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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，