秦漢時(shí)代科學(xué)技術(shù)成就_絲路之光創(chuàng)新

第三節(jié)　秦漢時(shí)代科學(xué)技術(shù)成就

秦漢時(shí)期，除了科學(xué)思想的形成，在科技實(shí)踐方面也取得了較大的成就。冶鑄、漆器、造紙、紡織、建筑、船舶制造等生產(chǎn)技術(shù)日趨成熟，已經(jīng)確定了后世發(fā)展的模式和道路。

一、農(nóng)業(yè)技術(shù)、水利

秦漢時(shí)期，由于農(nóng)業(yè)環(huán)境的優(yōu)化、生產(chǎn)關(guān)系的調(diào)整、重農(nóng)政策的實(shí)行和商品經(jīng)濟(jì)的刺激，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)迅速發(fā)展，呈現(xiàn)出前所未有的局面。耕地面積的擴(kuò)大、農(nóng)業(yè)科技的進(jìn)步、農(nóng)副產(chǎn)品的豐富及主要農(nóng)業(yè)區(qū)的形成，是秦漢農(nóng)業(yè)高速發(fā)展的重要標(biāo)志。秦漢農(nóng)業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)了秦漢社會(huì)經(jīng)濟(jì)的繁榮，奠定了中國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)全面發(fā)展的基礎(chǔ)，對(duì)后世中外農(nóng)業(yè)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

1.耕作技術(shù)與新型農(nóng)具

秦漢時(shí)期基本形成了以精耕細(xì)作為主要特征的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)技術(shù)體系。以北方黃河流域中下游地區(qū)為中心，圍繞著解決干旱問(wèn)題逐漸形成了包括耕作栽培、施肥改土、選種育種等環(huán)節(jié)在內(nèi)的整套的旱地農(nóng)業(yè)技術(shù)體系，“秦漢時(shí)代農(nóng)業(yè)科技比先秦時(shí)代有了顯著提高，中國(guó)北方旱作農(nóng)業(yè)精耕細(xì)作的技術(shù)體系，已經(jīng)逐步趨于成熟”^[37]。典型如西漢的代田法和東漢時(shí)的區(qū)田法。而與之同時(shí)，在大一統(tǒng)的格局下，隨著南北兩地農(nóng)業(yè)科技文化交流的進(jìn)一步密切，南方稻作農(nóng)業(yè)技術(shù)水平也有了顯著提高，并呈現(xiàn)出了較快的發(fā)展趨勢(shì)，這為南北農(nóng)業(yè)技術(shù)水平的逐漸拉齊奠定了初步基礎(chǔ)。牛耕技術(shù)的發(fā)展及推廣是秦漢時(shí)期的農(nóng)業(yè)科技發(fā)展的一重要特征。

“二牛三人”的耦犁法，即二牛挽一犁，由三人操作，分別牽牛、按轅、扶犁，這一技術(shù)是漢武帝晚年任用趙過(guò)推廣的。隨著生產(chǎn)實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)積累，至遲到西漢末年，已經(jīng)發(fā)展為一人一牛犁耕法，這得力于雙轅犁的使用和犁鏵形式改進(jìn)的結(jié)果。這一時(shí)期的V形犁的鐵刃加寬，頭部的角度逐漸縮小，較前輕便堅(jiān)固，不但起土省力，而且又利于深耕。陜西綏德東漢畫(huà)像石上的牛耕圖，就是這種犁耕法的生動(dòng)圖像。從犁架的結(jié)構(gòu)看，犁轅、犁梢、犁底、犁衡到犁箭等畜力犁的主體構(gòu)建，東漢時(shí)期均已具備。犁壁是一種同犁鏵連成一體的重要裝置，能起到翻土碎土作用，達(dá)到起壟作畝的目的，從陜西出土的漢代犁壁看，有向一側(cè)翻土的菱形壁、板瓦形壁，有向兩側(cè)翻土的馬鞍形壁，說(shuō)明了犁壁的設(shè)計(jì)和使用已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)?shù)乃健?/p>

漢代農(nóng)具的種類(lèi)也趨于完備，從整地、播種、中耕除草、灌溉、收獲脫粒到農(nóng)產(chǎn)品加工的石制、鐵制或木制的機(jī)械有30多種，其中不少是當(dāng)時(shí)新出現(xiàn)的新型農(nóng)具，對(duì)提高勞動(dòng)生產(chǎn)率具有重要的意義。

耬車(chē)是經(jīng)過(guò)趙過(guò)推廣的一種重要的新農(nóng)具。據(jù)東漢崔寔《政論》說(shuō)：“其法三犁共一牛，一人將之，下種挽耬，皆取備焉。日種一頃，至今三輔尤賴(lài)其利?！边@里“三犁”實(shí)際上是指三個(gè)耬腳。山西平陸棗園西漢晚期墓室壁畫(huà)上有一人在挽耬下種，其耬正是三角耬。播種時(shí)，一牛牽耬，一人扶犁，種子盛在耬斗中，耬斗同空心的耬腳，且行且搖，種乃自下。它能同時(shí)完成開(kāi)溝、下種、覆土三道工序，一次能播種三行，而且行距一致，下種均勻，大大提高了播種效率和質(zhì)量。據(jù)《齊民要術(shù)》記載，東漢時(shí)，耬車(chē)傳到敦煌，使用后“所省傭力過(guò)半，得谷加五”，即勞動(dòng)力節(jié)省了一半多，產(chǎn)量增加了五成。

這一時(shí)期的新型農(nóng)具還有風(fēng)車(chē)。1973年河南濟(jì)源縣西漢晚期墓葬中出土有陶風(fēng)扇車(chē)明器，這說(shuō)明至遲在西漢晚期，已經(jīng)發(fā)明了風(fēng)車(chē)這樣一種工具，它能夠在谷物脫粒后，清理籽粒、分出糠粃。人們?cè)陂L(zhǎng)期的生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，籽粒重則沉，糠粃輕則揚(yáng)，于是把葉片轉(zhuǎn)動(dòng)生風(fēng)與生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)巧妙地結(jié)合起來(lái)，應(yīng)用于一個(gè)機(jī)械之中，這確是一種新穎的創(chuàng)造。

2.畜牧業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)

秦漢時(shí)期對(duì)動(dòng)物的飼養(yǎng)相當(dāng)重視，相畜技術(shù)、配種技術(shù)、飼養(yǎng)技術(shù)和獸醫(yī)技術(shù)亦有明顯發(fā)展。相畜技術(shù)是應(yīng)畜牧業(yè)發(fā)展的需要而出現(xiàn)的，其目的在于對(duì)牲畜進(jìn)行有效的鑒別。秦漢時(shí)期，曾出現(xiàn)過(guò)一些以善于“相馬”、“相牛”、“相豬”而著稱(chēng)的專(zhuān)家。與之有關(guān)的家畜外形學(xué)知識(shí)，即“相畜”已有專(zhuān)門(mén)著作出現(xiàn)，《漢書(shū)·藝文志》記載有“《相六畜》三十八卷”。通過(guò)《齊民要術(shù)》保留下來(lái)的漢代《相馬經(jīng)》，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到馬體各部位之間的相互關(guān)系和內(nèi)外聯(lián)系，還科學(xué)地指出相馬的關(guān)鍵和一些關(guān)于馬的外形學(xué)的知識(shí)和理論。東漢名將馬援，曾在西北養(yǎng)馬多年，他繼承前人的成果，結(jié)合自己養(yǎng)馬以及軍事實(shí)踐的豐富經(jīng)驗(yàn)，大約在公元45年，鑄一尊銅馬立于洛陽(yáng)宮中。銅馬式樣等于馬匹外形學(xué)研究上的良馬標(biāo)準(zhǔn)模型。這類(lèi)相馬金屬模型，在歐洲18世紀(jì)才有所聞。有人認(rèn)為1969年甘肅武威雷臺(tái)東漢墓出土的銅奔馬(即著名的“馬踏飛燕”)，很有可能就是上述的良馬模型之一。當(dāng)時(shí)良馬等級(jí)中有“襲烏”一級(jí)，形容馬快得可以追上疾飛的“烏鴉”。

圖29　馬踏飛燕玉雕

選擇和推廣優(yōu)良牧種是發(fā)展畜牧業(yè)的重要手段。秦王朝在邊郡設(shè)立牧師苑，為以后歷代王朝建立大規(guī)模養(yǎng)馬場(chǎng)的先聲。兩漢時(shí)期，由于軍事和交通的需要，對(duì)馬匹的繁衍尤為重視。漢景帝二年(前155)在西北邊郡大型馬苑達(dá)33所，養(yǎng)馬30萬(wàn)匹。三萬(wàn)多養(yǎng)馬人，有很多是西北邊郡富有養(yǎng)馬經(jīng)驗(yàn)的少數(shù)民族。隨著絲綢之路的開(kāi)通，從西域大量引進(jìn)大宛馬(即所謂天馬)和烏孫馬(所謂西極馬)，并在西北的陜甘等地廣建牧苑，進(jìn)行大規(guī)模的馬匹改良選育工作?！稘h舊儀》載：“太仆牧師諸苑三十六所，分布北邊、西邊，以郎為苑監(jiān)，官奴婢三萬(wàn)人，分養(yǎng)馬三十萬(wàn)頭，擇取教習(xí)，給六廄。牛羊無(wú)數(shù)，以給犧牲?！庇纱丝梢?jiàn)其規(guī)模之大。同時(shí)，伴隨著商業(yè)流通，驢、騾、駱駝開(kāi)始從長(zhǎng)城外路大量輸入。

對(duì)牛、羊、豬等家畜家禽的選種也比較重視。為了推廣優(yōu)良牧種，促進(jìn)畜牧業(yè)的發(fā)展，普遍采用了給馬牛羊犬豬實(shí)行閹割去勢(shì)的技術(shù)。當(dāng)時(shí)已經(jīng)認(rèn)識(shí)了各種牲畜的特性，并能“惕其好惡，順其寒溫，量其勞逸，慎其饑渴”，按照它們的特性進(jìn)行飼養(yǎng)。由于牲畜所需要的營(yíng)養(yǎng)大部分須從以牧草為主的植物中獲取，故這一時(shí)期比較注重對(duì)草場(chǎng)的更新與保護(hù)。除重視天然草場(chǎng)外，西漢時(shí)還從西域引進(jìn)苜蓿等優(yōu)質(zhì)飼草，大大提高了馬、牛等牲畜的飼養(yǎng)水平。隨著畜牧業(yè)的發(fā)展，獸醫(yī)技術(shù)也有了進(jìn)步。秦代對(duì)馬、牛、羊、犬、雞的飼養(yǎng)、管理、繁育和疾病防治都有明確的獎(jiǎng)懲法規(guī)。漢代有馬醫(yī)，也有牛醫(yī)?！读魃硥嫼?jiǎn)》和《居延漢簡(jiǎn)》中就保存著幾十篇給牛馬治病的醫(yī)方。卜式總結(jié)了畜群傳染病和防治經(jīng)驗(yàn)，提出了隔離防治的方法。同時(shí)，為馬制造了蹄鐵，發(fā)明了裝蹄和削蹄技術(shù)，提高了馬匹的效能。

3.水利

漢武帝非常重視水利灌溉，他曾說(shuō)：“農(nóng)，天下之本也。泉流灌浸，所以育五谷也”，“通溝瀆，畜陂澤，所以備旱也”(《漢書(shū)·溝洫志》)。在他統(tǒng)治時(shí)期，造成“用事者爭(zhēng)言水利”的局面，兩漢時(shí)期重要的水利工程大多是這時(shí)期修建的，規(guī)模之大，范圍之廣在中國(guó)歷史上也是罕見(jiàn)的。水工技術(shù)和水利建設(shè)事業(yè)的全面發(fā)展，為農(nóng)業(yè)的發(fā)展、尤其是為農(nóng)業(yè)科技在縱深層次上的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。

龍首渠與井渠法。元光年間(前134—前129)，漢武帝發(fā)卒萬(wàn)人，開(kāi)鑿了一條引洛河水灌溉重泉(今陜西蒲城縣東南40里)的一條大型渠道——龍首渠。渠道必須經(jīng)過(guò)商顏山(今鐵鐮山)，如果沿山腳明挖河渠容易發(fā)生塌方，民工們?cè)诠こ虒?shí)踐中發(fā)明了“井渠法”，即開(kāi)鑿豎井，令“井下相通行水”(《史記·河渠書(shū)》)，使龍首渠從地下穿過(guò)七里寬的商顏山。這一隧洞施工的技術(shù)在當(dāng)時(shí)是一項(xiàng)創(chuàng)舉。由于井渠可以減少井水的蒸發(fā)，井渠法很快就推廣到了絲綢之路沿線的甘肅、新疆一帶水分容易蒸發(fā)的干旱地區(qū)。至今在新疆農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮重要作用的坎兒井，就是用的井渠法。

傳統(tǒng)水工技術(shù)的基本成熟和農(nóng)田水利建設(shè)事業(yè)的全面發(fā)展，改善了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，成為促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步的重要保障與動(dòng)力。

4.園藝與栽培技術(shù)

在秦漢時(shí)，園藝方面有幾項(xiàng)突出的發(fā)明創(chuàng)造。一是創(chuàng)造了蔬菜瓜果的溫室栽培技術(shù)，這體現(xiàn)了人力控制自然、利用自然的能力。在黃河以北，冬季天寒地凍，作物不能生長(zhǎng)，因此，要想在冬天吃到新鮮蔬菜瓜果，簡(jiǎn)直成了神話。然而當(dāng)時(shí)人通過(guò)智慧和辛勤勞動(dòng)，終于把神話變成了現(xiàn)實(shí)。傳說(shuō)秦始皇時(shí)，已在驪山山谷中冬季栽培喜溫的瓜類(lèi)，獲得了成功。《鹽鐵論·散不足》描寫(xiě)了當(dāng)時(shí)富人的生活享受有“冬葵溫韭”，“溫韭”就是經(jīng)過(guò)溫室培育的韭菜。《漢書(shū)·召信臣傳》記載當(dāng)時(shí)太官園中，冬天能種植“蔥韮菜菇”，辦法是“覆以屋廡，晝夜燃蘊(yùn)火，待溫氣乃生”。這些是溫室栽培技術(shù)的開(kāi)端。

二是瓜蔬套作?！稓飫僦畷?shū)》記載說(shuō)，在瓜田里可以間種薤或小豆，這種巧妙的種植方法是套作的雛形。套作法以后在蔬菜種植方面不斷發(fā)展改進(jìn)，并引用到大田作物中去。

三是嫁接法。《氾勝之書(shū)》種瓠法中講到用十株瓠接在一起成一條蔓，蔓上只留三個(gè)果實(shí)，使十株根系共同滋養(yǎng)一條蔓上的三個(gè)果實(shí)，以求結(jié)出特別大的瓠來(lái)。這是當(dāng)時(shí)人們的期望，實(shí)際上不可能結(jié)出特別大的瓠來(lái)，但它卻是關(guān)于嫁接法的最早記載。

四是移植。漢武帝曾屢次令人把生長(zhǎng)于熱帶或亞熱帶地方的果樹(shù)，如荔枝、龍眼、橄欖、柑橘等移植到氣候較寒冷的長(zhǎng)安來(lái)，雖然“歲時(shí)多枯瘁”，但有一些還能成活，并能“稍茂”(《三輔黃圖》)。自從漢使通西域后，也引進(jìn)移植了許多瓜果蔬菜。據(jù)《漢書(shū)·西域傳》記載，當(dāng)時(shí)西域大宛一帶和且末盛產(chǎn)葡萄，自從張騫出使西域時(shí)把葡萄帶回中原后推廣，很快成了深受廣大人民喜愛(ài)的果品。張騫從西域帶回的水果品種還有安石榴，《齊民要術(shù)·安石榴第四十一》：“陸機(jī)曰：‘張騫為漢使外國(guó)十八年，得涂林。涂林，安石榴也?！睗h初皇家囿園上林苑中還種有“出瀚海北耐寒不枯”的“瀚海梨”、“出昆侖山”的“西王棗”、“出西域”的“胡桃”(《西京雜記》)。蔬菜中有張騫等從西域帶回的大蒜、胡荽之類(lèi)，《齊民要術(shù)·種蒜第十九》：“《博物志》曰：張騫使西域，得大蒜、胡荽。”據(jù)記載，胡豆也是來(lái)自西域。來(lái)自西域的植物還有苜蓿，陸機(jī)《與弟書(shū)》中也記有此事?！稘h書(shū)·西域傳》說(shuō)罽賓(今克什米爾一帶)有苜蓿，張騫等使臣取回后，皇帝把它當(dāng)做珍稀植物種于自己離宮別館的花園里以供欣賞?！段骶╇s記》卷一說(shuō)：“樂(lè)游苑自生玫瑰樹(shù)，樹(shù)下多苜蓿。苜蓿亦名‘懷風(fēng)’，時(shí)人或謂之‘光風(fēng)’。風(fēng)在其間蕭蕭然，日照其花，有光采，故名苜蓿為‘懷風(fēng)’?！避俎Ｔ谖饔虮臼且环N生長(zhǎng)茂盛，質(zhì)地優(yōu)良的飼草，它的引進(jìn)、試種和推廣是我國(guó)畜牧業(yè)發(fā)展史上的一個(gè)重大事件，它對(duì)加速繁育良種馬匹，增強(qiáng)馬、牛的體質(zhì)和挽力都發(fā)揮了一定的作用。

這些植物的移植成功反映出當(dāng)時(shí)育苗、起苗、護(hù)苗、裝運(yùn)以至種植、護(hù)養(yǎng)、防寒等一套操作技術(shù)已達(dá)到了較高的水平。

五是在東漢時(shí)已有了雙季稻的栽培技術(shù)。楊孚《異物志》已有水稻“冬又熟，農(nóng)者一歲再種”的記載?！端拿裨铝睢穭t有稻秧移栽的記錄，這是水稻栽培技術(shù)上的一項(xiàng)突出進(jìn)步。

二、生產(chǎn)工具、兵器的鐵器化和冶鐵技術(shù)的成熟

秦漢時(shí)期，鐵器和冶鐵技術(shù)在包括邊緣的廣大地區(qū)，得到了使用和傳播?？脊虐l(fā)現(xiàn)表明，西漢初年，鐵農(nóng)具和工具已經(jīng)普遍取代了銅、骨、石、木器，在西漢中期以后，隨著炒鋼技術(shù)的發(fā)明，鍛鐵工具增多，鐵兵器也逐步占了主要的地位，到東漢時(shí)期，主要兵器已全部為鋼鐵所制，從而完成了生產(chǎn)工具和兵器的鐵器化進(jìn)程。

從目前出土兩漢時(shí)期的鐵器來(lái)看，西漢中期以后至東漢，鐵器的數(shù)量、種類(lèi)急劇增加，說(shuō)明鋼鐵生產(chǎn)在質(zhì)和量?jī)煞矫娑加辛酥卮蟮陌l(fā)展。這同當(dāng)時(shí)社會(huì)生產(chǎn)的發(fā)展、國(guó)防的需要以及冶鐵術(shù)的進(jìn)步有密切的關(guān)系。漢武帝于公元前119年采取的由國(guó)家統(tǒng)一經(jīng)營(yíng)冶鐵業(yè)的政策，全國(guó)設(shè)鐵官49處，使人力、物力和財(cái)力比較集中統(tǒng)一，生產(chǎn)技術(shù)可以較快地在較大范圍內(nèi)得到推廣和交流，對(duì)鋼鐵生產(chǎn)的發(fā)展起了積極的作用。據(jù)史料記載，當(dāng)時(shí)礦冶手工業(yè)者達(dá)十多萬(wàn)人，冶鐵、鑄造作坊的規(guī)模很大，其面積達(dá)數(shù)萬(wàn)、數(shù)十萬(wàn)平方米，擁有煉爐十余座，表明了當(dāng)時(shí)中國(guó)冶鐵業(yè)的空前發(fā)展。

1.冶鐵新技術(shù)

河南鞏縣鐵生溝冶鐵遺址，屬于西漢中晚期，從開(kāi)礦、冶煉到制出，整套成品都有機(jī)地結(jié)合在一起。冶鐵作坊臨近原料產(chǎn)地，這可以縮短運(yùn)輸距離，節(jié)約勞動(dòng)力成本。礦石經(jīng)過(guò)砸擊、篩選得到大小均勻的礦塊，再交付使用。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的各式冶煉爐有18座，熔爐1座，還有配料池、鑄造坑、淬火坑、藏鐵坑等，這些表明，冶煉工序包括有選礦、配料、入爐、熔煉、出鐵等工藝流程。

西漢時(shí)的煉鐵豎爐已高達(dá)四米左右，并開(kāi)始用煤煉鐵，用石灰石等堿性熔劑造渣脫硫，把礦石預(yù)先破碎篩選使粒度均勻。煉鐵爐的擴(kuò)大，與鼓風(fēng)技術(shù)改造有密切關(guān)系。山東滕縣宏道院出土的東漢畫(huà)像石中，有一方是描寫(xiě)冶鐵過(guò)程的，上有鼓風(fēng)機(jī)的圖像，其中鼓風(fēng)大皮囊上排列有四根吊桿，右方下部是個(gè)風(fēng)管。鐵生溝、古滎鎮(zhèn)、河南南陽(yáng)瓦房莊和河南鶴壁市的冶鐵遺址，均有鼓風(fēng)風(fēng)管出土。其中古滎鎮(zhèn)和瓦房莊發(fā)掘出的彎頭朝下的陶胎風(fēng)管下側(cè)泥層已經(jīng)燒琉，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，泥層燒琉溫度為1250℃～1280℃。從鼓風(fēng)動(dòng)力而言，從人力鼓風(fēng)發(fā)展到畜力鼓風(fēng)，如“馬排”、“牛排”等，接著更有利用水力鼓風(fēng)——“水排”的創(chuàng)造。它是勞動(dòng)者的出色發(fā)明。據(jù)記載，東漢初年，南陽(yáng)太守杜詩(shī)就使用水排于鼓鑄，結(jié)果“用力少，見(jiàn)功多，百姓便之”(《后漢書(shū)·杜詩(shī)傳》)。

2.“炒”鋼、百煉鋼和鑄鐵脫碳鋼技術(shù)

炒鋼技術(shù)的發(fā)明與百煉鋼工藝的日益成熟，是秦漢時(shí)期鋼鐵技術(shù)得到重大發(fā)展的又一標(biāo)志。

西漢中晚期出現(xiàn)了利用生鐵“炒”成熟鐵或“炒”成含碳量不同的鋼的炒鋼新技術(shù)。即將生鐵加熱成半液體、半固體狀態(tài)，再進(jìn)行攪拌，利用空氣或鐵礦粉中的氧，進(jìn)行脫碳，以獲得熟鐵或鋼的新技術(shù)。鐵生溝遺址中的低溫炒鋼爐就是為此目的設(shè)計(jì)的。這項(xiàng)新技術(shù)的發(fā)明，在煉鋼史上是一項(xiàng)重大的技術(shù)突破。它使冶鐵業(yè)能向社會(huì)提供大量廉價(jià)優(yōu)質(zhì)鋼件，滿足生產(chǎn)和戰(zhàn)事的需要。在一定的條件下，能夠有控制地把生鐵“炒”到所需要的含碳量，然后加熱鍛打成質(zhì)量較好的鋼件，大大促進(jìn)了百煉鋼的發(fā)展，使之進(jìn)入了成熟的階段。1974年在山東蒼山縣出土的漢代(112年)“三十煉”環(huán)首鋼刀，1978年在徐州磚室墓中發(fā)現(xiàn)的漢代(77年)鋼劍，經(jīng)鑒定都是以炒鋼為原料，經(jīng)多次反復(fù)加熱折疊鍛打而成的。這說(shuō)明，東漢前期，炒鋼以及以此為原料的百煉鋼工藝已普遍推廣應(yīng)用了。東漢時(shí)期，鐵兵器完全代替銅兵器，鍛制農(nóng)具和鋼工具顯著增多的情形，正與這項(xiàng)新技術(shù)的發(fā)明與推廣有著密切的關(guān)系。

歐洲用炒鋼法冶煉熟鐵的技術(shù)在18世紀(jì)才開(kāi)始出現(xiàn)，比中國(guó)要晚1900余年。

鑄鐵熱處理技術(shù)在漢代也有很大發(fā)展，日臻成熟。在南陽(yáng)瓦房莊漢代冶鑄遺址所出土的9件鐵農(nóng)具，經(jīng)檢驗(yàn)有8件是黑心韌性鑄鐵，質(zhì)量良好，有一些和現(xiàn)代黑心韌性鑄鐵已無(wú)大區(qū)別。北京大葆臺(tái)西漢墓葬、南陽(yáng)瓦房莊漢代冶鑄遺址及河南澠池漢魏鐵器窖藏都出土具有鋼的金屬組織的鑄鐵件，它們是經(jīng)脫碳熱處理獲得的白心韌性鑄鐵或鑄鐵脫碳鋼件，由于熔鑄時(shí)經(jīng)過(guò)液態(tài)，雜質(zhì)很少，質(zhì)地相當(dāng)純凈。由實(shí)物檢驗(yàn)可知，黑心韌性鑄鐵多用于要求耐磨的農(nóng)具等，白心韌性鑄鐵多用于要求耐沖擊性能較好的手工工具，這說(shuō)明當(dāng)時(shí)的冶鑄匠師對(duì)不同材質(zhì)的性能及使用范圍已有較深入的認(rèn)識(shí)，能較為正確地選材和加工以達(dá)到工藝要求。在南陽(yáng)、古滎等處還出土有多量薄鐵板，它們經(jīng)脫碳熱處理已成為含碳較低的鋼板，可以鍛打成器，這實(shí)際上是創(chuàng)造了一種新的制鋼工藝，是中國(guó)古代所獨(dú)有的。

考古發(fā)現(xiàn)，西漢初年鐵制農(nóng)具和其他鐵制工具已普遍取代了銅、骨、石、木等器具。西漢中期出土的鐵器有燈、釜、爐、鎖、剪、鑷、火鉗、齒輪及車(chē)軸等機(jī)械零件。東漢時(shí)，主要兵器已全部為鋼鐵所制，從而完成了生產(chǎn)工具和兵器的鐵器化進(jìn)程。遍布全國(guó)的冶鐵作坊和精湛的鋼鐵技術(shù)成為漢代強(qiáng)國(guó)安邦的重要基礎(chǔ)。秦漢時(shí)期，在中國(guó)封建社會(huì)所能冶煉的八種金屬——金、銀、銅、鐵、錫、鉛、汞、鋅中，除鋅以外，其他七種金屬的冶煉工藝都已掌握。

三、造紙術(shù)的發(fā)明和蔡倫革新

1.造紙術(shù)的誕生

紙是印刷術(shù)的承印物，是知識(shí)和信息的載體。由于有了紙，印刷術(shù)才得以完善，并迅速推廣開(kāi)來(lái)。紙同印刷術(shù)一起，對(duì)人類(lèi)的文化事業(yè)作出了重要貢獻(xiàn)，是世界矚目的中國(guó)古代四大發(fā)明之一。

在造紙術(shù)尚未發(fā)明以前，中國(guó)古代曾先后使用龜甲、獸骨、金石、竹簡(jiǎn)、木牘、縑帛等作為書(shū)寫(xiě)材料寫(xiě)字記事。直到西漢時(shí)期，簡(jiǎn)牘、縑帛依然是十分重要的書(shū)寫(xiě)材料。但由于簡(jiǎn)牘笨重，縑帛昂貴，于是尋求廉價(jià)、方便易得的新型書(shū)寫(xiě)材料成了迫切的社會(huì)要求。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐和探索，人們終于發(fā)明了用麻繩頭、破布、舊漁網(wǎng)等廢料制成植物纖維紙的方法，這引起了書(shū)寫(xiě)材料的一場(chǎng)革命。紙的誕生為交流思想、傳播文化和發(fā)展科學(xué)技術(shù)提供了重要工具。

1957年西安市東郊的灞橋出土了公元前2世紀(jì)的古紙，紙呈泛黃色，已裂成碎片，最大的寬度寬約10厘米，最小的也有3～4厘米，用來(lái)包裹隨葬銅鏡。經(jīng)鑒定它是以大麻和少量芒麻的纖維為原料的，其制作技術(shù)比較原始，質(zhì)地粗糙，還不便書(shū)寫(xiě)。

我們知道，秦漢之際以次繭作絲綿的手工業(yè)十分普及，如韓信未發(fā)跡前遇到的漂母，大概就是以此為生的。這一手工業(yè)包括反復(fù)捶打，以揭碎蠶農(nóng)和置水中漂洗等工藝。而在漂洗時(shí)，留在器物上的殘絮，晾干后自然形成一層薄薄的絲綿片，這可能給人們發(fā)明造紙技術(shù)以直接的技術(shù)上的啟示。許慎在其所著《說(shuō)文解字》中，把紙解釋為人們?cè)谄z時(shí)殘留在竹席子上的一層碎絲綿、晾干后所形成的一張薄片。將這種黏附在席子上的薄絲綿片加以利用，最初可能是無(wú)意的，后來(lái)人們就有意識(shí)地進(jìn)行加工，制成一種漂絲的副產(chǎn)品，當(dāng)時(shí)稱(chēng)之為“紙”。當(dāng)然，最初的造紙術(shù)，還不能一下子產(chǎn)生用于書(shū)寫(xiě)的紙張。而且，這種紙價(jià)格貴、數(shù)量少，是難以推廣使用的。但新的道路既已開(kāi)辟，迫切的社會(huì)要求又在催促著技術(shù)的改進(jìn)，可以用于書(shū)寫(xiě)的紙張的產(chǎn)生當(dāng)是為期不遠(yuǎn)了。人們?cè)诳偨Y(jié)動(dòng)物纖維紙的制作工藝之后，經(jīng)過(guò)不斷摸索、實(shí)踐，終于發(fā)明了人們現(xiàn)在所說(shuō)的紙——植物纖維紙。

圖30　灞橋紙

20世紀(jì)30年代以來(lái)，在中國(guó)新疆、甘肅、陜西等絲綢之路沿線，曾多次出土西漢紙，計(jì)有：

1933年在新疆羅布淖爾漢代烽燧遺址出土的“羅布淖爾麻紙”；

1942年在甘肅額濟(jì)納河?xùn)|岸查科爾帖漢代烽燧遺址出土的帶有7行50個(gè)字的“查科爾帖紙”；

1957年在西安灞橋漢墓葬區(qū)灞橋磚瓦廠工地出土的“灞橋紙”；

1973年在甘肅額濟(jì)納河?xùn)|岸漢金關(guān)烽燧遺址出土的“金關(guān)紙”；

1978年在陜西扶風(fēng)中顏村漢代建筑遺址出土的帶有簾紋的“中顏紙”；

1979年在甘肅敦煌馬圈灣漢代遺址出土的“馬圈灣紙”；

1986年在甘肅天水放馬灘漢代墓葬群中出土的繪有地圖的“放馬灘紙”；

1990年在甘肅敦煌甜水井漢代懸泉郵驛遺址出土的簾紋明顯、寫(xiě)有文字的“懸泉紙”。

這些出土的大量西漢紙中，以西安灞橋紙、甘肅天水放馬灘紙和甘肅敦煌馬圈灣紙的年代較早。

甘肅天水放馬灘紙是在西漢墓中發(fā)現(xiàn)的，時(shí)間大約在西漢初期的文景時(shí)期(前179—前141)。上面繪有地圖，殘長(zhǎng)5.6厘米，寬2.6厘米，紙質(zhì)薄而軟，紙面光滑平整。圖上有用細(xì)黑線條繪制的山脈、河流、道路等圖形。這一發(fā)現(xiàn)的重要意義在于，它不僅為中國(guó)西漢時(shí)期已發(fā)明造紙術(shù)提供了實(shí)物證據(jù)，而且還無(wú)可辯駁地證明，西漢時(shí)期的紙已能用于書(shū)寫(xiě)和制圖。

1977年，考古工作者在甘肅居延肩水金關(guān)西漢烽塞遺址的發(fā)掘中，也發(fā)現(xiàn)了兩塊麻紙。其中之一，出土?xí)r團(tuán)成一團(tuán)，經(jīng)修復(fù)展開(kāi)，長(zhǎng)寬為19×12厘米，色澤白凈，薄而勻，一面平整，一面稍起毛，質(zhì)地細(xì)密堅(jiān)韌。顯微觀察和化學(xué)鑒定都表明，它只含大麻纖維。1978年，考古工作者在陜西扶風(fēng)發(fā)掘西漢宣帝時(shí)期的麻紙。1979年在甘肅敦煌馬圈灣烽燧遺址出土的麻紙，初步考證為西漢宣帝時(shí)期的遺物。這批麻紙，數(shù)量多、保存好、殘存面積大，最大的一片長(zhǎng)32厘米，寬20厘米，紙質(zhì)有粗、細(xì)之分，紙色有黃、白之別。其中白色紙質(zhì)地細(xì)勻，已具備了制造麻質(zhì)纖維紙的基本要求和功能。這些情況表明至遲公元前1世紀(jì)中葉，在遙遠(yuǎn)的邊塞已有了質(zhì)量較高的紙，由此推測(cè)，內(nèi)地紙的出現(xiàn)應(yīng)更早一些。這說(shuō)明造紙術(shù)自發(fā)明以后，其技術(shù)進(jìn)步是很快的。在內(nèi)蒙古額濟(jì)納河旁，考古工作者曾掘得屬東漢時(shí)期，公元2世紀(jì)初期的紙張，即所謂的額濟(jì)納紙，上有六七行殘字。

圖31　寫(xiě)有字的查科爾帖殘紙

從灞橋到扶風(fēng)、金關(guān)和額濟(jì)納紙，我們看到紙的發(fā)明、改善及確實(shí)無(wú)疑地用作書(shū)寫(xiě)材料的歷史狀況。正是在造紙術(shù)發(fā)展的歷史進(jìn)程中，于公元2世紀(jì)初期，出現(xiàn)了著名的紙的改革家蔡倫。

2.蔡倫革新

蔡倫，字敬中，桂陽(yáng)(今湖南省耒陽(yáng)縣)人，是漢和帝時(shí)的太監(jiān)，曾負(fù)責(zé)監(jiān)制御用器物。他總結(jié)了兩漢以來(lái)造紙的經(jīng)驗(yàn)并進(jìn)行了大膽的實(shí)驗(yàn)和革新。從造紙?jiān)戏矫婵?，蔡倫利用植物纖維，主要是廢棄的麻料和樹(shù)皮作原料，以此達(dá)到大幅度降低成本的目的。《后漢書(shū)·蔡倫傳》說(shuō)，“倫乃造意，用樹(shù)膚、麻頭及敝布、漁網(wǎng)以為紙”。其中，麻頭、敝布、漁網(wǎng)這三種都是麻類(lèi)纖維中的廢棄物。樹(shù)膚，就是樹(shù)皮。《東觀漢記·蔡倫傳》云“用木皮，名介紙”，可證樹(shù)皮為卜樹(shù)枝。中國(guó)的椴樹(shù)，南北各地都能生長(zhǎng)，現(xiàn)在的學(xué)名是構(gòu)樹(shù)，古人又稱(chēng)褚樹(shù)。椴樹(shù)皮的纖維，比麻類(lèi)要細(xì)得多，而且強(qiáng)度更高。從蔡倫開(kāi)始，椴樹(shù)皮成為制造優(yōu)質(zhì)紙的上佳原料。古人因此稱(chēng)紙為“褚先生”或“褚”。但是，段樹(shù)皮所含果膠和木質(zhì)素，比麻類(lèi)要多數(shù)倍，因此加工的難度較大。

圖32　蔡倫畫(huà)像

從加工方面看，蔡倫針對(duì)植物纖維這種原料特點(diǎn)和手工作坊生產(chǎn)的要求，以賦予產(chǎn)品優(yōu)異性能為目標(biāo)，設(shè)計(jì)自己的工藝過(guò)程。蔡倫是在手工作坊中生產(chǎn)紙，其加工工藝，可參證劉熙《釋名》中的話：“中常侍蔡倫判故布，搗、抄作紙。”不少科技史學(xué)者認(rèn)為，《釋名》中“判”、“搗”、“抄”這三個(gè)與手工有關(guān)的動(dòng)詞，大體代表蔡倫的加工工藝過(guò)程?？肌夺屆纷髡邉⑽?，是東漢末年北海郡(郡治在今山東濰坊市西南)人，其時(shí)其地與蔡倫都較近，其說(shuō)較為可信。再如，惠棟《后漢書(shū)集解》引《晉書(shū)》亦云：“蔡倫判、搗故布、網(wǎng)，抄作紙?！庇秩?，魏張揖《古今字話》云：“中常侍蔡倫以故布搗、到作紙?！蔽鲿x張華《博物志》云：“蔡倫始煮樹(shù)皮以造紙?！薄侗碧脮?shū)鈔》卷104引。這些較早的文獻(xiàn)記錄，內(nèi)容都很接近，無(wú)矛盾而可互作補(bǔ)充。綜合這些記載，可說(shuō)明蔡倫造紙的加工工藝過(guò)程包括了大約五道工序：第一道工序?yàn)椤按臁保磳⑵撇?、?shù)皮等原料剪碎、切斷，使其成為碎片、碎粒。第二道工序?yàn)椤皳v”，即將挫碎的原料用水浸泡一段時(shí)間，加溫，并加入石灰、草灰等物，再搗爛成漿狀物。第三道工序?yàn)椤按颉?，即將搗成糊狀的原料利用木棒、石臼等工具，進(jìn)行搗打、碾爛，使其纖維分絲帚化，以增強(qiáng)纖維間的結(jié)合力。第四道工序?yàn)椤俺?，即?jīng)碾打的紙漿以水稀釋?zhuān)瑢⑵渚鶆虻財(cái)傇谄秸哪景?、竹席或其他物件上，再?jīng)水漂洗成薄片，使其附在木板、竹席之上。第五道工序是“烘”，即將附在木板、竹席之上的薄片在太陽(yáng)下曬干，或用火烘烤而干。用這種方法造出來(lái)的紙，體輕質(zhì)薄，色白柔軟，可折貼，便剪裁，很適合寫(xiě)字。又是以廢物做原料，價(jià)格低廉，便于推廣。工藝流程也不復(fù)雜，易于制造。^[38]

紙雖然出現(xiàn)較早，但真正用于書(shū)寫(xiě)和推廣使用是在蔡倫造出質(zhì)地優(yōu)良的“蔡侯紙”之后。公元404年，東晉桓玄帝曾下令廢簡(jiǎn)用紙，使紙的應(yīng)用日益推廣和普及。用發(fā)展的觀點(diǎn)看問(wèn)題，歷史上任何一項(xiàng)重大工藝技術(shù)的發(fā)明，都不是偶然的，都具有從設(shè)想，到雛形，到完善的發(fā)展過(guò)程。蔡倫之前雖然有紙，但這無(wú)損于蔡倫作為重大改良者和完善造紙術(shù)這一發(fā)明的發(fā)明者的豐功偉績(jī)。是蔡倫的發(fā)明創(chuàng)造，使紙進(jìn)入了它的實(shí)用階段，并迅速、廣泛地推廣開(kāi)來(lái)，為完善印刷術(shù)和促進(jìn)印刷術(shù)的發(fā)展提供了物美、價(jià)廉而又易得的承印物。蔡倫的功績(jī)和他作為完善造紙術(shù)這一偉大發(fā)明的發(fā)明家的光輝形象是不容抹殺的。1990年在比利時(shí)馬爾梅迪舉行的國(guó)際造紙歷史協(xié)會(huì)第二十屆代表大會(huì)上，與會(huì)專(zhuān)家一致認(rèn)定蔡倫是造紙術(shù)的偉大發(fā)明家，中國(guó)是紙的發(fā)明國(guó)。2007年底，美國(guó)《時(shí)代》周刊評(píng)選和公布了人類(lèi)“有史以來(lái)最佳發(fā)明家”，蔡倫也榜上有名。