书城历史中国科技史
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第11章 中国古代科技史(10)

1000多年前的晋代,嵇含在《南方草木状》中记载:“人以席囊贮蚁鬻(卖)于市者,其窠如薄絮囊,皆连枝叶,蚁在其中,并窠而卖。蚁赤黄色,大于常蚁。南方柑树若无此蚁,则其实(果实)皆为群蠹(害虫)所伤,无复一完者矣。”这是我国和世界农学史上运用以虫治虫生物防治方法的最早记录。公元9世纪,唐代的段成式也注意到我国南方有一种大蚁,结巢于柑树的果实上,果实因而长得非常好。以后元、明、清等代的许多著作中也均有类似记载。

经有关专家考证,嵇含所说的那种能防治柑树害虫的蚁是黄猄蚁。黄猄蚁能捕食多种柑树害虫,对于防治柑树的病虫害,效果十分显著。而且,跟施用化学药物相比,用黄蚁治虫可减少落果30%。此法至今仍为广东、福建一些地方的果农沿用。

美国哈佛大学教授威尔逊曾说:“农业史上,黄掠蚁的利用是生物防治害虫最古老、最著名的例子。”我国对这一事实的记载是最早、最翔实的,国外迟至19世纪后半叶才有这方面的记载。

古代的人工选择育种技术

我国古代的人工选择育种技术,历史悠久,成就突出,至今仍在农业生产中广泛应用。

周代初期至春秋中的《诗经·大雅·生民》中,就有关于农作物的选种和育种的记载。如“种之黄茂”,意思是播种时要选色泽光亮美好的种子,才会长出好苗来。

西汉的《汜胜之书》中记载了“取麦种,候熟可获,择穗大强者”收割下来,收藏好,“顺时种之,则收常倍”的“存优汰劣”的人工选择育种的穗选法。

北魏的《齐民要术》说:“粟、黍、穄、粱、秫,常岁岁别收,选好穗色纯者,劁刈高悬之。至春,治取别种,以拟明年种子。”这说明当时人们不仅十分重视选种,还建立了专门的种子田,把选出来的纯色好种,另外种植在种子田里,避免与其他种子混杂。《齐民要术》又指出,不仅要加强管理种子田,而且在收割时,要先收割种子田里的作物,并单独存放。这是近代混合选择法的先导,比德国选种专家仁博于1867年改良麦种所使用的混合选种法要早1300多年。

清代《齐民要术》一书中,提出要在肥地选择单穗,分收分存。他把这种单穗选择育种称为“一穗传”。这种一穗传的育种方法,是地地道道的单株选择法,比近代选种史上维尔莫林于1856年开始的甜莱单株选择要早100多年。

早在春秋时期,我国就有了杂交育种和杂种优势利用的记载。繁殖骡子是远缘杂交和利用杂种优势的典型例子。《齐民要术》对此有详细记述,并指出“所生骡者,形容壮大,尔复胜马”。明代的《天工开物》记载了三四百年前杭嘉湖地区蚕农们的两组家蚕杂交工作。其一是将吐黄丝的雌蚕与吐白丝的雄蚕杂交;其二是将雄性的“早种蚕”与雌性的“晚种蚕”杂交。这两种人工杂交育种,是我国古代养蚕史上的一个创举。也是世界上家蚕杂交育种的先例。

无性杂交的嫁接技术,也是我国首创。2000年前的《汜胜之书》中即有嫁接法的记载。汉代以后,嫁接技术发展到不同种植物之间的嫁接。到了金代、元代,已经有了身接、根接、皮接、枝接、靥接和搭接6种嫁接方法,应用于桑树和果树的嫁接。

我国古代在人工选择育种方面,达到了相当高的水平,取得了举世瞩目的成就。进化论的创立者、19世纪英国伟大的生物学家达尔文,曾从我国古代人工选择的丰富经验中,得到很多有益的启示。他在《物种起源》一书中说:“如果以为选择原理是近代的发现,那就未免和事实相差太远……在一部古代的中国百科全书中,已经有关于选择原理的明确记述。”

水利

都江堰

我国在2000多年前就已修筑了规模宏大的农田灌溉系统——都江堰。它位于我国美丽富饶的川西成都平原上,是一个完整的农田灌溉系统,是我国历史上闪烁着中华民族智慧之光的伟大工程,也是世界上最早、规模宏大、收益硕大的一个农田灌溉系统。

都江堰是战国时期杰出的水利工程学家李冰设计的。当时正处战国后期,秦国于公元前316年一举灭掉蜀国(今四川成都一带),建立了蜀郡,秦惠文正派张若为第一任郡守。到了秦昭王时(约前256~前251年),又派著名水利工程学家李冰为郡守。李冰到蜀郡后,亲眼看到水患的严重,又直接听到民众要求把水患变为水利的呼声,于是便和他的儿子以及当地懂得水利的民众一起到岷江沿岸进行视察,找出了岷江经常发大水淹没农田,水退后又常出现干旱的原因,决定引岷江之水灌溉成都平原。他带领劳动人民采用“分流守江,筑堰引水”的办法,凿山引水建造了分水鱼嘴、飞砂堰溢洪道和宝瓶口引水口等工程。分水鱼嘴用块石砌成堤堰,它把滚滚而来的岷江水一分为二,外江为岷江正流,经灌县、乐山入长江,内江是人工渠道,经宝瓶口流人成都平原。内江除灌溉外,还可用于航运。

这条堤堰比岸边要低,堤堰本身为了坚固起见是上窄下宽,好像是一个江中小岛,并在小岛的南端伸出一个尖头。远远看去好像一条大鱼头,人们给它起了个名字叫做“鱼嘴”。

筑成分洪堰后,岷江水患解除了,于是李冰给这条分洪堰起名为“都洪堰”,后来人们把它改名为“都江堰”。为了使这条分洪堰更加坚固,需定期清理江底的泥沙。李冰父子又和当地民众一起发明一年淘沙一次的办法,叫做“岁修”,采用杩札,把水流截断,当霜降季节到来时,让外江江水全部流入内江,以便淘出外江泥沙,在第二年立春季节,再把内江江水全部流入外江,将内江泥沙淘出。李冰把筑堰、淘沙、畅通水流、保护江堤的调节水量的原则,总结为“深沟滩、低作堰”6个字,这6个字后被人刻在内江东岸石壁上。

为了测量江中水位,李冰还在汀中筑了3个石人,使水位保持不低于石人的脚,不高于石人肩,而在沿江石壁上还刻有24格“水则”,一看便知道岷江的水位高低,这是世界上最早的水位尺了。

都江堰是我国古代最大的水利工程之一,这一伟大的水利工程,一直使用了2000多年,灌溉了内江两岸千里沃野,至今完好,受到国内外水利专家的赞扬。

灵渠

灵渠是沟通湘江和漓江的中国古代运河。位于广西兴安县境内。又称陡河、兴安运河。开凿于秦始皇二十八年(前219年)。工程巧妙地利用引水方便条件,降低北渠坡度并正确地选择了分水铧嘴位置,起到了通粮道的作用,经历代不断完善,在沟通长江和珠江两大水系的水运交通和农田灌溉方面发挥了作用,现代又成为灌溉、城市供水和风景游览综合利用的水利工程。灵渠从南陡口到大溶江共长34公里,其中由人工凿的约5公里,其余由原小河道联结而成,是我国最早的船闸式运河。

灵渠由大小天平、铧嘴、泄水天平、南北渠、陡门、秦堤等主要工程组成。大小天平呈“人”字形,是建于湘江上的拦河滚水坝。大天平长344米,小天平长130米。坝高2~2.4米,宽17~23米。汛期洪水可从坝面流入湘江故道,平时可使渠水保持1.5米左右深度。因其可平衡水位,故称天平。铧嘴筑在大小天平之前的分水塘中,形如犁铧,使湘水“三七分派”,即七分水经北渠人湘江,三分水经南渠人漓江。南北渠是沟通湘漓二江的通道,全长36.4公里,其中北渠长3.2公里,南渠长33.15公里,均宽10余米。泄水天平建于渠道上,北渠一处,南渠二处,用于二次泄洪。南北渠共建36处陡门(亦称闸门),通过启闭以调节水位,保证船只正常通航。全渠共设斗门36处。灵渠所经之处,大部分是岩溶地区,婉蜒曲折,风光优美。灵渠设计灵巧,工艺精湛,与都江堰、郑国渠同被誉为秦代三大水利工程。

坎儿井

坎儿井与万里长城、京杭大运河并称为中国古代三大工程,古称“井渠”。是古代吐鲁番各族劳动群众,根据盆地地理条件、太阳辐射和大气环流的特点,经过长期生产实践创造出来的,是吐鲁番盆地利用地面坡度引用地下水的一种独具特色的地下水利工程。

吐鲁番坎儿井,出现在18世纪末叶。主要分布在吐鲁番盆地、哈密和禾垒地区,尤以吐鲁番地区最多,计有千余条,如果连接起来,长达5000公里,所以有人称之为“地下运河”。“坎儿”即井穴,是当地人民吸收内地“井渠法”创造的,它是把盆地丰富的地下潜流水,通过人工开凿的地下渠道,引上地面灌溉、使用。坎儿井由竖井、暗渠、明渠、涝坝四部分组成。竖井,主要是为挖暗渠和维修时人出入及出土用的。竖井口长1米,宽0.7米。暗渠是坎儿井的主体,高约1.6米,宽约0.7米。明渠,就是暗渠出水口至农田之间的水渠。涝坝,就是暗渠出水口,修建一个蓄水池,积蓄一定水量,以便灌溉农田。

最长的运河——大运河

大运河又称南北大运河,也叫京杭运河,它是世界上最长的运河,全长1794公里。它北起北京的通县,南至浙江的杭州,贯通北京、天津、河北、山东、江苏、浙江等四省二市,是沟通五大水系的大运河。它开凿之早,河道之长,都为世界之最。运河从南到北,首先连接杭州附近的钱塘江,接着跨过长江、淮河、黄河,到天津时又与海河相汇,它像一条纽带,沟通这5条大河。我国的大运河在历史上曾有三次较大的开凿工程。一次是春秋时期,由吴国的扬州附近开凿了一条沟通长江和淮河的“邗沟”。第二次是隋朝隋炀帝为了从运河乘坐最大的龙船南下扬州看琼花时修建的,这次工程最大,分四段进行。605年修通济渠,从洛阳西苑通到淮河边的山阳(今江苏淮安)。同年疏通扩大了邗沟旧道,南起江都,北至山阳。608年从通济渠向北延伸,通涿郡(今北京市)开永济渠,南接黄河。610年在长江以南开了一条江南河,从京口(今江苏镇江)直达钱塘江边的余杭(今浙江杭州)。这样,前后用了不到6年时间,大运河全线工程完成了,它沟通了海河、黄河、淮河、长江、钱塘江五大河流,以东都洛阳为中心,北抵华北平原,南达太湖流域,成为第一条贯通南北的运输大动脉。第三次是在元朝修建的,从淮阴一直往北,经过江苏省北部和山东省,直达北京的运河,通称京杭大运河。

建筑

鲁班的贡献

鲁班是中国古代的建筑工程家,被建筑工匠尊为祖师。姓公输名般,或称公输班、鲁般、公输盘、公输子和班输等。他是春秋时期鲁国人,故称鲁班。鲁班发明的许多有用的新工具有曲尺、墨斗、刨子、锯子等等。《汉书·古今人表》中他名列孔子之后、墨子之前。《墨子》载公输盘“为楚造云梯之械”,能“削木以为鹄,成而飞之”。鲁班的名字散见于先秦诸子的论述中,被誉为“鲁之巧人”。王充《论衡》中说他能造木人木马。唐代以后,民间关于鲁班的传说更加普遍,其内容大致有:关于主持兴建具有高度技术性的重大工程;关于热心帮助建筑工匠解决技术难题;关于改革和发明生产工具;关于雕刻等。种种传说有的虽与史实有出人,但都歌颂了以鲁班为代表的中国劳动人民的勤劳、智慧和助人为乐的美德。

《营造法式》

我国的建筑史中最早、最完备的建筑著作是《营造法式》,它是我国古代居世界领先地位的一部建筑书。此书的作者是北宋郑州管城人李诫。他从宋熙宁中期开始编写,到元符三年(1100年)才定稿,崇宁二年(1103年)颁行全国,历时30年左右。《营造法式》有34卷,另有《目录着详》2卷。全书共357篇,3555条。李诫集中群众智慧,再加上自己的亲身体会和艰苦努力,才编成了《营造法式》一书。《营造法式》的内容可分为四部分:第一部分是关于建筑的一般名词解释,以及对营建的一些规定和数据的说明。第二部分是关于建筑工程的标准做法。第三部分是关于人工材料的定额。第四部分是关干各种工程的图解。《营造法式》一书科学地总结了北宋以前我国劳动人民在建筑工程技术方面的成就和经验,对于从事中国古代建筑研究和修复工作的人们来说,仍然具有重要的参考价值。像《营造法式》这样完备的建筑学著作在800年前就撰写出来了,这在世界上是少有的,这是我国古代建筑营造方面最详尽、最系统的辞典,是研究我国古代建筑不可缺少的手册。

著名声学建筑——北京天坛

天坛是中国明清皇帝祭天和祈谷的祭把建筑群,位于北京旧城东南隅,始建于明永乐十八年(1420年),清代进行过改建,占地约273公顷。天坛建筑物中最具声学效应的是回音壁、三音石和圜丘。回音壁是环护皇穹宇的一道圆形的围墙,高约6米,圆半径约32.5米,天坛内有三座建筑物,其中之一是圆形的皇穹宇,位于北面正中,它与围墙(即回音壁)最接近的地方只有2.5米。回音壁只开一个门,正对皇穹宇。整个墙壁都砌得十分整齐、光滑,是一个良好的声音反射作。只要甲处发出的声音波与甲处壁的切线所成的角度小于22度时,声音就都分布在近墙面的一条不超过2.5米宽的圆环内。所以甲处有人贴近墙壁说话,在声波范围内的乙处能听得很清楚。圜丘是明、清两代皇帝祭天的地方,它是一座用青石建筑的三层圆形高台,每层周围都有石栏杆,在栏杆正对东、西、南、北方位处铺设石阶梯。高台的最高层离地面约5米,半径约11.4米。高台的表面铺的是非常光滑、反射性能良好的青石,而且圆心处略高于四周,成一微有倾斜的台面,人若在高台中心说话,自己听到的声音就比平时听到的要响亮得多。天坛的建筑中充分体现了声波的反射效应。

最早的石拱桥——赵州桥

赵州桥又名大石桥,也叫安济桥。此桥全部用石料建成,距今已有1350多年的历史了,是一座世界上最早的、举世闻名的石拱桥。它是于公元605年到617年,隋朝大业年间由著名石匠李春设计和建造的。它位于河北省赵县南边的佼水河上。桥全长为50.82米,宽为9.6米,桥上有三股道,中间走车马,两旁走行人,桥面平坦,来往方便。桥上有一个净跨度37.4米,净矢度(拱的高度)为7.23米的拱。其跨度之大,是当时中外首屈一指的。此桥跨度大使桥面坡度平缓,便利于交通和运输的往来,还起着施工快、用料省,减轻桥身重量,加强桥梁坚固性的作用。桥拱高,则便于船只往来航行,在洪水泛滥期间,水流能够畅通。跨长与拱高的比例仅仅是5:1。这是桥梁史上一个突出的创举。

此桥在大桥洞的两端,又各有半圆弧型的小桥洞。这是设计者考虑到夏秋雨季山洪暴发时河水猛涨的情况,采用了拱上加拱的建桥技术。这样,既可减轻桥正面所受到的水的压力,便于排泄洪水,节约建筑材料;又可减轻桥的重量,减轻了桥基所承受的压力。