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在地学方面，沈括也有不少贡献。1074年4月，沈括到浙东地区察访，看到“峭拔险怪、上耸千尺、穹崖巨谷”的雁荡山诸峰的地貌景观，对此，他明确提出了流水侵蚀作用的自然成因说，“原其理，当是为谷中大水冲激，沙土尽去，唯巨石岿然挺立耳”。他还认为我国西部黄土地区“立土动及百尺，迥然耸立”的地貌特征，也是同一原因造成的，为这两个不同地区的地貌情况提供了科学的说明。同年秋，沈括到河北察访，他发现在太行山麓的“山崖之间，往往衔螺蚌壳及石子如鸟卵者，横亘石壁如带”，由此他机敏地推断说“此乃昔之海滨”。他还进一步指出，此地“今东距海已近千里，所谓大陆者，皆浊泥所湮耳”，以泥沙的淤积作用正确地解释了华北平原的成因。【23】这些都是沈括独到的见解。
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1075年，沈括在观察边防地区时，曾用木屑、面糊堆捏地形，“写其山川道路”，后因天寒又改用熔蜡制作，成立体地图，既真切又便于携带，“至官所”后，沈括又把它复制成木刻的立体地图，上呈朝廷。沈括的这一方法立刻受到重视与推广，使“边州皆为木图，藏于内府”。【24】这种立体地图的出现比西欧要早七百余年。继沈括之后，南宋的黄裳和朱熹都制作过立体地图，其中朱熹所制立体地图是用胶泥作成，比木刻简便和优越。公元1076年，沈括奉命编修天下州县图，他经过12年的不懈努力，“遍探广内之书，参更四方之论”【25】，计绘制全国大地图1轴（12尺×10尺），小图1轴，又全国十八路图各1轴，共20轴。在制作过程中，他把州县相对方位的描述，从原先的8个方位增至24个方位；同时十分注意两地间水平直线距离——“鸟飞之数”【26】的测算，使得州县间的相对位置更为精确可靠。沈括的这些工作，在我国地图绘制史上占有重要的地位。据研究，著名的“禹迹图”可能就是沈括绘制的，在本章第九节中，我们还要谈到它。
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此外，在水利测量方面，沈括在1072年视察汴河工程时，曾实测沿河各段水平高低，测得汴京上善门起，经过840里河道至泗州淮口高低相差194.86尺。他的测量方法是临时筑堰，量出堰内外两侧水面的差数，分段筑堰，逐段记录汇总。
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对于药物学，沈括的主要贡献是：根据实物，对药物名称存在的一物多名或多物一名的情况，作了证同辨异的工作，校正了前人认识上的错误，如指明杜若即高良姜，赤剑就是天麻等等；对于药物的采集和使用等方面，也多有纠谬正误之处。他又十分重视验方的收集，编成《良方》一书，在自序中说，“予所谓良方者，必目睹其验，始著于篇，闻不预焉”，采取了比较审慎的科学态度。其中“秋石方”（载《苏沈良方》卷6）记载了世界上最早的荷尔蒙制剂的制备方法。
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沈括的科学成就是多方面的，其中有不少创见和新说。他之所以能达到这样高的造诣，同他所处时代科学技术的发展状况以及他本人的科学思想与治学方法有密切的关系。
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沈括的科学思想和治学方法
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在青少年时期，沈括就跟随他的父亲经历过许多地方。成年以后，因工作的需要，沈括涉足的地区更为广阔，使他有机会耳闻目睹人民的各种创造。更重要的是，他随时留心观察，注意探索自然界的客观规律。他又曾历任昭文馆校勘、提举司天监事、史馆检讨、集贤院校理等职，从而得以博览群书。
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在对自然界客观事物的实地考察、对研究对象长期的、仔细的观测以及科学实验工作的基础上，沈括应用合理的逻辑推理的方法，即所谓“原其理”或“以理推之”，从而引出符合科学的结论。这是沈括的科学思想与治学方法的精髓所在。
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沈括对人民的实践经验和创造发明给予高度的正确评价。他说：“至于技巧、器械、大小尺寸、黑黄苍赤，岂能尽出于圣人！百工、群有司、市井、田野之人，莫不预焉。”【27】在《梦溪笔谈》中记录了不少民间的科学技术人物和成就，便是在这种正确思想的指导下进行的。
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在沈括的思想中也夹杂着某些封建性的、神秘主义的糟粕。如宿命论、因果报应说之类；又如他认为“欲以区区世智情识，穷测至理，不其难哉？”【28】带有不可知论的色彩。他对于自然科学一些问题的见解，限于当时的科学水平，还带有朴素直观的性质。这些都是历史的局限性造成的。在他的身上虽然不可避免地存在着这些缺点，但由于沈括既以博学著称，而在天文学、数学、地学、物理学等许多方面又具有很深的造诣，因此，中外学者都公认他是历史上一位卓越的科学家。
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六 农业生产和农学的高度发展
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宋、元时期，农业生产和技术的发展，特别是南方达到了一个新的水平。元时，江、浙就负担了全国租赋的十分之七。这一方面反映了元政府对江南劳动人民剥削残酷，另一方面也说明了南方经济的繁荣。南方农业生产的发达是和扩大耕地面积，改进农业生产技术，提高单位面积产量分不开的。
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农田的开垦和农作物分布的变化
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宋、元时期，土地的开垦利用已有一整套办法。在地狭人稠的地区，人们更是千方百计扩大耕地面积，开辟许多新农田。其方法一是与水争田，一是变山为田。劳动人民根据不同的自然条件，采用了因地制宜的办法。在高地各水汇归之处凿成陂塘蓄水，既可自流灌溉，又可避免水土流失。它如圩田、淤田、沙田、葑田、架田、涂田、湖田等都施行于滨江海湖泊之地。北宋圩田在前代基础上进一步发展，南宋圩田规模更大，浙西路有圩田一千四百多处，仅淀山湖就有圩田几十万亩。圩田既能抗旱，又能防涝，产量较高。但五代时创建的吴越太湖地区完整的圩田制度和水利系统，到北宋，因统治者贪图漕运的便利和防止商贾漏税等，随意毁坏堰闸、堤防，乃至填塞了宣泄太湖下游入海的安停江。【29】而使完整的水利系统遭到严重的破坏，“使数百里沃衍潮田，尽为荒芜不毛之地”【30】。又如围湖造田，虽可取得扩大耕地面积的效果，但北宋时却出现了滥围湖田的情况，浙江绍兴的鉴湖、鄞县的广德湖、萧山的湘湖等，关系到几百万亩农田的灌溉利益，由于被王室和官僚大地主“盗湖为田”或“废湖为田”，自然生态遭到破坏，使下游广大农田得不到好收成。【31】这一历史教训，必须引以为戒。宋代梯田已有很大发展，根据唐、宋时一些文集笔记中所说的梯田，大都分布在广东、福建、浙江、江西、四川等省多山丘陵地区。【32】
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宋、元时期，农作物的分布有很大变化。就粮食作物而言，水稻生产上升到高居全国粮食作物的第一位，不但在南方广为种植，而且大力向北方推广。宋初，除在河北开辟稻田外，宋太宗曾令江北诸州“就水广种粳稻，并免其租”【33】，以示鼓励。宋代还从国外引进水稻优良品种，如从越南引进成熟早、抗旱力强、对土壤肥力要求不高的“占城稻”；从朝鲜引进籽粒饱满的“黄粒稻”。另一方面，小麦则向南方大力推广。南宋初，长江以南地区农民已是“竞种春稼（小麦），极目不减淮北”【34】。同时，荞麦、高粱的种植面积也在扩大。经济作物方面，宋末元初是我国植棉业发展的一个转折点。根据现存文献记载，我国海南岛黎族【35】和云南西部的傣族【36】在汉代或汉以前就已植棉织布，西北部维吾尔族的祖先于6世纪也已在新疆吐鲁番种植棉花【37】。但那时的产量较少，一般粗布在当地穿用，较精美的棉布曾传到长江流域，被视作珍品。有诗云：“江东贾客木棉裘，会散金山月满楼。”【38】可见直到北宋，木棉裘在江南还是奢侈品。到南宋，棉业在福建、两广勃兴起来，棉布的产量和质量逐渐得到提高。南宋后期，棉花栽培有了较快的发展，已推广到长江和淮河流域，到元初已成了“木棉，江南多有之”【39】的局面。而在园艺、蚕桑的生产方面，江南地区也日益发展，如吴中在北宋时已是全国有名的蚕业区了。
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陈旉《农书》和南方水田地区的耕作栽培技术
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陈旉《农书》写成于宋高宗绍兴十九年（1149年），是现存最早论述南方水稻区域的农业技术和经营的农书。它是隋、唐以来长江下游地区劳动人民在生产实践中积累起来的农业生产技术经验的总结，反映了唐、宋时期水田耕作栽培技术的水平。在书中，陈旉着重写出他自己的心得体会，实践的成分比《齐民要术》为多。
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（一）关于整地。《耕耨之宜》篇谈整地技术，按早田、晚田、丘陵、平原与低地等几种情况，分别采取不同的措施。
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（二）关于育苗。《善其根苗》篇专门论述水稻的秧田育苗技术，主要内容有：培育壮秧的重要性和达到这一目的的总原则；秧田在播种前的耕作和施肥；针对烂秧的不同原因，提出防止烂秧的不同办法；还有关于控制秧田水层深浅的讨论。所说的方法基本上是合乎科学的。
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（三）关于中耕除草技术。强调即使没有草也须耘田，目的是要使根旁的板实土壤变得松软，有利于稻根的生长。耘田的方法，必须“先审度形势，自下及上，旋干旋耘”。此法适用于阶梯形的高田，使“草死土肥，浸灌有渐，水不走失”。
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（四）关于烤田和灌溉。“烤田”之法，最早见于《齐民要术》，《陈旉农书》有所发展，指出烤田的好处，并强调要和自下向上的耘田方法相结合。先在高处蓄水，把最低处的田放水先耘，耘毕一丘，即在中间及四周开深沟放水，使其速干，干到地面开裂，然后灌水。如此依次向上，可以从容不迫耘得精细，保证耘田质量。【40】烤田的作用是可使空气进入土壤，促进养分的分解和根系的生长而使茎叶健壮，增强对病虫害的抵抗能力和防止倒伏。
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《陈旉农书》第一次用专篇系统地论述了土地利用，统一筹划，观察比较细致，论述相当详明。同时，它第一次明确地提出两个对于土壤看法的基本原则。一是土壤虽有多种，好坏不一，但治理得法，都能适合于栽培作物。对不同的土壤可实施不同治理方法，例如黑土过肥，穗而不实，要用生土混合。二是指出只要使用得当，地力就可以经常保持新壮。陈旉认为除合理使用土壤外，施肥是维持和提高地力的主要方法。施用肥料恰当，土地就能更加精熟肥美，因此，他在《粪田之宜》篇专门论述肥料，着重提出施肥要点和四种新肥源。其“用粪犹用药”的认识是很值得重视的，既考虑了肥料种类的选择是否适合于土壤的性质，又论述到施用分量、施用时间、施肥方法等。陈旉在《天时之宜》篇中还强调种庄稼必须知道天时地宜，“则生之、蓄之、育之、成之、熟之，无不遂矣”。这些充分体现了我国古代农业生产精耕细作的传统思想。
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王祯《农书》及其他
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王祯，字伯善，山东东平人。元贞元年至大德四年（1295—1300），他在安徽旌德、江西永丰任县官时，提倡农桑，注意公益，著《农书》22卷约30万字。
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