丁 宏,李 龍

(1.太原理工大學 馬克思主義學院，山西 太原 030024；2.中國科學院 自然科學史研究所， 北京 100190；3.太原理工大學 大數(shù)據(jù)學院，山西 太原 030024)

漢代是我國科學技術(shù)發(fā)明史上一個承上啟下的時代,這一時期為了滿足社會生產(chǎn)的需要,人們開始使用水輪等裝置將水能等自然能量轉(zhuǎn)化為機械能。李約瑟(Needham J. T. M., 1900-1995)、劉仙洲、王振鐸、楊寬、李崇州、華覺明、張柏春等國內(nèi)外學者曾對我國的水力機械做過較為詳細的調(diào)查和復原工作。楊寬指出“兩漢之際,同時發(fā)明了水碓和水排,出現(xiàn)了水力工作機,這是手工業(yè)技術(shù)發(fā)展史上一個重大的變革”[1]。學界曾圍繞水力機械發(fā)明的來源地進行過爭論。李約瑟認為水輪發(fā)明于印度,是戽水車的主要構(gòu)件,在公元前1世紀傳到古希臘文化地區(qū),公元2世紀傳入中國,自此中國開始使用立式水輪。陸敬嚴指出中國人獨立發(fā)明了立式和臥式水輪[2]。張柏春探討了中國傳統(tǒng)水輪構(gòu)造原理的演變及其驅(qū)動的碓、磨、碾、水排、筒車、天文儀器等機械,指出水輪是水能轉(zhuǎn)化為機械能的關(guān)鍵構(gòu)件[3]。但是水輪何以會在兩漢之際被發(fā)明?為何兩漢之際同時發(fā)明了水力機械——水碓和水排?對此問題學界尚無專文論述。錢學森認為極其復雜的“系統(tǒng)”是由相互作用和相互依賴的若干組成要素構(gòu)成的,系統(tǒng)是具有特定功能的有機整體,小系統(tǒng)可以構(gòu)成大系統(tǒng)[4]。本文力圖從科學技術(shù)和社會(Science technology and society,簡稱STS)兩個視角,從社會大系統(tǒng)的角度對水力機械興起的社會和自然原因進行探討。

一、漢代水力機械的簡單介紹

大不列顛百科全書將水能定義為:“Waterpower, power produced by a stream of water as it turns a wheel or similar device”*http://www.britannica.com/EBchecked/topic/637505/waterpower.,即“水能是通過輪子或類似裝置在水中轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的能量”。我國最早使用水能的水力機械是水碓和水排,它們在中國科學院自然科學史研究“發(fā)明創(chuàng)造”研究組統(tǒng)計的“中國古代重要科技發(fā)明創(chuàng)造”清單中，分別位列第52和58位[5]?！八浴钡挠涊d見于服虔的《通俗文》、孔融的《肉刑論》和桓譚的《新論》?！缎抡摗分杏涊d道:“杵舂又復設(shè)機關(guān),用驢、騾、牛、馬及役水而舂,其利乃且百倍?！盵6]水排的記載見于《東觀漢記》和《后漢書》等文獻?！逗鬂h書·杜詩傳》記載道:“(建武)七年(公元31年)……造作水排,鑄為農(nóng)器,用力少,見功多,百姓便之?！盵7]水碓和水排的關(guān)鍵部件是水輪,結(jié)合水碓和水排的發(fā)明時間,可以推測水輪的發(fā)明,以及其在水碓和水排上的應用是在西漢末年到東漢初年的兩漢之際[8],發(fā)明者為東漢初年南陽太守杜詩。

此后,我國水力機械的發(fā)明逐漸增多,例如，東漢安帝時期(公元107—125年)張衡創(chuàng)造了以水力為動力的渾天儀,靈帝時期(公元168—169年)畢嵐創(chuàng)造了農(nóng)業(yè)灌溉機械——翻車等。

二、水力機械發(fā)明的自然基礎(chǔ)

漢代自然災害頻發(fā)致使勞動力大幅減少。據(jù)鄧云特統(tǒng)計,秦漢時期我國共發(fā)生各類災害375次[9];張文華指出包括王莽政權(quán)在內(nèi)兩漢425年間共發(fā)生災害524次[10]。頻繁的自然災害加上戰(zhàn)爭等因素致使人口在一些年份大幅減少。例如,順帝建康元年(公元144年)和質(zhì)帝本初元年(公元146年)分別出現(xiàn)-22.6‰和-39.5‰的年均人口增長率[11]。在人口減少的情況下,尋找新能量維持社會正常運轉(zhuǎn),提高勞動生產(chǎn)率成為當時社會現(xiàn)實問題。

根據(jù)竺可楨[12]、張丕遠[13]、任振球[14]等先生的研究,兩漢處于大理冰期后的第三個溫暖期,年平均溫度比現(xiàn)在高1℃～2℃,由于頻繁的降水,水災成為漢代主要的自然災害之一。這一時期,黃河決口泛溢達14次,其中西漢10次,東漢4次,5次大的黃河泛濫致使黃河改道。這一時期,不僅水災頻發(fā),而且水患延續(xù)時間長、災情嚴重[10]。武帝建元三年(公元前138年),“河水溢于平原”引發(fā)“人相食”[15]的慘劇。水災給古人的生活、生產(chǎn)造成諸多不便,但卻為水力機械的發(fā)明及應用創(chuàng)造了有利條件。

三、社會需要是水力機械興起的原動力

恩格斯指出，社會需求的推動力遠比大學更能將科學向前推進,漢代水力機械的興起就體現(xiàn)了這一特點。

(一)水力機械興起的技術(shù)基礎(chǔ)

兩漢之際發(fā)明的立輪式水碓和立輪式水排由發(fā)動機、傳動機和工作機三個部分組成,是簡單的水利機械。水碓以水輪為發(fā)動機,利用杠桿原理將水能轉(zhuǎn)化為機械能,是谷物脫殼去皮的加工工具。水排以水輪為發(fā)動機,通過連桿機構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑瓦\動的冶鐵鼓風機械。水輪充當了水碾和水排的發(fā)動機,是它們的關(guān)鍵部件。唐代陳廷章的《水輪賦》記載道:“觀夫斫木而為,憑河而引,箭馳可得而滴瀝,輻湊必循乎規(guī)準?！弊畛趿⑹剿喌男螤铑愃朴谲囕喌男螤?其制作技術(shù)與車輪的制作技術(shù)相當。碓和囊充當工作機部分,其他部件充當傳動機部分。圖一、圖二為立輪式水排及其結(jié)構(gòu)圖。

圖一 立輪式水排

圖二 立輪式水排結(jié)構(gòu)圖

《考工記》記載了先秦工匠高超的“車輪”制作技術(shù)，先秦工匠認為“輪”是制作“車”的關(guān)鍵,“輪人為輪”被置于三十工之首,書中詳細記載了從轂到輻再到牙的制作方法。不僅如此,先秦工匠還“量材為用”,根據(jù)不同時節(jié)，選用不同材質(zhì)的木材制作“轂、輻、牙”。書中記載道:“凡為輪,行澤者欲杼,行山者欲侔?！备鼮橹匾氖窍惹毓そ尺€對“輪”進行定量檢測?！胺膊燔囍馈碎L八尺,登下以為節(jié)?！盵16]“凡揉牙,外部廉而內(nèi)不挫……謂之國公?！盵16]

先秦時期精湛的車輪制作技術(shù)被漢代的工匠所繼承。山東嘉祥洪山出土的畫像石還原了一種漢代組合輪的構(gòu)造,說明漢代的“輪人”能制造比較復雜的“輪”。水輪同車輪的制作技術(shù)非常相似,西漢的工匠自然會將先進的“車輪”制作技術(shù)應用于水輪的制作。

水碓的工作機為碓,恒譚的《新論》中記載了碓的演變歷史?！缎抡摗分杏浀?“伏犧制杵臼,萬民以濟,乃后世加巧,因延力借身以踐碓,而利十倍。杵舂又復設(shè)機關(guān),用驢、騾、牛、馬及役水而舂,其利乃且百倍。”[6]可以看出碓的發(fā)展經(jīng)歷了杵臼、踐碓和水碓三個階段,工作效率提高到原來的“百倍”。四川雙流縣出土了漢代的陶房,屋底層放有二足碓,彭縣出土的《舂米》畫像石上也有二足碓?？梢钥隙▋蓾h之際水碓的工作機部分“碓”的制作技術(shù)也已經(jīng)成熟。

水排的工作機部分為“橐”。根據(jù)王振鐸對山東滕縣宏道院漢畫像冶鐵圖的研究,漢代的橐由三個木環(huán)、兩塊圓板及外面的皮囊組成,設(shè)有進風口、排風口和風管,用四根懸掛在屋梁上的吊桿拉持皮囊,并用構(gòu)架使囊只能沿懸桿擺動方向運動,通過對橐的拉伸和壓縮達到對冶鐵爐鼓風的目的[17]?？梢妰蓾h之際水排的工作機“橐”的制作技術(shù)也已經(jīng)成熟。

立輪式水碓和水排傳動機部件的使用，以該部分關(guān)鍵構(gòu)件制作技術(shù)、凸輪機構(gòu)和設(shè)計原理的使用和成熟為基礎(chǔ)。(1)從復原的水碓和水排看,其傳動機部分主要為直桿,制作技術(shù)并不復雜,漢代對各個部件的制作都不存在技術(shù)上的困難。(2)水碓和水排應用了凸輪機構(gòu)。凸輪是一種可以將機械中某部分連續(xù)運動轉(zhuǎn)換為另一部分等速或不等速、連續(xù)或不連續(xù)的機件[2]。(3)簡單的機械原理。水碓利用了杠桿原理,水排利用了旋轉(zhuǎn)運動和連桿運動轉(zhuǎn)化的原理。東漢以前的桔槔、藉車、天平、滑車、轆轤、石磨等工具,在不同程度上應用了凸輪技術(shù)及杠桿原理和轉(zhuǎn)化原理。

由此可見,兩漢之際立輪式水碓和水排的發(fā)動機、傳動機和工作機部分的制作技術(shù)都已經(jīng)成熟,缺少的是將水用作原動力的思想和完成轉(zhuǎn)化的契機。

(二)水力機械興起的哲學理念

漢代道家的無為、水德、五行等思想，以及儒家的民本思想對漢代水力機械的發(fā)明具有引導作用。

西漢初年,在黃老“無為思想”的指導下,漢代政府實行“休養(yǎng)生息”的政策,提倡農(nóng)桑、鼓勵人口生育、開墾荒地、減徭薄賦，使社會經(jīng)濟從漢初“天下既定,民亡蓋藏,自天子不能具鈞駟,而將相或乘牛車”[18]發(fā)展到“京師之錢累巨萬,貫朽而不可校。太倉之粟,陳陳相因,充溢露積于外,至腐敗不可食”[19]的興盛景象?！盁o為思想”教導人們順應自然,促使人們向自然尋求力量,使人們努力將水能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能。

“水德思想”是道家的重要思想之一。在《老子》中，就曾提出“上善若水,水善利萬物而不爭”[20]的水德思想。漢代《淮南子》繼承了老子崇尚水德的思想,與老子的思想相比,《淮南子》更強調(diào)水對萬物生成的重要作用，“萬物弗得不生，百事不得不成”“與天地鴻洞”“與萬物始終”[21]。作者似乎想從水中找到生命體的本原?，F(xiàn)在看來《淮南子》中的“水德思想”不夠科學,但作為當時影響較大的思想,漢代的工匠可能受到這一思想的影響,從崇拜“水”到利用“水”,進而發(fā)明了水輪,并將其成功應用在水碓和水排上,促進了水力機械的發(fā)明和推廣。

“五行思想”是漢代人的“思想骨干”[22]。水排鼓風冶鐵的過程體現(xiàn)了“五行相生相勝”的思想,同時體現(xiàn)了“五行相制和相化”原理[23]。《淮南子》稱:“為治之本,務(wù)在于安民；安民之本，在于足用”[21],“民者，國之本也”[21]，冶鐵業(yè)和糧食加工業(yè)都是極費民力的行業(yè),比較而言冶鐵業(yè)更費民力?！稘h書貢禹傳》記載:“今漢家鑄錢及諸鐵官,皆置吏卒徙,攻山取銅鐵,一歲功十萬人已上?！彼藕退缘膬?yōu)點就在于“省民力”?！度龂尽ろn暨傳》記載道:“舊時冶作馬排,每一熟石用馬百匹;更作人排,又費功力;暨乃因長流為水排,計其利益,三倍于前。在職七年,器用充實。”[24]孔融《肉刑論》指出:“賢者所制,或踰圣人,水碓之巧,勝于斷木掘地?！盵6]

水排和水碓的發(fā)明與推廣能夠解放大量的勞動力?！逗鬂h書》記載杜詩“省愛民役,造作水排”,出于愛惜民力的考慮,杜詩發(fā)明了水排。在“民本思想”的指導下,統(tǒng)治者充分利用了水能,將水輪運用于糧食加工業(yè)和冶鐵業(yè),發(fā)明了水碓和水排,極大地節(jié)省了民力,促進農(nóng)業(yè)和冶鐵業(yè)的發(fā)展,保障了社會的正常運行。

(三)水力機械興起的實踐基礎(chǔ)

有了成熟的制作技術(shù)和相應的思想基礎(chǔ),車輪是如何轉(zhuǎn)變?yōu)椤八啞钡哪?漢代南陽先進的冶鐵技術(shù)和水利工程為水排的發(fā)明和推廣提供了實踐基礎(chǔ),漢代的農(nóng)業(yè)政策為水碓的發(fā)明提供了制度保證。

戰(zhàn)國時期南陽就是楚國著名的冶鐵手工業(yè)之地?！盾髯印ぷh兵篇》記載:“宛鉅鐵釶,慘如蜂蠆?！盵25]在秦昭王二十六年(公元前281年)和秦昭王二十七年(公元前280年),頒布“赦罪人遷之穰”和“赦罪人遷之南陽”的法令,分兩次從魏國等地遷民進入南陽。這些移民中有著名的手工業(yè)者和手工業(yè)經(jīng)營者，例如,漢代南陽的大鐵商孔氏就是這一時期從魏國古安邑遷入南陽的,孔氏將魏地先進的冶鐵技術(shù)和管理經(jīng)驗帶入南陽,使得南陽的冶鐵業(yè)得到進一步的發(fā)展?！巴鹂资现?梁人也,用鐵冶為業(yè)?！蠊蔫T,規(guī)陂池……故南陽行賈盡法孔氏之雍容。”[26]漢代南陽人對孔氏的效仿使得南陽成為西漢著名的冶鐵中心和商業(yè)名城。武帝元狩四年(公元前119年)實行鹽鐵官營,次年便以東郭咸陽、孔僅為大農(nóng)丞,依靠孔氏先進的冶鐵管理經(jīng)驗對國家的冶鐵業(yè)進行管理。南陽作為西漢冶鐵中心之一,其先進的冶鐵技術(shù)為水排的發(fā)明提供了實踐基礎(chǔ)。

考古發(fā)現(xiàn)南陽地區(qū)的漢代冶鐵鑄造遺址主要有:桐柏毛集鐵山廟漢代鐵礦遺址、桐柏固縣鄉(xiāng)鐵石檔古鐵礦遺址、南陽市瓦房莊冶鐵遺址、桐柏毛集鄉(xiāng)鐵山廟冶鐵遺址、桐柏張畈冶鐵遺址、桐柏毛集鄉(xiāng)后鐵爐村冶鐵遺址、鎮(zhèn)平安國城遺址。這些遺址可以分為冶煉遺址、鑄造遺址、冶煉和鑄造相結(jié)合的遺址。桐柏毛集鄉(xiāng)鐵山廟冶鐵遺址濱鄰固縣河邊;桐柏張畈冶鐵遺址位于張濱村東西兩河交匯處,南部附近小河邊有煉爐址;南陽市瓦房莊冶鐵遺址中的西漢時期的遺物有熔爐基9座,勺形鼓風機械基址1個、水井9眼、水池3個[27]。從這些遺址的選址和遺址內(nèi)的遺物看,漢代南陽冶鐵遺址多位于靠近水流之處。據(jù)此,水排有可能已經(jīng)開始在冶鐵業(yè)上使用。

漢代南陽人利用南陽的水利條件修筑坡渠,打井灌溉形成南陽獨特的長藤結(jié)瓜式水利灌溉系統(tǒng)。張衡在《南都賦》中描述:“於顯樂都,既麗且康?！苹匆?三方是通?！盵28]由此說明漢代的南陽不僅是當時南北交通要塞,而且水利資源豐富，它跨越鄂、陜兩地,分鄂、豫之疆界,武闕山是西面的關(guān)隘,桐柏山是東面的屏障,方城山是牢固的圍城墻；南陽境內(nèi)的白河、淮河及丹陽三大水系是聯(lián)系關(guān)中和江淮流域的紐帶。

張衡在《南都賦》中生動地描繪了南陽水利工程的盛況:“爾其川瀆……于其陂澤,則有鉗盧玉池、赭陽東陂。貯水停洿,亙望無涯……其水則開竇灑流,浸彼稻田,溝澮脈連,堤塍相輑。朝云不興,而演潢潦獨臻。決渫則旱,為溉為陸。冬稌夏穱,隨時代熟?！盵28]張衡指出，南陽通過水利工程的建設(shè),將河水開溝分流,田間小渠相互貫通,堤壩田埂連綿不斷,這樣的水利工程便于灌溉農(nóng)田。

在眾多的水利工程中,以召信臣和杜詩任南陽太守期間修建的水利工程最為著名,他倆被時人稱為“召父杜母”?！稘h書·召信臣傳》記載道:“興利信臣為人勤力有方略,好為民興利,務(wù)在富之……行視郡中水泉,開通溝瀆,起水門提閼凡數(shù)十處,以廣溉灌,歲歲增加,多至三萬頃……荊州刺史奏信臣為百姓興利,郡以殷富,賜黃金四十斤。遷河南太守,治行常為第一,復數(shù)增秩賜金?！盵29]召信臣修建的水利工程中最著名的為六門堰和鉗盧陂,他重視水利工程的修建,更重視水利工程的管理,使南陽的水利工程建設(shè)和維護形成傳統(tǒng)。杜詩在任南陽太守期間,也積極修建水利工程，可以說正是當時南陽先進的水利工程建設(shè)活動為“車輪”轉(zhuǎn)變?yōu)椤八啞碧峁┝藢嵺`基礎(chǔ)。

(四)水力機械興起的現(xiàn)實需求

漢代戰(zhàn)爭頻繁，農(nóng)業(yè)發(fā)達，大規(guī)模修建水利工程需要大量高質(zhì)量的鐵制武器、農(nóng)具和水利工具,面對現(xiàn)實需要,單純依靠人力、畜力已無法滿足需求,水力機械的興起成為當時的必然。這是水碓和水排發(fā)明和推廣的現(xiàn)實需求。

我國在春秋戰(zhàn)國時期就逐漸使用鐵制兵器,西漢中期鐵制兵器逐漸替代了銅制兵器。南陽漢代冶鐵遺址中發(fā)現(xiàn)的劍、刀、矛、戟、弩機、鏃、斧鉞、鉤鑲、鐵甲、馬銜、馬鑣、馬鐙等兵器和車馬器是漢代冶鐵業(yè)的主要產(chǎn)品[27]。從西漢初年到東漢初期戰(zhàn)爭頻繁,其中著名的戰(zhàn)爭有楚漢戰(zhàn)爭、英布之亂、陳郗之亂、南越之亂,漢景帝時期平定七國之亂;漢武帝時期三征匈奴，平定大宛、烏孫、朝鮮、安南;西漢末年的綠林、赤眉之亂等。頻繁的戰(zhàn)爭需要大量的鐵制兵器、鐵甲等，這些需求需要增大鐵器的數(shù)量、提高鐵器的質(zhì)量。

鐵器是我國古代農(nóng)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。南陽漢代冶鐵遺址發(fā)現(xiàn)的農(nóng)具主要有镢、“凹”字形的鐵刃口、“一”字形的鐵器、直銎斧、橫銎斧、鏟、犁、鏵、鋤、耙、鐮、犁鏡等鐵制農(nóng)具[27]。公元前89年,時任搜粟都尉的趙過在全國推廣大型畜力播種工具耦犁和耬車，并組織“令長、三老、力田”等學習推廣新的農(nóng)具及“代田法”等新的耕種方法。新式農(nóng)具和農(nóng)業(yè)技術(shù)的推廣必然使人們對農(nóng)具的需求大幅增加,進而要求冶鐵業(yè)在質(zhì)量和產(chǎn)量上滿足維護正常生產(chǎn)所需要的鐵制農(nóng)具。

水利是我國古代農(nóng)業(yè)的命脈。秦漢時期是我國水利建設(shè)的第一次高峰期，尤其是西漢,分別在新疆和南陽形成了有地域特色的“坎兒井”和“陂塘”兩種水利工程方式,王莽時代的大司馬張戎提出了“水力刷沙說”,公元前32年,清河都尉馮逡提出分疏治黃論，王莽時期的御史韓牧也提出類似主張,公元前6年賈讓提出治理黃河的“賈讓三策”,司馬遷在《史記·河渠書》賦予“水利”一詞以治河防洪、灌溉排水、城鎮(zhèn)供水、運河開鑿等專業(yè)內(nèi)容[30]。這些都說明漢代的水利技術(shù)和水利理論都已經(jīng)發(fā)展得相當完備。

武帝時期修建了許多大型水利工程,這些水利工程集中于整飭浩大的黃河水利工程，維修舊的堤渠及開鑿新的引水灌渠。從地域分布看,集中在關(guān)中、關(guān)東黃河中下游地區(qū)及北方、西北邊地屯區(qū)。通過修建大量的水利工程,漢代整個黃河流域的大型灌溉工程也已初具規(guī)模。班固在《西都賦》中記載:“右界褒斜隴首之險,帶以洪河涇渭之川。眾流之隈,汧涌其西?！薄敖ń鸪嵌f雉,呀周池而成淵?！薄跋掠朽嵃字?衣食之源。提封五萬,疆場綺分。……西郊則有上囿禁苑,林麓藪澤,陂池連乎蜀漢?？澮灾軌?四百余里?！盵28]這些描寫說明當時長安所在的關(guān)中地區(qū)的水利網(wǎng)已建立起來。

(五)水力機械興起的制度保障

從科學技術(shù)與社會的角度看,國家科技政策的制定對技術(shù)的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用,現(xiàn)在如此,古代亦如此。在漢代，冶鐵業(yè)和農(nóng)業(yè)是當時主要的經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè),也是極費勞力的產(chǎn)業(yè),因此,如何激勵勞動者進行技術(shù)創(chuàng)新成為國家政策的重點內(nèi)容。

冶鐵業(yè)是漢代重要的支柱產(chǎn)業(yè),對當時的經(jīng)濟、社會的發(fā)展有著深遠的影響。從西漢初年到東漢初年,國家對冶鐵業(yè)采取了多種經(jīng)營方式。漢初在“無為而治”思想的倡導下,實行“漢興,海內(nèi)為一,開關(guān)梁,弛山澤之禁,是以富商大賈周流天下,交易之物莫不通”[26]和“縱民得鑄錢、冶鐵、煮鹽”[18]的政策，允許郡國和民間經(jīng)營冶鑄業(yè)。元狩四年(公元前119年),漢武帝實行鹽鐵官營；武帝去世后,昭帝六年(公元前81年)召開了著名的鹽鐵會議；元帝初元二年(公元前47年),在“毋與民爭利”的倡導下,曾一度廢除了鹽鐵專賣及常平倉,后來因“用度不足,獨復鹽鐵官”；東漢和帝年間,“罷鹽鐵之禁,縱民煮鑄”,旋又復涿郡等鹽鐵官。從冶鐵政策的變化可以看出漢代政府對冶鐵業(yè)極度重視。

漢代的冶鐵技術(shù)也在官營和私營的交替過程中得到了提升。一方面,鹽鐵私營的政策提高了大鐵商的生產(chǎn)積極性,他們主動改進冶鐵技術(shù),提高生產(chǎn)效率。另一方面,鹽鐵官營的政策使國家在人力、物力、財力上相對集中,完成私營鐵商無法完成的重大技術(shù)改進。水排正是在官營與私營的相互交替中被發(fā)明出來的。

農(nóng)業(yè)關(guān)系著漢王朝的國計民生。漢代政府關(guān)心農(nóng)業(yè)生產(chǎn),積極地“勸農(nóng)耕作”,并形成了上到皇帝下到平民的自上而下的農(nóng)業(yè)管理模式。西漢的漢高祖、漢景帝、漢武帝都有勸農(nóng)耕作的詔令,其中漢景帝在后元二年(公元前142年)下詔:“朕親耕,后親桑,以奉宗廟茨盛祭服,為天下先……”[15]。自皇帝以下,通過大司農(nóng)、搜粟都尉、郡國農(nóng)監(jiān)等官員監(jiān)督農(nóng)業(yè)生產(chǎn)并推廣農(nóng)業(yè)技術(shù)。中央政府在政策中還通過考察“農(nóng)耕”的效果,來考核和獎勵地方官員?！岸兄卫硇?輒以璽書勉厲,增秩賜金,或爵至關(guān)內(nèi)侯,公卿缺則選諸所表以次用之。是故漢世良吏,于是為盛。”[29]同時,國家還通過“賜民爵”的方法鼓勵平民進行農(nóng)耕。漢代最為著名的就是通過對“力田”的獎勵,達到“勸農(nóng)”的目的。漢代政府這種自上而下的農(nóng)業(yè)管理模式有效推廣了新式的農(nóng)具和先進的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù),促進了農(nóng)業(yè)的生產(chǎn),提高了糧食產(chǎn)量,促進了糧食加工業(yè)的發(fā)展,進而促進了水碓的發(fā)明。

此外,漢代政府通過“屯田”和“灌溉”等活動在西北地區(qū)和南方江淮地區(qū)開墾了大量土地。如元朔二年(公元前127年)衛(wèi)青收復河南地(今內(nèi)蒙古河套一帶)后,政府置朔方、五原郡,募民十萬口開發(fā)這里水草肥美的土地;元狩四年(公元前119年)衛(wèi)青、霍去病重擊匈奴主力后,漠南空出的大量土地為漢政府徙民屯田創(chuàng)造了有利條件,“漢度河自朔方以西至令居,往往通渠置田官,吏卒五六萬人”[29]。是年關(guān)東大水災,為安置流民“乃徙貧民于關(guān)以西,及充朔方以南新秦中”[19]。據(jù)《漢書·武帝紀》載此次徙往隴西、北地、西河、上郡等地的貧民達72萬之多。元鼎六年(公元前111年),羌人勢力被逐出徨(湟)水流域后,漢置張掖、敦煌郡,又在“上郡、朔方、西河、河西開田官,斥塞卒六十萬戍田之”[18]。昭帝始元六年(公元前81年),從天水、隴西、張掖三郡置金城郡等。另外,兩漢通過在淮、漢及長江下游等地興建陂塘農(nóng)田水利灌溉系統(tǒng),開辟了新的農(nóng)田,使江南水鄉(xiāng)之地也開始變得宜居起來。

新田的開辟和種植需要大量的鐵器,鐵器的應用又促進了糧食加工業(yè)的發(fā)展,進而促進了“水碓”的發(fā)明?！逗鬂h書·西羌傳》記載順帝永建四年(公元129年)虞翊上奏章道:“《禹貢》雍州之域,……因渠以溉,水舂河槽,用功盛少,而軍糧饒足。故孝武皇帝及光武筑朔方,開西河,置上郡,皆為此也?！盵31]這里的“水舂河槽”指的就是水碓,由于其便捷的應用條件和極高的生產(chǎn)效率,水碓發(fā)明后被迅速推廣使用，三國時期水碓仍然起著安定民心的作用，“是時,太祖徙民以充河北,隴西、天水、南安,民相恐動,擾擾不安,既假三郡人為將吏者休課,使治屋宅,作水碓,民心遂安”[24]。由此可見水碓對“屯田”所起的作用。

四、結(jié)語

竺可楨認為:科學史工作者不僅要記錄某一時代的科學成就,還須指出這種成就的前因后果,以及為什么這種成就出現(xiàn)于某一時代某一社會[32]。水力機械的發(fā)明和推廣是我國科學技術(shù)史上一項重大的事情。特定時期,特定地點科學技術(shù)的發(fā)明和推廣是偶然的,也是必然的,一項技術(shù)的發(fā)明與推廣必然與其賴以生存的社會有諸多關(guān)系,水碓和水排等水力機械正是當時當?shù)氐淖匀缓蜕鐣染C合因素共同作用的必然產(chǎn)物。它們的發(fā)明和應用又進一步促進了社會、經(jīng)濟、文化的發(fā)展。南陽便利的水利條件使其成為水排的誕生之地,水排的發(fā)明又促進了南陽冶鐵業(yè)的進一步發(fā)展,鞏固了南陽在全國冶鐵業(yè)的地位,帶動了當?shù)亟?jīng)濟和文化的發(fā)展。西漢末年在同赤眉、綠林及王莽政權(quán)的作戰(zhàn)中,崛起于南陽地區(qū)的光武帝劉秀在南陽士族的幫助下取得了國家政權(quán)。同時,由于水排的發(fā)明和使用,東漢時期我國冶鐵業(yè)已經(jīng)開始使用高5～6米、容積約40立方米的大型橢圓形豎型高爐,高爐和鼓風設(shè)備的使用使我國塊煉鐵技術(shù)快速轉(zhuǎn)入液態(tài)冶鑄鐵器的階段。

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