唐代江南农业发展的原因是多方面的，诸如人口南移、生产工具的进步、兴修水利、中央和某些地方官的正确指导、劳动人民辛勤耕耘等等。在这些因素中，贯穿着科学技术发明、科学技术知识这根主线，例如，人口南移问题，如果南移的劳动力缺乏技术训练，素质低，肯定不能对南方的农业生产起什么促进作用，反而增加人口压力，于农业生产发展不利；生产工具的进步也包含技术改革，并且以此为标志；兴修水利也离不开新技术的应用；劳动人民辛勤耕耘势必带来科学技术知识的积累。如何从这个角度分析唐代江南农业的进步是我多年来注意的课题，现将浅见陈述如下。
(一)灌溉工具和灌溉技术的进步
唐代江南对农业生产威胁最大的自然灾害是水旱灾。其中旱灾和水灾相比，又以后者为甚，这是江南的气候和自然条件的特点所决定的。但是，不等于说旱灾的威胁不大，由于江南地多丘陵，灌溉工程并非处处都有，一逢干旱之年，旱灾仍然威胁着农业生产，特别是水稻生产。所以，灌溉工具和技术的改进问题必然成为人们关心的大事。
传统的人工灌溉工具是桔槔。桔槔利用杠杆原理提水，可以事半功倍。但是，桔槔不能连续运动提水，于是有水车。水车在汉以后广泛使用了。《后汉书·宦者传》记掖庭令毕岚“作翻车、渴乌”，唐章怀太子李贤注云：“翻车，设机车以引水；渴乌，为曲筒，以气引水上也。”[1]农史学家以为“渴乌是一种利用虹吸原理的提水土工具”[2]。水车发明于北方，使从渠、井中引水机械化。从汉至唐的文献资料看，“使用翻车引水，安装坡度不能超过四十五度，提水高度一般也不能超过一丈”[3]。一般翻车显然难于从竖井中提水。而北方井灌多于渠灌，所以必须改进水车的装置。唐代邓玄挺所见水车应即为这种改进后的井水水车。“唐邓玄挺人寺行香，与诸僧观植蔬，见水车以木桶相连，汲于井中。乃曰：法师等自踏此车，当大辛苦。答曰：遣家人挽之”[4]。水车以木桶相连，就可以从竖井中提水。但是，这种水车的结构要比原来的翻车复杂，这也说明当时机械学的知识比较丰富了。另一种水车是从河渠中汲水的手摇式或脚踏水车，其使用范围遍及南北方，而且似乎南方使用更普遍。唐史著作中多次引用的文宗大和二年(828)“内出水车样，令京兆府造水车，散给缘郑、白渠百姓，以溉水田”[5]这条资料。唐文宗从江南征发工匠到京兆府承造水车，可知这是江南通用型的水车[6]。水车的发明在北方，后来传到南方，是北方劳动人民带到南方的一种生产工具，然而在南方推广时显然有所改进。这种型号的水车主要用于塘、渠车水之用。
除水车之外，还有一种用于汲取江水的机汲，闵宗殿同志名之曰“曲柄辘轳”。为研究方便，移录刘禹锡的记载如下：“濒江之俗，不饮于凿，而皆饮之流。余谪居之明年，主人受馆于百雉之内。江水沄沄，周墉间之。一旦有工爰来，思以技自贾，且曰：观今之室庐，及江之涯，间不容亩，顾积块峙焉而前耳。请用机以汲，俾矗然之状，莫我遏已。余方异其说，且命之饬力焉。工也储思环视，相面势而经营之。由是比竹以为畚，置于流中，中植数尺之臬，辇石以壮其址，如建标焉。索绚以为组，縻于标垂，上属数仞之端，亘空以峻其势，如张弦焉。锻铁为器，外廉如鼎耳，内键如乐鼓，牝牡相函，转于两端，走于索上，且受汲具。及泉而修绠下缒，盈器而圆轴上引。其往有建瓴之驶，其来有推毂之易。瓶缩不羸，如博而升。枝长澜，出高岸，拂林杪，逾峻防，刳蟠木以承澍，贯修筠以达脉。走下潺潺，声寒空中，通洞环折，唯用所在，周除而沃盥以蠲，入爨而锖釜以盈。饪悚之余，移用于汤沐。涑浣之末，泄注于圃畦。虽瀵涌于庭，莫尚其霈洽也。余……观夫流水应物，植木之善建。绳以柔而有立，金以刚而无固。轴卷而能舒，竹圆而能通。合而同工，斯所以然也。”[7]
以上引文一些著作引用时未加考释，因而难详其意，所以难于说明它在机械发明史上的意义。现就个人揣摩心得试释如下。
刘禹锡《机汲记》所记年代为他谪居朗州(今湖南常德市)的第二年(元和元年，806)。他所遇见的工匠是一位发明家。工匠依地形建造汲水机械装置。首先，在江里树木桩，作为牵引支撑物，方法是以竹编畚筐作底座，运石块压牢，上插木桩，一如建标桩方法。其次是在木桩顶端(标垂)系上绳索，绳索的另一端自必系在江岸的木桩上，但是未见明确记载，只能从“亘空以竣其势，如张弦焉”句推断如此。如何提水?这是《机汲记》最费解部分。“锻铁为器，外廉如鼎耳，内键如乐鼓，牝牡相函，转于两端，走于索上，且受汲具”的是什么装置?从机械功能说，这个装置既能在索上走(滑行)，又可挂上汲具(水桶之类)。在索上滑行，必须在两支木桩顶端各安装一个滑轮，横索绕两滑轮，而岸上木桩顶端的滑轮安上曲柄，以人力转动曲柄，上下横索分别向着相反方向移动，挂在下方索上的装置及汲具即顺绳索斜面向岸上方向滑行，从远处看“其来如推毂”，如推车上坡。这种绞车式装置，我国古代曾用于拖网、拉船过闸[8]。唐代工匠从其师傅处，或从民间流传经验中，或从士人口中知道绞车制造之法，并应用于汲水。如果这一推断正确的话，刘禹锡记载的汲机应命名为绞车式辘轳汲水机。
关于提水、运水装置是什么样器物，着实令人费解。所谓“锻铁为器”容易理解。该器“外廉如鼎耳”的鼎是锅，即外壳薄如锅的耳。里面的“键”，即可开闭的铁栓，它闭合时横栓在铁器上，故曰“牝牡相函”，固定在横索上，可以随索移动。这个器物下部估计有孔，穿绳悬挂汲具陶瓶。因为横索靠岸一端高于水中木桩一端，所以当摇动岸端木桩顶端曲柄时，器物顺横索向上移动，由于器物挂着盛水的陶瓶，承重较大，移动速度慢，望之如推车上坡；当器物到岸端后，陶瓶由人接去把水倒人木槽，器物减重，放开曲柄时，器物和陶瓶的自重使它顺横索下滑至水中木桩处，望之如高屋“建瓴之驶”。这时器物“修绠下缒”，悬挂着的陶瓶恰好到水面，便会自行倾斜汲水。陶瓶汲满水后，岸上的人再摇曲柄，把陶瓶提上去(见示意图一)。为什么汲水器要用陶瓶呢?这是因为陶瓶自重大，加上烧制成重心在中间的橄榄形状(肚大口小底尖)就会自行倾斜，水从瓶口进入，西安半坡出土之汲水瓶就是这个形状。陶瓶汲满水后如何“圆轴上引”呢?一种解释是岸端曲柄转动时，连着曲柄的辘轳也转动，挂着陶瓶的绳索被绞上去。从岸上看，陶瓶离水面越来越高，上升了。因为辘轳也是轴，所以辘轳转动可以叫“圆轴”。
[示意图一]李文绚副教授绘
[示意图二]李文绚副教授绘
我请教厦门大学科仪系机械学教授黄长艺同志，他认为还有一种可能是，江中木桩与岸上木桩之间的绳索(或竹索)是固定的，有一个装置(我猜想，如滑轮形状，由左凹右凸两半合接而成，即所谓牝牡相函)成为一个巧妙的滑轮，通过绳索，由岸上曲柄辘转动牵引，“走于索上”。这又可备一说(见示意图二)。
提上岸的陶瓶由人接住倾水入水槽，即所谓“刳蟠木以承澍”。木槽又连着毛竹水管，曲折通到用水人家，一如现之自来水管。值得注意的是，文中记载了水的反复利用，水注入釜，以为炊饮之用；余则移于汤沐；洗涤之后，“泄注于圃畦”，灌溉蔬菜。大概是这种机汲之水，费工费力，来之不易吧，所以节水的办法应运而出，提高了水资源的利用率。这在一千一百九十年前是非常难得的，称得上是一项重要发明。
但从唐代江南的实际情况看，机汲是仅见现象，水车较普及，戽水、桔槔间或使用，主要灌溉方法仍然是利用河、渠、塘、浦等水源，引水灌田。
从灌溉技术角度看，唐代江南水利设施不但有灌溉作用，而且有拒潮、排水等多种功能，改变了单一的灌溉(如井灌)方式，颇具创造性。周魁一先生在《中国古代的农田水利》 (续)一文中指出：“东南沿海地区水利受海潮影响，形成一种可称之拒咸蓄淡的独特工程型式。即采用一组闸坝建筑物，抗御海潮入侵，蓄引内河淡水灌溉。唐太和七年(833)在今浙江宁波兴建的它山堰，就是这种类型的工程。它山堰为有坝灌溉枢纽，溢流坝横断大溪，用以抬高下游(似应作上游)水位和隔断下游咸潮。堰上游开渠引水灌溉农田二十四万亩。灌溉余水和灌区沥水由下游泄回鄞江，泄水人江处的闸门同样有拒咸蓄淡的作用。灌区内有日月二湖，与渠系相连。增加了灌溉水量的调节能力，整体规划相当完备。”[9]
除它山堰外，杭州湾的捍海塘也有同样功能一一拒咸蓄淡。郑肇经、查一民先生著文指出：浙江海塘在浙西沿海地段的海塘工程修筑最早，据北魏郦道元《水经注》引《钱唐记》载：钱塘江“防海大塘在县东一里许，郡议曹华信家议立此塘，以防海水。始开募有能致一斛土石者，即与钱一千，旬日之间来者云集。塘未成而不复取，于是载土石者皆弃而去，塘以之成，故改名钱塘焉”。这是我国历史上关于海塘建筑的最早记录[10]。郑、查两位先生文章的这段话所据为《水经注》卷四十“浙江水”。原文“旬月”这里作“旬日”，误。
唐代浙江海塘修筑工程浩大，《新唐书·地理志》记载：“盐官有海塘，堤长百二十四里。开元元年重筑。”上引郑、查两位先生的文章认为《地理志》指明是“重筑”，足见唐开元以前浙西已有长距离的海塘建筑。这种推断是可信的。五代钱氏据两浙，进行了大规模筑塘工程。后梁开平四年(910)，即吴越天宝三年八月，始筑杭州捍海石塘，钱僇动员了大批劳动力，并采用了“木桩竹笼”护岸结构，形成坚固堤坝，“堤植大木十余行，谓之‘晃柱’”[ll]，筑海堤防御海潮袭击，保护农田；在堤内形成石塘，蓄水灌溉江滨土地，“由是钱塘富庶盛于东南”[12]。杭州捍海石塘防海潮、蓄淡水、利泄洪，功能上较一般陂塘多。福建的一些陂塘也具有拒咸蓄淡功能，如泉州的六里陂，“筑有迂回曲折达四十里的陂道，外隔沧海之潮汐，内积来自磁灶和葛洲的溪水”，“纳清泻卤，环数十里内无田不资灌溉"[13]。
以上所举的浙东它山堰、浙西钱塘捍海石塘和泉州六里陂的共同特点是拒咸蓄淡，防止海潮对农田侵蚀，蓄水灌溉沿江、沿海土地。在这两种功能之外，还有泻卤作用。它山堰灌区的主渠道所经之处有数处堰闸，灌溉余水和灌区沥水通过闸门泄回江中。捍海石塘、六里陂也应有泄水闸。这种泄水闸作为堰(堤)区的配套工程极为重要，不但可及时泄洪，而且起了泻卤作用。因为潮浸比较严重的滨江、滨海农田，土地普遍斥卤，要改良土壤，必须排卤，而排卤的最佳方案是洗田。当洪水来时，浸泡农田，土地的盐碱经稀释后排人陂塘渠道，通过退潮时开闸泄洪，盐碱水亦排人江海中。所以六里陂古人赞其有“纳清泻卤”之功，事实上潮浸严重的滨江陂塘与滨海陂塘都有这种功能。为什么江南沿海农田的排卤问题能解决得比较好，是和它的灌溉工程具有“纳清泻卤”功能分不开的。
灌溉技术的进步还表现在对水资源的合理分配上。白居易刺杭州，制定《钱塘湖事四条》，详述用水规定利害：“钱塘湖一名上湖，周回三十里，北有石函，南有笕。凡放水溉田，每减一寸，可溉十五余顷；每一复时，可溉五十余顷。先须别选公勤军吏二人：(一人)立于田次，(一人立于湖次)与本所由田户，据顷亩，定日时，量尺寸节限而放之。若岁旱百姓请水，须令经州陈状，刺史自便押帖，所由即日与水。若待状入司，符下县，县帖乡，乡差所由，动经旬日，虽得水而旱田苗无所及也，大抵此州春多雨，夏秋多旱，若堤防如法，蓄泄及时，即濒湖千余顷田无凶年矣(原注：州图经云：湖水溉田五百余顷，谓系田也。今按水利所及，其公私田不啻千余顷矣)。自钱塘至盐官界，应溉夹官河田，须放湖入河，从河人田，准盐铁使旧法。又须先量河水浅深，待溉田毕，却还本水尺寸，往往旱甚，即湖水不充。今年修筑湖堤，高加数尺，水亦随加，即不啻足矣。脱或不足，即更决临平湖，添注官河，又有余矣(原注：虽非浇田时，若官河干浅，但放湖水添注，可以立通舟船)……湖中有无税田约十数顷，湖浅则田出，湖深则田没，田户多与所由计会，盗泄湖水，以利私田。其石函南笕，并诸小笕闼，非浇田时并须封闭筑塞，数令巡检。小有漏泄，罪责所由，即无盗泄之弊矣。又若霖雨三日已上，即往往堤决，须所由巡守，预为之防。其笕之南，旧有缺岸，若水暴涨，即于缺岸泄之；又不减，兼于石函南笕泄之，防堤溃也(原注：大约水去石函口一尺为限，过此须泄之)。予在郡三年，仍岁逢旱，湖之利害，尽究其由，恐来者要知，故书于石。欲读者易晓，故不文其言。长庆四年三月十日，杭州刺史白居易记。”[14]
白居易《钱塘湖石记》记录了周密的用水计划。他根据“春多雨，秋多旱”的特点，对用水、蓄水、泄水作了严格规定。用水则“据顷亩，定日时，量尺寸节限而放之”。百姓请水有审批程序。蓄水不足是旱季的一大难题，于是决定加高堤岸，增加蓄水量。泄水则以湖水涨至“去石函口一尺为限，过此须泄之”。严禁湖边无税田田户盗泄湖水以保田地的行为，并指示把泄水与护堤联系在一起，“若水暴涨，即于(笕南)缺岸泄之；又不减，兼于石函南笕泄之，防堤溃也”。从技术角度看，用水、蓄水和泄水计划与工程设施都比较先进，符合科学原理。比如用水量的计算“每减一寸，可溉十五余顷。每一复时，可溉五十余顷”。所谓减一寸指减湖水一寸。
