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据日本学者天野元之助的研究，作为主要粮食作物的水稻，在宋朝不仅种植地区扩大，而且耕作技术与经营方式有了长足的进步。这主要表现在以下三方面。
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第一，占城稻的引进与推广。作为早稻优良品种的占城稻，宋初时引进，在福建路种植。真宗大中祥符三年（1011年）朝廷遣使至福建取占城稻种三万斛，分送给江南、淮南、两浙等路，在高仰易旱之田种植，并将种植法张榜公布，予以推广。占城稻色白味甘，耐旱、早熟，也称旱稻、旱秈或早稻、早占城。经过一百多年的推广，到南宋时江南各地十之八九种占城稻，普及于淮南、江南东西、两浙、荆湖等路。由于早熟的占城稻的推广，浙东路在南宋时已有早稻、中稻、晚稻的区分，显示水稻栽培技术的明显提高。
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第二，从直播法到移植法。水稻的直播法是粗放的栽培方法，宋朝农民把直播法改造成移植法，是一大进步。它改变了过去那种直接把稻种撒播在田里的做法，先把稻种在秧田上加以培育，然后移植（即插秧）到大田上栽培。移植法注重浸种、整治秧田、插秧几个环节，民间有“浸种二月初，插秧四月中”的谚语。为了减轻劳动强度，不少地方的农民制作了“秧马”这种插秧工具，曹勋诗说：“归途只欲自治荒，久习田间兴益长。插秧方能骑秧马，触藩遽复叹羝羊。”
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第三，精耕细作。秋收后即耕田，务求再三深耕，过冬时让霜雪冻结，使土壤疏松细碎，并积入腐草败叶。第二年春，又再三耕、耙，土细如泥，且暖且爽。耕田，用牛犁也用踏犁。踏犁是耕牛缺乏地区所使用的人力耕具，北宋曾两次推广踏犁，以缓解发生牛疫地区的耕田困难，据说踏犁之用可代牛耕之半功。秧苗生长已高，便须耘草，出现了节省劳力的耘爪、耘荡等工具。水稻的种植对水利灌溉要求很高，这一时期水利灌溉有较大发展。四川用筒车、桔槔、水梭等进行灌溉。江南、两浙一带随着圩田、围田、湖田的增多，原先的桔槔、戽斗受地势拘束，普遍改用效率更大的龙骨车（翻车、踏车），可以把水抽到一二丈高的田中，范成大诗写道：“下田戽水出江流，高垅翻江逆上沟，地势不齐人力尽，丁男长在踏车头。”
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精耕细作的结果是，水稻的单位面积产量较前有明显的增加。高斯得说：两浙一带的高产区，“上田一亩，收五六石。故谚曰：‘苏湖熟，天下足。’虽其田之膏腴，亦由人力之尽也”。
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除水稻外，其他农作物的种植与加工也有了较快发展。
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其一，江南麦作的推广与稻麦二熟制。麦原以北方为主要栽培地区，唐至北宋间逐渐推广至长江以南，到北宋中叶开始在江南出现稻麦二熟制，到了南宋，江南麦作有了更大的进展。北宋末南宋初，北方人口大量南下，带来了面食的习惯，一时间对小麦的需求量激增，价格日趋高昂，刺激了南方农民种麦的积极性。另一个值得注意的因素是，在稻麦二熟制的普及过程中，租佃契约仍按原先每年秋熟收租旧例，佃户只在秋收稻米中按规定额缴租，而所种之麦并不征租，全部归佃户所有。经济的法则在江南麦作的普及中起了决定性的作用。麦的普遍种植，改变了过去单一种稻的耕作制度，确立了稻麦轮种的先进耕作制度，标志着农业生产技术水平的一大进步。
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其二，经济作物的种植与加工。随着粮食生产的增长以及商品经济向农村的渗透，经济作物的种植与加工有相当大的发展，农村中出现了专门经营蚕桑、茶、菜、漆、花、果、蔗等的专业户，从事个体小商品生产，冲破了传统农业的自给自足经济模式。最值得注意的是蚕桑业。宋朝是桑蚕业重心南移的时代，新形成的南方蚕桑区在养蚕、缫丝、织造诸方面都远远超过了北方。这得归功于蚕桑丝织业已从传统的家庭副业中分离出来，形成了新的农业分支。楼《耕织图》关于南方农村蚕桑经营有生动的记录，画中从事蚕桑丝织的人物七十四人，其中成年男子二十四人，少年男子三人，表明蚕桑丝织业已从农村家庭副业中独立出来，形成专业化生产，男子才参与此业，与传统的“男耕女织”截然不同。太湖流域的湖州在这方面遥遥领先，嘉泰《吴兴志》说“山乡以蚕桑为岁计，富室育蚕有致数百箔，兼工机织”；陈旉（fū）《农书》记载湖州农家“唯藉蚕办生事”，一方面表明蚕桑经营在农家经济中已占据了重要地位，另一方面表明农家养蚕后缫丝、织绢，作为商品投入市场，换回货币维持生计。按照陈旉的记载，十口之家养蚕十箔可以获茧一百二十斤，收丝一百五十六两，可织小绢三十一匹，以一匹绢易米一石四斗的比价计算，三十一匹绢相当于四十三石四斗米，按当时最高亩产三石米计，需十四亩四分七厘优质水田一熟的产量，才可与之相抵。无怪乎陈旉《农书》如此重视蚕桑经营，要说“唯藉蚕办生事”了。
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耕织图（南宋）
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国史概要（第四版） [:1707043349]
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国史概要（第四版） 62．巅峰状态的科学成就
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李约瑟（Joseph Needham）的《中国科学技术史》指出，中国科学技术发展到宋朝，已呈现巅峰状态，在许多方面实际已经超过了18世纪中叶工业革命前的英国或欧洲的水平。这确实是引人刮目相看的。
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印刷术、指南针、火药、造纸术四大发明是中国对世界文明史作出的巨大贡献，其中的三项——印刷术、指南针、火药，在宋朝有了划时代的发展。
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唐、五代时期开始应用雕板印刷术印书，北宋时有了进一步的发展，国子监刻印的书称为监本，各地民营书坊刻印的书称为坊本。北宋初，成都刻《大藏经》十三万板，国子监刻印经史十多万板，规模巨大，工程浩繁，印刷大部头著作十分不便。沈括《梦溪笔谈》记载，宋仁宗庆历年间（1041—1048年）布衣（平民）毕昇发明活字印刷术：用胶泥刻字，使字画凸出，每字单独成为一印，用火烧硬，制成字印；另用铁板，上敷松脂、蜡、纸灰，印刷时把一颗颗字印排列、镶嵌于铁板，再用火烤板，使松脂、蜡熔化，用另一平板从上面压平，便可刷墨印书。毕昇的这一发明，包含了制作活字、排版、印刷三道工序，成为近代活字印刷的先声，后世的木活字、铜活字及铅活字印刷术正是在这个基础上发展起来的。1991年在宁夏贺兰县拜寺沟方塔发现的西夏木活字印本《吉祥遍至□和本续卷第三》，是世界上最早的木活字印本。活字印刷术既方便又省时，促进了文化的传播，受到普遍的重视，后来陆续传到朝鲜、日本、埃及和欧洲。布罗代尔在《15至18世纪的物质文明、经济和资本主义》中说：“毕昇于1040年至1050年发明了活字印刷术，使印刷术面目一新……这种活字几乎未被推广……但在14世纪初，使用木活字已经流行，甚至传到了土耳其斯坦。15世纪前半期金属活字在中国和朝鲜均有改进，并在美茵茨人谷登堡发明活字印刷术（15世纪中叶）之前半个世纪得到广泛的传播。”
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指南针
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早在战国时就有人利用磁石指南的特性，发明了“司南”，即“司南之勺其柄指南”。后来人们又用钢针在磁石上摩擦，使钢针带有磁性，制成指南针。这大概是兵家或阴阳家（方术之士）的发明。北宋庆历年间成书的《武经总要》已记载“出指南车及指南鱼以辨方向”的夜间行军方法。沈括《梦溪笔谈》记载了地磁偏角，用天然磁石摩擦钢针，使之磁化为磁针，可以指南；并介绍了四种支挂磁针的办法。宋军用“指南鱼”（磁化薄铁片制成）在阴天和夜晚判断行军方向；后来又发展成磁针和方位盘的一体化装置——罗经盘（即罗盘）。曾三异在《因话录》中记载的“地螺”，是一种水罗盘。北宋宣和元年（1119年）朱或写成的《萍洲可谈》，记载了当时海船上使用指南针的情况：“舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦观指南针。”徐兢《宣和奉使高丽图经》也说“若晦冥则用指南针以揆南北”。这种指南针，也即水罗盘。从中可以推断，至迟在北宋后期，指南针已用于航海。南宋时，阿拉伯商人经常搭乘中国海船，学会了使用指南针，并把它传入欧洲。
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火药是一项古老的发明，古代炼丹家发现硫磺、焰硝和木炭的混合物有爆炸能力。唐末开始把火药用于战争，出现了“火药箭”（箭头上绑有火药和引线的弓箭）、“发机飞火”（即投掷火药包的抛石机）。北宋初火药广泛使用于战争，灭南唐时用过火炮、火箭，以后又有火球、火蒺藜（内装有带刺铁片的火药包）。曾公亮主编的《武经总要》，记载了火药的三个详细配方，可见当时军事部门生产火药已达到相当规模。据此书记载，火箭是“施火药于箭首”，火球、火鹞、烟球是点燃后用炮射出。当时出现了类似近代炮弹的铁火炮，仍用抛石机投掷；以后又发明了突火枪（用粗毛竹制成，内装火药和“子窠”，火药点燃后发出冲力，射出“子窠”），这是世界上最早的管形火器，为元、明时代出现的金属管形火器——铳和炮，奠定了基础。制造火药的技术是在1230年由波斯传入阿拉伯的，阿拉伯人称火药为“中国盐”、“中国雪”、“巴鲁德”。以后火药又从穆斯林统治下的西班牙传到欧洲。火药和火药武器广泛使用，对欧洲历史产生了深远的影响。布罗代尔以历史学家特有的严谨、客观态度指出：一种西方民族主义正怂恿科技史专家们否认欧洲对中国的借鉴或者缩小这种借鉴的重要性。不论优秀的科技史专家阿尔都 · 米埃里（Aldo Mieli）如何强词夺理，中国人发明火药毕竟不是一种“神话”。他们从9世纪起已用硝土、硫磺和炭屑制造火药，最早的火器同样也是中国人在11世纪制成的。
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对于印刷术、指南针、火药的发明与传入欧洲，近代“科学方法论之父”弗兰西斯 · 培根（Francis Bacon）在17世纪初作了高度评价：“我们应当观察各种发明的威力、效能与后果，最显著的例子便是印刷术、火药和指南针……这三种发明都曾改变了整个世界的全部面貌和状态！第一种在知识传播的文献方面，第二种在战争上，第三种在航海上，并且随着这些发明的利用又引起了无数的变迁。由此看来，世界上没有一个帝国，没有一个教派，没有一个星宿，比这三种发明对于人类发生过更大的力量与影响了！”从培根的话中可知，印刷术的利用使知识超越了中世纪经院教士的控制而趋于普及，从此改变了教育与知识生活的面貌。火药的利用给战争提供了火器，取代了中世纪的战争方式，使中世纪统治阶级垮台，使社会结构发生根本变化。指南针的使用导致了航海技术革命，从而促成了15世纪、16世纪的地理大发现。简言之，三大发明导致欧洲结束中世纪时代而进入近代文明时代。
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三大发明之外，宋朝其他科学技术也有骄人的成就。
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在天文学方面，仁宗朝编制的崇天历，所取得的数据比较接近天文实际，至和元年（1054年）四月朔有一次日全食，用崇天历推算食甚时间在申正一刻二十分，食分为九分半弱，与当时汴京观测所得（“日蚀既，至申乃见，蚀九分之余”）相差无几。当时进行了多次较全面的恒星观测，元丰年间观测的结果，于元祐三年（1088年）绘成星图。南宋淳祐七年（1247年）把黄裳的天文图在平江府（今苏州）刻石，称为“天文图”，这件保存至今的古代天文图，对于研究天文学史有极高的价值。
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