略论中国古来农具的演变*(1)(4)

七、农业机具和动能

    刘仙洲先生在其《 中国 古代农业机械发明史》中一开头说，“若就机械的定义说，任何一种工具，无论简单到什么程度，当使用它做工的时候，都是一种机械”。这 自然 是机械学专业中的 科学 的概念。照通俗的理解，“机械”或“机具”的范围却是比较狭小的。不过也很难说有一个什么科学的界说，只是依据一般人的习惯想法或说法。比如说“机械化”这个词，所谓“机械”，就是不把简单的工具如锹、锄、钁、镰以及耕犁、磟碡之类包括在内。判别是标准虽然是模糊的，但究竟也不是完全不可捉摸的。如果试加推究，好像是与动力的性质不无关系，说得具体一点就是，工具的推动主要是不是靠人的体力和技巧。此外似乎还有一点，那就是算得上是机械或机具的，总得是构造上多少要复杂一些。现在就按照这样通俗的理解来检查一下我国 历史 上这方面的 发展 情况。

    同犁、锹之类的农具比较起来，风扇和水碓也许可以算是比较复杂的构造。如果说这就是最早出现的农业机具，那首先是因为这二者都使人觉得是利用了自然力，即风力和水力。更进一步 分析 ，风扇虽说是利用风力来发挥作用，但还是全靠人类；人力来推动，在这一点上，它不能说是比辘轳有所超过，可是在一般人看来，它好像更容易被认为具有“机器”的性质。这就是因为它比辘轳有更复杂一些的结构，多少给人一个“巧”的印象。至于辘轳，尽管也 应用 了机械原理，但使人首先想到的却是人的体力。这就是说，“结构”这个因素在这里发生了作用，情况与此类似而又恰恰相反的还有翻车(龙骨水车)。这种扬水工具是用人力来运转的，在水田区，踏水车也是一种很辛苦的体力劳动，可是它还是使人更注意于它的构造之机巧。因此，如果说它也是一种农业机具，一般人似乎是没有什么异议的。我们可以这样看：风扇、水碓和翻车可说是我国农业生产历史上从手工工具向机动工具的过渡。

  西汉的“扇柜”后来大约一直沿用，但也是不会完全没有经过改良，只是缺乏记载。在王祯的《农器图谱》里，这个器具叫“颺扇”，还说“复有立扇、卧之别，各带掉轴，或手转足蹑，扇即随转”，这就是变化出来的各种的样式，当然是为了适应不同的要求。《天工开物》里的“风车”和“颺扇”与王祯所绘的“颺扇”也不一样，不过只是非本质的改变。

碓的发展比较显著些。作于西汉末年的《方言》里面已有 “碓机”这个名称，还说“陈、魏、宋、楚，自关而东谓之‘梃’”，可知当时各地都已普遍使用。也可设想，更早写成的《急就篇》里的“碓”，有可能也是这种碓机。据桓谭说，制作出来踏碓之后，“又复设机关，用驴骡牛马及役水而舂，其利乃且百倍”。(《新论》)他这是概括地叙述了公元以前时期舂具的发展情况。踏碓虽已不再是很简单的工具，究竟是仍用人力操作，好像还不能说是“机具”，使用畜力和水力，那就有“机械”的意味了。刘仙洲先生指出，利用畜力在一定地点连续工作，要采用“回转运动”，由地平面上的回转运动把动力传送到碓的本体，最后使碓能产生舂米动作，这中间是需要一对斜齿轮的传送。这就是说，碓的构造复杂化了。踏碓的制作已经是给了人以“机”的感觉，所以当时称为“碓机”。从这里可以意识到，在一般人看来，“机”包含有“巧”的意思在内，即所谓“机巧”，桓谭也说“后人加巧”。而所谓“巧”，在这里好像就是部分地或基本上代替了人的笨力气，同时又提高了工作效率。如果再用牲畜，尤其是水流作为动力，那当然就更是“机”了。沿了这条线索下去，后来跟着出现了杜预的“连机碓”，也是用水力推动。据王祯说，连机碓就是像他那 时代 由水轮带动的那样一种设计，但他所引《通俗文》上面有“水碓曰翻车碓”这样一句话，从字面上来理解，又好像最初的连机碓是利用翻车的作用。无论如何可以肯定，这种设计到后来是发生过变化的，王祯就提到还有“撩车碓”和“斗碓”(也叫“鼓碓”)，都是因地制宜的另型设计。

不过 文献 上记载杜预的连机碓又说什么 “为八磨”。磨和碓是功用不同的两种器具。可能是著书人疏忽给弄错了，否则就是杜预于连机碓之外又制作过机动的磨。又稍后于杜预的嵇含写过一篇八磨赋，却说是他的外兄刘景宣“作磨奇巧”，赋中有“巨轮内建，八部外连”这样的句子，这就像《图谱》里的“连磨”的样子了。可是又说用一头牛来转动而不是水。不过无论如何，似乎可以相信，魏晋时代，设计精巧的连机碓和水硙历经魏晋南北朝以至隋唐，一直未断，碓和磨之外，还有“水碾”。单从农具的制造技术这方面来说，可以想见，设计什么一定是逐渐有所改进。

    说起“磨”来，可能是从一开头就想到了利用畜力来转动，再加上它的整个构造也不是很简单，所以有一定理由把它算作机具。工作的人不是直接使用它而是伺候它。到后来又利用水力，而且又同时转动好几盘磨，那就更是“机器”了。碾的情况与磨相同，因此应当援例也算作机具。它同样可由畜力和水力转动。《旧唐书》记载，高力士“截沣水作碾，并转五轮，破麦三百斛”。破麦用碾，这样说也许有点 问题 ，只这“并转五轮”，刘仙洲先生认为是一个水轮带动多数碾轮，那就应该叫做“连碾”了，当然是机器。

    “砻”原来与“磨”、“硙”同义，不知从何时起，它成了另一种专用于谷粒脱壳的器具的专名。它也和磨一样，除了也可用人力外，大都是用畜力或水力。值得注意的一点是，《图谱》里砻的绘图，虽然是用人力推动，却是用的偏心轮的道理，这就使人有一定的“机械”的观感。

    以上说的这些利用畜力或水力转动的粮食加工器具，有的是用卧轮，有的是用竖轮，都是根据所在的地势以及水力的大小来设计的。王祯另外设计出来一个用同一水转轮轴兼能进行磨、砻、和碾三项工作的机具，因每次工作的要求不同，磨、和砻可以互相替换。这也是一种高明的设计，可惜后世未见推广。此外王祯还提到一种“船磨”，那是由相傍的两只船各载一盘磨，二船之间设置一个水轮，同时转动二磨，也是变化出来的一种设计。

    翻车自从发明出来之后，就成为水田作业必不可少的用具。在以后大约一千年的期间，改进的情况，缺少文字记载。王祯的《农器图谱》里面，记载了有两种推陈出新的设计，都是依据不同的具体情况变化出来的，而又都是应用轮轴的结构。有的是用牛拽转，称为“牛转翻车”，有的是借流水的力量推动，称为“水转翻车”。用牛力或水力转动一个卧轮，由卧轮拨动一个竖轮，这样把力量传到贯穿竖轮的横轴上面，横轴旋转，带动翻车。这些新的设计大约都是早在王祯以前就出现了。据刘仙洲先生说，北京故宫旧藏有南宋初年马逵所画的“柳阴云碓图”上面就有牛转翻车。下面就要谈到，唐朝时候已经有了水车和筒车，依理推想，那个时代的人也会设计出来用畜力和水力推动的翻车的。到后来，沿海地方的人还利用风力，仿效船帆，制出了“风转翻车”。

    不久以前的农民从深井汲水，往往还用水车。论起它的功用，和辘轳并没有什么区别，虽然一般是使用畜力开运转，但用人力的也不是没有。可是它和踏车一样，也具有“机械”的意味，问题同样是在构造上面。它像是把辘轳和踏车二者结合了起来，能够连续向上提水，因而效率大大超过了辘轳。因此可以推想，它的制作必然是在踏车推广以后。具体的时代很难说。《太平广记》所引的一部书叫《启颜录》，里面记载了唐代早期有人见到过这个器具，“以水桶相连，汲于井中”，完全像是水车。据此可知，至迟到公元7世纪中就已经有了。

    《全唐文》卷九四八有陈廷章的一篇《水轮赋》，所说的“水轮”，是“趼木而为，凭河而引”，“殊辘轳以致功，就其深矣，鄙桔槔之烦力，使自趋之”，这显然是后世的“筒车”。这个提水器具，有的地方也叫“天车”。北宋范仲淹所赋的“水车”，“固无伤于濡轨，轧之临川，初有认于埋轮，翘翘在渚”，名称虽殊，其实也仍然是这种器具。又据刘仙洲先生说，晚唐刘禹锡的《刘宾客文集》中《机汲记》一文，所描述的好像亦即此物。这种与水车同始见于唐代文献的提水机具，最初大约是借水力推动，所以也叫“水转筒车”。《农器图谱》中另外还有“卫转筒车”，那显然是有的地方水流的力量不够大，另在岸上设置一套像牛转翻车那样的转轴结构，由驴来拽引。像这样随宜变化，显示出来设计者的匠心。

    筒车的构造就只是那么一个轮，它必须是下面有部分没在水里，最上面的部分比岸稍高，这样才能把下面的水倾到岸上。这就是说，水面和岸上之间的距离必须小于轮的直径。因此，如果水面过低，它就失去效用。王祯讲到当时平江(今苏州)虎邱寺剑池有一套小型的汲水设备，很可能就是王祯本人受到了启发，设计出来一种“高转筒车”。这种机具好像是把筒车和水车、踏车三者结合到了一起，于岸上和水上各设计一个轮，侧立在一条直线上，由竹索联系起来，竹索上面是一连串的竹筒，在一旁看起来，一个个小竹筒鱼贯上下，“如环无端”，有如水车，构造的主体倾斜着，连接着水面和岸上，又有些像翻车。岸上那个轮的轴，显然是带上另一个竖轮，由一个卧轮拨动，而用畜力来转动卧轮，就像牛转翻车那个样子。要是使用人力，那就在轮轴的两端安装拐木，如同人踏翻车的办法。这是因为水里那个轮的轴与水流是同一方向，自然不能利用水力，动力是得从岸上发出的缘故。王祯又设想出一个由水力推动的筒车，称为“水转高车”。那是依照水转翻车的样子，下面的轮轴带上一个竖轮，另由一个被水流推动的卧轮来拨动。不过可惜的是这两幅图在传本《农器图谱》里都不清楚。

部分农业机具发展变化示意图：