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氏农书》等农书提供的资料估算，明末浙西太湖地区水稻栽插密度甚至超过“解放以前和解放初期”＇32＇。北方北直灵寿县试验的“亲田法”，高度密植种粟，其密度也高出现在的水平＇33＇。徐光启在《农政全书》中对棉花栽培技术作了系统总结，即精拣核、早下种、深根、短干、稀科、肥壅，这是植棉技术史上的巨大贡献＇34＇。在我国粮食作物中，甘薯最早应用无性繁殖，将无性繁殖技术推进一步＇35＇。在太湖流域等平原水网地区，综合利用自然资源，水利、种植业（粮食作物、桑树等）、畜牧业（猪、羊、禽等）、渔业、农副加工业联为一体，多种经营，互促互荣，形成生态农业＇36＇。种子对于作物“犹人之有父也，地则母耳。母要肥，父要壮”，因此必须选育良种。耿荫楼在《国脉民天》中讲的“留种田”，即种子田，在选种理论和方法上都有新的发展。此外，在深耕、中耕、光照、除草、土壤、嫁接、移植、杂交、播种、浸种、育秧、温室以及防治病虫害等方面也都有不同程度的发明和进步。
4、水利的兴修
明代水利，从投资兴办来说，可分为官府督办和民间自修两类，而以官府督办为主。官办水利的主要范围，一是对南北大运河的疏通；二是对黄河、淮河及泇河、卫河、漳河、沁河、滹沱河、桑干河、胶莱河等北方区域性河流的治理；三是对江南和其他地区水利工程的修复和兴建。官办水利的主要实施方式是，或朝廷拨银招募民夫，或督率民夫以工代赈；为了鼓励北方垦殖水田，官府有时还向农民配发农具、耕牛、种子，减免赋役。“终明水政屡修”，水利工程的规模超过前代，从而保证了农业生产的发展和水路交通的运行。
明太祖朱元璋视水利为农业根本，给予高度重视。仅洪武二十八年一年，在朝廷派出的圈子生督率下，全国各地即修筑塘堰四万九百余处。洪武二十三年，修筑苏州府崇明、通州海门决堤，动用民夫25万人。洪武二十五年间，开凿溧阳银墅东坝，招募民夫35．9万余人。水利工程不限于财富之区江南，各地皆有兴建。南直和州铜城堰闸、山东登州蓬莱阁河、河南磁州漳河大堤、河南洛堤、陕西泾阳洪渠堰、广西兴安灵渠、四川彭州都江堰、四川永宁水道等工程，皆为明朝开国后或新建，或修复。永乐朝，不仅开始了围绕开通南北大运河而对黄河、淮河的治理，而且进一步在各地兴修水利。特别是经济不发达地区的水利工程，对于这些地区的开发具有重要意义。湖广安陆京山汉水堤岸、安陆州渲马滩堤岸、京山景陵圩岸、石首临江万石堤、广济武家穴江岸、监利车水堤；南直隶西部地区（今属安徽）安庆府潜山怀宁陂堰、和州含山崇义堰、宁国府宣城圩堰、太平府芜湖圩岸、凤阳府安丰塘等皆为永乐年间或新建，或修复。在北直隶，顺天、保定、真定、河间、大名、广平、顺德、永平诸府也都有不少水利工程。
水利设施可以较长时间发挥功能，明前期的水利建设为后期奠定了良好基础。明后期，水利虽受政治腐败的不利影响，但仍有发展。嘉靖初年，对北直隶卢沟河、琉璃河、胡良河、白沟河、沙河、唐河、滹沱河等河流及白洋淀进行竣疏。隆庆年间，开通湖广竹筒河。江南巡抚海瑞疏通吴淞江、白茆河。万历二年，修筑湖广荆州采穴、承天、泗港、谢家港诸决堤口，复筑荆州、岳州等府及松滋诸县老垸堤。六年，吴淞江中段疏浚工程完成。万历中期，特设苏松水利副使，督率治理太湖地区水利，先后“浚吴淞八十余里，筑塘九十’余处，开新河百二十三道，浚内河百三十九道，筑上海李家洪、老鸦嘴海岸十八里”。万历年间，还在京畿地区设坝、建闸、引流、通渠、筑堤，开垦水田，种植水稻＇37＇。
黄河、淮河历来多害。明代国家治黄、淮多与疏浚南北大运河、保障漕运相结合。永乐九年，命工部尚书宋礼征调民夫30万人，蠲免租赋110万石，修浚会通河，全长450里；同时征发民丁10万，修浚黄河故道，南人于淮，与会通河相汇，于是南北漕运畅通＇38＇。以后黄、淮屡屡改道决口，朝廷不断兴工修治。成化年间特设河道总理，专负黄淮等河的治理。
明后期，也兴办了一些较大的治河工程。嘉靖四十五年，工部尚书兼理河漕朱衡督率民夫开新河鱼台至留城140余里，浚旧河自留城抵境山、茶城50余里。又筑马家桥堤3．5万余丈，石堤30里。隆庆四年，潘季驯为河道总理，征用民夫5万人，堵塞决口11处，筑缕堤3万余丈。六年，治理徐、邳水患，修筑自徐州至宿迁长堤370里，又修缮丰、沛大堤＇39＇。万历四年，督漕侍郎吴桂芳开草湾河，长1。11万丈，堵决口22处，役民夫4．4万人＇40＇。七年，潘季驯治两河工程，计筑高家堰堤、归仁集堤、柳浦湾堤及徐、沛、丰、砀缕堤共310余里；徐、睢、邳、宿、桃、清两岸遥堤5．6万余丈；堵塞崔镇等处决口130个；砀、丰大坝各一道；崔镇等处减水石坝4座；迁通济闸于甘罗城南，“淮，扬间堤坝无不修筑”，共用银56万余两＇41＇。
治理黄、淮，是有明一代治水的中心任务，国家投入了大量的人力、物力、财力，治理力度超越前代。虽然未能完全防止黄淮泛滥，但治河工程对于减少灾害、引水灌溉、保障漕运毕竟发挥了重大作用，而且从中积累了宝贵的治河经验。潘季驯几经起废，四奉治河之命，“前后二十七年，习知地形险易”。他倡导的筑堤防溢，建坝减水，以堤束水，以水攻沙，以及堵塞决口，滚水坝以固堤岸等治河方法都具科学性。
地方州县及民间中小型水利灌溉工程也有新的发展。明后期，北方水利设施的兴建及逐渐推广水井灌溉；南方河、泾、港、渎、湖、塘、堤堰、斗门、海塘的修浚；湖广堤垸修建的兴起，都使水利遍及于各地。正统年间，宁夏旧有的五条水渠淤塞三条，佥都御史参赞宁夏军务金濂对之加以疏浚，“溉芜田一千三百余顷”＇42＇。成化年间，湖广澧州（今湖南澧县）判官俞荩“大筑陂堰，溉田可万顷”＇43＇。万历年间，陈幼学任河南确山知县，开河渠198道。后来，他调任河南中牟知县。县内有“大泽积水，占膏腴地二十余里”，陈幼学“疏为河者五十七，为渠者百三十九，俱引入小清河，民大获利”；大庄诸里多水，为之筑堤13道＇44＇。万历年问，北直隶磁州知州刘征国督修水利，遂使该州遍野水沟（水渠）纵横曲折，禾黍蔚然。陕西汉中知府李有实，“筑堤亘十里，灌田万顷”＇45＇。
明后期，民间灌溉工具也有新的改进。各地有各种水车、水轮、水碓、水磨，其动力有人力、畜力、风力、水力、机械力等。在江南，“灌水以水车”，“高乡之车日水龙，有不用人而以牛运者同牛车。亦有并牛不用，而以风运者”＇46＇。水车也有“（人）坐而踏之”者，如龙骨车（即翻车），“人凭架上，踏动拐木，则龙骨板随转，循环行道板，刮水上岸”，“足救三丈以上高旱之田”，“水具中机械功捷，惟此为最”＇47＇。这种龙骨车在嘉靖、万历年间传入日本＇48＇。在浙江严州府山区，灌田之具有水轮，“水泻木槽，分流田中，不劳人力，而水利自足，盖利器也”＇49＇。在福建，水碓最多。在广东，水车“以田之高下为轮之大小，即三四丈以上田，亦能灌之，了不用人力。”＇50＇粤北山区，“居民多以树木障水为水翻车”，“高田可以尽溉”＇51＇。湖广辰阳（今湖南西部沉陵），农民于溪水之旁建坝蓄水，以竹筒、车轮将水“接引入田，虽远可到，所谓农者坐而观之，无举手之劳，而田已毕溉矣”＇52＇。长江以北淮、扬、海地区，也有使用风力翻车车水灌溉者＇53＇。河南、北直水井灌田的工具，除桔槔、辘轳外，还有龙骨木斗，水斗连接，车水快速＇54＇。明末王澂在《新制诸器图说》中介绍了灌溉高仰之田的引水器“虹吸”和“鹤饮”。徐光启在《泰西水法》中介绍了西方机械动力水车，即龙尾车，又称螺旋运水机；还有西方玉衡系双筒抽水机、恒升系单简抽水机。
三、粮食作物结构和耕作制度的变革
1、新品种的引进
明后期，耐旱高产粮食作物新品种玉米、甘薯、马铃薯等的引进和传播，为增产粮食、满足人口增长和商品经济发展的需要开辟了新的途径。
玉米原产美洲。我国对玉米的记载，最早见于正德六年（1511年）所修皖北《颖州志》；明后期的农书、方志和史籍对玉米的记载逐渐增多。大约在嘉靖、万历年问，玉米的种植已传播到今天的江苏、安徽、浙江、福建、广东、广西、云南、河北、山东、河南、陕西、甘肃等南北诸省，至清代有了进一步的发展。生活在嘉靖、万历时期的杭州人田艺衡说：“御麦出于西番，旧名番麦，以其曾经进御，故曰‘御麦’。干叶类稷，花类稻穗，其苞如拳而长，其须如红绒，其粒如芡实大而莹白，花开于顶，实结于节，真异谷也。吾乡传得此种，多有种之者”＇55＇。成书于万历初年的《本草纲目》及成书于明末的《群芳谱》、《农政全书》等都有关于玉米的记述。
甘薯亦原产美洲。16世纪末期即万历前期传入我国，一种由海路传入广东、福建、进而传入长江下游江苏、浙江；一种由陆路传入云南。甘薯具有适瘠壤、抗干旱、产量高、口味好、营养强、耐贮存等优势，因此颇受欢迎，至万历后期，已成为福建、广东劳动民众的重要食粮。“一亩种数十石，胜种谷二十倍，闽、广人以当米谷”＇56＇。“闽、广人收薯以当粮，自十月至四月，麦熟而止”，“闽、广人赖以救饥，其利甚大”＇57＇。万历年问，闽人何乔远著《甘薯颂》，对甘薯救灾利民的贡献加以颂扬；徐光启总结出“甘薯十三胜”，即13项优点。徐光启指出，东南沿海高埠地区，既不堪种稻，用来种薯，“亦胜稻田十倍”，且能改良土壤，“是不数年间，邱阜将化为平畴也”，“此亦任土生财之一端耳”；长江以北，“土更高，地更广，即其利百倍不啻矣”，更应推广＇58＇。可见，甘薯、玉米的种植，对于提高粮食亩产量、增加粮食总产量起到了革命性作用。
2、早熟稻的推广和两熟、三熟稻的种植
早熟稻品种的推广引起两熟和三熟稻的种植，从而增加了粮食单产和总产量。这是我国栽培制度史上又一次革命性的变革。中、晚稻要求生长在水量充足的平坦土地上；而早熟稻则早熟、耐旱、耐寒。早熟稻的种植，一方面可以将水稻的种植扩展到南方水量相对较少的坡地、丘陵，增大水稻种植面积；另一方面使双季稻、三季稻及稻麦、谷轮作、连作制的施行和推广成为可能，从而提高土地利用率。早熟稻自10世纪末、11世纪初，即北宋真宗时期由占城传入福建；至13世纪后期，即南宋时期，还未在南方广泛传播，栽种地区只局限于浙江、江苏（南部）、福建、江西等地；至明中后期，才在南方各省稻作区域普遍地种植。尤其是湖广（今湖南、湖北）江汉平原和洞庭平原的开发，修堤建垸，栽种水稻，使之成为稻米的重要产区和输出区。这里的堤垸“大者轮广数十里，小者十余里”，“荒芜湖渚，先世所弗田者，皆尽垦”＇59＇。由于湖广逐渐成为粮食的重要输出区，遂在我国粮食生产和贸易的格局上出现了由“苏松熟，天下足”向“湖广熟，天下足”转变。成书于嘉靖七年（1528年）的何孟春《余冬序录》有云：“湖藩辖府十四、州十七、县一百四，其地视诸省为最巨，其郡县赋额视江南西诸郡所人差不及，而‘湖广熟，天下足’之谣，天下信之，地盖有余利也。”＇60＇可见，“湖广熟，天下足”的谚语在16世纪初即已流传。
随着早熟品种的推广，双季稻在广东、云南、福建、江西、浙江等省的许多地区逐步栽种起来。“南方平原田多一岁两栽、两获者。其再栽秧俗名晚糯，非梗类也”＇61＇。在岭南珠江三角洲及海南岛，三季稻也多了起来。“东粤自来多谷，志称南方地气暑热，一岁田三熟，冬种春熟，春种夏熟，秋种冬熟，故交州有三田”；琼南“若勤于耜，则一年有三熟之稻矣”＇62＇。
稻田面积的扩大，两熟、三熟制的发展，使稻米产量大幅增加，成为当时人们的主要食粮。据明末宋应星估算，稻米在全国食用粮中占70％＇63＇。万历时在华传教士利玛窦也曾这样感慨明朝大米产量之多和劳动人民之辛勤：“作为中国人的食谱上主要食品的大米产量，远比欧洲富裕得多”，“中国的这类庄