》，是与顾应祥同时代的唐顺之所著。有抄本传世的《神道大编历宗算会》（周述学，1558 年）。 上述所列顾应祥所著各书涉及宋元算书内容较多。据顾应祥《勾股算术》序中的自述：他"自幼性好数学，然无师传，。。又得《周髀》及《四元玉鉴》"，在《测圆海镜分类释术》序中说"晚得荆川唐太守（即唐顺之）所录《测圆海镜》一书"等等，可知像顾、唐这样的高级官吏曾经搜求并研究过宋元算书。可惜的是顾、唐等人对宋元数学中的成就，如天元术几乎完全不理解。由于他自己没有学通，就把天元术有关的内容删去了。宋元数学成就至此已不绝者仅如一线，几乎就成为绝学了。 3。第三阶段在此后直至明亡的不到一百年的时间里（即从16 世纪中叶至1644 年），在数学史上发生了必须提到的两件事。其一是珠算盘广泛被利用，另一就是西方数学开始传入我国。 珠算盘产生于元末，在朱世杰《算学启蒙》（1303 年）中可以看到当时已经完成了乘除法的口诀化。入明以后，在吴敬《九章算法比类大全》和王文素《通证古今算学宝鉴》二书中，虽然没有出现关于珠算盘的明确记载，但都记述了一些似乎只能是在珠算运算中才可能出现的算法。在流传至今的算书中，最早记述了珠算并附有算盘插图的刊本算书是《盘珠算法》（徐心鲁，1573 年）。此外还有《数学通轨》（柯尚迁，1578 年）、《算学新说》（朱载堉，1584 年）、《盘法指南》（黄龙吟，1604 年）等书。 在许多关于珠算术的算书中，程大位所著的《算法统宗》（1592 年）是最重要的。许多珠算书籍的出现，特别是《算法统宗》受到的欢迎，标志着到明末珠算已广泛流行，中国古代的筹算终于被珠算所代替。珠算盘这种便于使用、便于携带，其算法程序化和口诀化了的简便计算工具，直至今日，依然被我国人民广泛应用着。由于珠算术的发展，筹算和建立在筹算基础上的天元术、四元术、高次方程和方程组的数值解法等宋元数学的诸多成就便进一步被人们遗忘和衰废了。在程大位的《算法统宗》中虽然也引用了"开方作法本源"，但程大位却注明"此图虽吴氏《九章》内有，自平方至五乘方，却不云如何作用，注释不明"，可见程大位对吴敬书中载录的"立成释锁法"也已经不通用了。 与珠算术流行的同时，在明末，伴随着西方传教士来华的早期活动，西方的数学知识也开始传入我国。最早传入的数学知识，大都集中在徐光启等人所编的《崇祯历书》和李之藻所编的《天学初函》之中。详细情况见本书有关中外交流章节。 （二）《一鸿算法》1。作者及成书年代《一鸿算法》四卷，余楷撰，1585 年刊印完成。长期以来，人们都以为该书早已失传。最近，李迪先生发现明代原刊本并进行了研究。该书是一部珠算书，有大量诗歌和口诀，还有形式不同于程大位《算法统宗》所载的"丈量步车"和"制车"等新内容。 2。主要内容及其贡献全书主要由歌诀与算题构成，歌诀有"歌"、"诀"和"法"三种形式，共36 首，多数都无韵。卷一有算题49 道，卷二有23 道，卷三有36 道，共108 道，卷四因体例不同无算题。所有算题除两道外均以"今有"开头，每题都有"答"和"法"。一般是先歌后题，有些地方有解释和说明，这是明代数学著作一种较普遍的风格。 全书内容浅显，系一种普及性读物。该书的发现给明代数学史研究提供了新的资料。 《一鸿算法》卷二"度之章"主要讲述余楷本人参加田亩丈量和各种形状田亩面积计算问题。开头是一首"丈量田地歌"，接下去有一长段小注性文字，就是记述他受命进行丈量一事。 特别重要的是，余楷在书中记录了两种当时使用的丈量工具--制绳和制车。制绳也称丈绳，每一丈做一记号。"制车"与《算法统宗》所记之"丈量步车"制法虽不同，但原理完全一样，都是卷尺。"丈量步车"用篾做绳，而制车则用麻绳。制绳可以独立使用，而主要是用在制车上。其制车方法是：用围长1 尺、干长4 尺的竹子，上半段留下1.5 尺左右，中间从两面锯下，使成通槽形，即所谓"灯笼架样"。再从未锯下的两侧面中间穿上一根带摇柄的铁轴。把长1.5 尺的6 片竹篾穿于通槽内铁轴上，"为纺车形"。皮绳绕于其上，起"收放皮绳"的作用。在将竹子锯成通槽形时于前面留一齿，高、宽各1.5 寸，中凿一方孔，安装一管状滑溜，使皮绳从中顺利通过。在滑溜的下方，把竹筒削成像手掌宽那样的柄，以便插于地上。 显然，余楷的制车较原始，不如《算法统宗》内之丈量步车成熟。在前后相差六七年的两部书里记有不全相同的丈量工具这一事实，清楚地说明：万历初年为适应全国田亩丈量的需要，数学家们都在研究既省工又能提高工作效率的丈量工具。 （三）《算法统宗》1。概述《新编直指算法统宗》十七卷及首篇一卷（1592 年），程大位著。它流传广泛，对明末以至清代民间数学知识的普及与中国古算知识的继承均有不容忽视的作用。 该书系"参会诸家之法，附以一得之愚，纂集成编"。以整体而言，卷三至卷十二即方田至勾股诸卷为主体，以示统宗于《九章算术》，冠以算学常识与珠算知识，附以难题杂法等项。尽管某些内容不无重复，仍不失条理清楚。 2。学术价值据李兆华先生研究，该书中的新意，有下列各点：丈量步车 卷三载有"新制丈量步车图"，图后有说，图文结合说明其构造及尺寸。所谓丈量步车类似今之皮卷尺，是一种量田工具。其主要零件包括一个木框架、一个木转轮、一条竹篾以及提把儿、摇把儿、钻脚。竹篾易于舒卷，摇把儿与木转轮为固定联接，转动摇把儿即可将竹篾缠绕于木转轮外周。木框架与木转轮由摇把儿联接，兼有束服竹篾的作用。竹篾上依步分厘制刻划长度单位："篾上逐寸写字。每寸为二厘，二寸为四，三寸为六，四寸为八，不必厘字。五寸为一分，自一分至九分俱用分字。五尺为一步，依次而增至三十步以上或四十步以下可止。"因五尺为一步，故五寸为一分，半寸为一厘或即一寸为二厘。如以此步车量得方田边长为若干步分厘，自乘，以亩法二百四十步除之，则迳得方田积为若干亩分厘。古代量田常用弓，每弓五尺。其形制见诸《算法全能集》卷上。步车较之弓，方便而准确，这是进了一步。 截两成斤歌 卷四衡法节的截两成斤歌给出斤下带两诸数相加的简便方法。歌由"一退十五，二退十四"至"十五退一"共十五句口诀组成。程氏说："观算盘梁子上二子为十，梁之下五子，共有十五两。论一斤该数十六两，欠一两。故曰一退十五以成一斤。"据该书说，当时斤下带两之诸数相加，法各不一，或者用斤两口诀将诸零两数化为十进小数相加，或者于斤数下隔位置零两数相加而后除以十六。此二法皆不如程氏此法迳得相加结果若干斤若干两。从进位制角度言之，程法同时进行两种进位制加法：斤以上逢十进一，零两数逢十六进一。 珠算归除开立方法 此法见于卷六。珠算归除开方（包括平方、立方）是相对于较早出现的珠算商除开方而言，皆属于《九章算术》开方系统而非增乘开方系统。至于《算学新说》（1584 年）所载开立方法乃是一种简化的珠算商除开立方法而不是珠算归除开立方法。此外，《算法统宗》卷六还介绍了珠算归除开平方法并在卷一"开平方法"一节说明"今新增归除开方而法之便矣。"然而，珠算归除开平方法已见于《算学新说》，故事实上已不属新增。 珠算开带从诸乘方 卷六"带从开平方法"一节所述带从开平方，减积开平方，"长阔相和歌"一节减从开平方，"开带从立方"节带从开立方，开三乘方；卷七"环田截积歌"一节所述带从开三乘方，皆属珠算开诸乘方及带从诸乘方最早的记载，为研究筹算开方法到珠算开方法的演变提供了原始资料。 （四）《算法纂要》1。撰者目的程大位在出版了《算法统宗》后六年，又编辑《算法纂要》（1598 年） 一书刊行。程大位编辑此书的目的有下面三个方面：为了便于初学者：程大位刊行《算法统宗》后，感到其内容庞杂，卷帙浩繁，初学者尚不便使用，故将《统宗》删其繁芜，揭其要领，编成此书。《纂要》全书共64 个条目，其中取自《统宗》的有56 条。 为使珠算广为应用：《算法统宗》包括了当时的各种数学知识，珠算只是做为计算工具来介绍的。全书共十七卷，介绍珠算的只有两卷，仅占一小部分。但是，当时广大群众，特别是商业人员，并不一定要求掌握高深的数学知识，比如方程、勾股之类，而最需要的是将珠算学到手，以便日常应用。所以编辑一部以珠算为主，附以应用数学知识，简明扼要的算法书是非常需要的。程大位编辑《纂要》的目的就是满足这方面的需要。《纂要》共四卷，论珠算的就有两卷多。特别是从第四卷的内容分析，可以看出程大位有意突出了珠算。 为了抵制坊间刻本错误的不良影响：程大位在《算法纂要·识语》中说："万历壬辰，余编算法统宗四本，。。明年癸巳，书坊射利，将版翻刻。图象字义均讹，致误后学"。程大位看到这种"致误后学"的情况，甚为愤慨，一方面声明"买者须从本铺原版，方不差谬"，以免上当外，另一方面便采取积极措施，就是编辑是书出版，以抵制坊间刻本的不良影响。 2。基本特点和作用李培业先生认为：《纂要》除采自《统宗》者外，也增加了少量内容。 一种是新增条目，如"数名释义"；一种是增加一些例题，如"异乘同除"条增加两题，乘法题内增加了"五个山头五只虎"的趣味题，"物不知总"中增加两题，"一掌金"中增加一题。 从全书选材看，《统宗》共有条目290 个（包括108 个难题），《纂要》取录59 条，只占全书的百分之二十多。其中总论部分（基本算法）原书57条，选取38 条；方田章原书12 条，选取10 条，这两部分所选最多。其余粟米章选3 条，衰分章选2 条，商功章选3 条，少广章选1 条，都是极少数。盈朒、方程、勾股各章，未选一题。从这里可以看出《纂要》是偏重于基本算法介绍及为解决日常计算问题而编写的。 程大位在编《算法纂要》时，并非只做《统宗》的摘编工作，而是以《详明算法》为蓝本进行选材，是继承了《详明算法》这一类型算书的优良风格的。宋杨辉《日用算法》、贾亨《算法全能集》、何平子《详明算法》的题目称"日用型"，《算法纂要》即属于"日用型"。 "日用型"算书除基本算法外，大多包括以下项目：异乘同除、就物抽分、差分、贵贱差分、斤秤问题、堆垛、盘量仓库、丈量田亩和土方计算。"日用型"算书在民间普及珠算及初等数学知识方面，起到了重要的作用。由于它的内容少、适用性强，以讲述珠算为主，因而易于为广大群众接受，便于在民间广为流传。所以，这种类型的算书，实际上成为明、清时代民众的数学启蒙读物。《算法纂要》虽因某种原因流传不广，但它的编辑目的及内容，仍然被继承了下来，其他多种同类著作的出版，发展了这一编排体系。 （五）珠算的发展与普及1。珠算的起源和发展元代民间已流行珠算，但士大夫们还沿用传统的筹算。元代的算书，都用筹算，即其证明。到了明代，珠算和筹算的地位逐渐发生了变化，应用珠算的人越来越多，筹算所占领域逐渐缩小，最后终于让位于珠算。这一过程是逐步演变的。如明代初期刊印的《魁本对相四言杂字》儿童读物，既绘算盘，又绘算筹。明代中期的算书，如吴敬的《九章详注比类算法大全》和王文素的《通证古今算学宝鉴》中加减乘除用珠算，开平方、立方用筹算。明代晚期的读物如《金瓶梅》和《警世通言》等等，则只提珠算，不言筹算了。明代后期的书如《盘珠算法》、《数学通轨》、《算法统宗》、《算法纂要》、《算学新说》等等，已完全采用珠算。这时期的珠算，显然已取代筹算了。《魁本对相四言杂字》和《新编对相四言》是看图识字的儿童读物，四字一句，图文对照。书中刊有算盘图，此书是至今发现绘有算盘图的最早的图书。书中把算盘同骰子并列，这说明算盘在明初是民间通行的算具，而不是陌生的新事物。书中既绘有算盘，又绘有算筹，这说明算筹在明初社会上还存在，算盘和算筹两者还同时并存。 《金瓶梅》卷首有明嘉靖三十七年（1558 年）观海道人序，据此推定是嘉靖年间编成。这部小说的第八十二回"汤来保欺主肆风狂"中有"匹手夺过算盘"一语。《警世通言》卷二十二中有："宋金写算精通，。。唤他去掌算盘"数语。《黄山迷夹竹桃》一书中有："这一遍算盘，真为小阿姐打不转来"数语。明刊本《金瓶梅》的"西门庆官作生涯"一回所插绸缎店图，柜上有算盘一具；明刊本《占花魁》的"秃涎"一回所插小酒店图，柜上也有算盘一具。这说明明代各种店铺广泛使用算盘。 传本《鲁班木经》卷二著录算盘的规格是："一尺二寸长，四寸二分大。框六分厚，九分大，起碗底。线上二子，一寸一分；线下五子，三寸一分。长短大小，看子而做。"传本《鲁班木经》大约永乐十九年（1421 年）以后刊行。 《鲁班木经》所述算盘规格："线上二子，一寸一分；线下五子，三寸一分"，恰等于"四寸二分大"，显然没有横梁，如果有梁，则宽度不止四寸二分。又因为有"线上、线下"的说法，因此算史研究者对《鲁班木经》的算盘是否有横梁，有种种推测。 2。重要珠算著作及作者历代珠算家的身世和事略，史书《艺文志》和《畴人传》中大都记载不详或者残缺。现依据有关资料，将明代珠算家的身世和事略及其著作，简要介绍如下。 吴敬，《九章详注比类算法大全》首卷目录和乘除开方起例，一卷方田，二卷粟米，三卷衰分，四卷少广，五卷商功，六卷均输，七卷盈朒，八卷方程，九卷勾股，十卷开方。一卷至十卷，每卷首述"古问"，次"比类"（类推应用题），再次"诗词"。 《九章详注比类算法大全》首次著录珠算加减的上法、退法口诀，称为"起五诀"、"成十诀"、"破五诀"、"破十诀"。 王文素，字尚彬，明成化年间山西汾州人，生卒年月不详。成化年间自山西文林跟随父亲经商于真定的饶阳，就在那里定居。王文素喜欢研究算学。收集了宋代杨辉、明代杜文高、夏源泽、金来朋等诸家的算书，加以研究。他花了30 年时间，于明嘉靖三年（1524 年）编成《通证古今算学宝鉴》四十一卷，时年已60。由于无力刻印，因此四百多年来各收藏家和公私书目，都没有著录。1935 年左右北平图书馆于旧书店发现此书手抄本，才以善本珍藏，至今为海内孤本。《通证古今算学宝鉴》四十一卷（自序作四十二卷），原分12 本（今订成六册），内容以传统的九章为范围，但推演广泛，项目较多。 此书卷一也同吴敬《九章详注比类算法大全》一样，著录珠算加减法的"起五诀"、"成十诀"、"破五诀"、"破十诀"，虽然没有明言珠算，但乘除用"盘中定位数"（卷一），"众九相乘"条（卷五）明白指出计算工具是算盘。 徐心鲁，籍贯和生卒年月不详。据《盘珠算法》书前题"徐氏心鲁订正"，知徐心鲁在"闽建书林"订正《盘珠算法》。此书没有序、跋，成书的经过不详。《盘珠算法》在中国已失传，日本内阁文库藏有一部。此书是刊有算盘图、并以盘式对照口诀说明算法的最早的珠算书。算盘梁上一珠，梁下五珠。 柯尚迁，福建长乐下屿人，生卒年月不详。明嘉靖二十八年（1549 年） 贡生，任京师（今河北省）的邢台县丞，曾撰著《数学通轨》。《数学通轨》的成书早于程大位著的《算法统宗》。此书卷首的"初定算盘图式"是十三档梁上二珠、梁下五珠的算盘。按照柯尚迁此书的序文，知此书由三部分组成，其一是"学算须知"，包括：数原、上法、退法、九九歌诀，九归总歌。其二是"归除诠要"，包括：因、乘、归除、金蝉除、九归、定身除、归除法、乘法等。其三是"九章释例"，将方田、粟米、差分、少广、商功、均输、盈朒、方程、勾股各举例说明解法。其中"学算须知"中有"习数法语"十条，与《通证古今算学宝鉴》中的"学算总诀"完全相同。《数学通轨》中的"九归歌诀"、"撞归诀"同吴敬、王文素算书的两种归法歌诀相同，只是吴、王二氏算书中对归除的有归无除，仅提处理方法，还没有"起一还原"口诀。《数学通轨》已提出"起一还原"口诀，称为"还原法语"，同程大位《算法统宗》所载一致。 徐心鲁订正的《盘珠算法》在万历元年刊印，柯尚迁《数学通轨》成书仅后五年。两人一是福建人，一在福建作书，所采用"上法退法口诀"、"留头乘口诀"、"九归诀"、"归除法诀"，都是一致的，大约是万历年间福建流行的口诀。《数学通轨》的水平高于《盘珠算法》。 由于《数学通轨》一书明清两代没有在社会上流传，因而在珠算界没有发挥应有的作用。但在日本的情况就不同。此书在日本流传很广，如高桥织之助的《算话拾■集》就引用《数学通轨》的序文。 程大位，在万历二十六年又编印《算法纂要》一书。 朱载堉，于万历十二年撰成《算学新说》，万历三十一年才刻完。此书介绍归除开平方、开立方方法，用八十一档大算盘，以求十二律。主要是为律吕服务的算书；所求平方根、立方根多至二十四、五位。 黄龙吟，名嘘云（字龙吟），四川新都县人。著《新镌易明捷径算法指南》，此书明万历三十二年刊行。《新镌易明捷径算法指南》是珠算书，书中所刊算盘图是梁上一珠，梁下五珠，与《盘珠算法》的算盘图相同。但此书说明，算盘每行七珠，上梁二珠，下梁五珠，可见梁上少刻一珠。所录"九归总念"、"乘法歌诀"（留头乘）、"归除歌"（包括撞归起）同现在通行的歌诀一致，只是"隔位乘法"（指相乘二数的次位为零的乘算，如508×203，306×105 等题）与传统的"隔位乘"性质不同。此书把除数次位为零的除法（如6.426÷102 和34.17÷705），称为"隔位归除法"，通行的珠算书中没有这个名称。书中著录的"金蝉退壳法"，只用一进一除，每次得商为1，与徐心鲁订正的《盘珠算法》的"二字算"类似，是"金蝉退壳法"中的原始方法。 三、物理学（一）电、磁学知识1。电的知识大气总是带电的。在一般情况下，大气电场比较微弱，不足以引起放电发光。而在雷雨天，大气电场相当强，当局部场强达到空气击穿电位差时，就会放电发光。闪电就是这样形成的，它发生在云内、云际、云空和云地之间。 据戴念祖先生研究，在明代有关雷电的记载中，不仅有一般的线状闪电，而且还有比较罕见的联珠状闪电和球状闪电。明代张居正（1528-1582 年）曾记载过这种现象："嘉靖丙寅（1566 年）年四月□日，天微雨，忽有流火如球，其色绿，后有小火点随之，从雨中冉冉腾过予宅，坠于厨房水缸之中，其光如月，厨中人惊视之，遂不见。"（《张文忠公全集·文集第十一》）这种现象的确是使人惊奇的。其实，它就是同时出现的球状闪电和联珠状闪电。张居正记下了火球的颜色、大小、形状、出现的时间和定性的漂移速度，观察和记录都很细致。 在古代关于雷电成因的各种解释中，以明代刘基（1311-1375 年）的解释较好。他说："雷者，天气之郁而激而发也。阳气困于阴，必迫，迫极而迸，迸而声为雷，光为电，犹火之出炮也；而物之当之者，柔必穿，刚必碎，非天之主以此物激人，而人之死者适逢之也。"（《诚意伯文集》卷四）这种坚持科学反对迷信的解释可以看作近代大气电学诞生的先声。 古代中国人关于摩擦起电现象的发现就象磁学一样多。 琥珀与玳瑁 琥珀是一种透明的树脂化石，属非晶态物质。玳瑁是一种类似龟一样的海生爬行动物，其甲壳也叫玳瑁。在我国古代，关于琥珀和玳瑁的名称并不统一。琥珀，又写作虎魄、虎珀。玳瑁也写作瑇瑁或瑇瑂。关于琥珀和玳瑁的静电现象有许多记载：明代李时珍（1518-1593 年）认为，"琥珀拾芥，如草芥，即禾草也。雷氏言拾芥子，误矣。"（《本草纲目》卷37）芥子比草芥之类稍重，只要静电力足够大，也会被琥珀拾起。因此，雷敩之言并不误。应当指出，雷敩用布摩擦琥珀比前人用手摩擦前进了一大步。肯定是以布摩擦琥珀的静电力要大于以手摩擦琥珀的静电力，因此，雷敩发现了琥珀能吸引比草芥重的芥子的现象。 毛皮、丝绸和其他 除了琥珀和玳瑁以外，我国古代还有许多关于毛皮和其他物质的静电现象的记述。这些现象之被发现，是由于静电火花引起了人们的注意。 明代的张居正详细地记述了一种静电现象："凡貂裘及绮丽之服皆有光。余每于冬月盛寒时，衣上常有火光，振之迸炸有声，如花火之状。人以为皮裘丽服温暖，外为寒气所逼，故搏击而有光。理或当尔。"（《张文忠公全集·文集第十一》）这显然是毛皮或丝绸类的摩擦起电现象。几乎和张居正同时的都邛又描述了丝绸的摩擦起电现象："吴绫出火。吴绫为裳，暗室中力持曳，以手摩之良久，火星直出。"（《三余赘笔》） 2。航海罗经的创造我国古代用于航海的罗经，在分度上，传统的航海罗经从南宋至今只是以二十四分向为主；在形体上，面圆径小，较厚，盘的规格古今变化不多；在质料上，是油漆的木盘，制造朴素，坚固耐用。 在古代文献中，对航海罗经的具体描述始见于明宣德九年（1434 年）。 巩珍《西洋番国志》自序："皆斩木为盘，书刻干支之字，浮针于水，指向行舟。"这是著者随郑和下"西洋"回国后所记见闻。《明诗综·索里行》所记漆盘应为漆木制航海罗经。关于航海罗经针位，英国牛津图书馆所藏清初抄本《指南正法》中所绘"对座图"，就是按罗经标出台湾省高雄、澎湖和福建省沿海针位和山屿位置。 关于古代指南针在罗经中的装置，从文献资料结合对各地罗经制造作坊的考察，了解到有两大体系。一种是传统的水针，另一种是自国外传入的旱针（近代或译干针，别于水针而言）。 自南宋以来，各种罗经都采用浮针的方法。从《江苏海运全案》罗经和《指南正法》对座图绘法的一致性来看，水罗针在民间商船使用的时间下限可能晚到清道光初年。从休宁水针推论，这种罗针也是沿用传统的制法无疑。王振铎先生认为：所谓旱针，指不借助水的浮力，用一个支轴（轴针） 的尖端顶在磁针的中部，使磁针平衡旋转的装置。我们日常使用的指南针就是这一种。在欧洲航海使用这种罗经，约在十二世纪就有了。我国在元泰定（1324-1328 年）时成书的《事林广记》中所记指南龟，就是支轴装置的磁石指南器，当时是用于幻术的。我国支轴指南针用在罗经上，据文献记载是从国外传入的。明隆庆四年（1570 年）李豫亨《推篷寤语》说："近年吴、越、闽、广屡遭倭变，倭船尾率用旱针盘，以辨海道。获之仿其制，吴下人始多旱针盘。但其针用磁石煮制（即冶炼），气过则不灵，不若水针盘之细密也。"李豫亨为堪舆家，他在《青乌绪言》中又记从日本传入的罗经说："至嘉靖间，遭倭夷之乱，始传倭中法，以针入盘中，贴纸方位其上，不拘何方，子午必向南北，谓之旱罗盘。"嘉靖年间当1522-1566 年，说明在十六世纪初期或中期，从日本传入的航海旱罗经，苏州地区曾仿造使用。这种旱针装置，是在磁针上贴纸盘，装在支轴上转动的盘式。据日本《两仪集说》，这种水母形浮动的花针盘为欧洲海舶所用。 3。武当山金顶奇观武当山是我国道教圣地之一。它位于湖北省西北部丹江口市境内，方圆八百里。其主峰天柱峰海拔1612 米，犹如金铸玉琢的宝柱，拔地而起，素以"一柱擎天"而名扬天下。天柱峰绝顶上屹立着一座光耀百里的金殿，是武当山精华所在，被誉为稀世国宝。因此，人们也把天柱峰之巅称为金顶。金顶上现存的金殿是明永乐时代的遗物。殿高5.54 米，宽4.4 米，进深3.15 米，全为铜铸鎏金。 金顶奇观中最著名的是"雷火炼殿"、"海马吐雾"和"祖师出汗"三大项奇观。 夏宗经等先生据武当山道长回忆，"雷火炼殿"之前，总是先有，"祖师出汗"奇观，接着会出现"海马吐雾"奇观。"祖师"就是金殿内称之为玄天金像的真武神铜像。每当降大雨之前，真武铜像就会像人一样热得汗流浃背。所谓"海马吐雾"，就是金殿顶上的海马铸像有时口中会吐出串串白雾，并咴咴地对天长啸。道士说，这预示着天帝将派雷公雨师前来洗炼金殿。这时，在金顶上值班的道士便赶忙从金顶上下到南天门下。不久，雷雨交加，金殿周围雷声震天，电闪撕地，无数盆大火球在金殿四周滚动激荡，使人惊心动魄。雨过天晴后，大殿黄光灿然，像被洗过一样，这就是"雷火炼殿"。道士们认为这是天帝为了保持金殿的圣洁不被污染，从而把金殿内的宝物冶炼得更加完美；如果有人在金殿内受到雷火的锻炼，也将得道而长生不死。这些奇观具有物理学的价值。 "祖师出汗"是一个物理学问题。下雨前，金殿内空气中所含水蒸汽较多，在大气压突变的影响下，过多的水汽遇冷会凝结为小水珠布满在铜质神像上，这是很自然的。但是，在1612 米的高山之巅山风总是很大，空气的对流往往会使这些凝结的小水珠过早蒸发。由于建造金殿时铸件精密，铆接严实，使得殿内密不透风，空气不能形成对流从而产生"祖师出汗"奇观。至今殿外山风呼啸，殿内神灯火苗一丝不摇；冬天眼看大雪就要飘入殿内，可到了门口又被顶了回去，亦可说明这一问题。 "海马吐雾"的奇观是我国古代建筑师的杰作。道教把海马神化为天马，铸塑其形象装在金殿顶上，是取"天马行空"的意思。妙就妙在这海马的内部是空的并与金殿内部相通。雷雨前，气候闷热，冷暖气流上下交替剧烈，由于日光的曝晒，金殿内部湿度很大的气体受热膨胀，便自海马口中吐出，在外界冷空气的影响下，有时会凝结为水雾，看起来就像是海马在吐雾，而那海马的长啸声，其实是上下交替的气流与海马口互相摩擦而产生的。 "雷火炼殿"奇观是自然界的雷电现象的正常反映。武当山重峦叠嶂，气候多变，异常混乱的风向使云层之间摩擦频繁而带大量电荷。金殿屹立在天柱峰之巅，是一座庞大的导电体。每当大量带电积雨云向金顶运动时，云层与金殿顶部之间形成巨大电势差，当电势差达到一定数值时，就会使空气电离，产生电弧，这就是闪电。同时，强大的电弧使周围的空气剧烈膨胀而爆炸，于是电弧发生变形而形成火球，并发出雷鸣。这就是"雷火炼殿"奇观产生的真正原因。金殿的结构，除有一正门外，别无通风之处，金殿的十二根铜柱与花岗岩地面熔为一体。放电时，如果真有人在殿内，他将受到静电屏蔽作用的保护，是十分安全的。 （二）声学知识1。普救寺塔蟾声莺莺塔原名叫普救寺舍利佛塔，坐落在山西省运城地区三角地带南端，离永济县城西北12.5 公里处峨嵋原头上的普救寺内。它与北京天坛的回音壁、河南郏县的蛤蟆音塔及四川潼南县大佛寺的石琴，是我国现存的四大回音建筑。由于莺莺塔设计独特，工艺精湛，具有特殊的声学效应，堪称世界奇塔。 该塔初建于隋唐，工制壮丽，嘉靖三十四年（1555 年）冬毁于地震。现存之塔是嘉靖四十三年由蒲州知州张佳胤倡导，中条山老僧明晓监修重建的。《蒲州府志》中记载："寺有社会堵坡，合砖成之，于地击石有声，若呔哈，盖空谷应响类矣。" 丁士章等先生经过测试和研究，认为上述声学效应，主要是由于莺莺塔特殊的建筑结构造成的。 莺莺塔建在三面邻坡、一面是空旷平地的峨嵋原头上，塔高36.76 米，塔周围没有高层建筑和障碍物，整个塔身和塔檐均是由质量很好的青砖建造，青砖表面还涂了一层釉料，使这些青砖的反射系数达0.95-0.98 间，是声音的良反射体。莺莺塔是四方形空筒式砖塔，这种由涂了釉的青砖建造的中空塔身，对声波起了谐振腔作用。蛙声效应是由于声音通过结构特殊的各层塔檐的反射造成的。伸出塔身外面的13 层塔檐，是由涂了釉的青砖叠涩而成的。每一层塔檐的宽度及伸出塔身外的深度和每层檐砖的叠层数各不相同，且每一层塔檐的青砖叠涩也是不均匀的，呈内凹的反曲线形状。塔檐的这种特殊结构，不仅对声波具有较好的反射作用，且对声波具有汇聚作用。由于各层塔檐呈特殊的反曲线形状，以及相互之间的科学地组合，再加上声波波长较长，因而使反射后的声波，既能向一定方向汇聚，又能在较大的空间范围内传播。击前地时的蛙声，主要是击石的声音通过塔檐的前沿部分反射形成的。击后地时的哇声，主要是声音通过塔檐的后、中部分反射后形成的。这就是"击前地，则声在塔底，击后地，则声在塔顶，前后上下，所应不同"的原因。 根据声路可逆原理，远处的声音，通过塔檐的反射后就汇聚在檐前附近。因而在塔前附近能听到远处的声音。由于13 层塔檐的反射汇聚，使在塔前的人耳接受到的声波能量大大增加，从而可听到五华里以外蒲州镇的敲锣打鼓及演唱声，戏台似在塔里。塔南坡下西厢村农民在院中和屋里的说话、猜拳、鸡叫狗吠等杂声，通过塔南各层塔檐的反射、汇聚，在塔南中轴线对称方向上的三佛洞台阶处，能清楚地听到。这就是当地人们把莺莺塔称作收音机、扩大器、窃听器的声学原理。 2。朱载堉在音律学方面的成就明代王子朱载堉（1536-1610 年）是16 世纪闻名的数学家和乐律学家。他于1567-1581 年间在世界上首创了十二平均律及十二平均律的异径管律。 朱载堉首先确定倍黄钟律管的参数：长度2 尺，内径为其四十分之一，即分。其他各律管的长度5 与内径是分别以12 2和24 2为公比的等比数列。经戴念祖先生研究和证明，以此方法缩小管径、校正律管在理论上是完全成立的。 朱载堉在成功地以缩小管径的方法校正律管的同时，还通过种种实验发现了以缩小管长校正律管的方法。他写道："譬诸律管，虽有修短之不齐，亦有广狭之不等。先儒以为长短虽异、围径皆同，此未达之论也。今若不信，以竹或笔管制黄钟之律一样两枚，截其一枚分作两段，全律、半律各令一人吹之，声必不相合矣。此昭然可验也。又制大吕之律一样两枚，周径与黄钟同，截其一枚分作两段，全律、半律各令一人吹之，则亦不相合。而大吕半律乃与黄钟全律相合，略差不远。是知所谓半律皆下全律一律矣。" 所谓"大吕半律乃与黄钟全律相合"，即一尺长正黄钟律管在管径相同情况下，不与0.5 尺长的半黄钟管八度相应，而是与0.4719 长的半大吕相应。因此，"所谓半律皆下全律一律"。这样，八度相应的二支同径管的长度比就为：0.4719／1＝0.4719按照朱载堉的结论，任取一律的结构都是如此。如，在内径相同的情况下，倍黄钟管不与正黄钟管相应，而与正大吕相应，那么倍黄钟与正大吕的管长之比为：0.9438／2＝0.4719朱载堉所得到的另一个同径律的实验结论是："是以黄钟折半之音不能复与黄钟相应，而下黄钟一律也。他律亦然。"此处"下"的意思是往低音数。0.5 尺的半黄钟不与1 尺的正黄钟相和，而与1.0594 尺的倍应钟相应。那么，这二支同径八度相和的管长之比为：0.5／1.0594＝0.4719事实上，只要找到二支八度相和的同径管的长度比，从物理角度看，校正工作就完成了。而具体的校正数从这比数中立即可得，只要将八度相和的弦律长减去按上述比数算得的管长就可以了。例如，朱载堉定倍黄钟为标准管，已知相和管的比数，故校正为1－（2×0.4719）＝0.0562（尺）。可见，朱载堉除了发现以管径校正平均律律管的方法之外，又开创了以音高低表述的校正同径管的一般方法。 （三）力学知识1。杠杆力学问题的算法关于杠杆平衡问题，中国古籍中虽然很早即已论及，但有关此类问题的具体力学计算方法最早见于明末程大位的数学著作《算法统宗》。此后，在明清之际的数学著作，如《算法统宗释义》、《算法统宗广法》、《同文算指通编》、《数学钥》、《数度衍》和《九章录要》等书中，都讨论了用算术方法计算杠杆力学问题，不少问题还具有一定的难度，反映了明清之际中算家的力学水平。 王燮先生对《算法统宗》卷三中的两道题进行了研究：其一，"今有猪一口因无大秤，以小秤称之不起。此秤原锤重一斤十两，又加一秤锤一斤四两八钱，称之得六十七斤。问该公道正数若干？ 答曰：实重一百二十斤九两六钱。 法曰：置原秤锤（二十六两）又加锤（二十两八钱）共四十六两八钱，以共称猪六十七斤乘之，得三千一百三十五斤六两为实，另以原秤锤（二十六两）为法，除之，得一百二十斤零六，乃一百二十斤实数，其六乃斤下虚数，用加六法加得九两六钱是也。" 设原锤重为W1，加锤重为W2，所称斤数为G2，猪重为G1（即"公道正数"），则程大位的算式为：G（WW＝（26 ＋ 20.8）26＝ 120.6 111＋W G 2 2 ）斤此式可用杠杆平衡原理推出。设秤杆上的物重臂为a，秤杆上每斤刻度的间距为k，则根据杠杆平衡原理，可得下列二式：G1a＝G2k（W1＋W2），G1a＝G1kW1。 消去二式中的a、k，即得程大位算式。 其二，"原秤称物八斤二两，因失去锤，今欲置锤配秤，不知轻重。另将别锤重二斤五两称之，原物只得六斤。问原锤重若干？ 答曰：原锤重一斤十一两三钱。 法曰：置后锤称物六斤，以加六法通之得九十六两，以后锤三十七两乘之为实。另以原物八斤二两亦用加六通之，得一百三十两为法，除之得二十七两三钱，合问。" 设原锤重为W，物重为C，后锤重为W1，后锤所称物重为G1，秤杆上每两刻度的间距为k，物重臂为a，则程大位的算式可表为：W ＝WG27.3 1G1 37 96130＝×≈ 两此式也可用杠杆平衡原理推出。据题设及杠杆平衡原理，可得下列二式：C1a＝W×Gk，C1a＝W1×G1K，消去二式中的a、k，即得程大位的算式。 在《算法统宗广法》（九卷）卷三中，傅国柱对上列《算法统宗》两道杆秤平衡题的算法作了推广，增加了下面三道算例：其一，"今有猪一口用四十六两八钱称之，得六十七斤。今以原锤称得一百二十斤九两六钱，问锤重若干？ 答曰：二十六两。" 其二，"若云原锤重二十六两，称得一百二十斤零六。今以重锤称得六十七斤，问今锤重若干？ 答曰：四十六两八钱。" 其三，"若云原锤重二十六两，称得一百二十斤零六。今称得锤重四十六两八钱，问称得若干？ 答曰：六十七斤。" 傅国柱并在《算法统宗释义》中，进一步将上列各题的算法总结成如下通式："三千一百三十五斤六两者，原与今之同实也。故以原称斤数除，得原锤重；若以原锤重除之，则得原称斤数；若以今锤直除之，则得今称斤数；若以今称斤数除之，则得今锤重。" 设以G 原、G 今分别表示原称和今称斤数，以W 原、W 今分别表示原锤重和今锤重，以k 表示秤杆上每斤刻度数，由于秤上的物与物重臂没有变，故由杠杆平衡原理，有：kG 原×W 原＝kG 今×W 今，等式中消去k，即得傅国柱的通式：G 原×W 原＝G 今×W 今，实际上，这个通式就是杠杆平衡原理在杆秤称物问题中的具体形式。所谓"原与今之同实也"，其实正包含着原、今两种情形下力矩相等的意思。因此，傅国柱的通式在杆秤力学上是具有普遍意义的。2。水流量的计算明初徐有贞（1407-1473 年）由于治水的需要，曾做过一次水流量实验。《物理小识》载："治水开支河口：徐有贞张秋治水，或谓当浚一大沟，或谓多开支河。乃以一瓮窍方寸者一，又以一瓮窍之方分者十，并实水，发窍，窍十者先竭。" 徐有贞在张秋（今山东省聊城县城正南）治水时需要排水，但怎样排才排的快，当时有两种意见：一种意见是"浚一大沟"；另一种意见是"多开支河"。哪种意见正确一时难以判断，于是徐有贞便用实验来解决这个问题。他的实验如上所述，即取两口瓮，在一口瓮的底部开一个1 平方寸的孔；在另一瓮的底部开十个1 平方分的孔。把孔都堵住，瓮里都装满水，然后同时把两瓮底的孔都打开。水从孔中下流，观察的结果是十个小孔的瓮中的水先流尽。 李迪先生认为：这个实验本身是重要而有价值的，然而结论却有问题。 主要问题有三：首先，实验的目的是解决流体动力学问题，可是实验本身却属于流体静力学性质，瓮中的水是静止的，靠垂直压力和重力的作用垂直下流。河中的水自身是流动的，与瓮中静止的水不同。假如需要排出的水是池水（即基本上不流动），则和徐有贞的实验有些类似，不同的是被排出的水是按接近水平的方向流出的。究属何种情况，记载中没有进一步交待。笔者推想，池水的可能性大些。其次，水从瓮中流出后仅在空气中通过，所受到的阻力也只是空气，阻力极小，而河流中的水或从池中流出的水都是三面与固体的河道相接，一面是空气，阻力比前者要大得多。最后，实验本身也有问题，做"窍方寸者一"、和"窍之方分者十"实验的原来目的是想判断出何者流量为大。实验中的"方寸"和"方分"应是一边分别为1 寸和1 分的正方形（实际上未必能作成规则的形状）。由大窍"方寸"变为"方分"，则面积为1 平方寸＝100 平方分，而小窍"方分者十"的总面积为10 平方分，只有大窍的十分之一。明末清初的揭暄对上引资料有一段简短的注解，说："方寸一当方寸百，十先竭，利于大沟十余倍矣"，这是没有根据的。如果两瓮都是圆柱形且水深相等，压强也相等，很显然，面积大的窍所受压力大于面积小的窍，那么"窍方寸者一"的水流速度要大于"窍之方分者十"的水流速度。 上述水流量实验虽然存在各种问题，而且也没有给出水流量的计算公式，但是通过实验研究水流量问题的做法是非常重要的。这是我国第一次水流量实验，也可能是世界上较早的一次，可惜的是这种实验在我国没有继续进行。 四、化学化工（一）火药理论1。"君臣佐使"理论孟乃昌先生经过详细研究，得出如下结论：中国古代火药的理论，讲究的是君臣佐使的理论，后来又得到阴阳学说的补充，通过军事实践加以检验，在明代形成了较为定型的火药理论诠释。有关史料，见于《火龙经》、《武备志》、《天工开物》、《本草纲目》之中。 经过炼丹小试，到军事应用，再到总结出火药理论，各为数百年之久。 火药理论直到明代才出现。守拙三亭重集校本《火龙经》上卷说："是书遍采群书，精选诸品，有机括不明、运用无济者，一概删去。"可见有明一代，火药书出现过不少。宋应星说到："火药火器，今时妄想进身博官者，人人张目而道，著书以献，未必尽由实验。"（《天工开物·佳兵》）这些书，而今存者寥然，《火龙经》是佼佼者。 《火龙神书》说："火攻之药，硝、磺为君，木炭为之臣，诸毒为之佐，诸气药为之使。然必知药性之宜，斯得火攻之妙。硝性主直［直发者以硝为主］，磺性主横［横发者以磺为主］，灰性主火［火各不同，以灰为主。有箬灰、有柳灰、桦灰、葫灰之异］。性直者，主远击，硝九而磺一。性横者，主爆击，销（硝）七而硫三。青杨为灰，其性最脱（锐）；枯杉为灰，甚性尤缓；箬叶为灰，其性尤燥。"这就是朴素而完整的火药理论大纲，对于君臣佐使理论的运用，还不如炼丹家娴熟，还有许多臆想的成份。火药理论是由战争的实践总结出来的。从原文看出："君"或"主"指配合数量上的最大量成分，指火药反应中的最活性物质，指发挥实用效果上的最主要负担者。当然君主不是唯一者。混合剂中数量上、反应中、效果上的次要成分为臣。君臣为必要成分，而佐使在配伍中是可以变通，可以代替的成分。 《火龙经》关于硝、硫、炭分别具有直、横、火的作用的认识，有其正确性；以之对照近代黑药成分，也是大体相符的。按黑药反应最简式为：2KNO3＋3C＋S＝K2S＋N2＋3CO2按此计算的理论组成为硝酸钾74.84％，硫11.84％和炭13.32％，近代通用配方为硝75％，硫10％，炭15％。 硝酸钾为携氧物质，是唯一的氧化剂，爆炸时它分解出硫和炭燃烧所需的氧。作为发射药要求有高分解速度和高的温度，保证硝酸钾的足够用量，可以改善火药的弹道性能。所说"硝性主直"，这是从用途上而不是从反应作用上确定性质，即"性直者主远击，硝九而磺一"。用硝量均较高。 硫在混合火药中起着特别的作用。很多实验证明，硫含量高的火药，火药力和燃烧速度降低。在实际应用，爆破作业使用的矿用火药，通常增加含硫量，减少硝酸钾用量，如法国矿用火药，硝62％、木炭18％、硫20％。《火龙经》说"磺性主横"，是指增加了硫黄成分的火药可为爆炸药，即"性横者主爆击，硝七而硫三"。 火药中的木炭是可燃物。木炭由于来源不同和制法不同，可使火药具有所需要的性能。木炭的炭化度无论对火药力和火药的点燃性，或者对其燃烧速度，都有影响。《火龙经》用"灰性主火"、"火各不同"，来概括这些性质。近代使用木材烧成的炭来制造火药。最好的烧炭原料木材是柔木即软而不致密的木材，如赤杨、菩提树、柳树、榛树、杨树、白杨和灌木类如鼠李木等。这与《火龙经》的记载是相合的。 《火龙经》的理论思想，在明代是有发展的。二君的提法，虽然在"直发者以硝为主"、"横发者以磺为主"的论断中有所调整，但磺为主的推定毕竟不是用量的优势，而是作用的设想，也不能彻底改变二元论的基本观念。待到1621 年（天启元年）茅元仪在他的《武备志·火药赋》中才做了更正，硝是君，硫是臣，炭是佐使。更加符合火药成分配比和作用的实际。 2。阴阳学说用阴阳学说朴素地阐明火药反应机理的是宋应星。他在《天工开物·燔石·硫黄》中说："凡火药，硫为纯阳，硝为纯阴，两精逼合，成声成变，此乾坤幻出神物也"。《天工开物·佳兵·火药料》说："凡火药以硝石、硫黄为主，草木灰为辅。硝性至阴，硫性至阳，阴阳两神物相遇于无隙无容之中。其出也，人物膺之，魂散惊而魄齑粉。"尽管宋应星仍是二君论，只把"臣"换了一个"辅"字，但他关于"两精逼合"、"相遇于无隙无容之中"，部分地观察和猜测到了火药爆发产生大量的热和约相当于原来体积一、二千倍的气体的巨大威力。 中国火药理论使用阴阳，而不用五行，它另有表示多成分体系的方式。 中国古代火药由纵火的火攻战法发展而来，在爆炸、发射性的火药运用以后，仍然使用作为烧夷剂、烟雾剂、照明剂、信号剂等火工品，品种十分繁多，而且包括毒性烟雾，可能主要是造成有毒气固溶胶，但也可视为毒气战的前身。《火龙经》记载了以上广义火药的配制及其多种用料："雄黄气高而火焰［神火以雄黄为君］，石黄气猛而火烈［法火以石黄为君］，砒黄气臭而火毒［毒火以坚砒为君］。金火［即尿水］，银■（锈）［尿霜］，硼砂炒制铁磁锋着人则倾烂见骨［烂火药内用之］。牙皂、姜霜、椒末，配合神雾，着人则立瞎双睛［飞火药内用之］。草鸟、巴豆、雷藤，可加水马［虎药中人，饮冷水即解，加水马见水愈甚］。毒箭药，火龙枪着人则见血封喉［箭火枪上用之，贼中立毙］。江子、常山、半夏，略和川连，造制喷筒药，确着人则禁唇不语［喷火药内用之］。桐油、豆粉、松香，用制焚帐劫寨［偷劫火药内用之］。人精、铁汁、巴油，用破革皮帐［熔化锡铅或铁汁，以毒同化倾下，革车皮帐攻城，用此熔化倾，烧沸倾注城下，直透重革］。狼粪烟，昼黑夜红，递传警报；江豚炭逆风逾劲，力显神奇［凡火药顺风则发，逆风则不可用。加江豚配合诸药，则风愈逆则愈炽矣］。他如猛火油［出占城国］，得水愈炽湿物。凡以鱼腊［出婆罗国］见风漫爆，无可遮拦，固此难得之物而为将又不可不知也。" 《火龙神书》在第一卷列有上述"火攻药法"内容，第二卷为"火龙万胜神药：二十八品上应天垣二十八宿，火攻神药品，火攻从药"，称"右法药六十四品，制炼神火、毒火、法火、烂火。各火配合有方，煅炼有法，差之毫厘，谬之千里。专将阃者，当熟玩诵焉。" 无论六十四味或八十三味药，按配伍理论以佐、使药为"副料"、"从药"，品种最多。其中有以二十八宿来配二十八味从药者。现在看来，炼丹术、火药学、医药学都曾以二十八宿使自己的佐使药味成一个体系。它们三个领域之间，可能有关联。 （二）琉璃釉色1。琉璃烧制方法琉璃古名璧流离，亦作流离或瑠璃，是一种不透明或半透明的低温色釉，敷于陶质瓦上经烧制后即成琉璃瓦。"琉璃"一词，最早见于《汉书·西域传》，明确作为建筑装饰材料者，则见于《西京杂记》、《汉武故事》、《拾遗记》、《魏书·西域传》等书。 明代的琉璃制品已相当丰富了，《天工开物》"珠玉"卷附录云："烧瓴甋转泑成黄绿色者曰琉璃瓦，煎化羊角为盛油与笼烛者为琉璃碗，合化硝铅泻珠铜线穿合者为琉璃灯，捏片为琉璃瓶袋。"可见，当时已有不同用途的琉璃制品。 明初托名刘基所撰《多能鄙事》中载有烧制琉璃的方法："黑锡四两，硝石三两，白矾二两，白石末二两，右捣飞极细，以锅用炭火熔前三物，和之；欲红入朱，欲青入铜青，欲黄入雄黄，欲紫入代赭石、欲黑入杉木炭末，并搅匀，令成色，用铁筲夹抽成条。白则不入它物。" 文中将烧制琉璃的红、青、黄、紫、黑、白六种色泽均作了具体记载。《多能鄙事》是继宋李诫《营造法式》之后介绍古代工艺的专著，它的问世早于《天工开物》，值得人们注意。 明初定都南京，在南郊芙蓉山设立烧制宫殿建筑琉璃的瓦窑数十座，琉璃件胎质以安徽太平府白泥为主，釉色以黄、绿、天蓝、褐、黑色居多。明永乐、宣德年间烧成的报恩寺大琉璃塔，高达九层，极为壮观，其残件现存南京博物院及南京博物馆。 关于黑锡（铅）的化学变化，明李时珍《本草纲目》中有明确记载：黑锡经炒炼后，"一变而成胡粉，再变而成黄丹，三变而成密陀僧，四变而为白霜。"这正是由于炒炼时的温度不同，氧化程度因之而异，得到各种不同的氧化铅产物的缘故。 2。琉璃成色方法宋应星《天工开物》"陶埏"卷中记载了琉璃成色的配方："以无名异、棕榈毛等煎汁涂染成绿黛；赭石、松香、蒲草等涂染成黄。"此为京师烧造琉璃所用之色料。同书云："外省亲王殿与仙佛宫观，间亦为之，但色料各有配合，采取不必尽同。"据此可知：当时所采用的色料，是矿物料与植物料并用；配方不同，可烧制出不同颜色的琉璃釉。 关于烧制琉璃瓦的方法，《天工开物》"陶埏"卷中又云："其制为琉璃瓦者，或为板片，或为宛筒，以圆竹与斫木为模，逐片成造。其土必陂于太平府。造成，先装入琉璃窑内，每柴五千斤烧瓦百惩。取出成色（着釉）。。再入别窑，减杀薪火，逼成琉璃宝色。" 这里宋应星十分明确地记述了烧制琉璃所使用的二次烧成工艺，这是宋代及明初文献所不及的。 杨根等先生认为：明代，对琉璃釉色配方记载较详的文献资料，当数孙廷铨《颜山杂记》中的"琉璃志"。颜山即今山东博山，自古以烧制陶瓷、琉璃著称。宋博山窑瓷器，风格古朴粗犷，极富民间艺术气息，属于磁州窑系统，其后历代均沿袭之，迄今仍为重要瓷区。《颜山杂记》卷四云："琉璃者，石以为质，硝以和之，礁以锻之，铜、铁、丹铅以变之。非石不成、非硝不行、非铜、铁、丹铅则不精，三合然后生。" 其中"礁"即焦炭。同书又云："凡炭之在山也。。其用以锻金冶陶，或谓之煤，或谓之炭。块者谓之■，或谓之砟。散无力也，炼而坚之谓之礁。" 关于烧制琉璃的几种原料的性能和作用，该书接着说："白如霜，廉削而四方，马牙石也；紫如英，札札星星，紫石也；棱而多角，其形似璞，凌子石也。白者以为干也，紫者以为软也，凌子者以为莹也。是故白以为干则刚，紫以为软，则斥之为薄而易张，凌子以为莹，则镜物有光。硝，柔火也，以和内；礁，猛火也，以攻外。" 该书还记录了水晶、白、梅萼红、蓝、秋黄、映青、牙白、正黑、绿以及鹅黄十种不同色料的配制方法："其辨色也，白五之，紫一之，凌子倍紫，得水晶；进其紫，退其白，去其凌子，得正白；白三之，紫一之，凌子如紫，加少铜及铁屑焉，得梅萼红；白三之，紫一之，去其凌，进其铜，去其铁，得蓝；法如白焉，钩以铜碛，得秋黄；法如水晶，钩以画碗石，得映青；法如白，加铅焉，多多益善，得牙白；法如牙白，加铁焉，得正黑；法如水晶，加铜焉，得绿；法如绿，退其铜，加少碛焉，得鹅黄。凡皆以焰硝之数为之程。"这里将琉璃制作所需的原料、火候控制及色釉配方都作了相当细致的描述。 我国琉璃色釉的历史悠久，色彩以黄、绿、蓝、紫为主，着色剂为铁、铜、钴、锰的氧化物，亦即我国瓷器釉色的四个主要系统，系低温烧成，以铅为助熔剂。元代以后出现的法华器，也是一种低温色釉装饰的陶器，与琉璃相似。不同的是法华器釉所用的助熔剂除氧化铅外，还有牙硝，牙硝即马牙硝，主要成分为硫酸钠。 我国建筑琉璃和釉上彩瓷器两者的发展有密切关系，采用二次烧成工艺的釉上彩使瓷器的装饰效果大大丰富起来，同时也使明代的建筑琉璃烧成工艺益加成熟。 （三）黄铜冶炼1。金属锌--倭铅从明代始，"黄铜"指的是铜锌合金，在此以前，则或是泛指黄色铜合金；或者相对于胆铜而言，是指以黄色铜矿石为原料所冶炼出的赤铜；而对铜锌合金，长期则称之为"鍮石"、"鍮铜"。 赵匡华先生说："黄铜"一词在明代则专指金黄色的铜锌合金，而且冶炼这种合金的技艺已逐步发展为金属铜与金属锌直接合炼，也就是说这时已能冶炼金属锌了。当时我国称金属锌为"倭铅"或"白铅"。这种工艺从文献记载与文物检测都证明在明代宣德年间以前已经产生，到宣德三年（1428年）则已有了相当成熟的经验。因为这年宣宗曾命工部大量铸造鼎彝，以供郊坛、宗庙、内廷陈设之用。当时的礼部尚书吕震曾编《宣德鼎彝谱》一书，详细记载了这项工程的用料情况，其中明确记载原计划用倭源白水铅17000斤，后裁减物料，向节慎库实领13600 斤，并说明"此白水铅入洋铜用"。1925 年王琎先生曾分析了两个家藏的宣德炉，确证为铜锌合金（还含少量Sn、Pb 和Fe），其含锌量分别为20.4％和36％。这就证明了"倭源白水铅"确为金属锌，即倭铅。然而当人们再一次研究一下这项铸造所用物料的总清册时，不免会提出一个新问题：这次铸造所用倭铅是否为我国自己生产的？因为这个用料清单是这样的："计开暹罗洋铜三万九千六百斤，赤金八百两，白银二千六百两，倭源白水铅一万七千斤，倭源黑水铅八千斤，日本国生红铜一千斤，贺兰国花洋斗锡八百斤，钢铁一万二千斤，天方国番硇砂三百六十斤，三佛齐国紫■石三百斤，渤泥国紫矿石三百斤，渤泥国胭脂石二百斤，金丝矾二百斤，晋矾二万四十斤。。。" 这些物料大都冠以产地，除晋矾、倭源外，其他凡指名产地的物料都是舶来品，因此在肯定我国明代前期已掌握了合炼铜锌为黄铜的技术后，还有必要考证那时我国是否已掌握了炼锌技术和有了炼锌业。我国学者几十年来始终未能查到明初或明初以前有关这方面的记载的可靠资料。但在清初道士傅全铨（道号济一子）汇辑的《外金丹》丛书所收录的《三元大丹秘苑真旨》中有一段与此有关的文字，具有较大参考价值。这本丹经大约至迟是明代嘉靖年间的道士撰写的，其中有这样一段话："太阳红铅乃丹中第二品材也。。。此铅较之中国福建所产白气倭铅、函谷所产青气倭铅，杨（阳）城所产之黄气倭铅不大相同。白气倭铅（即福建所产）其色比锡色白，有似乎青丝银子之色，。。烧试则白烟缭绕，此亦中国之上宝也。南方人多用此掺入锡中，以充广锡，道中人多用烧茆（红铜）。青者（指函谷青气倭铅）碴皆被马牙碴，烧试则有黄烟，匠人多用之点黄铜，盖铜本来赤红，必用倭铅点之，然后成黄铜，丹中不用，茆方亦不用。" 这段文字至少告诉我们：第一，中国早期的倭铅产地有福建、河南函谷和山西阳城地区。关于阳城炉甘石，明成化年间李实所撰《明一统志》也有记载："泽州（晋城）及高平、阳城二县出芦甘石。"第二，福建生产的倭铅质量较高，色白如银，产量大，成本也低，所以"南人多用此掺入锡中，以充广锡。"第三，那时已有匠人用倭铅点化赤铜为黄铜。一般说来，书面记载总是较晚于实际的，所以上述结论也大致适用于宣德年间，即铸造宣德鼎彝器所用倭铅可初步认为是我国自产的。本世纪初在广东曾发现标有万历十三年字样的锌锭，纯度达到98％，可能就是产于福建的。 2。黄铜冶炼在明代世宗嘉靖年间，我国开始以黄铜铸造钱币。据《明会典》记载："嘉靖中则例'通宝钱'六百万文，合用二火黄铜四万七千二百七十二斤，水锡四千七百二十八斤。。。""万历中则例'金背钱'一万文，合用四火黄铜八十五斤八两六钱一分三厘一毫，水锡五斤一十一两二钱四分八毫八丝。。。火漆钱一万文，合用二火黄铜，斤两同前。。。" 我国自元代以后，已经把用炉甘石"点化"赤铜所得到的铜锌合金称为"黄铜"了。例如元人撰《格物粗谈》说："赤铜入炉甘石炼为黄铜，其色如金。"明弘治十八年（1505 年）刘文泰所撰《本草品汇精要》也说："炉甘石。。今以点炼蟹壳铜而成黄铜者即此也。"可见上文中嘉靖、万历年间铸钱所用"二火黄铜"、"四火黄铜"肯定为铜锌合金。至于是用金属铜、锌合炼而成，还是用红铜与炉甘石合炼而成，还有待进一步研究，但笔者倾向于是后者，因刘文泰在弘治十八年仍说当时所炼黄铜乃是以炉甘石"点炼蟹壳铜"而得。即使到了万历年间，李时珍在其《本草纲目》中还是说："人以炉甘石炼为黄铜"、"炉甘石。。赤铜得之，即化为黄。今之黄铜，皆此物点化也。"只提到某些方士在利用倭铅"勾金"。清初顾祖禹《读史方舆纪要》也说："宁州水角甸山在州东百三十里，地名备录村，产芦（炉）甘石，旧封闭。嘉靖中，开局铸钱，取以入铜，自是复启。"因此可以认为嘉靖至万历中铸钱所用黄铜至少主要仍是由炉甘石直接入赤铜点化而成。那么"二火"、"四火"的含义当指"合炼"、"点化"的次数，所以"四火"当较"二火"黄铜含锌量高。最近有学者对一批明代嘉靖、万历铜钱进行了化学分析，结果表明上述推断是符合实际的。至于"水锡"，可能就是金属锡，但宋应星在其《天工开物》记载，当时（崇祯年间）北京有称倭铅为"水锡"的，那么嘉靖年间铸钱所用"水锡"究竟是什么？就必须从嘉靖铜钱的分析结果来判断了，如果是指金属锌，那么按《明会典》的配方，嘉靖钱是以黄铜与锌合炼而成，当不含锡，但根据对20 枚"嘉靖通宝"的分析结果，这些铜钱中除铜、锌为主要成分外，都含有金属锡，含量一般在4-8％，这表明当时的水锡仍指金属锡，称"倭铅"为"水锡"那是嘉靖以后的事了。而且黄铜既然已经是铜锌合金，再加少量金属锌（如果"水锡"为金属锌）铸钱也似无道理。 据《天工开物》记载："凡铸钱每十斤，红铜居六、七，倭铅居四、三，此等分大略，倭铅每见烈火，必耗四分之一。"据所分析的8 枚"崇祯通宝"看，含铜在60-64％，含锌在33-36％，已几乎不再含锡，这与以上记载完全符合。这表明到了崇祯年间，铸钱所用黄铜才发展到了以红铜与倭铅合炼，金属锌的生产才有了相当大的规模，也就是说黄铜冶炼迈入了新的发展时期。 （四）矾化学1。对各种矾的制取我国古代使用的矾品种繁多，在染色、医药、炼丹、造纸、食品加工、日常生活中都有极为广泛的应用，当然需求量也就相当可观。但在自然界中可以直接使用的天然矾是很少的，仅胆矾、绿矾、黄矾偶有发现，绝大部分需通过对有关矾矿石进行焙烧、煎炼和加工提纯才能取得。而且我国先人也曾用无机合成的方法制造过某些矾，这些生产经验和创造发明为我国古代矾化学的成就添增了光彩。赵匡华先生对此做过深入的研究。 白矾的焙制在自然界中并无白矾，只有白矾石，其主要成分是Kal3（SO4）2（OH）6。在成矿过程中，白矾与其他成分，如黄铁矿、粘土片岩等共生，形成不溶性白矾矿石；又因其形状如垒石，所以我国古代又称之为"马齿矾"。经焙烧，便发生如下反应：Kal（SO4）2（OH）6 KAl（SO4）2＋Al2O3＋3H2O得到粗制白矾，再经水溶浸后，奎、铁质沉淀，然后把浓缩的热清液澄出，便逐步析出纯净的明矾。古代医药学家们往往利用白矾石，亲自焙炼。宋应星在《天工开物》中的有关阐述可算最为翔实明确的了，原文如下："凡白矾，掘土取垒块石，层垒煤炭饼锻炼，如烧石灰样。火候已足，冷定入水。煎水急沸时，盘中有溅溢如物飞出，俗名蝴蝶矾者，则矾成矣。煎浓之后，入水缸内澄，其上隆结曰吊矾，洁白异常；其沉下者曰缸矾。轻虚如棉絮者曰柳絮矾。烧汁至尽白如雪者谓之巴石。方药家煅过用者曰枯矾云。" 绿矾与黄矾的制取至迟在战国时期，我国就已经开始用焙烧涅石法制造绿矾。其做法大致与烧石灰相似，先以土坯砌墙成窑，在其中把涅石与煤炭垒叠起来，点燃焙烧，在空气供应不很充分的情况下，窑中便发生如下反应：FeS2＋2O2 FeSO4＋S↑这种工艺一直是我国古代制绿矾的传统方法，但在早期的古籍中尚未见有明确记载。惟在《天工开物》中才有清晰的说明："取煤炭外矿石子（俗名铜炭），每五百斤入炉，炉内用煤炭饼（自来风，不用鼓鞲者）千余斤，周围包裹此石。炉外砌筑土墙圈围，炉颠空一圆孔，如茶碗口大，透炎直上，孔旁以矾滓厚罨。。。然后从底发火，此火度经十日方熄。其孔眼时有金色光直上（取硫）。煅经十日后，冷定取出。。。其中精粹如矿灰形者，取入缸中，浸三个时，漉入釜中煎炼。每水十石，煎至一石，火候方足。煎干之后，上结者皆佳好皂矾，。。此皂矾染家必需用。。。原石五百斤，成皂矾二百斤，其大端也。" 这段文字和所附的"烧皂矾图"把该工艺描述得非常清楚了。文中所谓"煤炭外矿石子"当指含煤黄铁矿石，色黑而带有金黄色调的金属光泽，因而又俗名"铜炭"。采用这种工艺在制得绿矾的同时，从窑顶导管中便会冷凝流出硫黄来，这正是我国早期取得硫黄的一种方法，所以硫黄约在东汉时就有了"矾石液"的别名。陶弘景所辑《名医别录》中就说："石硫黄。。生东海牧羊山谷中及太山、河西山，矾石液也。"宋应星对此解释道："凡硫黄乃烧石承液而结就。。。遂有矾石液之说。" 至于黄矾，则无论是天然产的，还是人工制造的，都是由绿矾经空气氧化而成。在用焙烧法制绿矾的窑炉土壁上经久便会凝结出黄矾；煮胆水炼铜的铁釜周围土地上，溅洒的绿矾水日久往往也会析出黄矾。《天工开物》中记载："其黄矾所出又奇甚，乃即炼皂矾炉侧土墙春夏经受火石精气，至霜降立冬之交，冷静之时，其墙上自然爆出此种。如淮北砖墙生焰硝样，刮取下来，名曰黄矾。染家用之。" 2。矾的作用我们已知，从矿物和金属制得各种无机化学制品，如果没有诸如硫酸、硝酸、盐酸等这些无机酸，那么就会遇到很大的困难。但是我国古代几乎没有用过这类强酸，在医药和炼丹术化学中却出色地制造出了一系列无机化合物，有些则是自然界不存在的；矾类的利用以及矾与硝、盐的结合使用，起了突出的、关键性的作用。因为在火法试验中，矾类将分解出硫酸；矾、硝一起加热，便将产生硝酸；矾与盐或硇砂（NH4Ci）一起加热，就会产生盐酸。因此，有了它们的参与，很多反应就可顺利进行了。所以矾类及这些混合物堪称之为"固体强酸"。 铅丹煎炼明代，制铅丹的工艺就从"硝黄法"过渡到"硝矾法"了，质量进一步提高。在这种工艺中实际上是在矾类参与下利用了硝酸来溶解黑铅，再进一步把硝酸铅分解，氧化成铅丹，反应既快又充分，而且产物经淘洗后十分纯净，成为后世最受推崇的标准法。《本草纲目》对此方法有所论及："今人以作铅粉不尽者，用硝石、矾石炒成丹。若转丹为铅，只用连须葱白汁拌丹慢煎，煅成金汁倾出，即还铅矣。货者多以盐、硝、砂石杂之。凡用，以水漂去消、盐、飞去砂石，澄干，微火炒紫色。地上去火毒。" 这段文字既介绍如何炼铅丹，又指出以丹还铅的技艺，看来也是出自炼丹家的创造。这种方法文是借助了矾的功力，已具有了近代无机合成化学的雏型。这在当时是处于国际先进地位的。因为在《本草纲目》问世近三百年后，1875 年英国蒲洛山著述的《无机与有机化学》中，介绍的炼铅丹法还与中国东汉时期狐刚子炼制"九转铅丹"时采用的方法基本相同。 金银的分离矾类不仅在古代无机合成化学中发挥了它的威力，而且在解决金银分离这一古代难题中，也曾经发挥了特别的作用。 中国古代金银分离术中最值得重视的是矾-硝与矾-硝-盐混合剂的应用，也就是接近于借助硝酸和王水来溶解白银了。 明初曹昭所撰《格古要论》记载了这种方法。他把焰硝、绿矾及盐的混合物称为"金榨药"。原文如下："用焰硝、绿矾、盐留窑器，入干净水调和，火上煎，色变即止。然后刷金器物上，烘干，留火内略烧焦色，急入净水刷洗，如不黄再上。然俱在外也。"明末方以智在其《物理小识》卷七中记述了"矾硝法"，实质上即"硝酸法"，俗称"罩金法"，也称"炸金法"，现亦转录如下："［罩金法］：炭烧黄金，再以盐水调黄土涂烧之，从而涤之。及用焰硝、绿矾等分，水调付（敷）金，置火上炙，色改为止。急入净水洗刷而焙干之，不黄再上。然能加外色而已。俗谓之'炸金'"。 但应指出，硝酸虽可强有效地溶解白银，然而在加热下它很快蒸发、分解，因此以上两法仅可溶解黄金表面的白银。故曹、方二氏说：金之黄色"俱在外也"，只能"加外色而已"。 （五）楮皮纸1。制造历史像麻纸一样，楮皮纸也有悠久的历史。制造楮皮纸的原料是楮树的韧皮纤维，楮树皮含有非常适于造纸的木本韧皮纤维。 由于楮纸历史悠久，又适由高级书画用，特别受到文人们的重视。有时"楮"这个字竟成为"纸"的代称。如张翥（1237-1368 年）在为当代的吴兴书画家赵孟頫（1254-1322 年）的《木石图》题诗时就写道："吴兴笔法妙天下，人藏片楮无遗者"。"片楮"就是"片纸"。明代人徐渭（1521-1593 年）在《画鹤赋》中说："楮墨如工，反寿终身之玩。"这里的楮墨就是纸墨，意思是说如果纸墨制造精细，作成书画后可供一生欣赏。还有的文人以楮为题材，把它人物化，写成滑稽体传记。 2。技术改进明代，是中国手工纸的集大成阶段，楮纸的制造尤为突出，几乎南北各地都有生产，适用于各种用途，产量、质量和加工技术都达到空前的高水平。这一时期还出现了关于楮纸制造的详细文献记载。明人王宗沐（1523-1591年）在1556 年主编的《江西省大志·楮书篇》，即是迄今世界上详论楮纸制造的较早一部著作。 《江西省大志》主要记载洪武年间江西省广信府（今上饶地区）玉山县设官局造皮纸的技术。这种楮纸供宫廷御用，因而制得十分考究，据潘吉星先生研究，其所经历的工艺流程如下：将楮料水浸数日→用脚踏之，捆成小把→将楮料用清水蒸煮，削去内骨，将楮皮扯成丝→用刀或斧将楮皮丝切短，打成小捆→以石灰浆浸之，存放月余→将浸有石灰浆的楮皮放锅内蒸煮→将料从锅内取出，放布袋内以河水自然漂洗数日→以脚踏去石灰水→楮皮摊在地上或山坡上日晒雨淋，至色白为止→用踏碓或杵臼捣细→在楮料上加滚开的草木灰水沭泡，阴干半月→河水洗料→再次放入锅内蒸煮→水漂→以日光暴晒→用手将次料及杂质剔去→用刀细砍，至揉碎成末→放内袋内洗之→入槽加水搅拌→向槽中加纸药水→打槽捞纸→压去水份→火墙干燥→从墙上揭下纸张→整理切边、打包。这个方法中包括四次蒸煮，其中二次清水蒸煮、二次碱性溶液蒸煮，经这样处理后得到的纸，洁白如玉，纤维匀细，表面光滑，但费去许多时间和劳力，统治者用纸从来是不计较工本的。 除《江西省大志》外，明人彭泽主编的《徽州府志》（1502）和宋应星的《天工开物》也有关于楮纸技术记载，但较为简略，手续也较少。 五、天文学（一）行星运动控制力1。基本思想中国在千百年的天文学发展史上曾经产生过有关行星运动的物理机制的思想。中国天文学发展到明末清初，就有一些天文学家在研究行星运动时提出了朴素的天体引力的思想。他们所使用的概念是"气"和磁石吸力。 据薄树人先生研究，明朝末年，有一位研究传统天文学的天文学家叫邢云路，他在1608 年出版了一部书，叫《古今律历考》。在这部书中他提出了一连串的问题：月亮和行星都在天空中不断运动着，可是为什么月亮轨道对黄道的交角却没什么变化呢？为什么行星的运动周期又那么准确不变呢？邢云路对这一类问题的回答是，这都是太阳的缘故。 "太阳为万象之宗，居君父之位，掌发敛之权；星月借其光，辰宿宣其气。故诸数一禀于太阳，而星月之往来，皆太阳一气之牵系也。" 邢云路的这一段话虽然有错误，但是有两点却很值得注意。首先，他认为行星和月亮一样，也是因反射太阳光而发光的。第二，更重要的是他提出，行星之所以能往来运动，都是因为受到了一种力量的牵引控制，这种力量乃是太阳发出的一股气。邢云路在这里发展了宣夜说的思想，明确指出了支配行星运动的气的来源是太阳。 2。思想渊源邢云路之作出这个结论，是根源于中国的传统历法计算。中国古代的历法实际上是一部天文年历，其中除了年月日的安排外，还包括太阳运动、月亮运动、日食和月食预报、五星运动等极为丰富的内容。邢云路从这些项目的计算中发现，其中无不与太阳有关。各种与月亮及五星运动有关的天象，它们的推算过程中都必须考虑太阳，即所谓"诸数一禀于太阳"。从这个事实出发，邢云路作出了进一步的推理："太阳为万象之宗"。邢云路几乎把太阳比作了宇宙的中心。可惜，他没有讨论太阳和地球的关系。不管怎样，他把行星运动的控制力量归之于太阳，这无疑是一个很大的进步。这个"太阳一气之牵系"的思想，可以说就是太阳引力的概念。所不足的是他的太阳系概念还不清楚，把月亮放在了和行星同等的地位上，而实质上月亮乃是地球的一颗卫星，它主要在地球引力的支配下，绕地球旋转，只是被地球带动着、随地球一起绕太阳旋转而已。 3。意义邢云路的思想已经接近了近代天文学的大门，而他的思想正是从传统天文学的基础上发展出来的。这就证明，中国的传统天文学尽管与欧洲古典天文学不同，尽管有它自己内部的缺陷，但决不是阻碍它本身向近代天文学发展的根本原因。这个发展过程终于以引进欧洲近代天文学而完成，其中的根本原因在于中国和欧洲的社会历史条件。 （二）星图1。隆福寺藻井天文图1977 年夏末，在拆除北京隆福寺残存建筑过程中，发现位于该寺正觉殿藻井顶部的明制天文图。 隆福寺位于北京东四人民市场后院，建成于明景泰四年（1453 年）。 隆福寺天文图画在正觉殿藻井天花板上。板厚4 厘米，板为边长75.5厘米的正八角形。板上裱糊着一层粗布为底衬，表面则施用油漆，基色深蓝。星象和有关联线以及宫次文字等，均采用沥粉、油漆、涂金、贴金等工艺手段。其中沥粉技术相当高超，使通过沥粉所表现的星象和文字不仅准备工整，也非常完美传神。 图中以北天极为中心，用沥粉圈出半径不等的六个同心圆圈。 第一个圆圈（由内向外为序）即图上最小圆圈的半径为15.8 厘米，表示范围内星象绕天极旋转时，在观测者所在纬度总不没入地平，亦即盖天图中的内规。 第二个圆圈为天球赤道，半径47.5 厘米。 第三个圆圈为盖天图的外规，表示再往外的星象在观测地点看不见，它圈定了观测纬度星象可见的范围，半径为80.5 厘米。 第四个圆圈半径为82.9 厘米。在三、四两个圆圈之间，标有二十八宿文字。 第五个圆圈半径为86.3 厘米。在四、五两个圆圈之间，标记宫次分野。 宫次分野跨度大体上均分，仅个别有所出入，不完全相等。 第六个圆圈是天文图的外轮廓线，半径为87 厘米，距木板边线4 厘米。 天文图描绘观测者所在纬度能够看到的全天星象。画面除前面提及的几个坐标圈外，还有连接内外规，通过二十八宿距星的28 条赤经线，但没有标出黄道。 透过长年香火熏燎的污黑涂层，还可以看出个别小楷细书的星名。画在天文图圆心的星，是属于北极座的天枢星（又名纽星）。据伊世同先生研究，天枢星和天球北极星最接近的年代约为公元850 年。虽然在此前后几百年内都可近似地把天枢星当做北极星，但显然与明初所见之北极星不符。图中一些星座的形象和位置也都表明，天文图所依据的原始资料非当年实测数据，很可能是一份历代承传的古星图。 隆福寺藻井天文图画面现存星数1420 颗，星数、星官部位都与《步天歌》吻合得相当好，应属于《步天歌》系统。它所依据的原件当然也不能超越"隋、唐之交"这一年代上限。 经过几个方面的初步分析，该图所依原件很可能是唐开元（或稍后）年间的作品。隆福寺藻井天文图做为一幅更古老的星象抄本看待，有一很关键的背景因素不容忽略：即北京隆福寺是明代皇家两大香火院之一，完全有条件以大内秘宝为母本，经临摹而敬献于佛前。即或原件也是摹本，其抄转承传次数也应较外面流传的要少，该是一幅认真和可靠的作品。北京隆福寺藻井天文图在类似古星图中，图幅相当大（仅次于杭州吴越古墓石刻星图），星数很多（比苏州石刻天文图略少），星象联线遗留着某些古风（如八谷、造父等星座的象形联法）等等。 2。常熟石刻天文图常熟县文管会现存放一块明石刻天文图碑。碑石因年久风化，部分表面有损，但是，线条星点、十二辰次和分野以及部分星名还较清晰。 据王德昌等先生研究：《常熟石刻天文图》成于明朝正德元年（1506 年），原存于常熟邑学礼门东西两边。由杨子器所刻，计宗道于弘治十五年任常熟县令，正德元年重刻此图，该天文图碑高2 米有余，宽1 米左右，厚24 厘米。此碑在外形大小以及上半部以北极为中心的星图和下半部的说明文字（即图跋）等方面，与《苏州石刻天文图》都很相似。上半部星图周围还有云霓四布，以资点缀。 整个星图以北极为中心投影有三个大小不同的同心圆，另外有一个与中圆斜交的圆。 小圆直径18.4 厘米，由于中圆赤道离极90°（古时为91°。3），不难算出小圆就是北纬36°。8 的地方所见环极附近常年不隐的星区范围。 和小圆同心代表赤道的中圆直径是45 厘米，与它斜交的中圆直径为44.5-45.0 厘米，代表黄道。 大圆的直径为70.8 厘米，是可见范围的界限，在此大圆之外的星是常隐不见的。 三个同心圆的中心为赤极。今以勾陈一为极星。隋唐以北极第五星为极星，《宋史·天文志》、《明史·天文志》及苏州石刻天文图等均如此。常熟图上之赤极在纽星与勾陈一之间，偏近前者。 黄道之极点为黄极。在常熟图上的，近靠五尚书，与实际黄极略有角距。从星图平面上测量黄赤交角得近似值为23°-25°，与实际黄赤交角基本上一致。 两个中圆相交的，为春分点和秋分点。介乎此两个点之间，在黄道上最北的一点为夏至点，最南的为冬至点。图上只标上秋分点和夏至点。 依照岁差推算出1975、1506、1190 和600 年的春分点和秋分点的实际位置，标在图上，分别与苏州天文图、常熟天文图作比较，可知常熟图的春分点基本上照刻《苏州石刻天文图》上的位置，与隋唐时代的春分点位置相仿；苏州图上以纽星为赤极，也取自隋唐。比较苏州图和常熟图，可以发现，秋分点位置偏差很大。这是由于在平面上两个半径相等圆的二交点相距不可能是180°，因此，两个图上秋分点不准确是毫不奇怪的。这完全是由于投影方法所引起的，并非人为偏差。 在苏州图和常熟图上都有从小圆出发并由赤极向四方散射出的二十八条经线。它们应该通过二十八宿的距星。 常熟图和苏州图及《新仪象法要星图》都一样，二十八宿赤道宿度，完全抄用了宋元丰年间所测的结果。 《常熟石刻天文图》标有284 座、1466 星，其中紫微垣37 座163 星；太微垣20 座78 星；天市垣19 座87 星。东方七宿46 座186 星；北方七宿65 座408 星。西方七宿54 座298 星；南方七宿43 座246 星。（胃宿大陵多一星，鬼宿天记旁多一座一星，共多一座二星） 常熟天文图和苏州天文图都在星图的大圆外沿刻上十二辰、次和分野，两者内容完全一样。形式上稍有区别。 常熟天文图共订正苏州天文图二十个星名，填补苏州天文图有星无名者共二十二处，有名无星者四处。常熟天文图订正《苏州石刻天文图》星数，其中苏州天文图二十八处星官少星45 颗，十一处星官多星11 颗，星官无故增加4 座14 星，星官无故减少5 座6 星。常熟天文图共284 座1466 星，故苏州天文图应为280 座1433 星。 苏州天文图中星名重复者有毕宿之"听"和"附耳"。星名和星点远离者有天市垣之"列肆"和室宿之"垒壁阵"，在常熟天文图中都作了纠正。苏州天文图中，某些不同星官间有线相连，这不合从古以来星图的习惯，常熟天文图作了大部分改正。 常熟天文图是仿照苏州天文图而刻制，并订正了苏州天文图的星位缺乱部分，但未改正岁差，星官名称基本依照《宋史·天文志》，另考甘石巫氏星经、星官连线等多数根据《新仪象法要星图》。 对常熟天文图的初步考察来看，虽然某些星官的位置准确度较低于苏州天文图，但此图仍不失为是《敦煌星图》、《新仪象法要星图》和《苏州石刻天文图》之后的一幅重要星图。无疑，它在我国古天文历史上也占有不可忽视的地位。 3。涵江天后宫星图解放初期，福建省莆田县文化馆从本县涵江镇天后宫收集到明代星图一幅。据该馆报道：这幅明代星图为大型卷轴式画幅，残长150、宽90 厘米。中央绘星图，上下为文字说明。 星图以北极为中心，用墨线画三个同心圆，用红、黄线分别画两个相交的不同心圆。三个同心圆之中，内圆直径仅3 厘米，周圈书写四卦、八干、十二支组成的二十四方位。中圆即内规，直径17 厘米，表示星象绕天球北极旋转时不没入地平的范围，在圆周线旁注明"常现不隐图"。外圆即外规，直径62 厘米，表示在观测点可见的空中最大限度，故在星图最下端南极老人星旁又注明"常隐不现界"。两个相交的不同心圆直径均为35.7 厘米，交角为24 度，圆心距北极同为3.8 厘米，给人印象似乎是表示黄道和赤道。但是我国现存星图上所画的赤道多以北极为圆心，以内外规为等距离。像此图这样画赤道，还是第一次见到。 星图上还画二十八根经线，从拱极圈向四周辐射，间隔的宽度不等，分别等于二十八宿的距度。最宽的是井宿，有"三十度三十分余"，最窄的是觜宿，只有"半度二十五分余"。这种画法同苏州石刻天文图大体相同，但计度与苏州图不大一样，而与罗盘上的二十八宿计度基本一致。穿过参宿的一根经线特别突出地画了红色，上面还画着一百八十八短划，表示纬线。在上述三个同心圆的外圆周围2.5 厘米内，画有两圈长方形小格的刻度，内圈以墨线画三百七十七格，外圈以红线画三百九十一格。这既不同于我国传统的周天刻度365 又1／4 度，也不同于西洋的360 度。 星图上的星官，是仿照我国传统的三垣、二十八宿为主的画法。经初步核对统计，全图共画有二百八十八个星官，约一千四百颗星（模糊难辨的不计在内）。其中北斗七星和二十八宿主座特别用红色突出，其余的星都画成黑圈白点。各星大小不同，表示星辰的视亮度。在星图最外围宽12 厘米的周框内，以工笔重彩精绘九曜二十八宿神像，衬以云纹。 文字说明部分共分三大组。第一组在星图的上方，第二、三组在星图的下方。第一组文字因残缺严重，无法校读。第二、三组文字说明，分别用楷书和仿宋体书写，除右边头几行残缺外，其余尚完整。第二组文字说明除中间一段列"四方、二十八宿"名称外，其余各段尚未查出其所本。从内容看大体分为三部分：第一部分是"太阳行度过宫"的歌诀；第二部分主要是"太阳躔度过度"的歌诀；第三部分则是说"中天紫微垣"各星官所处的方位。第三组文字说明是针对二十八宿的。每段第一句叙述该宿的躔度，然后放空一格，接下基本照录《步天歌》原文。 根据这幅星图上王良--阁道之旁画出的一颗客星，表明绘制星图的年代上限当在万历年间。至于此图的年代下限，由于图中第二、三组文字说明中，对孔丘的"丘"字和清康熙帝玄烨的"玄"字都不避讳，故大致可定为明末清初。从此图的绘画风格、颜色、纸张等进行鉴定，也可以认为是明末清初的作品。 这幅星图基本上继承了我国传统星图的画法。它和苏州石刻星图相比，有许多相同之处，如紫微垣部分、北斗形式、黄道、赤道以及某些星官的形状等等。但是由于此图绘制于明末清初，也出现了西方传教士来华后所画星图的某些特点，如画出红标尺，用大小表示星等，用带毛的星来表示"气"等等。 在我国古星图的发展史上，这幅星图补充了自宋至清的星图中的某些缺环，对有些星官的认证很有帮助。如：增星，例如器府、东瓯、天庙等等都已画出，而这些星在清康熙刻本《灵台仪象志》里却都找不到；神宫、傅说、鱼等星的位置关系，与已发现的自宋至清的其他星图画法有所变化；天渊、积府等星官的星数和联线保存了古星图的画法，而与清代星图里的画法迥然不同。所以，这幅星图是认证古代星官变迁的宝贵资料。 值得特别指出的是，这幅星图的中央即内圆，贴上了罗盘；图上关于二十八根经线及其距度的文字说明，也都和罗盘的外圈相一致。这无疑是象征航海时所使用的罗盘。图上内圆相当于罗盘的内圈，外圆相当于罗盘的外圈。这种画法在我国古代星图中还是首次见到。显然，这幅星图与航海有密切的关系。但它又不是实际应用于导航的，只作供奉用的。 （三）周述学与计时器1。水晶漏周述学对计时器进行过大量研究，尤其是对沙漏的研究更为突出。其研究成果，在他的《神道大编历宗通议》一书中有详细记载。 周述学在《神道大编历宗通议》（以下简称《通议》）中记述了不少前人的计时器，有些内容是其它史籍上所未见的，白尚恕等先生认为：这对进一步研究我国古代计时器是有相当价值的。 关于"水晶漏"有一条人们熟知的记载："明太祖平元，司天监进水晶刻漏。中设二木偶要，能按时自击钲鼓。太祖以其无益而碎之。"在《通议》卷十七中不仅有进一步的记载，而且还有一幅非常珍贵的仪器图。现将文字记载抄录于下："右水晶漏，元制，甚巧，我太祖毁之，失传已久矣。其浑仪周围二尺五寸强，中列十二龃龉，长八寸，以按十二时，龃龉在轮上转。触直使之手，则系鼓以报时。旁列百龃龉以按一日刻，触直符之手，则系钲以报刻。丁甲庙中有十二神骑十二属相，下共一轴，龃龉触其轴，一时一神立水上矣。" "水适自混沌天池下吕梁，流中江以激浑仪之轮，至分水亩折入南北海，会于尾轮，注星宿海。黄河逆流，泻入混沌天池，而循环不穷矣。" 根据上面的的图形和文字说明，使我们能够大体上知道"水晶漏"的形制和结构。《通议》中关于水晶漏的图形的文字记载，为研究我国计时器史提供了珍贵资料。 2。沙漏明初詹希元设计制造的"五轮沙漏"在《明史》和《皇朝文衡》中有较详细的记载，在《通议》中也有所记载，其中最主要的是詹希元使用五轮沙漏的说明。《通议》说："沙倾斗运用以合天，若一轮拟之，则其势迫而动速，虽微窍约沙以缓之，与天道恒过千有余转，故不得不重其轮，以迟其进，至五加而后吻合。詹君体验可为悉矣。"又说："沙漏之制：国初新安詹君希元始创之，盖为冰渐窍窒，漏莫能行，及以沙代，沙行太疾，未协天运，于斗轮之外复加四轮，轮有齿皆三十六，犬牙相入，递转益迟，思诚巧矣。"把这两段文字联系起来看，问题就清楚了。詹希元根据水晶漏使用时间长了发生"窍窒"的弊病而改为以流沙为动力，借以消除"窍窒"现象。开始他只用一个斗轮，结果轮子转得太快，于是不得不把漏沙孔弄小一些，但仍然有些快，在一天中指针比实际多转一千多转。于是詹希元又用增加传动齿轮的办法解决指针转速的问题。他进行了一系列实验，一直增加到五轮才获得成功。 詹希元为了使沙漏的运转符合实际，缩小了漏沙孔和增加了变速轮。可是时间长了又产生新问题，即北方多风，沙子易带尘土，因此"沙不经水汰，取而用之，阻塞十常八九"。针对这种情况，周述学认为："今欲沙之常流，则莫先扩窍，欲扩其窍，非增轮不可也。"他用大量时间研究"扩窍"和"增轮"问题，反复进行实验，前后设计了五套齿轮系统。 周述学试制了许多沙漏，目的是为了使其运转与实际相符合，采取的办法是首先扩大流沙孔，解决阻塞的问题。这样一来，运转速度就又比实际快，因而又设法减慢齿轮的运转速度，他在这个问题上的着眼点是加大全轮系的速比，通过增加大轮的齿数或齿轮的个数来达到这个目的。正因为如此，周述学设计的沙漏的速比都大于詹希元的五轮沙漏的速比，于是他最后选择了第五种方法。《明史·天文志》上说，周述学"微裕其窍，运行始与晷协"，这是改进的结果。 在《通议》中还记有"用沙漏凡例"九条，都是讲使用沙漏的注意事项。周述学对沙漏的研究达到了很高的水平，除了铜人指时外，还有丸子报时装置，两者同装在一个更点楼中，这是詹希元五轮沙漏所没有的。以理推之，更点楼应在时刻盘之下，而丸子应放在时刻盘的边缘上，下面有直立口朝上（下面有底）的更筒。 3。"浑仪更漏" 在《通议》中还记有一种"浑仪更漏"。其中不仅有文字说明，而且还附有图形，从其构造来看，与历史上同类计时器有所不同，仪器上的某些装置在其他计时器上很少见。其结构和原理如下：浑仪更漏呈方柜形状，底座为正方形，每喧长一尺二寸，高三尺四寸有奇，分上下两部分：上部九寸有余，称为"地仪"；下部二尺有半，称为"水海"（或"水柜"）。地仪的上面中开大圆，直径略大于九寸，中间安装一直径为九寸的"浑球"。此浑球是一个小形天球仪，球面上有星座、黄、赤二道、上下规、二十八宿分界线，极轴与地仪上面成三十六度倾角（全圆周分为三百六十五又四分之一度），且上下各半。"南极"点处有个窍、"北极"点处有个凸起的"极管"（圆管状），长一寸、径二分。由两根"擎天柱"连接南北极的窍和极管支架着浑球。地仪的上面除有半个浑球露出外，还有辰刻半环、量天尺、时盘、阴阳旗、水则签、指南针等等。这些装置"皆有所司"。量天尺就是古代的圭表，把它安装在计时器上是不多见的。时盘相当于现代的表盘，用以指示时刻，除沙漏上有这种装置外，我国其他计时器上在周述学的时代也没有。水则签是测试水位高低的装置，其下端有浮舟在水海的水面上，随水面的高低上下浮动，通过水则签上的刻度即知水位高低。 水海就是个水箱，里面装入适当数量的水，水面上有个大浮子，用线索与地轴相连，并将线索绕在轴上，使大浮子上的线索正好拉直。柜下侧有孔，水由此滴此，水位慢慢下降，浮子也便随之下降，同时线索带动地轴旋转，从而浑球就慢慢地转动。 在浑仪更漏旁有一特别的报时系统，叫做"更厨"，由高二尺八寸的四柱子构成正方形的框，长、宽为一尺一寸五分，按高度分为四层，下层高六寸，二层高五寸，三层高一尺四寸，四层高三寸，上边顶盖，可以开合。正面（向南）二、三层有两扇小门。报时机构就在这小厨里。第二层置更筹，其中安装有溜槽、更筒、坠子、金钱、铅子、锣鼓等等，用以报时。报时方法有两种：一是用铅子鸣锣鼓；一是通过坠子推动金钱的小圈，小圈则推动金钱，"以行发筒鸣更"，可能是打击更筒发声，报告时间。 周述学把浑仪更漏与沙漏放在一起叙述，可能是为了配合沙漏，以互相核校。关于这个问题还需进一步探讨。但是，可以肯定地说浑仪更漏是我国计时器发展史上的重要成就之一，它的构造向近代机械钟又跨进了一步。（四）航海天文--过洋牵星术1。过洋牵星图明初，郑和下西洋所用的《郑和航海图》，是我国现存最古的海图，其中有许多牵星资料。 《郑和航海图》见于明代茅元仪编辑的《武备志》一书卷二百四十。原图共24 页，其中序1 页，海图20 页，过洋牵星图2 页（4 幅），空白1 页，原名为"自宝船厂开船从龙关出水直达外国诸番图"。 《郑和航海图》绘有山形岸势、浅沙、礁岩；标明各国方位，停泊地点；画出航线，注明针路（航向）、更数（距离）等。海图中标牵星数据，附过洋牵星图，以测天定位，指导航行，是现代海图所没有的，这是《郑和航海图》的最大特点，显示了我国古代劳动人民的高度智慧和创造精神。《郑和航海图》中的牵星记载丰富、具体、准确。《郑和航海图》的20 页海图中，有3 页半载有牵星数据，加上2 页（4 幅）过洋牵星图，有牵星记载的共达5页半，占《郑和航海图》的四分之一。 据刘南威等先生研究：《郑和航海图》中有牵星记载的近70 处。其中直接标在航线上的有16 处；标在沿岸和岛屿上的有34 处；标在过洋牵星图上的近30 处（不包括图说明与图注文中重复的记载）。 航线上的牵星记载，有些只标牵星数据，如："在三指觜头山势去到六指二角直达那里寅上，又在六指二角内山"，"觜头也有十指，在十指山势去到十二指具实记落"；有些除标牵星数据外，还注针路和更数，表示要观星定位与罗经导航配合使用，如："在华盖星五指内去到北辰星四指，坐斗上山势，坐癸丑针，六十五更，船收葛儿得风"，"九指二角用丹辛针一百六十六更船收都里马新富"。航线上牵星使用的星辰有北辰、华盖、小斗和布司。 沿岸和岛屿上的牵星记载，比较完整，有地点、星名和指角数，是研究牵星术的重要资料。沿岸和岛屿上牵星使用的星辰仅北辰星和华盖星。 过洋牵星图中的牵星记载，其牵星数据直接注在星座图形的近旁，使人一目了然，牵星使用的星辰最多，除北辰和华盖外，还有灯笼骨，织女星，西北布司星，西南布司星，南门双星，北斗头双星，西南水平星，七星等。2。牵星术早期的航海天文，只是利用日月星辰来辨别航行方向。《郑和航海图》的牵星记载，标志着我国元、明时代的航海天文已进入"观日月升坠，以辨东西；星斗高低，度量远近"的过洋牵星阶段。即进入以海上天文定位为特点的牵星术阶段。 牵星术就是观测星辰（主要是北极星）的海平高度（仰角），来测定海上船舶在南北方向上相对位置的一种方法。 《郑和航海图》的牵星记载，是研究牵星术的重要史料。在这些牵星记载中，主要包括了三个要素，即地名、星辰名称和星辰高度（"指"数）。其中对于星辰名称和"指"的含义考证还未深入，只有弄清星辰名称和"指"的含义，才能了解牵星术的全貌。 《郑和航海图》中记载的星辰有北辰、灯笼骨星、华盖、织女、南门双星、七星、北斗头双星、北辰星第一小星、西北布司星、西南布司星和小北斗等十二星辰。其中最主要的是观测北辰和灯笼骨星。在观测北辰不便时，也常用华盖星。 为了证认当时所用的星名，先要确定观测时间和确定北辰星和灯笼骨星。 确定了观测时间和北辰、灯笼骨星以后，利用后面定出的"指"所相当的角度，可以证认的其它星名为：华盖是小熊β和γ，南门双星是半人马α和β，七星为昴星团，西北布司星为双子α和β，织女星为天琴α。这些星辰都是易于辨认的，但地平高度变化很大，中天时刻不易确定，所以这些星只是为防止主要牵星用的星辰被云遮盖和认星确切而选作备用和参考的。《郑和航海图》中的牵星"指"数，颇为准确，当是通过仪器观测获得的。观测所用仪器，可从关于"牵星板"的记载作出推断。明李诩（1505-1592 年）撰《戒庵老人漫笔》一书中，"苏州马怀德牵星板一副，十二片，乌木为之，自小渐大，大者长七寸余，标为一指、二指以至十二指，俱有细刻，若分寸然。又有象牙一块，长二寸，四角皆缺，上有半指、半角、一角、三角等字，颠倒相向，盖周髀算尺也。"可见，牵星板是用乌木做成小方形板，共十二板，最大的一块每边长约24 厘米（合明尺七寸七分强），为十二指；最小的一块，每边长约2 厘米，为一指。 使用牵星板之方法，是观测者手臂伸向前方，手持牵星板，使板面与海面垂直，板下端引一定长之绳以固定板与观测者眼睛之间的距离，观测时，使板下边缘与海天交线相合，上边缘与所测天体相接，便得天体离海平面高度，单位是"指"，"指"以下单位是"角"，一指等于四角。"角"可从牵星板刻度读出，或用小 象牙块量得。 四幅过洋牵星图除第一幅缺图名外，其余均有名称，图名之后有说明。 过洋牵星图在结构上是一水平长方框，分为东西南北四边，上北下南，左西右东。框内绘帆船航海上，框外绘牵星使用的星座图形和方位，星座旁有注文，标出星辰的名称和指数，有些还标出地名，牵星使用的那一颗或两颗星，还用直线连及框边，以便于使用。图说明和图注文大同小异，可互相补充。 通过对《过洋牵星图》的分析，可以看出我国的牵星术，其牵星使用星辰之众多，观测指角数据之准确，几个星辰并用之方法和过洋牵星仪器之应用都超过当时世界各国的水平。可以说牵星术是我国古代航海天文最重要的成就。 六、地学（一）王士性与地理学1。生平王士性（1546-1598 年），字恒叔，号太初，又号元白道人，浙江临海人。万历五年（1577 年）进士，由确山知县征授礼科给事中，迁吏科给事中，出为四川参议，历太仆少卿，官终鸿胪卿。任官地区有北京、南京、河南、四川、广西、贵州、云南、山东等地。万历二十六年逝世。他幼而好学，诗文名天下。著有《五岳游草》12 卷，《广游记》2 卷，《广志绎》6 卷。2。成就据杨文衡先生研究：王士性在地理学上的成就主要有以下四项：①自然区划王士性在《五岳游草》卷11"杂志"中，把当时中国东南部划分为14个自然区，并概述每个自然区的基本特点。这14 个自然区分别为晋中、关中、蜀中、楚、江右、两广、闽、滇、贵竹、中原、山东、两浙、南都（南京）、北都（北京）。 王士性的这个自然区划跟《山海经》的"五方"和《禹贡》里的"九州"类似，都是以自然山川地形为依据，但划分得更详细、更合理，范围也更广。显著的差别有两点：第一，《禹贡》不涉及两广、闽、滇、贵竹和两浙，地域不如王氏区划广。第二，王氏区划将《禹贡》的兖、豫、徐三州合并为中原，而把冀州分为北京与晋中，荆州分为楚、江右，这样处理，从地形上看更为合理。这说明王士性的自然区划比《山海经》和《禹贡》有明显的进步，是中国古代卓越的自然区划。 ②山脉体系山脉分布系列的概念，在我国出现很早。成书于战国时期的《禹贡》和《山海经》，都有山脉分布系列的概念。《禹贡》说的是四列山脉，即黄河北岸的赋山至碣石山；黄河南岸的西倾山至陪尾山；汉水流域的。冢山至大别山；长江北岸的岷山至敷浅原（庐山）。这四列山系范围不很大，是山脉分布系列概念的初始阶段。《山海经》把中国山脉分布归纳为南、西、北、东、中五大系列，每个大系列中又有若干分支系列，如中山经有12 个分支系列。《山海经》的地域范围比《禹贡》大，南边已到广东连县以东之地直至南海，东边到浙江舟山群岛，南北都延伸了约纬度四度。 唐代开元年间，僧一行提出山河两戒说，即两大山系说；唐末五代时，杨益在《撼龙经》中提出了四派说；宋代朱熹有中国三大龙说，即三支山系说。 王士性在《五岳游草》卷11 中，在中国古代山系学说的基础上，提出了一个详细的三大龙说。它使中国的山系学说不仅完整化和系统化，有了新的发展。书中写道："昆仑据地之中，四傍山麓，各入大荒外。入中国者，一东南支也。其支又于塞外分三支，左支环鲁庭、阴山、贺兰，入山西起太行数千里，出为医巫闾，度辽海而止，为北龙。中循西番，入趋岷山，沿岷江左右，出江右者，包叙州而止。江左者北去趋关中、脉系大散关，左渭右汉，中出为终南，太华，下秦山，起崧高，右转荆山抱淮水，左落平原千里，起太山入海为中龙。右支出吐蕃之西，下丽江，趋云南，绕霑益、贵竹、关岭而东去沅陵，分其一由武冈出湘江，西至武陵止。又分其一由桂林海阳山，过九嶷、衡山出湘江，东趋匡庐止。又分其一过庚岭，度草坪去黄山、天目、三吴止。过庚岭者，又分仙霞关至闽止。分衢为大盘山，右下括苍，左去为天台、四明，度海止。总为南龙。"这是中国古代最详细的山脉分布系列。稍后徐霞客虽有少量修正和补充，但大的格架没有动。 应该指出，王士性讲的山脉分布系列，跟现在地理学讲的山脉系列概念不完全相同。王士性划分山系的根据是"以水为断"，"惟问水则知山"。而现在地理学则是以地质构造、地质时代来划分山系，必须是同构造、同时代的才能说是同一山系。不过，古代的山系学说仍有它的积极作用和价值，它把复杂的山脉分布条理化，规律化，便于人们掌握。有些山系跟现在划分的山系几乎一致，更是难能可贵。 ③区域地理思想王士性的区域地理观念很强，善于抓各地的地理特点和区域差异。这方面的论述主要体现在他晚年写的地理笔记《广志绎》中。万历二十五年王士性为此书写了自序，未出版就去世了。后来由杨体元初刻于清顺治元年（1644年），再刻于康熙十五年（1676 年）。这两个本子流传甚少，嘉庆二十二年（1817 年），临海宋世荦据杨刻本参酌传抄本重梓，收入《台州丛书》中。1981 年中华书局出版吕景琳点校本。上海古籍出版社出版有周振鹤新标点，此书名为6 卷，实际上只有5 卷，因为第6 卷"四夷辑"有目无书。5 卷的篇目是：方舆崖略，两都，江北四省，江南诸省，西南诸省。"方舆崖略"论述全国的地理情况。如历代疆域沿革，全国各地的赋税差别，物产差异，国家储备的地区差异，人材的地区差异，江、河水量差异及其原因，全国边关分布及明朝的边备等。其中不少论述很精彩，如："东南饶鱼盐，秔稻之利，中州、楚地饶渔，西南饶金银矿、宝石、文贝、琥珀、朱砂、水银，南饶犀、象、椒、苏，外国诸币帛，北饶牛、羊、马、赢，羢毯，西南川、贵、黔、粤饶梗楠大木。江南饶薪，取火于木；江北饶煤，取火于土。西北山高，陆行而无舟楫；东南泽广，舟行而鲜车马。海南人食鱼是，北人厌其腥；塞北人食乳酪，南人恶其膻。河北人食胡葱、蒜、薤，江南畏其辛辣，而身自不觉。此皆水土积习，不能强同。" 这段话从物产、交通工具、食俗三个方面来比较南北地区差异，并指出产生差异的原因是："水土积习，不能强同。" 又云："江北山川夷旷，声名文物所发泄者不甚偏胜，江南山川盘郁，其融结偏厚处则科第为多。如浙之余姚，慈溪；闽之泉州；楚之黄州；蜀之内江、富顺；粤之全州、马平，每甲于他郡邑。然文人学士又不拘于科第处，尝不择地而生。。。然世庙以来，则江南彬彬乎盛矣。"这里讲的是地区与文化的关系，以长江为分界线，江南、江北在文化方面有差别。江北的文化比较普及，江南则发展很不平衡。然而自明世宗以来，江南有了很大的发展。 又曰："中国两大水，惟江、河横络腹背。河受山、陕、河南、半南直四省之水，江亦受川、湖、江西、半南直四省之水。河塞外，经五千里方入中国，甚远。而江近发源岷山。至入海处，河委于一淮而足，而江尾阔至数十里也。盖江、河所受之水，中以荆山为界。荆山以北，高燥涸，水脉入地数下丈，无所浸润。又大水入河，止汾、渭、洛三流耳，涑、淮、沂、泗皆不甚大，又止夏月则雨溢水涨，故其流迅驶，而他月则入漕，故河尾狭。荆山以南，水泉斥卤，平于地面，时常涌泛不竭。又自塞外入水二，曰大渡河，曰丽江。自太湖千里延袤入者二，曰洞庭，曰彭蠡。自诸泽薮入者不计，曰七泽，曰巢湖，曰淮、扬诸湖之类，其来甚多，而雪消春涨，江首至没滟澦，高二十丈。江南四时有雨，霪潦不休，故其流迂缓而江尾阔，江惟缓而阔。又江南泥土粘，故江不移；河惟迅而狭，又河北沙土疏，故河善决。" 这段论述，除"江源岷山"有误外，其余均符合客观实际。作者从流域面积，支流多少，雨量大小，土壤性质，气候，人文等六个方面论述江、河水量差异的原因，讲得很全面，论点也非常正确，是卓越的区域地理著作。往下各篇分论各个地区的地理，仍然突出各地的地区差别。如："江南泥土，江北沙土，南土湿，北土燥，南稻，北宜黍、粟、麦、菽，天造地设，开辟已然，不可强也。"指出了江南、江北农作物不同的原因在于地理环境不同。 王士性在《广志绎》中还非常生动而准确地描述了贵州的地理特点："贵州多洞壑，水皆穿山而过，则山之空洞可知。。普安碧云洞为一州之壑，州之水无涓滴不趋洞中者，乃洞底有地道，隔山而出，洞中有仙人田，高下可数十畦。。其地步步行山中，又多蛇、雾、雨，十二时天地暗曶，间三五日中一晴霁耳。然方晴倏雨，又不可期。故土人每出必披毡衫，背箬笠，手执竹枝，竹以驱蛇，笠以备雨也。谚云：'天无三日晴，地无三尺平'。" 此外，书中对各地的山水、物产、风俗、名胜古迹、宗教、少数民族、交通、采矿业等均有详略不等的记述。如云南的采矿业，书中的记述非常真实："采矿事惟滇为善。滇中矿硐，自国初开采至今以代赋税之缺，未尝辍也。。。其未成硐者，细民自挖掘之，一日仅足衣食一日之用，于法无禁。其成硐者，某处出矿苗，其硐头领之，陈之官而准焉，则视硐大小，召义夫若干人。义夫者，即采矿之人，惟硐头约束者也。。。每日义夫若干人入硐，至暮尽出硐中矿为堆，画其中为四聚爪分之。一聚为官课，则监官领煎之以解藩司者也；一聚为公费，则一切公私经费，硐头领之以入簿支销者也；一聚为硐头自得之；一聚为义夫平分之。。。采矿若此，以补民间无名之需，荒政之备，未尝不善。" 作者在这里讲了云南采矿业的历史、开采方式、组织形式、工人的微薄收入、社会效益等，是记载云南矿业的较早文献，有较高的历史价值。又是经济地理的重要内容。 ④科学考察王士性极喜旅游，"少怀向子平之志，足迹欲遍五岳"。长大成人后，利用到各地作官的机会，顺道旅游，只有少数是专程旅游，总计有17 个省、市、自治区。他不仅实现了少年时"欲遍五岳"的志向，而且足迹几乎走遍全国。游踪之广，与徐霞客不相上下，成为明朝著名的旅行家。他把旅游各地的见闻，写成《五岳游草》和《广游记》。《广游记》现在很难找到，具体内容不清楚。这里仅据《五岳游草》的内容来评述他的旅游成就。 王士性虽然"少怀向子平之志"，但真正的旅游生活是在他万历五年中进士以后。尤其是万历九年至万历十九年这10 年间，是他旅游的高峰时期。他写的游记，虽然没有徐霞客的数量多，但文笔很好。潘耒称赞他是"下笔言语妙天下。兴寄高远，超然埃■之外。。如峨眉、太和、白岳、点苍、鸡足诸名山，无不穷探极讨，一一著为图记，发为诗歌，刻画意象，能使万里如在目前。盖天下之宦而能游，游而能载之文笔如先生者，古今亦无几人。"（《五岳游草·序》） 王士性的游记多历史典故，地理内容不如徐霞客游记那么突出和丰富。 但有些地理描述也相当精彩。如："蜀郡，其地在在有盐井，民居视水脉感处，掘坎如斗，深四、五百尺，以爪锥凿在土石，起之，用二竹大小相贯，吸水和土以煎。" 所述"犍为有油井，其水见火即燃。"这是记载四川石油井的较早资料。在《五岳游草》中，王士性还描述了在峨嵋山时所见的佛光："中午，一僧奔称佛光现，余亟就之。前山云如平地，一大圆相光起平云之上，如白虹绵跨山足。已而中现作宝镜空湛状，红、黄、紫、绿，五色晕其周。见己身相俨然一水墨影。时驺吏随立者百余人，余视无影也。彼百余人者亦各自见其影，摇首动指，自相呼应，而不见余影。余与元承亦皆两自见也。僧云，此为摄身光，茶顷光灭。已又复现复灭，至十现。此又奇之奇也。僧又出放光石为赠，石色如水晶，生六剩余，从日隙照之，虹光反射。" 这段描述，与南宋地理学家范成大的描述如出一辙，都是作者亲自体验的真实记录，有很高的历史价值。 （二）徐霞客和《徐霞客游记》1。考察的缘由徐霞客（1587-1641 年）是明末鄙视科举、不求名位、毕生献身于祖国山河考察事业的一位杰出的旅行家和地理学家。在他的一生中，几乎有一半时间是在"问奇于名山大川"的旅途生活中度过的。他历尽艰辛，有时还要忍饥耐寒，冒生命危险，就是在这样的困难条件下，每天还要利用休息时间，坚持不懈地记录或整理旅途中的所见所闻。 徐霞客的先辈虽然曾任过官职，但是到徐霞客出生时，已经早离宦籍，并且家道中落。徐霞客19 岁时丧父，家务就由重振家业的母亲承担。他的寡母素以"好蓺植，好纺绩"而闻名遐迩。徐霞客早期的壮游是在他母亲的积极支持下才得以筹划和实现的。她勉励儿子要"志在四方"，而不要成为"藩中雉、辕下驹"。在徐霞客出游时，她总是为他整治行装，甚至"为制远游冠，以壮其行色"。她在逝世前，已近80 高龄时，还要她儿子陪她游览荆溪句曲，用以坚定徐霞客的远游壮志。 徐霞客自幼酷爱舆地书籍，在童年学习时，就常常把山经地志一类的书籍放在经书下面偷偷阅读。不过，他并不满足于书本知识，他说："余髫年蓄五岳志。"在成年以后，虽然他致力于旅行考察事业，但并未放弃博览群书。他的族兄徐仲昭曾说他"性酷好奇书，客中见未见书，即囊无遗钱，亦解衣市之，自背负而归；今充栋盈箱，几比四库"（《徐霞客墓志铭》）。可见，他也是一位书本知识非常渊博的人。不过，他是有选择地读书，并不迷信书本，更反对盲目地抄袭书本。也正是因为他从书本中发现了许多问题，所以更激发了他从事旅行考察的决心。 他对当时流传的舆地书籍很不满意，认为"自记载来，俱囿于中国一方，未测浩衍"；又"云昔人志星官舆地，多以承袭附会"，以致"山川面目，多为图经志籍所蒙"。 为了扩大地理视野，徐霞客抱着"穷九州内外"的宏愿，几乎跑遍了当时的两京13 省。他在浙江时听一位和尚谈云游日本事，很感兴趣，所以在他的旅行计划中，还"欲为昆仑海外之游，穷流沙而后返"。在云南时，他还计划往游缅甸，他从腾越的吴参戎处借到"三宣"、"六慰"地图，"一一抄录之，数日无暇刻"。"六慰"中有好几个宣慰司在今缅甸、老挝境内。这种放眼世界的雄心壮志，怎不令人钦佩！只可惜他先患足疾，后又身染重病，由滇西被护送东返，在抵家后的第二年，就赉志长眠，享年仅54 岁（虚岁55 岁）。 徐霞客留下的《游记》，内容非常丰富，可以称得上是一部地学百科全书。书中也反映出，徐霞客通过欣赏自然，观察自然，到探索自然奥秘，思想认识上不断深化。《游记》中所述地理内容和明代一些舆地书籍比起来，在深度方面大为改观，不仅对前人的讹误作了很多修改，也作了一些补充；更可贵的是，还增加了许多类似今天的自然地理各分支方面的内容。就修改前人错误而言，可以黄山的高度为例，包括清人在内，都承袭旧说，认为天都峰居各峰之首，可是徐霞客根据自己的目测，认为莲花峰"独出诸峰上"，"即天都亦俯首矣"。这和今天的实测结果是一致的。他还提出"何江源短而河源长"的怀疑，否定了被视为金科玉律的"岷山导江"说，公然指出《尚书》内容的谬误，这种"以真理驳圣经，敢言前人所不敢言"的离经叛道精神，正是他那求实思想的鲜明反映。他在开扩地理视野与革新地理内容方面作了大量工作，并起到了榜样的作用。 2。考察活动及其成果徐兆奎先生将徐霞客的旅行考察工作，大体上分为两个阶段。第一阶段从万历三十五年到崇祯八年（1607-1635 年），由于家事牵扯，不能远离久别，所以出游时间较短，所游之处也都是交通方便的一些地方。出游目的是偏重于游览名山大川，带有"问奇访胜"的性质。第二阶段从崇祯九年到十三年，是他晚年长途跋涉、艰苦遐征时期，由浙、赣、湘、桂的平原、丘陵、山区，直到黔、滇的深山峻岭，甚至人迹罕到的荒僻地域。他不畏艰险，不怕牺牲，如果没有探索自然奥秘的决心和信念，是很难完成这样"不计程，亦不计年，旅泊岩栖，游行无碍"的壮游计划的。 前人说他的考察步骤是"先审视山脉如何去来，水脉如何分合，既得大势，然后一丘一壑，支搜节讨"。其探索精神曾赢得许多人的称道，说他"期于必造其域，必穷其奥而后止"；说他"峰极危者，必跃而踞其巅；洞极邃者，必猿挂蛇行，穷其旁出之窦"（《徐霞客游记·序》）。这种寻根究底的精神，正是他取得第一手资料的首要条件。 徐霞客通过不断实践，用自己所掌握的第一手资料去否定前人的一些错误论点。除上面所引述的莲花峰高于天都峰外，他说雁宕山（雁荡山）雁湖之水"与大龙湫风马牛无及"，指出湘南三分石为潇、岿、沱三水的分水处，并非"一出广东，一出广西，一下九嶷为潇水，出湖广"（《徐霞客游记》，下引同）。这些都是很好的例证。诚然，他在论述水系分布方面也有不够精确之处，乃是由于他未能身历其境亲自踏勘的缘故，对此我们不应苛求。他对于所接触到的一些事物和现象，往往能用近于或合于科学的道理来加以解释。他说天台山"岭角山花盛开，顶上反不吐色"，是由于"高寒所勒"。广西左、右江沿岸的美景是由于"江流击山，山削成壁"而形成的。他从福建宁洋溪与建溪的对比中，得出河流"程愈迫则流愈急"的合理结论。通过嵩山、华山与太和山的对照他发现"山谷川原，候同气异"的明显变化。他在云南保山附近采集到"石树"后，分析其形成原因时说："其外皆结肤为石，盖石膏日久凝胎而成。"他在云南编写的《鸡山志略》中谈到五台、峨眉以及鸡足等山的"放光瑞影"（即通常所称的"佛光"或"宝光"）一事，解释其成因时说，系由"川泽之气"所形成。所有这些，都是用自然界本身的道理来解释自然现象的。在近三个半世纪以前，徐霞客能作出这样合理的解释，确是难能可贵。当然，在徐霞客的思想中也还存在着唯心主义的成分，这在近现代科学家中尚且难于避免，对于古人则更不应多加责难了。徐霞客从欣赏自然、观察自然到探索自然奥秘的思想变化过程，是随着认识的不断深化而逐步发展的。有的现象，起初他感到新奇而引起重视，后来联系其他现象，进行观察与对比研究，终于领会其中一些道理。例如，他在鸡足山看到上射三丈的人工喷泉，认为是"有崖高三丈余，水从崖坠，以锡管承之，承处高三丈，故倒射而出亦如之"。这就是今天所说的连通管原理。他以此解释喷泉成因是正确的。但从感性认识上升到理性认识，却经历了一个漫长的观察思考过程。最初，他在南京一个店肆中看到喷水上冲圆球的小玩具，引起他的注意；后在雁宕山听到双剑池有泄气孔，水不涌起的消息；直到这次所见，联系前两次的见闻，才了解其中的原因，并作出合理的解释。徐霞客正是这样带着问题，在旅程中不断观察思索与进行总结的。他在野外还采集了一些岩石与植物标本。例如，他在保山的水帘洞采集了前面所提到的"石树"；在大理蛱蝶泉，看到引诱蝴蝶的花树，"乃折其枝，图其叶而后行"。后来，他因病返归故里后，卧床"不能肃客，惟置怪石于榻前，摩挲相对，不问家事"，说明他只要一息尚存，就从不放弃他的探索与研究工作，表现出献身于科学事业的顽强斗志与高尚情操。 （三）测量与绘图1。地形测量我国古代劳动人民建造了很多举世闻名的浩大工程，如万里长城、大运河、北京城等等。这些工程施工时都需有各种测量工具为之前导，沈康身先生曾做过详细研究。 ①量长度量远距离长度工具有测绳、步车等。 测绳 用有刻度标记的绳量地面上两点间距离，起源当很早。明程大位《算法统宗》卷三"丈量田地总歌"就说："古者量田较阔长，全凭绳尺以牵量"。步车 原理与今卷尺相同，我国是盛产竹的国家，而竹制器具更是我国特产。"步车"在《算法统宗》卷三"方田"章有图，并附制造说明。 当时地面长度单位规定"丈量之法以五尺为一步。步下五寸为（作）一分，一寸为二厘"。 尺是竹篾制作的，"择嫩竹，竹节平直者。接头处用铜丝扎住，。。篾上用明油油之，虽污泥可洗"。刻度方法是，"篾上逐寸写字，每寸为二厘，二寸为四厘，。。不必厘字。五寸为一分，自一分至九分俱用分字，五尺为一步。"卷尺长，"依次增至二十步以上，或四十步以下可止"。 尺架、套的作法原刊装配图及零件图都已模糊不清，但制造说明还可读通，其零件如曲尺杆、十字架子、尺套图已据说明重绘，图中说明都从原作。唐宋传下来的水准用具到明代仍广泛使用。明《新编鲁班营造正式》是一本流传在木工中的技术教科书。卷一"断水平法"一段有图有文。当时劳动人民体会到这种水平仪器的理论根据是："俗云，水从平则止"。水准器的作法，此处已略给简装。 定性用水准仪 远距离水准测量要求测得前后两点间高差。水准测量有时只须用来定性，即检查地面上点是否在同一水平面上。这种定性用的水准仪在《营造法式》卷三中有所谓"真尺"的记载，真尺的底紧靠地面，如地面已水平，则铅垂线与真尺中心线相合。真尺在《新编鲁班营造正式》中也有论述："凡创造屋宇，必须用坦平地基，然后随大小阔狭安磉平正。。用一件木长短在四五尺内，用曲尺端正两边。。上系线垂下吊云坠，则为平"。②间接测量利用"全等三角形对应边相等"，"相似三角形对应边成比例"的知识作间接测量，即以直接量出的长度推算出长度（高度）未知的距离，这在各国科技发展史中都能找到例子，而这种推算方法至今（如三角高程测量中）仍有广泛应用。 2。纬度测量明代中叶以后，西方的文化不断地（有时甚至是大量的）传入我国。在这种历史背景下，传统的地图测绘方法，一方面继续沿其传统的方式发展；另一方面，又渗入了一些西方的科学技术内容，成为中、西方法同时并进的态势。 唐代进行纬度测量时，用的是圭表之法。但因"表短则分秒难明，表长则影虚而淡。郭守敬所以立四丈之表，用影符以取之也。日体甚大，竖表所测者日体上边之影，横表所测者日体下边之影，皆非中心之数，郭守敬所以于表端架横梁以测之也，其术可谓善矣。"但是，用这种仪器测量纬度，也有不足之处，"影符止可去虚淡之弊，而非其本"，故"必须正其表焉，平其圭焉，均其度焉，三者缺一不可以得影。三者得矣，而人心有粗细，目力有利钝，任事有诚伪，不可不择也。"（《明史·天文志》）徐光启可能已经认识到古代测量仪器的简陋和测量方法的落后已成了测绘事业继续发展的主要障碍，于是决定引进西方的先进技术，以为测量经纬度所用。崇祯二年（1629 年）他主持的北京、南京等地的纬度测量，就采用了西方的技术。所得15 处地方的地理纬度，除北京、南京、南昌、广州四处经过了实测外，其余11 个省的布政司所在地，都是根据地图推算出来的。 3。郑和航海图明代，记述海防的图籍大量增加。收在《金声玉振集》里的《海道经》中的"海道指南图"，是我们现在看到的比较早的海道图。"自宝船厂开船从龙江关出水直抵外国诸番图"（即"郑和航海图"）、卢镗的"浙海图"等。都很负盛名。特别是一长卷的"郑和航海图"，不但范围大、地名多，而且还相当详细地注出了针位和航路，有很高的实用价值。"郑和航海图"虽不是最早的，也应该承认它是最完备的。它在海图发展史上占有重要地位。郑和受明成祖朱棣的派遣，从1405 年到1433 年，先后七下西洋，最远到达非洲东岸肯雅的慢八撒。现在看到的"郑和航海图"是十七世纪二十年代茅元仪编纂的《武备志》第240 卷中的附图。图上记载的地名计500 多个。十五世纪以前，我国记载亚非两洲的地理图籍，在地名方面以"郑和航海图"最为丰富。图上注出航线的"针位"、计算距离的"更数"和使用的牵星术等等。如果与现代地图对比，可以看出"郑和航海图"是比较正确的。在十五世纪的世界地图中，像这样一部伟大的作品，还是少有的。由于"郑和航海图"绘有针路，在我国古代地图分类中故有"针路图"的别称。 4。杨子器的《地理图》旅顺博物馆收藏的一幅明代彩色绘本地图，纵164 厘米，横180 厘米。 图的范围，东北至塔山、忽八一带，北至苏温、兀秃一带，西北至哈烈、哈密一带，南达南海。由于年代较久，图的彩色消退得较为严重，个别地方原迹已模糊不清。图的下方，附有都司卫所的名称、凡例和杨子器的跋。原图没有图名。据《海虞文徵》卷十五"地理图"跋等史料，此图当称《地理图》。经郑锡煌先生详细检阅《地理图》之后，得知图中所示地名包括：两京（北京、南京），各省的省会（即布政使司和都指挥使司同治的地方），府、州、县、卫、所，以及宣慰、宣抚、安抚、招讨、长官等各级土司和土府州县地名，总数达1600 多个。其中，建置较晚的有：郧阳府、寻甸府、宁羌州，以及靖江、淅川、商城、南召、伊阳、山阳、白河、商南、桐柏、饶平、永定、安居、东乡、安义等县。在这些新建置的府、州、县中，除江西南康府的安义县是杨子器去世后建置的以外，其余均为他生前建置的，以于正德七年建置的东乡县为最晚。据此可以推定，现存此图绘制时间的上限是正德七年（1512 年）。又据《国朝献征录》、《国朝京省分郡人物考》的记载，杨子器卒于正德八年十二月（1513 年12 月）。《地理图》中杨子器跋的写作时间最迟不会晚于他去世的时间，所以下限可以定为1513 年。这样，此图的绘制时间当在公元1512-1513 年间。 图的左下方为"凡例"（即图例）。"凡例"末尾注有"嘉靖五年岁次丙戌春二月吉"字样，表明"凡例"系嘉靖五年所写。图中杨子器去世后第五年即正德十三年建置的安义县，可能是在书写"凡例"前增入的。 此图的正下方有杨子器的题跋，如跋文所说，杨子器在绘制本图过程中，间常参考《大明一统志》，图中内容的取舍、详略，与其他地图有所不同。此图有以下特点：第一，内容比较丰富，图上的行政区名较为翔实。此图中标注了名称的行政区名总计1600 多个，行政单位最低一级是所。府、州、县的相对位置多数较为准确。标注了名称的山脉500 多座。标注了名称的河流不多，但是，江河水道却绘得比较详细。 第二，水系比较完整。除黄河、长江、珠江等几大水系绘得比较详细以外，其他江河亦尽可能予以绘出。对一些重要的河道，大多标出了源头，如"桑干河源"、"嘉陵江源"等。尤其值得指出的是，黄河源和长江源较现存明代以前的其他地图都绘制得更正确一些。《地理图》的绘制者把从西南方向流入星宿海的卡日曲绘作河源。对长江源的表示亦有所突破。细查长江上游各支流的位置后不难看出，图中标注"江源"的那条河流正是金沙江。在同一水系中，如果取上游最长的那条河流作为正源的话，毫无疑义，图中的金沙江正是长江的江源。这个认识较现存明代以前的其他地图前进了一大步。 第三，图形轮廓大体正确。《地理图》中江河的位置，海岸线的形状，均已接近今图。虽然朝鲜半岛、辽东半岛的形状画得稍差，与"大明一统之图"有些相仿，但在江河的位置、形状和山东半岛以南的海岸轮廓方面，却比"大明一统之图"画得正确而且详细。安南以西的海岸线虽然画得很不准确，但是图中记载的岛屿、夷邦，却为"大明一统之图"所没有。由此可见，《地理图》的绘制者可能还参考过"大明一统之图"以外的其他绘制得较为正确的地图。 第四，系统地使用符号图例。图中用来表示山脉、河流、湖泊、海洋、岛屿、名胜古迹，以及行政区名级别高低的图例符号，共有20 余种。图例符号与其所表示的内容比较协调，把科学性和艺术性融合在一起的。图中用写景着色的山峰表示山脉，山名标注在山体的下方。湖泊用闭合线圈加绘波纹表示，湖名标注在线圈里。行政区名级别的高低分别用圆、方、框等多种符号表示，地名标注在符号里。河流用双线着色表示。岛屿用着色的山峰表示，唯我国台湾、崇明，及日本等岛用圆圈表示。尽管图中台湾的形状与实际情况出入很大，但其地理位置还是绘置得比较正确的。 过去发表的论著大多认为，我国古代地图系统地使用图例符号始于罗洪先的《广舆图》。其实，《地理图》中使用的图例符号也有20 余种，与罗洪先的地图不相上下，而《地理图》的成图时间却比《广舆图》早许多年。第五，有统一的比例尺。计里画方是我国古代地图的传统画法。从图中每方折地多少里，可以算出它使用的比例尺的大小。虽然《地理图》没有画方，但是，从图中的海岸线轮廓基本正确，河流位置及其形状大体符合实际情况，府州县的相对位置大部分比较准确来看，《地理图》是按一定的方位和比例尺绘制的。如果把北京-武汉-广州联成一线，可以看出，此线以东大体上是按1∶180 万-1∶190 万的比例尺绘制的；线以西大体上是按1∶150万-1∶160 万的比例尺绘制的。平均值约为1∶176 万。大体上仍沿用过去一寸折地百里的比例尺。 5。罗洪先和《广舆图》罗洪先（1504-1564 年），别号罗念庵，字达夫，江西吉水人。据《明史》记载："洪先。。考图观史，自天文、地志、礼乐、典章、河渠、边塞、战阵、攻守，下逮阴阳算数，靡不精研。"可见他对天文、地理等颇有研究。他用画方的方法把"舆地图"简缩为分幅的地图册，取名《广舆图》。此图成于1541 年前后。他在序言中写道："访求三年，偶得元人朱思本图。其图有计里画方之法，而形实自是可据。从而分合，东西相侔，不至背舛；于是悉所见闻，增其未备，因广其图至于数十。。。按朱图长广七尺，不便卷舒，今据画方，易以编简。。。作舆地总图一。。，作两直隶、十三布政司图十六。。；作九边图十一。。；作洮河、松潘、虔镇、麻阳诸边图五。。；作黄河图三；。。作漕河图三；。。作海运图二；。。作朝鲜、朔漠、安南、西域图四、终焉。凡沿革附丽，统驭更互，难以旁缀者，各为副图六十八。山川城邑，名状交错，书不尽言，易以省文二十有四。"《广舆图》中既有根据"舆地图"改绘的地图（如两直隶、十三布政司图等），也有罗洪先增广的地图（如九边图、黄河图、海运图等）。罗图包括的区域范围比"舆地图"为大。 罗洪先用画方之法，把长广各七尺的朱图，分绘为可以刊印成书的44幅小图。《广舆图》集多方面的地图于同一图集之中，成为早期的分省地图集。各行省的图形轮廓与今图大致相去不远。 元末明初，朱思本的"舆地图"仅以摹本或碑刻的形式在民间流传。如果没有罗洪先把它增订为《广舆图》并不断刊行的话，恐怕朱思本的工作可能会随着"舆地图"的散失而被埋没。自从《广舆图》于1555 年刊行后，对朱图的传播、推广，起了重要作用。后来的一些制图学家，在绘制地图时多以罗洪先的《广舆图》为主要蓝本，影响所及，直至清代。 据学者们研究，《广舆图》曾多次再版刊行。根据"明刻九边图"第61-117 页的边图与北京图书馆的嘉靖本对照，二图的面码、内容完全相同，惟刻迹稍有差异，由此推测这二图的刻版时间可能比较接近。而"明刻九江图"后面注有"嘉靖戌午南京十三道监察御史重刊"等字，此图成于嘉靖戌午年（1558 年）已成定论，由此推知北京图书馆的嘉靖本，应是1558 年前刻的，甚至可能是初刻本。据说旅顺博物馆过去保存的1555 年的《广舆图》影印本，与北京图书馆嘉靖本的刻迹相同，可能同出一版。嘉靖三十七年（1558年）版的《广舆图》，增加了东南海夷总图；嘉靖四十年胡松翻刻时增加了日本、琉球二图；嘉靖四十五年韩君恩再次翻刻时又增加了桂萼的《舆图记叙》、许论的《九边图说》；万历七年（1579 年）钱岱翻刻的万历本稍加增补一些内容；最后一版是在嘉庆四年（1799 年）翻刻明万历本的刻本，此版常有删去嘉庆4 年章学濂的识语者，以其冒充明万历本。 地理学家李泽民和僧清浚绘有"声教广被图"和"混一疆理图"。这两幅图于1399 年被一位来华的朝鲜使节金士衡带回朝鲜，1402 年朝鲜的李荟等把它拼合为《混一疆理历代国都之图》。日本保存着此图的一幅1500 年左右的复本。 （四）商编路程图记1。概况明代，各种体裁的地志日益增多。在国内交通方面，商人编纂的路程图记是一种具有较高史料价值的图记。 据杨正泰先生研究，现存商编路程图记，有《明一统路程图记》（明隆庆四年黄汴撰），又名《图注水陆路程图》、《新刻水陆路程便览》、《士商必要》；《天下路程图引》（明天启六年澹漪子编），又名《士商要览》；《新刻京本华夷风物商程一览》（残本题陶承庆增辑）；《士庶备览》、《天下四民利用便观五车拨锦》、《天下四民三台万用正宗》、《天下民家便用万锦全书》、《水陆路程》、《新安原版士商类要》等。 2。学术价值与其他地志和地图相比，商编路程图记的特点和学术价值主要是：第一，商编路程图记以记载地名、里程为主，汇集了大量路引和小地名，为研究明代水陆交通路线提供了丰富的史料。明代史籍中，按行政区划记载驿站的政书和地志并不少见，以水陆交通路线为纲记述各地行程的图记却极为稀少。间或有之，或只记驿路，不载商路；或散见于各种地志中，难窥全豹；或局限于某一地区，未编成专书。商编路程图记则将遍布于全国各地的主要驿路和商路汇于一书，又将干线和支路条分缕析，编排组合，一览之余，水陆交通路线尽收眼底。《明一统路程图记》收集水陆路线143 条，除二京至十三省驿路外，另收水陆路引127 条。《一统路程图引》收路引100 条，其中绝大多数为商路，这些商路同是国内交通路线的重要组成部分。商编路程图记对于复原驿路以外的交通路线，考证起旱和换船的码头，反映客货水陆联运的情况，具体计算水陆里程，克服依据驿站定点绘制水陆路线的片面性，有很高的参考价值。总之，商编路程图记较单记驿路的专书更能反映明代时期水陆交通路线的全貌，这是其主要学术价值所在。 有的图记还保留了明初通往关外和安南的路引，如"北京至会州、富峪、大宁三卫旧址路"、"北京至兴州中屯卫旧址路"、"北京至旧大宁都司路"、"广东至安南水陆"等，皆是研究明初交通路线的重要资料。 有的图记还辑录了许多用地名编成的诗歌。如《水程捷要歌》云徽州至杭州水程：一自渔梁坝，百里至街口，八十淳安县，茶园六十有，九十严州府，钓台桐庐守，橦梓关富阳，三浙垅江口，徽郡至杭州，水程六百走。 又如《水姑持要歌》云长沙至武昌行程：长沙一站到彤关，清州荣田磊石山，鹿角城陵矾下水，鸭南茅埠石头关，嘉鱼赣州金口驿，黄鹤楼前咫尺前。 这类诗歌在其他的地志中也是不多见的。 第二，商编路程图记的路引虽多数来自流传于民间的各种程图，但由于收集资料的着眼点不同，编纂者对与己关系密切的路引，收集最为齐全，校勘亦最仔细。路引集中的区域，一在商业城镇周围，二在编纂者家乡附近，三在风景名胜地区。例如：《明一统路程图记》收徽州地区路引十分齐全，卷八载长江以南陆路路引23 条，徽州一府多达9 条，占全卷1／3 强，为长江以南各府第一；卷七载长江以南水路路引39 条，徽州府境多山，水运并不发达，亦收路引5 条，这显然与作者乡里在徽州有关。明代徽商的活动地点，首推南京、苏州、扬州，他如仪真、淮安、临清、松江、汉口、芜湖等地，皆为徽商云集之处，有关路引在书中所占比例亦重。根据这一特点，可以推断明代时期商人的活动地域和货物流向。例如：闽商之中，海商多交通台湾、日本、琉球、吕宋、菲律宾等地，贩运生丝、瓷器、铁器、糖和纺织物等。这些物产部分出自福建，部分来自他省。 第三，商编路程图记记载的食宿、物产、气候及风俗民情、社会治安等资料，也很珍重。例如浙江湖州府四门各有至双林、平湖、德清、宜兴和杭州的夜船，证实了"苏州以南，昼夜船行不息"的交通盛况；又如苏松二府间有水路支线15 条，反映了这一地区水上运输的发达。这些资料皆为研究明代长江三角洲经济的罕见史料。又如明嘉、隆年间，黄河在徐、沛之间频频决口，运道多变，一般水利专书载之过简。此外，明代浙江潮侯、部分河运干线通航里程、江浙牙行特点，以及对秦汉陈仓道和五丁峡的考证，均有一定参考价值。 第四，商编路程图记摆脱了传统地理图志的编纂格局，在体裁上有所创新。这类图记内容详略分明，与商旅有关者悉载无遗，无关者很少涉及。排列格式也与一般地志不同，水陆干线的地名用醒目大字，支线路引、二地里距以及附注文字则用双行小字，主次有别，条理清晰，便于读者查找地名和判断方位。其卷首间或有图，卷末偶尔附诗，名胜古迹、神话传说、方言谚语、土宜物货亦略有所记，帮助商旅了解地方风俗。而且文字通俗，语言简炼，卷帙不多，便于携带，适合商旅路途中使用。这种体裁经过提炼，遂演变为近代的交通指南。 （五）水利著作与水利人物1。水利著作由于我国幅员广阔，河流众多，各流域特点不同，分门别类的著作也远远超过前代。据姚汉源等先生研究，系统汇编的水利文献资料、水利管理专书以及水利图说的大量出现成为明代水利文献的一个特点。（1）河防专著明代治黄著作，在现存水利著作中所占比例最大，内容丰富。可分为河源论述、治河总论及策要、河官档案、奏疏奏稿、河工技术和图说等几类。明代治黄著作，以成化年间车玺撰《治河总考》最早（已佚），嘉靖十二年（1533 年）吴山重新编辑成《治河通考》10 卷，汇集河源考、历代决河、治河议论、事迹、职官等内容。嘉靖十四年刘天和任总理河道大臣，总结治河实践经验，著《问水集》6 卷。万历初年万恭任总河，将其治水经验、方法撰写成《治水筌蹄》一书，明确提出以水冲沙之说。万历十八年（1590 年）潘季驯著《河防一览》14 卷，收录了他四任总河的经验总结、治河基本措施，并收录有代表性的奏疏41 道。潘季驯以后，明代尚有朱国盛的《南河志》，记述其治河经验，资料较好。《治水筌蹄》作者万恭，于隆庆末万历初任总河期间，将其治水经验、方法，结合前人理论，以札记方式记录成书，共148篇，论及黄河、运河和其他。他首先提出治河的关键在泥沙，并可以用黄河本身水量冲沙；汛前筑矮堤可滞洪拦沙，并指出建立报汛制度的重要等。《河防一览》万历十八年成书，收录了作者潘季驯四任总河的治河经验、基本指导思想和主要施工措施，包括治河奏议、修守事宜等共14 卷。系统地阐明"以河治河、以水攻沙"的治河主张，提出了加强堤防修守的完整制度和措施。早在万历八年，潘季驯的僚属曾把当时的河工奏疏和别人对潘氏的赠言汇编成集，名"宸断大工录"共10 卷，后经潘季驯自己重编、增补成为本书。潘季驯治河奏疏共有200 余道，收在《总理河漕奏疏》一书中，其中重要的已选入《河防一览》（共41 道）。汪胡桢等以乾隆本点校重印，收入《中国水利珍本丛书》。 有关治河大臣的奏疏文集 明代关于治河大臣奏稿类书籍数量也不少。明代潘季驯《总理河漕奏疏》一书14 卷，汇集了潘氏主要的治河奏报，集中反映了他的治河思想，对治河工程和治河技术也有些具体描述。此外，四库全书著录存目的还有首任总理河道侍郎王恕的《王端毅公奏议》及《王介庵奏稿》，王以■《治河奏议》4 卷，李颐《奏议》，曹时骋《治河奏疏》1 卷，崇祯间李若星《总河奏议》4 卷，周堪赓《治河奏疏》等。 治河工程图说 有万历十八年潘季驯《河防一览图卷》，另有《黄河运河图卷》。（2）运河著作明代记述运河书籍主要有王琼《漕河图志》，是现存最早的京杭运河专志。嘉靖间吴仲的《通惠河志》，记载了北京至通州间运河的改建。万历间谢肇淛的《北河纪》，专论山东以北的运河，资料详备。明游季勋等人的《新河成疏》1 卷记载开挖南阳新河工程。有王以■《漕河奏议》4 卷。李化龙《治河奏疏》4 卷中记载了开泇运河事。万历间周云龙著《漕河一覕》5 卷。王献《胶莱新河议》是记载开胶莱新河的专著。 有关海运书籍现存的有从《永乐大典》中辑出的《大元海运记》2 卷，详细记载元代岁运粮数、粮耗则例、运费、水程、记标等。并附有元危素撰写的《元海运志》及附录7 种，都十分珍贵。王宗沐《海运详考》1 卷、《海运志》2 卷，梁梦龙《海运新考》3 卷，明代崔旦《海运篇》2 卷等。明末清初罢海运，著作很少。 关于漕政书籍，明代杨宏撰《漕运通志》1O 卷，嘉靖四年成书。王在晋《通漕类编》9 卷。明正德间邵宝撰《漕政举要录》18 卷，有关漕政资料比较全面。另有张鸣凤《漕书》1 卷，曹溶《明漕运志》以及万历十五年周梦旸《水部备考》等。 有关运河图籍方面，明代以《漕河图志》的收录为最早最具体。郑若曾著《海运图说》1 卷标有海运路线。《漕河图志》王琼撰，明弘治九年（1496年）成书，共8 卷。王琼弘治时任管理河道的工部郎中三年，其间见到总理河道侍郎王恕所编《漕河通志》14 卷（今已佚），因其书不多见，便依其体例，增减史料，重新编排，定名《漕河图志》。书中以2 卷篇幅详细绘出通州至仪真段京杭运河全图，记载了沿河闸坝、湖河、浅铺、济运诸泉等，对各地军卫管辖范围、历代漕运兴衰、各项管理制度有较详记载，还收录了永乐十年至弘治六年（1412-1493 年）有关运河的奏议，元以来的碑记。最后对当时漕政管理制度有全面记叙。保留了明前期大量原始资料，是研究京杭运河前期工程技术史不可多得的资料，有水利电力出版社将出版点校本。《北河纪》及续编 明谢肇淛著。万历四十二年（1614 年）成书，共8 卷，是记载山东至天津段京航运河的专著。当时黄河决口泛滥常侵扰运河，航运与防洪矛盾尖锐。此书为作者视察山东张秋运河所作，记载运河水源、工程、河政及历代治河利病，书后附《纪余》4 卷。本书是了解明代运河的权威性著作。38 年后，即清顺治九年（1652 年），阎廷谟续编《北河续纪》8 卷，仿前书体例，分为河程、河源、河政、河议、河工等。这反映出当时对"北河"航运的重视。 《漕运通志》明嘉靖四年（1525 年）成书，共10 卷。作者杨宏，字希仁，嘉靖初年以指挥使署都督同知总管江北漕运。因感到旧有漕运志比较简略，便与谢纯合辑此书。卷1 至2 介绍运河水源、闸坝工程沿革；卷3 漕职，介绍各级官员；卷4 漕卒；卷5 漕船，介绍其数量、规格及工匠情况；卷6漕仓，介绍京通及各地漕仓；卷7 漕数，是全年要求运量；卷8 漕例，收集永乐二年至嘉靖三年漕运实例；卷9 漕议，选择了汉元光年间至明嘉靖四年间的重要议论；卷10 漕文，介绍有关运河文字及碑刻资料。 《通惠河志》明嘉靖七年成书，共2 卷。作者吴仲，字亚甫。嘉靖六年（1527 年）以御史巡按直隶，因通惠河湮废，漕粮由陆运进京而多次奏请疏浚河道。第二年对沿河闸坝进行改造，实行剥运制，使漕运通畅。吴仲离任前，特撰此书上奏朝廷，希望成为定制。上卷载通惠河源委图及考略、闸坝建置、修河经用，夫役沿革等；下卷收入有关部门历次奏议及碑记诗文等。徐贞明《潞水客谈》成书于万历三年，是畿辅水利的重要代表著作。他认为经国大计中以发展西北水利最紧迫，而首先要在海河流域试点。他针对海河多洪水的特点，在从事海河灌溉论证的同时，强调指出："水聚之则为害，散之则为利"，主张在海河上游开渠灌溉，下游开支河分泄洪水，低洼淀泊留以蓄水，淀泊周围开辟圩田，则水利兴而水害除。书中详细分析了发展海河水利的14 条好处，分析了大规模兴修水利中可能遇到的困难和问题。从流域水利规划角度把握农田水利建设，比前人进了一步。（3）太湖专著弘治年间姚文灏撰《浙西水利书》3 卷，汇集前代各项治理意见，并都有自己的评论和取舍。伍余福撰《三吴水利论》1 卷。沈■著《吴江水考》，内容分为10 考。清光绪年间黄象曦另增辑5 卷，附篇2 卷。王圻撰《东吴水利考》10 卷，对苏州、松江、常州、镇江水利均有考证。张内蕴、周大韶合撰《三吴水考》16 卷，对水道、水官、议疏、水田等逐一考证，较为详赅。张国维《吴中水利书》28 卷，成书于崇祯十二年（1639 年）。归有光《三吴水利录》4 卷，收入前人治理意见7 篇，自己撰写的水利论2 篇，附有三江图。（4）海塘工程专著明万历十五年（1587 年）仇俊卿纂的《海塘录》8 卷是现存较早的专著，只是内容过于简略。 2。主要水利人物明代水利工程的发展不仅推动了治水理论的发展，产生了一大批论著，而且也造就了一大批从事水利工程的专家，其中有行政管理官员，有工程技术人员，有从事规划和理论研究的专家。其中，最为引人注目的有宋礼、潘季驯、万恭和徐贞明等。 宋礼，字大本，河南永宁（今洛宁）人。明永乐二年（1404 年）任工部尚书，九年受命重浚会通河。当时已迁都北京，而京杭运河的济宁至临清河段，由于水源不足，不通舟楫。南方的大批漕运物资，或由海运至天津，或由淮河转沙河，过黄河入卫河，转运北京。陆运耗费很大。于是宋礼和刑部侍郎金纯、都督周长前往整治会通河。会通河的整治关键在于解决水源问题。宋礼采用汶上老人白英的意见，修筑堽城和戴村坝，横截汶水向南，由运河经过的面最高处的南旺分水入运河，成功地解决了运河水源问题，促成了京杭运河航运史上的重大转变。宋礼取得首功。后人追念他的功绩，在南旺为之立祠纪念。 潘季驯，字时良，浙江乌程（今吴兴县）人，生于明正德十六年（1521年）。他30 岁中进士，先后在江西、河南、广东等地任地方官。嘉靖四十四年（1565 年）黄河在沛县决口，河水在曹县至徐州间泛滥，淤塞京杭运河沛县以北一段。十一月任命潘季驯为"总理河道"大臣，主持治河。潘季驯提出"开导上源与疏浚下流"的方案，但未被采纳。一年后因母亲去世离职归家守孝。隆庆元年（1567 年）六月，擢升为都察院右副都御史。三年后，朝廷第二次任潘季驯总理河道，并授权提督军务。为治理淤塞的一百八十里河漕，提出堵口、修缕堤、挖淤河的救急措施，结果用半年多时间完成，保证了漕运的畅通。为了黄河的长治久安，提出修筑遥堤和缕堤的方案。后因意见与当朝者不合，于隆庆六年（1572 年）闰二月被去职。万历四年（1576年）在张居正推荐下第三次出任总河，兼管漕运事。这时50 多岁的潘季驯积两次治河经验，提出全面治理黄、淮、运规划的《两河经略疏》，详尽阐述了"束水攻沙"，"蓄清刷黄"的战略思想。由于朝廷的支持，潘季驯排除阻力，亲自监督治理工程，获得很大成功。万历八年任命他为南京兵部尚书、参赞军机事务。二年后调回京城任刑部尚书。不久张居正去世，反对派以"党庇"罪名，再次罢免了潘季驯的官职。到万历十六年黄河连年决口，上下告急，不得已朝廷第四次任命潘季驯为总河。他总结经验，提出加强堤防修守的八项措施，接着又提出"四防二守"等一系列规章制度，主张只有坚筑堤防，才能确保黄河的安全。他不顾70 岁高龄，带病治河。此时，他的代表著作《河防一览》辑成。万历二十年他病势加重，朝廷同意他的去职要求。离职前提出《条陈熟识河情疏》，强调治河一定要从实际出发，熟悉黄河特点。他回家后便卧病不起，万历二十三年四月病逝，终年75 岁。潘季驯一生在治河上的巨大贡献和总结的宝贵经验，一直为后人所借鉴。 万恭，字肃卿，江西南昌人，生于明正德十年，卒于万历十九年，终年77 岁，与潘季驯是同时代人。他在嘉靖二十三年中进士，开始作官，历任南京文选主事、光禄寺少卿、北京大理寺少卿等职。嘉靖四十二年因防守北京城有功，升任兵部右侍郎，次年任兵部左侍郎兼佥都御史巡抚山西。二年后因母丧回乡，家居8 年之久。隆庆以来黄河连年决口，洪水横流，运道受阻，总理河道的官员连年更换，成效甚微。隆庆六年正月，万恭从家乡被召回朝廷，任命为兵部左侍郎兼右佥都御史、总理河道，并提督军务。万恭上任后采纳了一位河南生员（秀才）的建议："以人治河，不若以河治河也"，借河水之力可以深河，可以淤滩。万恭进一步阐述加强堤防建筑，可以实现"束水攻沙"的想法。他主持修筑了徐州至宿迁小河口黄河两岸堤防等工程。万历二年四月被劾罢职。在此之前他完成了《治水筌蹄》一书，总结了治河经验，影响很大。万恭回籍家居达17 年之久，再未任职，至万历十九年去世。他的著作还有《京营奏议》、《漕河奏议》、《洞阳子集》及《续集》等。徐贞明，字孺东，一字伯继。江西贵溪人，明代后期倡导海河水利的代表人物。万历三年任工科给事中。他认为，当时首都在北京，而赋税集于东南，每年从江南一带通过运河运输数百万石粮食北上是巨大的浪费。为此必须发展海河流域的农业和水利。他说"水聚之则为害，散之则为利"，主张在海河上游开渠灌溉，下游开支河分泄洪水，低洼淀泊留以蓄水，淀泊周围开辟圩田，则水利兴而水害除。并著《潞水客谈》，进一步阐述自己的见解。万历十三年徐贞明被任命为尚宝司少卿，受命兴修水利。他先踏勘京东地区水源，并选择永平府（治今卢龙县）一带试行，次年即得到水浇地三万九千多亩。取得经验后，他又履勘海河流域各地，准备推广，但由于豪强权贵的反对，工程被迫停止。《明史》有传。 七、生物学（一）对生物遗传性和变异性的认识1。夏之臣"忽变"说夏之臣，字一无，明直隶亳州（今安徽亳县）人，生卒年代未详。万历十一年（1583 年）登进士第，做过三任县令，官至湖广监察御史。不知何事受牵连获罪，后来放还居乡，拒绝再度出仕。他写的《评亳州牡丹》虽不到四百字，但在生物学思想史上却闪烁着灿烂的光辉，可惜一向被人忽视了。姚德昌先生慧眼独具，他深入地对此文进行了研究。《评亳州牡丹》作于何年，难以考知，从同邑人薛凤翔《牡丹史》中隐约看出或许是放还居家之日写的。有一点可以肯定，薛凤翔撰书时，夏之臣已经作古了。夏之臣写作《评亳州牡丹》的上、下时限总不出万历十一年举进士以后，最迟到万历四十一年邓汝舟为《牡丹史》作序之前。 夏之臣一向酷爱牡丹，后又精于种植技术。他私筑的南里园是当时以牡丹著称的亳州三大名园之一，广袤十余亩，拥有不少名贵品种。这样，他不但可以随时玩赏和细心观察，而且也具有进行比较分析和总结经验的有利条件，终于在《评亳州牡丹》里提出和回答了前人没有提出和回答的问题。夏之臣写道："吾亳土脉宜花，无论园丁、地主，但好事者皆能以子种，或就根分移。其捷径者，惟取方寸之芽，于下品牡丹根上，如法接之。当年盛者，长一尺余，即著花一、二朵，二、三年转盛。如。。'［娇容］三变'之类，皆以此法接之。其种类异者，其种子之忽变者也；其种类繁者，其栽接之捷径者也，此其所以盛也。" 这是一段不可多得的文字。前一半叙述了当地两条种植经验；后一半解释了亳州牡丹盛而不衰的原因。在夏氏看来，品种和类型之所以各不相同，归因于种子突然会发生变异；可供观赏的种类之所以繁多，则在于用嫁接方法，使种子突变所产生的新类型得以快速繁殖（保留）并传播开来。 赏析夏文，最值得重视的莫过于"其种类异者，其种子之忽变者也"十三个字。在十六世纪八十年代到十七世纪头十年左右，欧洲刚发现植物界会发生突变不久，中国人便认识到"种子忽变"是牡丹新品种形成的主要因素，这怎能不令人拍案称奇！即使夏之臣的理论失之简陋，未可视为突变学说，但是他居然把牡丹种类之"异"看成是"忽变"的结果，确实超越了他本人所处的时代。不仅在布丰和罗蒙诺索夫以前，就是在卡尔任斯基和德佛里斯提出突变论以前，在生物进化思想史上似乎找不出第二个人。只是受时代的限制，夏之臣的"忽变"说，其形式和内容远比达尔文《物种起源》（1859年）中所提出的不定变异（包括突变在内）在栽培植物品种形成中起重要作用的那种论断要朴素得多，当然更不如卡尔任斯基和德佛里斯的突变论已经达到系统化和缜密化的程度，然而夏氏作为近代科学初创阶段生物进化思想的杰出代表和现代突变学说的先驱，实是当之无愧。 2。对生物变异性的认识古代学者已经意识到生物遗传与生命的繁殖分不开，即各种生物特性的遗传通常是通过种子（生殖细胞）实现的。王充指出，万物"因气而生，种类相产，万物生天地之间皆一实也。"汪子春先生认为："种类相产"是一句很概括的话，它指出，生物种类的性状是遗传的，万物的生殖都是通过种子（即"实"）实现的。当然，种类的各种特性之所以能遗传给它后代也都是通过种子实现的。这在王充的《论衡·初禀篇》中说得更清楚了。王充说："草木生于实核，出土为栽蘖稍生茎叶，成为长、短、巨、细，皆由核实。"这段话十分明确地指出，植物的个体发育是从种子开始的。种子萌发生长了茎叶，表现出了各种性状，这些都是由种子决定的。亦即是，亲代的特征可以通过生殖，而由种子（"实核"）传留给后代的。 明代叶子奇显然继承了王充的"种类相产"的理论。他说："草木一荄（根）之细，一核之微，其色、香、葩、叶相传而生也。"如同王充一样，他也把种子看成是生物性状传递的载体。他说："草木一核之微，而色香臭味，花实枝叶，无不具于一仁之中。及其再生，一一相肖。"（《草木子·观物》）这里对生物性状的遗传机理，作了初步探讨。到现在为止我们还没有发现中国古代有关于"先成论"和"渐成论"之争。叶子奇也只是说明性状的传递是通过种子实现的。 在历代的文献中，关于生物变异的记载是很多的。贾思勰在《齐民要术》中说："凡谷成熟有早晚，苗秆有高下，收实有多少，质性有强弱，米味有美恶，粒实有息耗。"贾思勰不仅指出谷物的成熟期差异，而且指出了其他各种性状的变异。宋朝蔡囊在《荔枝谱》（1059 年）一书中指出："荔枝以甘为味，虽有百千树莫有同者"。刘蒙在《菊谱》（1104 年）里描述了菊花的三十五个品种。在谈到菊花的变异时，他说："花大者为甘菊，花小而苦者为野菊。若种园蔬肥沃之处，复同一体，是小可变为大也，苦可变为甘也。如是，则单叶变而为千叶，亦有之也。"明代宋应星在《天工开物·乃粒》中说："粱粟种类甚多，相去数百里，则色味形质随之而变，大同小异，千百其名。"这些都充分反映了古人对生物变异的普遍性有一定的认识。"大同小异"正确地反映了自然界中生物变异的情况，亲本的后代既像亲本，又跟亲本有所差异。"相去数百里，则色味形质随之而变"，可见宋应星还认为生物的变异与生物之生活环境变化有着密切的联系。 古人看到，生物在不同的环境中会出现变异。所以不同的环境有与之相适应的生物，这都是正确的。《花镜》作者陈淏子说："生草木之天地既殊，则草木之性情焉得不异？故北方属水性冷，产北者耐寒；南方属火性燠，产南者不惧炎威，理势然也。石榴不畏署，愈暖愈繁；梅不畏寒，愈冷愈发。荔枝、龙眼独类于闽粤。榛、杉、枣、柏龙盛于燕齐；桔、柚生于南，移之北则无液；蔓青长于北，植之南则无头。" 这里以"理势然也"解释环境对生物的影响。但那时还不知道，生物的差异与环境有密切的关系，环境可以引起生物产生遗传性的变异，通过选择作用使有利的变异得以保存。 人们在实践中显然也发现了大量能够遗传的显著变异。 在明代的著作中也有很多关于突变遗传的例子。宋应星在《天工开物·乃粒》中就多次提到具有遗传性的突变。例如他说："凡稻旬日失水，则死期至，幻出旱稻一种，粳而不粘者，即高山可插，一异也。""幻"，变化也。"幻出"，就是变化出现的意思。当大批水稻因环境失水而死去时，偶有个别突变植株。由于这种突变是遗传的同时又是适应干旱环境的，所以它被保留下来了。 秦汉以来，人们更加有意识地利用生物普遍存在的遗传变异，实行人工选择，借以培育各种优良品种。 16 世纪末，张谦德在《硃砂鱼谱》一书中提到金鱼选种时说："蓄类贵广，而选择贵精，须每年夏间市取数十头，分数缸饲养，逐日去其不佳者，百存一、二，并作两、三缸蓄之，加意培养，自然奇品悉具。"从这个记载中，我们看到古人对金鱼的选择所用的是典型的混合选择法。《金鱼图谱》的作者句曲山农认为，用来交配的雌雄金鱼，不仅要选择符合人类需要的优良性状的个体，而且要选择雌雄双方的性状相一致的个体。他说："咬子时，雄鱼须择佳品，与雌鱼色类大小相称。"这是很合乎现代遗传学所认识的生物遗传规律的。那些"色类大小相称"的雌雄金鱼往往有比较相似的遗传物质基础。如果这些有比较相似遗传物质基础的个体又具有符合人类需要的较好的表现型，那么这种选择，对于形成新的生物类型，可能性也就更大。从这里可以看出，我国古代在选择良种工作方面具有一定的水平。金鱼的各种品种的形成，是我国人民对金鱼变异长期地、大量地选择的结果。 我国古代人民在实践中，很早就注意到杂种优势的利用，马和驴杂交而产生骡即是一例。李时珍在《本草纲目》中也说："骡大于驴，而健于马。"方以智在《物理小识》中说："骡耐走，不多病。" 有关杂交种优势利用的一个突出例子，是《天工开物》中所记载的明代关于家蚕杂交的工作。《天工开物·乃服》说："凡茧色唯黄白两种。川、陕、晋、豫有黄无白，嘉湖有白无黄。若将白雄配黄雌，则其嗣变为褐蚕。"又说："今寒家有将早雄配晚雌者，幻出嘉种，此，一异也。""幻"是变化的意思，"幻出嘉种"即变化产生了优良蚕种。 我国幅员广大，各地气候环境殊别，我国古代人民在长久的生产实践中，选育出了许许多多家蚕品种。就化性而言，有一化性蚕。二化性蚕和多化性蚕，一化性蚕和二化性蚕是明代嘉湖地区在蚕茧生产中常饲养的蚕。《天工开物·乃服》中说："凡蚕有早晚二种，晚种每年先早种五、六日出，结茧亦在先，其茧较轻三分之一。若早蚕结茧时，彼（指晚种）已出蛾生卵，以备再养。"这里所说的"晚种"蚕，显然是二化性蚕。"早种"蚕比晚种出蚁时间要晚，结茧时间也晚，也没有提到当年再养，所以该是一种一化性蚕。所谓"早雄配晚雌"，就是一化性的雄蚕与二化性头二蚕的雌蚕的杂交。《天工开物》明确地指出杂交种亲代双方的雌雄关系，这一点颇为重要。现代养蚕学对家蚕化性遗传研究证明，不同化性的家蚕的杂交，有个重要的遗传现象，这个遗传现象告诉我们，一化性蚕与二化性蚕杂交，其杂种子一代的化性与亲代雌性化性相一致。亲代雌性是一化的，则杂种一代的化性也是一化的。反之，如亲代雌性是二化的，则杂种一代的化性也是二化的。 根据家蚕杂交的这个遗传规律，可知《天工开物》中所记载的"早雄配晚雌"所产生的"嘉种"乃系二化性蚕。"嘉种"是二化性的，这在生产上有着直接的意义。它可以作为夏蚕种直接应用于生产。如果是"早雌配晚雄"，情况就不同，于一代杂种是一化性的，不能作为夏蚕种。大家知道，二化性的晚种蚕常常显示体质强健，耐高温，适于夏季高温环境中饲育等优良性状。但是这种蚕的茧丝量较少，《天工开物》指出，它的茧量比早种蚕（一化性蚕）要"轻三分之一"。早种蚕无论是茧量或丝质都比晚蚕好。但是这种蚕的虫质较弱，抗高温能力低，不易饲育。通过两个品种的杂交，杂种继承了双亲的优点，从而可能出现蚕儿体质健强、耐高温、丝质好、茧丝量高等优良性状。 （二）对动物和人体生理节律的认识1。周日节律动物和人体的生理活动或生活习性都呈现出一定的节律性。从动物的觅食、生长、繁殖，到人类的作息、代谢，体温变化，以至候鸟的南来北往，花卉的开放、凋谢。。都具有一定的时间节律，如周年、周月、周日节律等等。由于它们能起计时的作用，又与生理活动有关，因此人们称其为"生物钟"或"生理钟"。 其实，人类一直在观察着各种循环往复、周而复始的自然现象，并且发现在人体或生物体内存在着多种有节律的活动。张秉伦先生通过多年搜集和研究，认为在我国浩如烟海的古籍中，不时可以发现一些有关生物节律的记载。其中论述较多的有与白天和黑夜交替相应的近似昼夜节律、又有同月亮盈亏和与其有关的潮起潮落相应的太阴月节律和潮汐节律，还有与地球公转相应的周年节律等珍贵的内容，甚至还有利用这些节律来定农时、测潮汐和提高疗效的生动事例。 生物和人在长期的进化过程中，对这种昼夜循环交替的现象，是以某种生理活动或生活习性具有近似24 小时的周期性变化作出反应的。因此称它为近似昼夜节律。我国古籍中有很多利用动物报时的例子。如：自古以来，人们就知道公鸡鸣辰，明朝薛惠《鸡鸣篇》关于公鸡啼鸣与天象关系的记载最为详细："鸡初鸣，日东御，月徘徊，招摇下；鸡再鸣，日上驰，登蓬莱，辟九闱；鸡三鸣，东方旦，六龙出，五色烂"。 有关夜行动物的记载，反映了动物的昼夜活动节律。李时珍在《本草纲目》中，曾做过系统的收集和整理，并加以补充。如《抱朴子》曰："鹤知夜半"，尝以夜半鸣，声泪云霄；鹑"夜则群飞，昼则草伏"。唐陈藏器说鸱鸺"夜飞昼伏"；鸮"盛午不见物，夜则飞行，常入人家捕鼠食"；夜行（又名气盘虫）"有翅，飞不远，好夜中行"。李时珍说：蜚蠊"好以清旦食稻花，日出则散也"，狐"日伏穴，夜出窃食"，蝙蝠"夏出冬垫，日伏夜飞"，貉"日伏夜出"等等。 人体在不同时间对药物的敏感性也是不同的。现代研究表明，药物的吸收、代谢和排泄速度都存在着昼夜节律性的变化。我国自古以来，对于进药的时间是很讲究的。明代孙一奎根据《本事方》指出："卫真汤"，在"夜半子时（23 时-1 时）肾水极旺之时，补肾实脏，男子摄血化精"（《赤水玄珠》）。也就是说，在夜半子时，人体对这种药的吸收、代谢最快，因而适时服药，效果也就最好。 药物吸收及其疗效随昼夜节律而变化已为动物实验所证实：同样剂量的安非他明在一天的某一时刻可杀死77.6％的受试豚鼠。而在另一时刻使用却只能杀死6％的受试豚鼠。此外，现已证明癌细胞的增生也具有昼夜节律。在某些时刻癌细胞的分裂速度比在其他时刻快；同时，在某些时刻癌细胞更容易受到Ｘ光的破坏。我国古代关于进药和治疗时间与疗效关系的临床经验，是值得进一步研究，加以总结提高的。 2。周月节律我国古代对于生物生长、活动与月相变化关系的认识是十分精到的。李时珍在《本草纲目》中说：蠃，"螺蚌属也，其壳旋文，其肉视月盈亏。故王充云：月毁于天，螺消于渊"等等，都是说螺蚌之类的水生动物，每当月望的时候，贝壳内皆满实；而当月晦的时候，贝壳内却显得不盈满了。它们的增大或缩小，同月相变化有着"同盛衰"，"等盈阙"的规律。 现代研究指出，月亮盈亏的周期性变化确实能影响某些动物生殖腺的增大或缩小。因此，王充"月望则蚌蛤实，群阴盈。月晦则蚌蛤虚，群阴亏"之类的论述，可理解为每当月旺之时，螺蚌之类的水生动物，生殖腺增大，肉体丰满，因而充满贝壳之内；而当月晦之时，生殖腺缩小，肉体消瘦，贝壳内就显得空虚而不满实了。李时珍在《本草纲目》中还明确提到蟹在繁殖季节"腹中之黄（即生殖腺），应月盈亏"。 同样，蚌类其它生理代谢活动也具有太阴节律。李时珍在《本草纲目》中说："左思赋云：'蚌蛤珠胎与月盈亏是矣'，其孕珠如怀孕，故谓之珠胎"。反映了蚌蛤之类的生长发育随月相变化而变化。当月望时，蚌蛤生长发育旺盛，分泌物增多；而月晦时生长发育缓慢，分泌物也就少。所以古人认为蚌蛤孕珠也具有朔望月的节律。 关于人体生理活动的太阴节律，古代也有不少论述。李时珍在《本草纲目》中说："其血上应太阴，下应海潮。月有盈亏，潮有朝夕，月事一月一行，与之相符，故谓之月水、月信、月经。经者，常候也"。最近德国妇科专家检查了10400 位妇女的月经周期，结论是望月夜晚妇女月经出血量成倍增加，而其他情况下正相反。可见"上应太阴，下应海潮"是有一定科学根据的。 明代孙一奎《赤水玄珠》中还记载了一个男性周期性出血的病案，也具有明显的太阴节律："又见一男子，每齿根出血盈盆，一月一发，百药不效，历十余月，每发则昏昧"，这种"一月一发，百药不效"的周期性出血，今天看来，应属于"生物钟"的太阴节律。 太阳和月球相互作用，同时也都对地球表面有引力作用。尽管月球的质量比太阳的质量小，但由于月球比太阳离地球近得多，因此，主要由于月球的作用形成海水的交替涨落，平均以24 小时50 分钟为一个周期。这就是有节律的潮汐现象。很多海洋生物的生长、繁殖和其他活动规律都与潮汐节律惊人地合拍。因此海洋生物是研究生物钟的重要对象之一。我国人民自古以来就很注重观察总结海洋生物与潮汐节律的关系，并把这些具有潮汐节律的生物称为"应潮之物"。李时珍《本草纲目》记载："蟛蜞而生于海中，潮至出穴而望者，望潮也"。说明古人对于动物潮汐节律的观测是十分广泛的，并以它们的活动规律作为潮候。 3。周年节律一年春夏秋冬，四季循环，生物是以其新陈代谢变化作出反应的。例如快到冬天的时候，有些动物随之进入休眠状态，直到来年一定季节又复苏，生长繁殖。现代研究认为，新陈代谢的这些改变，意味着它们具有一种测量日照长度变化的"时钟"，即具有与地球绕太阳公转周期相应的周年节律。我国古代的物候历正是根据天象、气候和动物的来去飞鸣及植物的生长荣枯制定出来，指导农业生产的。实际上也是对动植物以新陈代谢的变化适应地球公转的周年节律的应用。 李时珍在《本草纲目》中不仅总结了古人关于虫鱼鸟兽的物候知识，而且又增加了很多新的观测内容。如他说：秧鸡"夏至后夜鸣达旦，秋后则止"，"仲冬鹖■不鸣，盖冬至阳生渐温故也"；黄鹂"立春后即鸣，麦黄椹熟时尤盛，其音圆滑，乃应节时之鸟"；反舌鸟"立春后则鸣转不已，夏至后则无声，十月后则藏垫"；螳螂"深秋乳子作房，粘着枝上，其内重重有隔，每房有子如蛆卵，至芒种节后一齐出，故月令云：仲夏螳螂生也"等等。（三）朱■《救荒本草》1。撰写经过明代永乐四年（1406 年），我国出现了一部以救荒为宗旨的植物学专著《救荒本草》。该书的作者朱■是明太祖朱元璋的第五个儿子，明成祖朱棣的同母兄弟。洪武十一年受封为周王，十四年就藩开封。据《明史》本传记载他"好学能词赋，以国土夷旷，庶草蕃庑，考核其可佐饥馑者得四百余种，绘图疏之"。洪熙元年（1425 年）卒。死后谥作"定"，因此《明史》题为《救荒本草》周定王撰。朱■身居王位，历享荣华，但能体察民间饥寒，忧虑水旱之年饥民采摘野菜误食伤生之事，遂致力于救荒植物的研究，终于写成这一专著是难能可贵的。他通过广泛搜集当地草木野菜种苗四百余种，种植在自己的园圃里，亲自观察记录，鉴别性味，凡可以充饥者，命画工依照植物绘出图谱。比较详细而准确地记载了植物的名称、别名、产地、分布、特征、性味、可食部分以及烹调食法等等。此书总共记载植物414 种，其中已见于历代本草者138 种，新增加的276 种。全书分为五部，计草部245 种，木部80 种、米谷部20 种、菜部46 种。由于作者撰著的目的性明确，又经过亲自的观察研究，创作中注意到著作的通俗性、实用性和科学性，加之配合的逼真插图易于为人们所辨认。所以《救荒本草》一向被中外学者赞誉为中国15 世纪初期优秀的植物学专著。周肇基先生认为它是我们的祖先在长期的生活实践中积累起来的植物学和救荒知识的结晶。虽说《救荒本草》为属于植物学性质的科学著作，但古来荒政是我国传统农学的一个重要组成部分，所以《救荒本草》又被视为明代初年的一部重要农书。 2。科学特征《救荒本草》的科学性表现在：第一，重视花器官在分类上的作用《救荒本草》对植物特性的描述具有很高的科学水平。对于所述414 种植物都做了简单、明了的介绍，而且这些内容从植物学的角度来看都是相当细致和准确的。首言植物之名称，次言原产地及现今分布，再言生态环境、生长习性、各器官特征，终言可食部分寒热之性、甘苦之味、淘浸烹煮熬晒调和之法。文字虽然不多，通常数十个字，但是辅以形象的插图，使人不难按图索骥觅得食物。历代本草一般对植物描述颇为简单且少有记述花之性状，偶有亦只云花色，而《救荒本草》颇为重视对花器官（花，果实）的描述。不仅述及花形、花色而且记录了花瓣的枚数，果实和种子的颜色、大小和形状。这就明显地超过了历代本草对植物记载描述的水平，堪称中国15 世纪优秀的植物学专著。大家知道，植物的根、茎、叶、花、果实，是植物分类的重要依据，但相比较而言其中花和果实更是分类的关键器官，非它不可。瑞典学者林奈（1707-1778 年）1753 年首创植物的双命名法，他以花的性状为基础，将植物分为24 纲。林奈的工作得到世界各国的公认。植物分类学的研究得以长足的进步。我国的《救荒本草》早在1406 年即相当重视花器官在鉴定植物种类中的作用，而详加记述，这不能不说是15 世纪初期人类植物学研究工作的杰作。 第二，植物学术语丰富《救荒本草》对于植物生长习性所用术语颇多，如就地丛生（铁扫帚），就是科叉生（荞麦），拖蔓而生（牛皮消），附树拖蔓而生（金银花）等等。 对于植物叶的描述不仅论述互生叶、而且有了"对生"叶（尖刀儿苗、苏子苗、椋子树）和"轮生"叶的记述，如桔梗"四叶相对而生"。对于苦荬菜则有"脚叶"（即基生叶）和"小叶布茎"（即茎生叶）的术语。对于叶形的描述则有堇堇菜叶"似铍箭头样"（即披针形）。水慈孤其叶三角形似剪刀形（即戟形叶）。风轮菜"叶边有锯齿"。 对于茎则有"方形"、"四楞"、"茎方面四楞"（紫苏、风轮菜、苏子苗、薄荷、脂麻）的描述。这是典型的唇形科植物特征。可见植物形态描述抓住了关键的特征。 对于结实器官已有了"穗"和"小叉穗"（即小穗）的术语（雀麦、稗子、莠草子），而且对于禾本科植物种实成熟后容易落粒的生理现象有了记述。如"莠草子熟时即收，不收即落。" 蒴果的名词在书中许多植物中出现。如"堇堇菜结三瓣蒴儿"。紫苏"结小蒴其子状如黍"。脂麻"结四棱蒴儿，每蒴中有子四五十粒。""荞麦结实作三棱蒴儿"。对于荠菜记载了其"三四月出葶分生茎叉，稍上开小白花"。对花期有准确的记录。 对苜蓿"开紫花结弯角儿，中有子如黍米大，腰子样"的描述，说明作者观察细致。 对植物向性运动亦有记述。如"槐昼合夜开者名守宫槐"。 对植物受伤流乳汁现象亦有记述。如羊角苗、苦苣菜、孛孛丁等"茎折之俱有白汁出"。 对于百合的珠芽繁殖现象的记述颇有兴味"子色圆如梧桐子生于枝叶间。每叶一子，不在花中，此又异也"。 对于木材质地亦颇有研究"椋子树。。木则坚重，材堪为车辋"。"枯树其木坚劲，皮纹细密上多白点"。 第三，重视生态环境的调查研究《救荒本草》对于所载的414 种植物的生态环境作了细致的调查。从大量的调查研究中，发现了不同植物种类间在分布上有着巨大的差异，要采集某些救荒植物就应了解此类植物的生长环境。此书对生态环境的描述较历代本草更为详尽。笔者仅举数例归纳说明如下：水生环境：如"生水中"的水慈菰。"水中拖蔓而生"的荇丝菜，"生于池泽"的菖蒲，等等。 湿生环境：如"生水田边"的水稗，"生水边"的泽泻、獐芽菜，等等。陆生环境：区分得尤为细致。如"生荒野中"的雀麦、吉利子树等。"生山野中"的有风轮菜、牛皮消等。"生山谷中"的有茶、榆等。"生川谷"的葛根、柴胡等。"生田野"中的有莠草子、旱稗等。 第四，地理环境影响植物产量和品质现代植物生态学是研究植物相互间及植物与生存环境相互关系的科学。它阐明外界环境对植物的形态结构、生理活动、化学成分、遗传特性和地理分布的影响，以及探讨植物对环境的适应和改造作用。植物生态学是从植物学发展到较高水平之后分化出来的一门学科。在《救荒本草》里已有许多地方记述了地理环境对植物产品数量和品质影响的资料。 天门冬"其生高地根短味甜气香者上。其生水侧下地者，叶细似蕴而微黄，根长而味多苦气臭者下"。"花椒。。江淮及北土皆有之，茎实皆相类但不及蜀中者，皮肉厚腹里白，气味浓烈耳。又云出金州西城者佳，味辛性温大热有小毒"。"瓜萎根俗名天花粉。。入土深者良，生卤地者有毒"。等等。 以上可以看出，《救荒本草》不仅对我国植物地理分布颇有研究，而且对于地域和生态环境影响植物产量和品质有了科学的认识。这种观点是与植物生态学的理论吻合的。 《救荒本草》是我国现存最早的一部以救荒为目的的植物专著。它所记载的植物当时虽然来自河南省境内，但其原产地不少是来自全国。这些野生植物用途广泛，反映出我国野生植物资源的丰富。同时也表明早在五百多年前的明代初期，我国在野生植物的综合利用上已经积累了宝贵的经验，它是我国历史上一部重要的植物学文献，可以称之为15 世纪初的中国经济植物志。在《救荒本草》的影响下，明、清两代先后有十部救荒著作问世。其中比较著名的有《野菜谱》一卷，王西楼撰。《茹草编》四卷，明代周履靖撰，1528 年成书。《野菜博录》三卷，明代鲍山撰，1622 年成书等。在这方面《救荒本草》起着承前启后的作用。由于它的学术价值高，国内外流传颇广，1716年（亨保元年）日本有皇都柳枝轩刊本，还曾被译作英文传播欧美各国。（四）《闽中海错疏》1。撰写人及年代《闽中海错疏》的作者屠本畯，字田叔，浙江鄞县（今宁波）人，明朝万历年间曾任福建盐运司同知。他是在入闽之后，应太常少卿余寅之请写这部书的。屠氏学识渊博，对博物学和园艺都有较深的造诣，所著除《闽中海错疏》外，还有《海味索隐》、《闽中荔枝谱》、《野菜笺》、《离骚草本疏补》、《瓶史月表》等书。 《闽中海错疏》成书于明万历丙申（1596 年），距今已近四百年。全书分为三卷，上中两卷为鳞部，下卷为介部，共记载福建沿海水产动物二百多种（包括少数淡水种类）。 2。主要内容和主要贡献刘昌芝先生认为：此书所记载的水产动物，以海洋经济鱼类为主，我国著名的四大海产大黄鱼、小黄鱼、带鱼和乌贼，海产珍品对虾和蟹，以及鲥、鳓、。。等鱼都包括在内。所记载的鱼类，除锯鲨即胡鲨，棘鬣即过腊，，鳅即泥鳅，鮆即刀鮆以外，计有鲂、燕尾鲳、尖齿锯鲨、鲻鱼、刀鲚、鲥、海鳗、条纹东方鲀等80 多种，分别属于鲤科、鲳科、锯鳐科、鲻鱼科、鲱科、鳗丽科等40 个科，及鲈形目、鲻形目、鳗丽目、鲱形目、鲀形目、鲤形目等20 个目。所记载的两栖类有蟾蜍、雨蛙、虾蟆、水鸡、石鳞、黄魻等10 种以分别属于蟾蜍科、雨蛙科、蛙科三科。此外还记载有软体动物的贝类，节肢动物的虾类，以及鱼、鳖等。福建地处浙粤之间，有些海产动物是相似的，正如屠氏在序中所说："并海而东，与浙通波，遵海而南，与广接攘。其间彼有此无，十而二三耳。"所以他对闽海水产动物的描述，多用浙东沿海所产加以比较。值得特别指出的是，书中有些记载是前人不曾提到的。例如，海胆一名过去曾被认为来自日本，其实日本却是引自此书。又如，鲤是一种名贵的金色小沙丁鱼，明以前不见于记载，此书却对它作了描述。作为附录，书中还记载了福建常见的外省海产，如燕窝、海粉等。 因此，这部书作为一种早期的地区性水产动物志，可以说已经粗具规模。《四库全书提要》说它"辨别名类，一览了然，颇有益于多识"，这是当之无愧的。 屠本畯写《闽中海错疏》，主要是根据他自己对水生动物的观察和研究。他的描述说明各种动物的形态特征和生态习性。 如，他说："泥螺，一名土铁，一名麦螺，一名梅螺，壳似螺而薄，肉如蜗牛而短，多诞有膏。"又说："按泥螺产四明、鄞县、南田者为第一。春三月初生，极细如米，壳软，味美。至四月初旬稍大，至五月肉大，脂膏满腹。以梅雨中取者为梅螺，可久藏，酒浸一两宿，膏溢壳外，莹若水晶。秋月取者，肉硬膏少，味不及春。"这一段简单的叙述，把泥螺的形态、产地、生长发育和食用方法都讲到了。据张玺说，这种贝类动物七至九月产卵，秋后所采是产过卵的个体，所以肉硬膏少，味不及春。当年孵出的螺个体很小，肉眼不易看到，第二年春季长到米粒大小，到五、六月开始繁殖。从屠氏对泥螺自然繁殖的记载来看，可知他当时对泥螺的生态习性已有清晰的认识。这种螺，现在动物学上仍称泥螺，系1848 年定名，晚于《闽中海错疏》的记载近250 年。 除描述动物的外部形态外，他对某些动物的内部器官也有记载。例如，他说："鱆鱼。。多足，足长，环聚口旁，紫色，足上皆有圆文凸起；腹内有黄褐色质，有卵黄，有黑如乌鲗墨，有白粒如大麦。"可惜，由于当时对动物生理还缺乏研究，他没有指明黄褐色质是肝脏，黑色的是墨囊，白粒是卵。 屠本畯的《闽中海错疏》，将性状相近的种类放在一起。例如，把鲤、黄尾、大姑、金鲤、鲫、金鲫、棘鬣、赤鬃、方头、乌颊等排在一起；虾蟆、蟾蜍、雨蛙（蛤）、石鳞、水鸡、尖嘴蛤、青魻、黄魻等排在一起；白虾、虾姑、草虾、梅虾、对虾、赤虾等又排在一起，等等。这些动物分别相当于现代动物分类上的鱼类、两栖类和节肢动物。在大类中，他又把性状更接近的排在一起。例如，在鱼类中，把鲥、鳓、。。排在一起，现在知道它们都属于鲱科；在两栖类中，把水鸡、青魻、黄魻等排在一起，现在知道它们都属于蛙科。在大类中又分了小类。如鱼类中的棘鬣、赤鬃和乌颊排在一起，根据书中的描述，知道它们就是现在所称的真鲷、黄鲷和黑鲷，都属于鲷科；虎鲨、锯鲨、狗鲨、胡鲨等排在一起，都属于软骨鱼类。屠本畯把水产动物分成不同的大类，在大类中再分小类，这种排列方法在一定程度上揭示了动物的自然类群，反映了它们中间的亲缘关系，可见这位16 世纪的中国博物学家已向自然分类的方向迈出了一步。这些不同的大类和小类，相当于现代生物学中的科、属各阶元，其中包含着科和属的概念。同时代的欧洲博物学家，在动物学方面主要是描述动物各个不同的种，在他们的著作中还看不到自然分类的概念。屠氏在《海错疏》中应用的动物分类法，在当时显然是比较先进的。 如以上所述，《闽中海错疏》对所记载的水产动物，基本上是按照自然分类的原则进行分类的，而记载的内容包括动物的名称、形态、生活习性、地理分布和经济价值等，与现代动物志的编写方法极为接近。在明代以前，我国没有水产动物志，甚至动物学专著也不多，动物学知识主要散见于医学和农学著作中，还没有形成一门有系统的动物科学。在这样的历史条件下，屠本畯能写出一部含有自然分类概念的水产动物志，在我国为最早，在世界上也找不到前例，这是值得在生物学史上给以高度评价的。 八、农业科技（一）农书的特点与成就1。特点明代农书具有哪些特点？它又是如何形成的呢？王达认为，从宏观上看，大致可归纳为三个特点：第一，专著多明代农书的重要特点是专业性书籍大量涌现。明代以前的农书，一般是综述农业生产兼及居家日用，而以某一单项为著述对象的则较罕见，有之也只限于茶、果或花卉的少数几部。明代就大为改观了，已有一系列只对某一种作物（或动物）进行特定阐述的专著问世，如《稻品》、《芋经》、《木棉谱》。。。这些著作记述得相当具体、细致。它们的出现，是农学史显著进步的又一重要标志。 值得指出的是这一时期蚕桑专著的增加尤为突出。明代海禁取消，中外物资交流频繁，洋商纷纷争购丝绸，中国蚕业为之一振。蚕桑在农家经济中占有如此重要的地位，无怪乎各地农民普遍关注和纷纷学养。学习除观现场外，他人经验形之于文字、纂之成书籍的蚕桑专著当是需求的主要对象。因此刺激了各种形式的蚕桑资料大量问世。 第二，地区性农书多农业生产的重要特点之一是受大自然制约性很强。我国地域辽阔，各地土质、地形、气候等条件千差万别。明代以前农书侧重反映北方情况，失之于笼统和一般化，因之在具体地区的生产实践上，未免减弱了它的参考价值。明代，具有较强地区特点的地方性农书陆续面世，正因为这些著作较为真实地反映了该地区农业生产的详细、具体内容，读起来比泛论常谈的农书更感生动、亲切，并对现实生产富于参考、指导意义，因而受到人们珍视和器重，成为我国农学宝贵遗产的一个重要组成部分。 这一时期地区性农书广泛出现的原因很多，主要的除上述受"经世致用"思想影响外，与生产力和科技知识的提高，地主经营的增加及社会经济发展的需要有着直接的关系。 第三，近代农学有了萌芽以经验积累作基础的传统农学和以科学实验为依据的现代农学，是两个既有联系而又不同阶段的历史产物。我国以精耕细作为特征的传统农学奠基很早，公元前三世纪的战国时期已初具规模，而且在许多方面处于国际领先地位。但由于种种原因，进入近代农学却步履蹒跚，直到明代时期才见端倪。明代农书中反映近代农学萌芽的主要表现为：传统农书的论述中蕴含着某些近代农学的因素，如《天工开物》已提出了农业生产技术措施中的数量关系和品种培育选择上的杂交优势。传统农书（及丛书）中以列入了近代农学篇章，如，《农政全书》中就收有近代水利著作《泰西水法》两卷。 2。成就农书是反映农业生产力、科技水平和农学思想的重要典籍之一，明代农书当然也不例外，现在让我们来约略地考察一下这一时期的农书有哪些主要进步和重大成就：（1）在农学思想理论方面1。推进农学思想理论化之尝试 明代以前的农书，有的虽对农业技术有较详的记载，但由于历史的局限性，难得提到理论的高度来认识和阐述，南宋的《陈旉农书》对田庄的经营管理领域似曾有所涉及，然亦未突破俗套。明代农书在这方面确有较大的进步，首辟蹊径的是明代《农说》一书。 《农说》江苏漂阳马一龙撰，它从阴、阳、水、火的升降、消长、变化的角度探讨了作物生长、发育的内在规律及耕作管理的相应措施等问题。它在谈到作物与环境关系时提出："含生者，阳以阴化；达生者，阴以阳变，察阴阳之故，参变化之机，其知生物之功乎"！又说："亢而过泄者，水夺；敛而固结者，火攻"。所说虽有些令人费解，也未摆脱古人阴阳生克的传统影响，可是它能大胆地把这种学说与农业生产的原理原则联系起来，试图系统地阐明其辩证关系，当是了不起的历史性进步，为后来我国农学思想和理论的发展别开了生面。 2。"人定胜天"论之明确提出 农业生产在很大程度上受制于自然条件，在生产技术还较落后的古代尤其如此。战国时期《荀子》虽然已有"戡天"和"制天命而用之"的提法，但在农业上大量反映的却是"趋时"、"顺时"、"应时"、"得时"的概念。六朝时的《齐民要术》等也还只以"顺天时、量地利"作为指导生产实践的准则，可是发展到明代，《农说》遂首先提出"力足以胜天"的响亮口号。它说："力不失时，则食不困；知时不先，终身仆仆尔！知时为上，知土次之，知其所宜，用其不可弃，知其所宜，避其不可为，力足以胜天矣"。这里不仅提出"力足胜天"的科学命题，而且具体描述了如何发挥"人力胜天"。这是农学史和农业思想史上的一个重大进步。其后《群芳谱》的"人力夺天工"、《花镜》议论种花木"人力亦可以夺天工，夭乔未尝不在吾侪掌握之中"等，都是上述思想的直接继承和发展。依照他们的认识：只要能适应植物的特性，满足其对光、温、水、气等生育条件的要求，采取恰当的栽培措施，就可以达到人们需要的结果。这在《农政全书》中说得更清楚，《农政全书》曾引丘浚话说："地土高、下、燥、湿不同，而所生之物有宜有不宜焉；土性虽有宜不宜，人力亦有至不至，人力之至，亦或可以回天，况地乎！"该书还说："所谓土地所宜，一定不易，此则必无之理。。。果若尽力树艺，殆无不可宜者，就令不宜，或是天时未合，人力未至耳"！这种具有很高科学水平的人定胜天思想，是我国一向重视人的主观能动性、不惟风土论思想发展的又一里程碑，它对明清以来引进、推广新品种、采用新技术、克服旧观念、促进生产力不断发展，无疑起了重大作用。 3。"三宜"原则之形成与应用 农业以大自然为活动舞台，其结果好坏，与环境条件关系极大，我们先民在实践中对此早有体会并逐步深化，约在公元前三世纪的《孟子》就明确提出："不违农时"的重要意义，十三世纪《农桑辑要》又对时、地与农业之关系作了精辟的论述，大意是《齐民要术》所说播种有上、中、下三时，大概是以洛阳为准的，实际上远离洛阳的南、北、东、西、及山、川、原、隰，寒暑各有差异，"苟比而同之，殆类夫胶柱而鼓瑟矣"！如果说元以前人们对时宜、地宜已有一定认识的话，那么明清期间对"物宜"也有了相当了解，从而完善了因时制宜、因地制宜、因物制宜的"三宜"论的体系，这是农学思想上的一大发展。明代《农说》谆谆告诫人们：种庄稼能"合天地、地脉、物性之宜而无所差失，则事半而功倍矣"。（2）在经营管理技术方面合理经营、讲究效益，"相继以生成，相资以利用"，是我国农业优良传统的重要组成，但这也只在明代的农书中才有较全面、深刻而系统的著录。精打细算合理利用农业资源，经营成败的重要因素在于算计，这在《沈氏农书》中得到充分反映，沈氏曾根据他在劳力、资金、技术方面占有优势，常到苏州或长兴买大麦或酒糟，再加工酿酒。酒则出售或饮于雇工，酒糟养猪，猪肉、仔猪及副产品自用或出售，猪粪是优质肥料，就地施用，又省下了购买和运载费。所以他颇有启示性地说："耕稼之家，惟此最为要务"。同样在废物利用上也有意义重大的论述："种田地利最薄，然能化无用为有用；。。何以言之？人畜之粪与灶灰脚泥，无用也，一入田地，便将化为布帛菽粟，。。"。 明代农书中所记载的在重视经济效益的经营思想指导下，开展多种经营、发掘潜力、充分合理利用农业资源，维护生态平衡，争取常年收入均衡等方面的经验、教训，对今天农业现代化建设，仍不失于有益的借鉴。 （3）在著述范围、形式方面1。创救荒植物著述之先例《氾胜之书》和《齐民要术》已总结出种稗、芋、芜菁等以"凶年代食"的经验，以后代有发展。不过当时只有片段记述或语焉不详，并未出现系统知识的专著。惟到明清期间，随着生产、科技的发展，也因明代自然灾害特多，所以备荒成了当时农学发展的主要特点之一，一些有识之士，积极探索野生植物资源和可以食用的部类，编纂救荒专著，如明太祖的第五子朱■收集植物414 种植于王府，召精工绘之成图，刊之成书，并载明其形态、产地、可食部分与食法等，这就是我国颇具影响的第一部以救荒为主的本草学--《救荒本草》。以后陆续刊行了《野菜谱》、《茹草编》等多种。这些救荒专著问世后影响很大，一版再版，《救荒本草》还流传海外，并被日本多次翻印。 在研究救荒策略方面，明代一些开明学者和热心人士，曾对数以百计的野蔬杂果，一一作了仔细的品尝、鉴别和图文并茂地详加介绍。它不仅对广大劳动人民在减轻虫、病、灾、荒所造成的痛苦方面有一定意义，而且对促进荒政、本草、植物生态等学科的发展均作出了相当贡献。 2。开植物书籍图示之先河 我们先民对于植物早有研究并在古籍中作了大量著录，但是由于对其性状、特征缺少细致的描述或绘出图样，因而我们在辨别古代某些作物时产生了许多困难。如黍、稷、粟等，是我国古代北方普遍种植的作物，然而要就某处所提的究竟是黍？是稷？还是粟？。。至今仍是一个难解的谜，成为农史界打不完的"官司"。又如古籍上的梁、甘藷、千岁子。。的名实，均属众说纷纭的问题，为什么？就是因为原书记载失之笼统，无具体的形象描述或图示，后来的注释家有的又缺乏实际知识，或轻率臆断，讹传既久，便混乱不堪，以致今天难分泾渭。 明代不少农书在解决上述问题上，前进了一大步，有的对农作物甚至野生植物的形态特征，不仅有文字的详细描述，而且还精工绘制了生动、逼真的图形，名实极易辨析。前述《救荒本草》就是一个典型。该书明代嘉靖四年的刻本中有的图象相当精致，美国植物学家李德曾倍加赞赏，他说当时欧洲同类型的书是无法与之相比的。 （二）水土保持理论1。沟洫治黄理论与"天下人人治田则人人治河"思想汉贾让的"多穿漕渠"、"使民溉田"、"分杀水怒"、"兴利除害" 的治黄主张，是治黄史上最早出现的沟洫治黄论。马宗申先生认为：宋、金以来，黄河溢决和改道频繁，单纯依靠堤防和"增卑培薄"的治黄方法，渐为人们所怀疑。自元末宋濂《治河议》倡沟洫之论，降至有明一代，沟洫论更是极一时之盛，周用、徐贞明、徐光启等许多著名的治水专家和农学家，均主张沟洫治黄，从根治黄河，特别是从水土保持的角度看，以面上的治理为重点的沟洫论，要比专以治理堤防为重点的"束水攻沙"论，有着更为重要的意义。尤其在周用提出"使天下人人治田，则人人治河"的思想后，使得原来的沟洫治黄理论有了进一步的发展，使它在水土保持方面的意义大大提高。 周用，明代吴江（今江苏省吴江县）人，嘉靖二十二年（1543 年）四月，奉命总理河道，负责治黄工作，上过一个《理河事宜疏》，专谈"治河"与"垦田"两者的关系，他认为治河与垦田同为关系国计民生的大事，而且彼此间有着相互制约、相互促进的辩证关系，孤立地解决其中任何一个，将不会成功，他说："治河、垦田，事实相因，水不治则田不可治，田治、则水当益治，事相表里"。如何一举将两件大事同时搞好呢？他的答案是："使天下人人治田，则人人治河也"。这就是说应该从治理农田开始，只有这样才能"一举而兴天下之大利，平天下之大患"。这在当时是一个十分先进的思想，周用的这一思想已由黄河下游于流的治理，扩大到全流域面上的治理，由治理堤防转向治田，由单纯治水发展到结合农业生产，也就是说由消极防御转到积极治理，由治标转到治本。 自从周用以后，徐贞明、徐光启等有识见的水利科学家无不将治水和治田紧密地结合起来，徐光启在《旱田用水疏》中，曾将旱田水利化的好处概括为：第一是可以尽地力。他指出土地不能尽开的原因即为水利不修。第二是可以救旱、防旱。他说，只要灌溉的方法对头，那就没有不可浇灌的土地，就不会有干旱，另外还由于把大量的水分散贮蓄在广大的农田之间，土壤温度适中，蒸发形成云雾，降雨比较容易，故又可以防旱。第三是可以救潦、防潦，他说，灌溉渠系四通八达，可用于蓄水也可用于排水，故可以救潦，另外还由于水流遍布各地，使气候得到调节，既会时常降雨，也会时常天朗气清，不会形成霖雨，故又可以防潦。第四是可以防治江河水患。他说，讲求水利的结果，必然会是遍地农田，沟洫纵横，可以分蓄洪水，减少江河洪水泛滥的危害。 胡定继周用、徐光启之后，提出了"汰沙澄源"的治黄方针，主张在黄河中游黄土丘陵沟壑区打坝拦泥，淤地种麦，借以减少进入黄河下游的泥沙，达到使河水变清和根治黄河的目的，这是在治黄问题上的一个极为有意义的新倡议，是周用、徐光启等人"治田即治河"思想的新发展。 2。"治水先治源"理论万历年间水利学家徐贞明的《潞水客谈》，是一部专谈西北水利问题的著作。书中关于治水问题提出了一个比较重要的理论，叫做"治水先治源"。就是主张在治理常常泛滥成灾的河流时，首先从它的发源地治理起，然后再依次及于中游和下游，徐贞明所说的"治水先治源"，实际上就是治水先治河流上源水土流失严重的山区。因此不难看出，这一理论与水土保持的关系是如何密切。
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