宋代科技史：火药兵器与农业技术的辉煌成就
宋代科技史：火药兵器与农业技术的辉煌成就
宋代是中国古代科技史的黄金时期，这一时期在火药和兵器领域取得了飞跃性进步，并在农业生产技术方面也有了显著提高。本文将从火药的发明与应用、管形射击火器的研制与发展、其他兵器制造技术的进步以及农业生产技术的提高等方面，全面展现宋代科技发展的辉煌成就。
火药的发明与应用
从有年代可考的文献来看，唐宪宗元和三年金华洞道士清虚子所记的“伏火矾法”，即是一个雏型火药配方。宋初路振《九国志》卷二，载有“发面飞火”，据与路振同时代人许洞的解释：“飞火者，谓火炮、火箭之类也。”可见，在中唐，至迟在晚唐时期，即发明了真正的火药。不过，第一次完整地刊载火药配方及其制造工艺的，是宋仁宗时由曾公亮、丁度等主编的《武经总要》。
《武经总要》是我国第一部官修的综合性兵书。它搜集整理历史上的和当代的战例，并记录经过战争实践或实验过的有关兵器。《武经总要》全书四十卷，第十一、第十二卷中，刊载有引火球、毒烟球、蒺藜火球三种火药配方。引火球有晋州硫黄等十四种成分；毒药烟球有硝等十三种成分；蒺藜火球有硝等十种成分（原文此略）。这三种火药配方的主要原料硝、硫、炭的重量及其组配比率。
《武经总要》所载的这三个火药配方，是世界上最早公布的最完整的火药配方。这三种火药配方中硝的含量比前代明显增加，唐代硝、硫含量为一比一，宋代增为二比一，在实际配方中硝的含量和比率可能更高些。配方趋向合理和科学，火药配制成功，标志着火药发明阶段的结束和应用于军事领域的开始。这有一个创造、发展和提高的过程。
据《宋会要》、《长编》和《宋史》等书记载，开宝三年，兵部令史冯继昇等进火箭法，命试验，并给奖励；开宝九年，吴越国王进射火箭军士；咸平三年，神卫水军队长唐福献所制火箭、火球、火蒺藜；咸平五年冀州（今河北冀县）团练使石普献自制火箭与火球。可见，火药武器发明不久，属于很先进的保密性武器，只有少数部队能掌握。经过不断革新试验和战争实践，火药配方和火器制作走向规范化。《武经总要》所载这三个火药配方，便是当时军事人员经过反复试验后，由北宋政府的军事机关鉴定验收的成果。
此后以这三个标准配方推广制作。火器制造成为军事手工业的一个重要部门。从而制造和使用世界上最早的一批军用火器。前者至少有引火球、霹雳火球等火种，后者有普通火箭和火药鞭箭两种。这在中国以至世界的火器发展史上和军事技术上是划时代的进步。中国使用火药品火器至少比欧洲先进三个世纪以上。
管形射击火器的研制与发展
随着火药性能的不断改良，火器研制的进展，到北宋末年之后，不少新式火器便应运而生，其中最突出的是火炮和火枪的制造和应用。宋代史籍中有许多关于火炮的记载，形制各不相同。宋神宗时已有神臂弓火箭、火药火炮箭、火弹等；靖康元年，金兵围攻汴京，宋军即以火炮、火箭进行抵抗，李纲下令发霹雳炮退敌。绍兴三十一年，金军欲渡长江，宋军在采石水战发射霹雳炮，威力颇大。南宋时，某些军事重镇如江陵府、建康府都设有火器制作坊，建康府在两年多时间里，制造了火器三万八千余件。
在众多新式火器中，特别值得注意的是管形火器的出现。绍兴二年，陈规在守德安（今湖北安陆）时，首次使用了“以火炮药品”制造的“长竹竿火枪二十余条“，以焚毁敌军的攻城器械－“天桥”。这种“长竹竿火枪”，就是新式武器－管形火器。此后，仿效者蜂起，出现了各种管形火器。
开庆元年，寿春府（今安徽寿县）制造出突火枪，，把管形射击火器推进了一大步。这两种火枪的出现，是兵器发展史上的大突破，它为后代火器的进一步发展和近代枪炮的出现奠定了基础。据史学家发现，一张约为五代后汉乾祐三年敦煌佛教画，画上的一支火枪，据说此枪不仅使用火药，且装有金属弹丸和碎瓷片。
其他兵器制造技术的进步
宋代新式火器的出现，使古代中国在世界史上首先结束了冷兵器独占时代，进入冷兵器与火器并用时代。这个并用时代一直持续到处近代，才逐渐转入较完整意义的火器时代。宋代兵器技术发展的历史实际正是如此。宋代火器的全面创造时期，又是中国古代冷兵器发展的高峰期。火器与冷兵器在技术上互相结合，互为依存。
宋代十分重视兵书，收集兵书甚多，仅《宋史·艺文志》就列有兵书三百四十七部，总计达一千九百五十六卷，约为唐代的六倍。这些专书虽多半散佚，但现存一些总论军事武备的兵书中，也有许多关于兵器制造的论述。《武经总要》就记录了很多关于兵器制造，不仅有文字说明，且绘有图形、式样，充分反映宋代兵器制造技术的成果。
农业生产技术的提高
在传统农具革新和改进方面，钢刃熟铁农具逐步取代以前的韧性铸铁农具，特别是适应江南耕作需要的踏犁、秧马、耘荡、龙骨水车等新式农具的出现和其他农具的改进，表明冶铁技术和铁制工具进入新的变更时期，这在我国古代农具演进史上是意义重大的变革，大大提高了劳动生产力。在耕作制度上，以稻作北上和麦豆南移为标志的南北作物的大规模交流，推动了稻麦连种和双季稻的推广，促成了耕作制度的重大变革，农作物一年两熟制或两年三熟制在长江流域的重要农业区作为基本的耕作制度得以肯定下来。这是一个很大的发展。
在土地的开垦利用方面，垦田面积迅速扩大，据统计，自太祖开宝九年垦田二百九十多万顷，到真宗天禧五年增至五百二十多万顷。在这四十五年间，垦田数增加了二百多万顷；而唐代发展到这样的水平，却花了大约一百十年的时间。宋代垦田有一套因地制宜的办法，主要是向江河湖海和高山坡地要田，圩田、淤田、葑田、架田、涂田、湖田、沙田和梯田等的开垦，是劳动征服和改造大自然的成果。
当然，在新垦农田过程中也有些破坏生态平衡的偏差，是历史的教训。在单位面积产量上，因时、因地、因品种不同而差距较大。大体上，北宋时一般亩产一石上下，福建、两渐地区亩产二至三石，个别经济发达地区（如明州）竟有六、七石，南宋江渐地区上等田亩产五至六石。据推算，宋代每个农业劳动力年粮食平均在七千斤上下，比唐代提高百分之五十左右。据统计，宋代约有三百种水稻良种，可见其农业的发展程度。
结语
火药是我国古代四大发明之一。火药的发明与应用是世界文明史上的一件大事。从冷兵器到火药、火器的发展是一个飞跃性的进步。它的伟大意义，素为世界所公认。这个发展正在两宋时期，标志着宋代科技发展的水平。在传统农具革新和改进方面，钢刃熟铁农具逐步取代以前的韧性铸铁农具，特别是适应江南耕作需要的踏犁、秧马、耘荡、龙骨水车等新式农具的出现和其他农具的改进，表明冶铁技术和铁制工具进入新的变更时期。