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在着力于抗旱保丰收的同时，人们还力图通过轮作倒茬、施肥改土等方式，以确保土地的永续利用。同时通过穗选法等选种技术，培育出许多适应不同栽培条件的作物品种等。除粮食作物外，这一时期的园圃业、林业、畜牧业、蚕桑业、渔业，以及加工制造业都获得长足进步。嫁接技术已相当成熟。在家养动物方面已实现远缘杂交。
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这一时期出现的农书数量较多，类型上既有综合性农书，也有专业性农书。专业性农书的覆盖面已及畜牧、蚕桑、园艺、养鱼、天时和耕作等。《氾胜之书》、《四民月令》和《齐民要术》等有代表性的高水平农书，内容主要记述的仍是黄河中下游地区的旱地农业的生产知识。《氾胜之书》为劝农而作，代表了官方的传统；而《四民月令》则着眼于自家生活，是一本私人性质的农书；《齐民要术》则是既有官方背景，又为自家生计的一本综合性著作（如图16所示）。
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3．隋唐宋元时期
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随着中国的经济重心南移，南方水稻生产技术成为农学关注的重点。虽然有许多北方旱地的耕作技术和农具可以照搬，但水田耕作的特殊性也要照顾。唐时出现的江东曲辕犁便是适应南方水田耕作的一种翻耕农具；而宋代出现的耖，则是专为水稻移栽前平整田面而使用的特殊农具，水田稻作的特殊性还包括育秧、移栽、耘田、烤田，以及水旱轮作和相对复杂多样的自然环境对于品种的不同要求等方面。图17为宋代耕获图。
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耖是南方水田耕作使用的一种专门的农具，它的作用和北方的耢差不多，即在破碎土块的同时，还具有平整田面的作用。但由于是在水田使用，形制与耢相差较大，耙、耢都是平放着使用，而耖则是竖着使用，下部有列齿，上部则有横把，耖田时扶横把操作。耖有可能在西晋时就已在南方水田稻作中出现，但真正普及则是在宋朝以后（如图18所示）。
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育秧移栽是水稻栽培中的特色，也是最费工夫、消耗体力的工序。为了减轻这一过程中的劳累。在宋代出现了一种用于拔秧移栽的农具——秧马（如图19（a）所示）。这种农具因最初由苏轼在武昌发现，并在江西、岭南、两浙等地的宣传推广而广为人知。据苏轼的记载，这种农具最初可能是一种拔秧的坐骑，在泥地里乘坐秧马可以提高行进速度，减轻劳动强度，起到劳动保护的作用。但在流传的过程中，它的功用似乎被人所误解，以致在很长的时间里，有人认为它是一种插秧农具，甚至认为它是一种运秧农具。
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配合水田中耕的需要出现了耘爪、田荡、田漏等农具（如图19所示）。耘田主要有手耘和足耘两种方式。耘爪是配合手耘使用的。用竹管斜削成长约寸许的指套，套在手指上进行耘田，以保护手指。因一边削尖，形似指甲，故称耘爪。
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系宋元时期新创的一种水稻耘田农具。它的发明和使用克服了足耘的一些弊端，同时和手耘相比，又减轻了劳动强度。
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田漏是一种计时工具，因主要用于耘田，故称田漏。它的发明和使用，表明古代对农时的重视，更重要的是在劳动管理上采用了计时的概念。
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南方水田农业对于水的依赖，也导致了灌溉农具的发达。由东汉末年掖廷令（官名）毕岚发明的水车，又名龙骨水车，翻车等（如图21（a）所示），起初用于给郊区道路洒水，后经三国时人马钧的改进始用于农业。到唐宋以后得到了迅速的发展，并因动力装置和功效的不同，出现了多种形制，如拔车、翻车等。其中又以脚踏翻车，又名龙骨车最为常见（如图21（b）所示），还有水转翻车（如图21（c）所示）和牛转（驴转）翻车等多种。
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筒车是更巧妙的一种，它是利用水流推动转轮来提水灌溉的装置的另一种水车。发明于唐朝。唐人陈廷章的《水轮赋》中对筒车有生动具体的描述。宋元时期，适应不同的农田灌溉的需要，筒车又有所发展，出现了卫（驴）转筒车、高转筒车、水转高车等不同形制（如图22所示）。唐代还发明了另一种灌溉工具立井水车。“以木桶相连，汲于井中”。这种“以木桶相连”的水车是用来提取井水的，故又称为井车。
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高转筒车可以将水引至高处，对于解决梯田缺水状况起到重要的作用，有力地配合了唐宋以后梯田的发展和山区的开发。
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这一时期，北方的旱地农业技术仍然有所发展。主要粮食作物结构的变化也要求人们对于原有的种植技术进行调整和充实。耐旱力相对较弱的麦子在替代粟而成为北方最主要的粮食作物的时候，必然要求抗旱能力有进一步的提高。耕一耙一耢整地技术体系中的“耙功”受到重视。原来用于播种的农具耧犁，经过改造之后，没有了耧斗，取而代之的是耰锄，用之于中耕，称为耧锄。使用时用一驴挽之，效率非常高。锄头的入土深度达二三寸，超过手锄的三倍，而且速度快，每天所锄的地达二十亩之多。