1701082137
宋初的实物地租，一般实行分成收租，地租率通常占收获物的一半以上。另有一种定额租制，由地主规定定额的租米。尽管农民受到的剥削并没有比以前减轻，但实物地租使他们对生产的支配权更大了些，生产积极性也高些。宋初，土地兼并之风尚未太盛，太祖和太宗时又鼓励农民“能广植桑枣，垦辟荒田者，止输旧租”，“……分画旷土，劝令种莳，候岁熟共处其利……所垦田即为永业”【1】。因此，自耕农比例增大。生产最为发展的两浙路、江南东路，没有土地的客户（佃农）只占五分之一左右，其他地区客户大约占十分之五至十分之七。即小土地所有制在这时有了很大的发展。这些生产关系的变革使得宋代前期一百年间，社会生产迅速上升，人口增长，广大农民开垦了大量的农田。特别是从996年至1021年的25年中，农田增加了约200万顷以上，使我国封建社会经济发展进入了一个新的时期，为宋元时期科学技术的高度发展做了必要的准备。
1701082138
1701082139
江南各地区，在人口增加较多，农业劳动力充实，加上先进的农具——“江东犁”和灌溉工具翻车、筒车等的使用逐渐普遍和生产技术提高的前提下，采取了一系列扩大耕地面积的措施。如圩田、柜田、架田、均与江湖争田，涂田则与海洋争地，梯田系与山争地。到南宋时，浙江、江西和湖南的山岭间已到处有梯田了。农田水利的兴修，自北宋以来，江南地区开始超过北方，如江苏、浙江、福建水利工程项目比唐代增加了一倍，南宋增加更多。当时兴修的大型水利工程，往往能灌溉田地二三十万亩，甚至上百万亩。宋代，农民还培育出许多优良的农作物品种，特别是南方农民培育出很多优良的稻种，如箭子稻等，提高了农田单位面积产量。传统的精耕细作在江南地区得到高度发展。因此，南宋时出现了我国最早专门总结江南水田耕作技术的陈旉《农书》。
1701082140
1701082141
宋代的手工业和商业空前繁荣，四大发明之一的指南针，随着对外贸易和造船业的发达已普遍地使用于航海。雕版印刷迅速发展，工匠毕升还发明了活字印刷术。印刷业又促进了造纸业的发达，《宋史·地理志》所记各地贡品、贡纸的有淮南路的真州，江南路的池州、徽州，两浙路的婺州、衢州，成都路的成都府等8处，而唐代只有婺州、衢州2处。【2】火药此时被大量用于制造火器、兵器制造也取得较大成就。此外，纺织、矿冶、制瓷、造船各部门都有显著的进展。其中又以纺织和制瓷业为突出，它们为宋、元时代对外贸易出口商品中的两种主要商品。各手工业的作坊，规模之大，分工之细都超越了前代，如宋代少府监所辖之文思院下面分：打作、棱作、钑作、渡金作、钉子作、玉作、玳瑁作、银泥作等32作。【3】将作监所辖专管土木工程的有东西8个作司：“曰：泥作、赤白作、桐油作、石作、瓦作、竹作、砖作、井作。”【4】官营手工业分工已如此之细，民间手工业分工当也差不了多少。元朝对手工业也较重视，工匠受到比农民优厚的待遇。初期遭破坏的手工业到13世纪末已逐渐恢复。纺织业和兵器制造业有突出的发展。正是由于手工业的发展和生产技术的提高，这时出现了总结或记载手工业技术的专著，如全面系统地总结建筑技术成就的《营造法式》及木构建筑技术的《木经》，关于兵器制造的《炮经》、《强弩备术》以及《武经总要》中有关章节，还有详述木制机具的木工技术专著《梓人遗制》等。
1701082142
1701082143
由于商业的繁荣，城、镇数目增加了。城市商业活动更加广泛，大城市中不再有坊市的区分，并且不禁夜市。南宋首都临安人口124万，超过了北宋的汴京。临安有440行，行业比北宋分得更多更细。宋代市镇的发达标志着城乡贸易的新发展，信用交易和汇兑机构的出现更是商业兴旺的象征。海外贸易非常发达，从明州、杭州可通日本、高丽；由广州、泉州可通东南亚，以至阿拉伯各国。南宋海外贸易更盛，市舶岁收200万贯，超过北宋两倍多，占政府全部岁收的五分之一。通商地区和国家达到五十多个。北宋每年铸钱三百多万贯，并且出现了世界上最早的纸币“交子”。南宋时商业比北宋更发达，纸币日益盛行，交子、会子广泛流通。农业和手工业的发展，增加了商品交换的需要，而商业的发达反过来又促进了农业和手工业的发展。
1701082144
1701082145
契丹、党项、女真等少数民族在生产技术上都有不少突出成就。虽然他们的上层统治集团发动战争，在一些地区造成了巨大的破坏，但经过一段时间各族劳动人民生活在一起，原来的隔阂逐渐消除而相互融合起来，从而促进了各民族间的科学技术交流。如契丹破回鹘得到西瓜，然后契丹人又把西瓜种植法传给汉族，就是我国各民族经济交流史上一个值得记述的事件。【5】又如“淳熙九年，沿边州郡，因降式制回回炮，有触类巧思，别置炮远出其上”【6】，说明朝廷把回回炮图样分发沿边州郡仿制，在仿制过程中炮工们又加以改进，经改进后的炮比原来的好得多。
1701082146
1701082147
宋元时期，由于海外贸易扩大，国际科技交流也较广泛。从日本、朝鲜和阿拉伯、东南亚各国进口的香料药物、农作物优良品种、矿石及其他物品，丰富了我国农业和医药学的内容。
1701082148
1701082149
宋政府对于科学技术的发明创造较重视，常予奖励。冯继升进火药法，赐衣物束帛；唐福献火器，造船务匠项绾献海战船式，各赐缗钱；石归宋献弩箭，增月俸；焦偓献盘铁槊，迁本军使；郭谘造战车、弓弩除钤辖等等。又如木工高宣设计制造八车船，受到赞赏；水工高超和主持人王亨创新法防洪有功，受赏赐；僧怀丙打捞铁牛成功，赐紫衣。有的发明创造并能及时加以推广，如沈括制木图，诏边州仿制。而各种新式船型创造以后，往往降下船样，命沿江沿海各州仿造。有关国防方面的科技发明创造更是这样，由于号召军民陈述军器利害，于是“吏民献器械法式者甚众”【7】。
1701082150
1701082151
元朝在灭亡南宋，统一中国之后，加强和发展了各民族之间的交流，并继续施行南宋鼓励海外贸易的政策。很多阿拉伯人和伊朗人来华经商，不少人还留居中国，加上蒙古骑兵占领了欧亚广大地区，使中外经济和科学技术文化的交流进入了一个新的发展阶段。
1701082152
1701082153
总之，生产的发展，经济的繁荣，前代的积累，奖励政策以及各民族之间和中外科学技术的交流，都是这一时期科学技术发达的条件。除此之外，宋政府改进了科举考试的办法，取消了门第、乡里等限制，扩大了仕途和知识分子队伍。知识分子中一些具有务实思想的人，十分注意科学技术有关问题的考察和研究。另一些考场失意、仕途无望的知识分子，就把兴趣转向科学技术的研究与总结。他们都对科学技术的发展有一定的作用，留下很多自己的研究心得和别人发明创造的记录。这些著作又因宋以来印刷术的发展，广泛用来刻印书笈而得以在当时流行，其中一部分并保存到今天，成为可贵的科技历史文献。
1701082154
1701082155
中国科学技术史稿（修订版） [:1701078190]
1701082156
二 火药和兵器的进步
1701082157
1701082158
火药和火药武器
1701082159
1701082160
宋元时期，火药的配方已经脱离了初始阶段，各种药物成分有了比较合理的定量配比，并且在军事上得到实际应用，火药和火器制造开始成为军事手工业的一个重要部门。
1701082161
1701082162
古代火攻，起初多用油脂草艾之类，到两宋火攻器械有了巨大的发展。据《宋史·兵志》记载：970年兵部令史冯继升进火箭法，后来又有神卫水军队长唐福献所制火球、火蒺藜，还有冀州团练使石普能为火球、火箭。火药武器的大量使用，推动了火药的研究和配方的改进。除炼丹家外，更有许多军事方面的专家加入了研究者的行列。曾公亮（998—1078）、丁度（990—1053）等在1040—1044年编著的《武经总要》中，记录了三个火药方子：毒药烟球每个重5斤，用硫黄15两，焰消（硝）30两，木炭5两，草乌头5两，巴豆2.5两，沥青2.5两以及少量的砒霜等等。蒺藜火球火药法：用硫黄20两，焰消（硝）40两，炭末5两，沥青2.5两，干漆2.5两，桐油2.5两，蜡2.5两，以及蔴茹、竹茹等。火炮火药法：硫黄14两，焰消（硝）40两，松脂14两以及定粉、黄丹、清油、蔴茹、竹茹、砒黄、黄蜡、桐油等。由这些记录可知，宋代火药配方中硝的含量增加了，增加到两倍甚至接近三倍。唐代火药硫、硝含量相同，是1∶1；宋代增加到1∶2，甚至近乎1∶3已与后世黑火药中硝占3/4的配方相接近。同时，又加进各种少量辅助性配料，以期达到易燃、易爆、放毒和制造烟幕等效果。它说明了火药配方在制造和使用过程中得到了不断改进。
1701082163
1701082164
1701082165
1701082166
1701082167
图7－1 宋代突火枪
1701082168
1701082169
宋元时期的许多史笈都有关于火炮的记载，其形制各不相同，如有纸制、陶制、铁制等等。北宋末年，在抗金战争中发明了“霹雳炮”、“震天雷”等杀伤力较大的火炮。震天雷已是一种铁火炮，其威力很大，据《金史》记载：“火药发作、声如雷震，热力达半亩之上，人与牛皮皆碎迸无迹，甲铁皆透。”1257年李曾伯提到“荆淮铁火炮有十数万只”【8】之多。这说明火炮已经发展到铁制的阶段，而且其数量已相当可观。又据《宋史》卷451载元世祖至元十四年（1277年）“娄某以二百五十人守月城……拥一火炮燃之，声如雷霆震，城上皆崩……火熄，入视之，灰烬无遗矣”。一炮之威，能使城外元兵震惊而死，而城上守兵二百多人也自行炸成灰烬，与城俱亡。这说明了当时火药威力之大以及巨型火炮的出现。
1701082170
1701082171
这些火炮，不管是中小型或巨型，不管是纸制、陶制或铁制，看来都还不是用火药放射的火炮，估计多半还是以埋藏、放置的方式，或用抛石机投射并引爆的地雷、炸药包、炸弹一类火器。
1701082172
1701082173
特别值得提出的是管形火器的出现。1132年，陈规守德安时用“长竹竿火枪二十余条”【9】，李曾伯也提到火枪“如火箭则有九十五只，火枪则止有一百五筒”【10】。
1701082174
1701082175
1259年，寿春府“造突火枪，以巨竹为筒，内安子窠，如烧放，焰绝，然后子窠发出，如炮声，远闻百五十余步”【11】。到元代已经出现铜铸火铳，称“铜将军”以表明它的威力。中国国家博物馆珍藏的元至顺三年（1332年）铜火铳是已发现的世界上最古老的铜炮。这些都是以火药的爆炸为推动力的新式火器，而且已从发火烧人的火枪进步到内安子窠去杀伤敌人。枪筒已由竹制发展到铜制，更为坚固耐用。
1701082176
1701082177
1701082178
1701082179
1701082180
图7－2 元至顺三年制铜火铳
1701082181
1701082182
用抛石机发射的火炮，由于木杆摇晃，准确度较差。而管形火器由于枪管对子弹的约束力，造就了一个较为稳定的管内弹道，这也就大大增加了管外弹道的稳定性，从而使射击的准确性大为提高。所以管形火器的出现在兵器发展史上是一个重大的突破。它为近代枪炮的不断发展奠定了初步基础。
1701082183
1701082184
兵器制造技术
1701082185
1701082186
宋代兵书甚多。《宋史·艺文志》列兵书347部，共计1956卷，约为唐代的6倍。其中流传至今的首推曾公亮《武经总要》40卷，其次如许洞《虎钤兵经》20卷等。关于兵器制造和军事工程方面的专书，《隋书·经籍志》、《唐书·艺文志》均未见记载。《宋史·艺文志》则载有《炮经》1卷，《强弩备术》3卷，《行兵攻具术》和《行兵攻具图》各1卷等。这些专著虽然多已失传，但在一些总论军事武备的书中，兵器部分也占有不少篇幅。如《武经总要》一书，仅就兵器制造而言，也是一部极有价值的著作。