中国科技的创造与进步
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第一节 精耕巧织

中国有一个成语叫“丰衣足食”。围绕着“吃”和“穿”,中国古代产生了一系列发明创造。水稻栽培的年代可以上溯到一万年前。猪在9000年前左右已被驯化。养蚕是发明丝织的前提,养蚕已有近8500年的历史。粟的栽培年代大约在8000年前。茶树栽培起源于西南地区,到汉代已具一定规模。大豆的驯化和种植已有4000多年历史。柑橘在4000年前已有栽培。

一、稻作

水稻、小麦和玉米是世界三大粮食作物,对人类文明的发展影响巨大。中国是世界上水稻产量最大及种植面积第二的国家(仅次于印度),2015年水稻总产量达到2.08亿吨。目前中国水稻的产区主要有长江流域、珠江流域和东北地区。历史上长江流域和珠江流域一直是水稻的主产区,因为这里气候温暖、河流纵横,适合水稻生长。中国的稻作文明就是从这里萌发的。

目前中国新石器时期超过一万年以上的水稻遗址有三处,集中在长江中游,分别是江西万年县的仙人洞、吊桶环遗址和湖南道县的玉蟾岩遗址。在上世纪90年代,考古学家对前两处遗址进行了三次发掘(含中美合作两次),从采集到的人工栽培稻的植硅石分析,距今至少有12000年的历史彭适凡,周广明.江西万年仙人洞与吊桶环遗址——旧石器时代向新时期时代过渡模式的个案研究[C]//中国社会科学院考古研究所.华南及东南亚地区史前考古——纪念甑皮岩遗址发掘三十周年国际学术研讨会论文集.北京:文物出版社,2006:110-111.。几乎与上述考古队挖掘的同时,湖南省的考古学家对道县玉蟾岩遗址进行发掘。这里的稻谷是一种从普通野生稻向栽培初期演化的最原始的古栽培稻类型张文绪,袁家荣.湖南道县玉蟾岩古栽培稻的初步研究[J].作物学报,1998(4).,其年代在距今13000年以上袁家荣.湖南旧石器时代文化与玉蟾岩遗址[M].长沙:岳麓书社,2013:298.

稻作文明的形成经历了一个漫长的过程。目前中国最早的明显带有稻作农业特点的考古遗存是河南舞阳贾湖遗址,距今9000-7800年,那时水稻栽培还处于稻作农业形成的初级阶段。在长江下游,至迟在距今5200-4300年间的良渚文化时期,稻作农业已经取代采集狩猎成为当地经济的主体;在长江中游,至迟在距今6300-5300年间的大溪文化时期,稻作农业已经取代采集狩猎。赵志军.栽培稻与稻作农业起源研究的新资料和新进展[J].南方文物,2009(3):60-63.从生产工具来看,稻作技术在唐中期之前滞后于北方的粟作。北方旱作农业区在魏晋南北朝时期已经形成保墒防旱的“耕—耙—耱”耕作体系。唐中期,经济中心南移到长江中下游地区,中原先进的生产技术传入南方,终于形成以“耕—耙—耖”为标志的水田耕作技术。汉代已经普遍使用牛耕,多以两头牛牵引直辕犁,犁上有能够翻土和碎土的犁壁(犁镜)。唐代的曲辕犁结构完善,轻便灵活,一人一犁便能操作。耙是一种装有多个短齿的农具,其作用主要是破碎土和根茬,同时清除杂草与平整田地。耙过之后,还须耖一遍。耖基本上是一字形耙,它的齿更长些,主要用于平整水田。

南方水稻栽培的复杂程度甚过北方麦作。李伯重.唐代江南农业的发展[M].北京:北京大学出版社,2009:99-108.南宋时,浙江临安县令楼璹向皇帝进呈了一份《耕织图》,其中“耕”图有浸种、耕、耙耨、碓、筛等二十一幅,展现了江南稻作的生产、收获环节。作物的灌溉工具包括桔槔、辘轳、翻车(龙骨车)、筒车等装置。翻车(龙骨车)采用链传动,由水槽、链轮、链条、刮水板等构成,可以由人力、畜力或风力驱动,其功能可与欧洲的阿基米德螺旋媲美。东汉宦官毕岚曾制作翻车。南宋的《耕织图》最早描绘了脚踏翻车,一般2-4人踏动长轴,带动链条,刮水板将水提升到田里。翻车适用于低扬程提水,而水力驱动的筒车则适合于将江河中的水提升到较高的田里。

二、丝织

大约5000年前,中国在黄河和长江流域已经养蚕织绸了。在黄河流域,1980年代,考古学家在河南荥阳青台村新石器时代遗址中发现了距今5500年的丝织品残片。这种桑蚕丝(即家蚕丝)的织物属于“浅绛色罗”,说明当时已经使用原始织机。张松林,高汉玉.荥阳青台遗址出土丝麻织物观察与研究[J].中原文物,1999(3).在长江流域,1958年浙江钱山漾新石器时代晚期遗址出土了距今4000多年的丝织物残片。精美丝织品的生产主要依靠缫丝技术和织造制造技术。

缫丝,简单说就是从蚕茧中抽取出蚕丝的过程。至晚于秦汉时,中国人已经普遍采用热水煮茧缫丝。徐大立.谈蚌埠双墩遗址器底刻画符号所反映的养蚕业[C]//文物研究(第五辑).合肥:黄山书社,1989:246-258;赵承泽.中国科学技术史(纺织卷)[M].北京:科学出版社,2002:155.早期缫丝的工具是I形和X形的绕丝木架,后来发明了缫车,其构造如南宋《耕织图》和元代《农书》等书籍的记载。缫丝工将煮茧锅里的丝头捞上来,绕过车架上方立柱上的导丝滑轮,再穿过导丝钩,绕在丝軠上。这种缫车巧妙之处在于,通过脚踏板的运动,利用曲柄连杆机构,驱动丝軠旋转,同时利用带传动,通过偏心结构,把旋转运动转换成送丝杆的往复运动,从而使丝线均匀地缠绕在丝軠上。缫丝之后,还需要络丝、并丝、捻丝、整经和卷纬,然后才上织机织造。

汉代是中国古代织机大发展的时期,出现了斜织机、提花机等装置。斜织机是机身倾斜、经面也倾斜的踏板织机,用于织造平纹织物。如果要织比较复杂的几何花纹织物,就要用提花机,通过提升不同综片实现复杂的侧向开口,然后投梭穿纬线。成都老官山汉墓出土了两种西汉时期的“一勾多综式”提花机模型。赵丰,王毅,罗群,龙博,张柏春,夏颖翀.中国成都老官山汉墓(公元前2世纪)出土的提花机机制研究[C]//Carlos Lopez-Cajun, Marco Ceccarelli.机构与机器史探索:第五届IFToMM机构与机器史研讨会论文集.施普林格,2016:209-221.后来,提花机向多综多蹑方向发展,其特点是一蹑控制一综。三国时期,马钧改进织机,用12蹑操纵50或60综。至晚在南宋时期已有花本式提花技术,即发明了花楼织机。两人操作这种织机,一人在上挽花提综,一人在下踏杆引纬织造。花楼提花织造把提花从单人织造中分离出来,由一人专司操作,使制织大型、复杂、多彩的织物成为可能。赵承泽.中国科学技术史(纺织卷)[M].北京:科学出版社,2002:195.

《天工开物》提花机

卓越的丝织技艺成就了中国古代种类繁多的丝织品。根据丝织物的组织结构、加工工艺及外观形态等,可以分为绡、纱、绉、缟、纨、绨、绢、罗、绮、绸、缎、绒、锦等,真可谓异彩纷呈、绚丽多姿。这里仅提一件非常著名的“素纱襌衣”。1972年,长沙马王堆汉墓出土了一件仅重49克的丝织物——素纱襌衣。这件薄如蝉翼的纱衣长128厘米,袖长190厘米,孔眼清晰、轻薄透亮,是现存世界上最轻薄的丝织品,反映了中国汉代丝织技术的高超水平。

丝绸贸易成就了举世闻名的“丝绸之路”,以丝绸贸易为媒介的中国与中亚、西亚,并连接地中海地区的交通要道。汉武帝时张骞两次出使西域,打通了中原与中亚各国经济、贸易往来的通道,大批中国的丝绸通过这条通道,源源不断地输送到中亚、西亚和欧洲;同时西域的核桃、葡萄、石榴、蚕豆、苜蓿等植物也传到中原地区,极大地促进了中外交流。相对于陆上“丝绸之路”,东西方海上贸易的交通通道称作“海上丝绸之路”。

三、茶树栽培

茶(Camellia sinensis)是当今世界三大饮料之一(另两个是咖啡和可可),它在中国有悠久的栽培史。中国西南地区是世界茶树的原产地姚国坤.惠及世界的一片神奇树叶——茶文化通史[M].北京:中国农业出版社,2015:3.,四川、云南、贵州等地至今仍有野生的茶树。茶树驯化培育的时间可以追溯到周代。至晚到汉代,部分地区的茶叶生产已具一定规模,并被当作商品交易。公元4世纪出现了用茶治病的记载。唐代饮茶习俗也渐盛,茶叶生产和贸易规模扩大,出现了大型茶园。公元760年。陆羽陆羽:唐代著名的茶学专家,一生嗜茶,精于茶道,被誉为“茶仙、茶圣”。写成世界上第一部茶叶专著《茶经》,此书对茶园择地和茶叶采摘方法等做了较详细的总结彭世奖.我国作物栽培史[M].北京:中国农业出版社,2012:104.。唐末,韩鄂在《四时纂要》中明确记载了茶树的栽培技术,包括茶种的选藏方法。宋代及其之后茶树栽培技术的发展,主要表现在对茶树的分类和茶园管理方面。

早期茶叶以用药为主,并不加工。为了便于贮藏和携带,后来将鲜叶晾干或风干备用。陆羽的《茶经》把制茶工艺分为蒸、捣、拍、焙、穿、封6道工序,即把采摘的茶叶先用甑蒸杀青,然后加工捣碎,再拍成团或饼,入焙烘干,最后用竹皮或绳索把一块块的茶饼或茶团串起来封闭保存。宋元时期,鉴于团茶或饼茶工艺复杂,而且饮用前要先打碎,颇为不便,于是出现了散茶技术,而且也一改过去“煮饮”为沸水“冲饮”。明清时期在制茶工艺上,改“蒸青”为“炒青”,即利用干热使茶叶萎凋,保持茶叶的香郁。

中国茶影响了世界。早在公元9世纪,通过一些到中国研究佛学的日本僧人,饮茶风俗传到日本。如今“茶道”成为日本文化的重要组成部分。10世纪时,茶又通过旅行者传入阿拉伯地区。后来,中国茶还通过陆上及海上丝绸之路传到欧洲。1559年,威尼斯作家拉姆奥(Giovanni Bathista Ramusio)在其《航海旅行记》中记下一位波斯人的口述:“大秦国有一种植物,仅有叶片可以饮用,人人都叫它中国茶,中国茶被看作是非常珍贵的食品,这种植物生长在中国四川的嘉州府。它的鲜叶或干叶,用水煎沸,空腹饮服,煎汁一二杯,可以去身热、头痛、胃痛、腰痛或关节痛。”乌克斯.茶叶全书[M].北京:东方出版社,2011:20;潘吉星.中外科学技术史交流史论[M].北京:中国社会科学出版社,2012:344.17世纪英国伦敦的咖啡店里甚至出现了饮茶的经营项目,1658年9月30日《政治报》刊出茶叶广告:全体医生都认可的优良的中国饮料——茶——现在伦敦皇家交易所旁的王后像咖啡馆销售。

至1720年,茶叶已是中国主要出口货物。英国、法国、普鲁士、丹麦、瑞典等欧洲国家的商贸公司从中国大量购进茶叶,使茶叶价格迅速下降,推动了各阶层民众对茶叶的消费。1792年,英国进口中国的茶叶达2000万磅。20世纪以来,茶又通过欧洲传到南美洲和非洲,从而成为全球通用饮料之一。罗桂环.近代西方识华生物史[M].济南:山东教育出版社,2005:373;潘吉星.中外科学技术史交流史论[M].北京:中国社会科学出版社,2012:345-347.

如今,亚洲是茶叶的主要产区。2014年中国茶叶总产量达209.2万吨,约占世界的41.6%。