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本文內容來自北京市科學技術協會主辦、北京科學中心承辦、北京科技報社協辦的首都科學講堂。講堂每周邀請院士專家開講，傳播科學知識、科學方法，弘揚科學精神、科學文化，促使公眾全面、正確理解科學。
“順應天時，道法自然，和諧共生”。中國擁有近萬年的農業文明歷史。我們的先民在與大自然的長期相處和較量中，創造出了燦爛輝煌的農耕文明。中國傳統農業之所以能夠歷久彌新、長盛不衰，得益于我們的祖先特別強調系統觀念，創造了一整套“應時、取宜、守則、和諧”的思想法則和獨特的精耕細作、用地養地、物質循環利用等方面的理論及技術體系。事實證明，優秀農耕文明的保護和傳承是現代農業發展的基礎，中華優秀農耕文化始終對世界農業發展具有重要的借鑒價值。
首都科學講堂之“極簡科學課”，本期特別邀請中國農業博物館綜合部主任、研究員胡澤學帶我們一起領略輝煌的中國古代農耕文明，帶領大家“云上參觀”中國農業博物館。
犁和犁的科學
中華農耕文明源遠流長，博大精深，是中華文化的根。犁作為一種生產工具，在農業生產中發揮了巨大的作用。工具作為生產力的重要要素之一，它的發生、發展為社會生產力的發展起到了重大的推動作用，從而也推動了人類社會的發展進步。
農業歷史發展的軌跡，我們把犁的發展歸結為五個階段。第一個階段是原始農業時期，這個時期的犁主要的形式是耒耜和石犁。大約在距今5000多年前，石犁出現，對中國農耕技術具有革命性的影響。我國石犁主要分布在：仰韶文化晚期、紅山文化、良渚文化時期遺址中。
神農執耒耜圖（供圖：胡澤學）
耒耜圖（供圖：胡澤學）
第二個階段是先秦時代的溝洫農業時期，這個時候的犁最具代表性的形式是青銅犁。從考古資料中看，青銅犁主要出土在中國的南方地區，如江西新干大洋洲商代遺址、浙江長興錢山漾西周遺址。
江西新干大洋洲商代遺址出土的青銅犁（供圖：胡澤學）
第三個階段是北方旱作精耕細作體系形成時期，這個時期主要的代表犁是鐵犁和直轅犁。鐵犁具有堅硬鋒利、經久耐用等顯著優點，對推動農業生產及其技術的發展起了重大作用。我國最著名的鐵犁出土地點主要有河南輝縣戰國遺址和河北易縣燕下都遺址。
河南輝縣戰國遺址出土的鐵犁（供圖：胡澤學）
第四個時期是南方水田精耕細作形成時期，這里的犁的主要代表是曲轅犁。
第五個階段也就是精耕細作持續發展時期，這個時候犁的代表作是“多種形式犁的共存”。
從原始的石犁到青銅犁，再到鐵犁，其實犁的形制發展一直是變化的，主要體現在幾個方面：第一個變化是犁鏵或犁镵。鏵和镵都是位于犁底前端的金屬部件，都有起土、松土、翻土、開溝的作用。然北方多用鏵，南方多用镵。
北方鐵犁鏵（左）和南方鐵犁鏵（右）（供圖：胡澤學）
第二個變化是犁壁，漢代發明了犁壁后，破碎和翻轉土壤的問題就完全解決了。犁壁的形狀有馬鞍形、菱形和瓦形。但三種類型傳到了南方之后，為了適合水田的耕作方式，南方的犁壁主要是以曲面形狀為主。
第三個變化是犁轅，犁轅按其曲直可以分為直轅和曲轅。犁轅在最初的時候是直轅犁，也是我們經常講的二牛抬杠。到了唐以后，隨著中國經濟重心的南移，北方的直轅犁帶到了南方。但是南方的工作條件發生了變化，于是人們就將直轅犁改進成了曲轅犁。
直轅犁結構圖（供圖：胡澤學）
第四個變化就是犁的挽拉方式，也就是牽引方式，即動力方式。從漢代的二牛、三人一犁的二牛抬杠方式，后來慢慢地發展成二牛、二人。到了宋代以后，曲轅犁就變成了一人、一犁、一牛，這樣減輕了人的勞動強度，整個耕作技術都發生了一些革命性的變化。
第五個變化就是挽拉動力。漢代主要是牛耕。但到了南方，因為有很多的梯田，無法使用牛耕，所以在廣西、貴州一帶出現了公婆犁，就是夫妻倆一起，妻子在前面往前牽拉，丈夫在后面一手扶犁，也起到了犁地的作用。
為什么犁產生了這么多的形制變化呢？主要有六個方面的原因：第一個是社會經濟制度的更迭。農業生產工具的發明、改進、發展，與社會制度的更迭有著非常密切的關系。社會經濟制度的更迭，說到底是生產力與生產關系相互作用的推動。
第二個原因是歷朝歷代統治者的重農革新。其實在古代重農思想非常盛行，歷朝歷代都把富國強兵作為自己治國安邦的重要標準，在那個時代農強則國強，尤其是在春秋戰國時期，形形色色的各種重農思想登上了舞臺。
第三個方面的原因是人口的增長與遷移。我們經常說，在戰國，我們國家的人口總體上是呈上升趨勢的，我們社會第一次出現一個億人口的時期是在清朝康乾盛世。但是農業生產最重要的要素犁的發展變化往往是發生在人口分布比較集中的地方。
第四個是農業生產環境的變化。我們經常說農業生產工具的發明、改進、發展都與農業生產環境的變化密切相關。我們國家土地遼闊，南北維度跨度非常大，而且海拔高度變化也很大，生態環境的多樣性變化也促使了我們犁耕技術的多樣性。
第五個方面是相關行業技術的進步。我們也說犁耕技術的發明創造不是孤立的，金屬鑄造技術的成熟，工程技術和制造技術水平的進步，人們對數學、力學等自然科學認識的提高和相關知識的不斷積累，并將其應用到農具的發明和創制。
第六個原因是科技文化交流和民族交融，即不同的民族，不同的文化，對犁耕技術、耕作技術有不同的影響，而且有自己的創制。
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