1701082125
中国科学技术史稿（修订版） [:1701078188]
1701082126
中国科学技术史稿（修订版） 第七章 古代科学技术发展的高峰
1701082127
1701082128
（宋辽金元时期，960—1368）
1701082129
1701082130
中国科学技术史稿（修订版） [:1701078189]
1701082131
一 科学技术高度发展的社会背景
1701082132
1701082133
960年，宋太祖赵匡胤推翻后周，建立宋朝，结束了五代十国历时几十年的封建割据局面。这是历史上的所谓北宋。1127年，汴京（又称东京城，今河南开封）被金人攻破，宋王室迁向东南，并建都临安（今浙江杭州），建立起了南宋王朝。宋朝统治时期，契丹、党项、女真等少数民族，曾分别在我国北方建立了辽、西夏和金政权。他们相互间，与宋王朝之间虽然进行了频繁的战争，但在战争的间歇期间，不论南方或北方，也都出现过相对稳定的时期。因此社会生产得以恢复和发展，科学和技术也都得到了发展。
1701082134
1701082135
北宋时期，社会经济关系中出现了新的变化，即完成了唐中叶以来就开始发生的土地占有方式和剥削方式的变革。地主阶级主要以购买土地的方式来占有土地，前代贵族官僚按等级世袭占田制度在长期演变的过程中基本上消失了。同时，地主对农民的剥削方式主要是通过出租土地榨取实物地租，前代的劳役地租已成为次要的剥削方式。佃客编入户籍，不再是地主的“私属”，承认了“佃户”的法律地位。
1701082136
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