《天工开物》共3卷,18章.
上卷,为《乃粒》,《乃服》,《彰施》,《粹精》,《作咸》,《甘
嗜》6章,多数是和农业有关的,放在卷首,表明了宋应星重视发展农业生
产的思想.
《乃粒》:主要论述稻,麦,黍,稷,粱,粟,麻,菽(豆类)等粮食作物的种植,栽培技术和包括各种水利灌溉机械在内的有关生产工具,介绍特别详细的是以江西为代表的南方水稻栽培技术.
宋应星在谈到用浸种法育秧时提到,水稻育秧后30日即拔起分栽,否则
容易引起减产.一亩秧田可移栽25亩,即秧田与本田之比为1:25,在江西
到近代还是这样.又说早稻食水三斗,晚稻食水五斗,失水即枯.这些重要
的技术数据对农业生产有指导作用,是育秧,插秧,灌溉的理论基础.在以
前的农书中没有记载过.这种用技术数据给以定量的解说,同时提出一系列理论概念,记述工农业生产中许多先进科技成果的方法,使《天工开物》成为一部科学技术的完整著作.
宋应星还论述了作物与环境的关系,外界环境变迁对作物物种变异的影
响.例如,他说有些水稻因干旱而逐步变成抗旱性的早稻,通过人工选择可
以培育出这种旱稻,农民们还创造出一种高山可插的旱稻.宋应星还说,对
于那些排水不良,土温较低的酸性土,用石灰撒在苗根,便于中和土壤酸性,
促成土壤团粒结构形成.对于酸性不高的向阳暖土,则不宜用石灰.还提到
了骨灰蘸秧根,是施用磷肥的有效措施.
宋应星还介绍了以砒霜为农药伴种.砒霜又叫砒石或信石,是含砷化合
物,主要成份是三氧化二砷,有剧毒,一般用来烧制白铜,配火药,治疟疾
和顽癣,毒家鼠等.从宋应星开始,才有用于农业上拌种拌秧,以防病虫鼠
害的记载.
《乃服》:包括养蚕,缫丝,丝织,棉纺,麻纺和毛纺等生产技术,还
有上述生产工具,设备,操作要点,重点介绍了浙江嘉兴,湖州地区养蚕的
先进技术和丝纺,棉纺,还有大提花机的结构图.
宋应星在讲到蚕种时介绍的新蚕种的培育,反映了我国古代生物学上的
一项重要成就－－人工杂交育种.将一化性蚕的雄蛾和二化性蚕的雌蛾杂
交,便引起蚕种变异,从而育出合乎需要的新蚕种.同样,将黄茧蚕蛾和白
茧蚕蛾杂交后,育出的下一代是褐茧蚕.这是我国古代不自觉地应用定向变异原理的优秀实例.宋应星介绍的这种变异现象,与19世纪英国学者达尔文(1809－1882)所述几乎相同.
宋应星还在本章的《病症》条中记载了根据蚕体变态,行为反常和食欲
不振,来判断病蚕.及时将有传染病的病蚕从蚕群中除去,可以使健康的蚕
发育成长,这些都是符合科学原理的方法.
《彰施》:介绍各种植物染料和染色技术,对于蓼蓝的种植和蓝靛的提
取,从红花提取染料的过程叙述得比较详细,还涉及到各种染料的搭配和媒染方法.
《粹精》:叙述稻,麦等的收割,脱粒和磨粉等农作物加工技术和工具,
侧重于介绍加工稻谷用的风车,水碓,石碾,土砻,木砻和制面粉的磨,罗
等工具.
宋应星叙述的江西水碓,以水力为能源,通过立式主轴带动各机件,同
时具有灌田,脱粒和磨面3种功能,是17世纪世界上先进的农用机械.
《作咸》:论述海盐,池盐,井盐等盐产地和制盐技术,对海盐和井盐
论述得比较详细.
宋应星在谈到井盐时,特别介绍了四川井盐,在谈到了冲击式的顿钻后,
叙述了一种吸卤器,是个喉下安"消息"的竹筒.
宋应星所说的安有"消息"的竹筒,实际上就是唧筒装置."消息"相
当于阀门,皮制,当竹筒沉到井下时,下端阀门受卤水压力而张开,卤水进
入筒中.提筒时,阀门又受筒内卤水重力下压而封闭.在四川自流井土法制
盐生产时,至今仍可见到使用这种吸卤器提取卤水－－它是用物理学原理而
设计出来的吸水器.
《甘嗜》:主要叙述甘蔗种植,制糖技术和工具,同时还论及到蜂蜜和
饴饧(麦芽糖).
宋应星还重点介绍了将水稻育秧法移植到甘蔗种植中,实行甘蔗移栽这
种新技术.
《天工开物》的每一章所叙述的内容并不是平铺并列的,而是有主有次,
把重点产品作为研究重点,突出先进地区的生产技术,全书各章各节都主次分明.
中卷共7章,主要是工业技术.
《陶埏》:叙述建筑房屋用的砖瓦和日常生活用的陶器,瓷器(白瓷,
青瓷)的制造技术和工具.重点是介绍景德镇生产民用白瓷的技术,从原料
配制,造坯,过釉到入窑烧结,都有说明.
《冶铸》:是中国传统铸造技术论述最详细的记录,重点叙述铜钟,铁
锅,铜钱的铸造技术和设备,包括失蜡,实模和无模铸造等三种基本方法.
《舟车》:首先用数据标明了船舶和车辆的结构构件和使用材料,同时
说明各种船,车的驾驶方法,详细介绍了大运河上航行的运粮船"漕船".
《锤锻》:系统叙述了铁器和铜器的锻造工艺,讨论范围从万斤大铁锚
到纤细的绣花针,还有斧,凿,锄,锯等各种生产工具的制造,焊接,金属
热处理等加工工艺.
宋应星记载了一项先进的金属加工工艺－－"生铁淋口".方法是在熟
铁制的农具等坯件上淋以一层薄的生铁水,再经加工及热处理,使制品完成.所用的生铁水量必须恰到好处.由于表面生铁熔覆层与渗碳层的共同作用,使工件既耐磨又坚韧.这是金工史上的一项独特创造.几百年来这种技术已遍及我国各地,至近代还用这方法制造小农具.
《燔石》:论述烧制石灰,采煤,烧制矾石,硫黄和砒石的技术,还论
述了煤的分类,采掘和井下安全作业.
宋应星详细叙述了砒石种类,制法,性状和在工农业上的用途.书中还
介绍明代湖南衡阳工厂中一处就年产砒石达万斤的事.用砒石做为农药,这是中国农业技术史中的一大发明,正是《天工开物》把这项发明正式记录下来.
宋应星为我们提供了采煤技术的可贵资料.他按煤的块度和火焰等物理
性状及用途将煤分为明煤,碎煤,末煤等类,在当时是较为先进的分类.在
谈到挖煤后,宋应星还谈到了"煤气".
宋应星所说的"煤气",就是现在煤矿中俗称的"瓦斯",它是在煤炭生成过程中伴生的气体混合物,主要成分有甲烷,一氧化碳,二氧化碳和硫化氢等,虽然没有颜色,但是容易燃烧,对人体有毒害作用.宋应星在谈到南方采煤时,介绍用中空的巨竹管插入井下,将地下瓦斯借竹管引出地面,是一个简便有效而且经济的安全措施.
宋应星介绍的另一个安全措施是在井下设"支护"(即巷道支板),从他的记载中我们可以知道明代采煤技术已经基本解决了井下掘煤的两项最首
要的作业问题.与此形成鲜明对照的是,欧洲在18世纪时还没有妥善解决瓦斯通风的问题.
《膏液》:介绍了16种油料植物子实的产油率,油的性状,用途,还有用压榨法,水代法提取油脂的技术和工具,还谈到桕皮油的制法和利用桕皮油制蜡烛的技术.
《杀青》:论述纸的种类,原料和用途,详细地论述了造竹纸和皮纸的
全套工艺技术和设备.
《天工开物》下卷包括5章,也属于工业技术.
《五金》:论述金,银,铜,铁,锡,铅,锌等金属矿开采,洗选,冶
炼和分离技术,还有灌钢,各种铜合金的冶炼和珍贵的生产设备图.这一章
记载了不少中国人民的创造发明,如以煤炼铁,用活塞风箱鼓风,直接将生
铁炒成熟铁,以生铁与熟铁合炼成钢等等.
宋应星记载说,在生铁炼成之后,如果想再把生铁变成熟铁,就在冶铁炉旁挖一个方塘,趁热使铁流入塘内,加入泥粉做为溶剂,并由几个人用柳棍快速猛搅,从而加速生铁中碳等成分的氧化作用,以炒成熟铁.这种把冶铁炉和冶铁设备串联使用的连续作业方法,可以减少炒铁时的再熔化过程,
降低炒铁时间和生产成本.
宋应星在记载炼钢时说,先把打成薄片的熟铁捆起来放入炉中,上面放
生铁,再用涂泥草鞋盖顶,炉温升高后,生铁水能自上而下地均匀渗到熟铁
中去,取出来锻打.再炼再锻就会成为好钢.这种方法比南北朝时期出现的
"灌钢"技术更先进,能够均匀地渗碳和更充分地脱去杂质.与宋代的炼钢
技术相比,也有独到之处:不用泥封,而用涂泥草鞋盖上,使生铁在还原气
氛下逐渐溶化,使大部分火焰反射入炉内,提高炉温.由于不是把生铁块嵌
在盘绕的熟铁条中,而是放在捆紧的熟铁薄片上,用生铁含碳高,熔点低的
特点,使生铁液均匀灌在熟铁片夹缝中,增加生熟铁的接触面,便于均匀渗
碳,这是我国灌钢法的一大改进,这种改进的用生铁及熟铁合炼成钢的设备原理,成为近代马丁炉的始祖.
宋应星最早,最详细地记载了锌的提炼技术.他还提供了一幅最早的提
炼金属锌的生产过程图.
宋应星所叙述的锌的提炼方法是:制锌所用的原料是炉甘石(不纯的碳
酸锌),把炉甘石放在泥罐中封泥加固,再逐层用煤炭饼垫罐底,下面铺薪
引火.炉甘石在罐外炭火烧灼的较高温度下,发生化学分解反应,分解后产
生的二氧化碳气从泥罐缝中逸出,而固体氧化锌又受到从缝中进入的或者是封罐时加入的碳的作用发生还原反应,而得到金属锌.
《天工开物》练纯锌的文字记载比欧洲要早,所以,宋应星对金属锌("倭
锌")冶炼工艺的论述,是世界上最早的文字记载.宋应星还指出了锌和铜
按不同比例制成铜锌合金(黄铜)的方法,也是冶金史上的可贵记载,具有
世界性的生产指导意义.宋应星还记载了利用金,银,铜,锡,铅,锌,汞
等金属的物理性质和化学活泼性的不同,来分离或检验金属的各种有效办
法.譬如他记载把白银从含银的黄金里分离出来的办法,是利用硼砂熔点较低的特性,在分离时起助熔作用.当把金银合金熔化后,由于金(熔点1063
c),银(熔点961c)熔点不同而行分离,银首先"吸入土内,让金流出,
以成足色".再入铅少许,又把银钩出,这是近代冶金学中所说的熔融提取
法.
宋应星在论述金,银,铜的单位体积内重量时,已经有了物理学中的比重概念.
《佳兵》:记载弓箭,弩,干等冷兵器和火药,火器的制造技术,包括
火炮,地雷,水雷,鸟铳和万人敌(旋转型火箭弹)等武器.
《丹青》:主要叙述以松烟及油烟制墨及供作颜料用的银朱(硫化汞)
的制造技术,产品均为文房用具.
《曲蘖》:记述酒母,药用神曲及丹曲(红曲)所用原料,配比,制造
技术及产品用途,其中红曲具有特殊性能,是宋朝以后才开始出现的新品种.
宋应星记载的红曲可以用于食物保存,和近代用抑制微生物生长的抗生
素保存食物出于同一原理.他在叙述红曲制造时,特别强调选用绝佳的红酒糟作为"曲信(菌种)",并加入明矾水来保持红曲菌种培养料的微酸性,
以抑制其他有害杂菌的生长.这些都是发酵工艺中长年积累下来的经验总
结,具有很深刻的学理性.
《珠玉》:宋应星本着轻视金银珠宝等奢侈品的指导思想,把它放于卷
末.主要叙述在南海采珠,在新疆和田地区采玉,在井下采取宝石的方法和
加工技术,还谈到了玛瑙,水晶和琉璃等.