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谓柢也。柢也者，木之所以建生也；曼根者，木之所以持生也。”意思是说，直根具有支撑植物的功能，使之挺然耸立；蔓根具有吸收养料供植物体持续生长的作用。《后汉书·延笃传》提到“枝叶扶疏，荣华纷缛，末虽繁蔚，致之者根也”，说明枝叶繁蔚是由于根发育得好的缘故。《尔雅·释草》记述“卷施草拔心不死”，认识到植物有宿根的现象。在《说文》中，“茎”解释为“草木幹”，并进一步称草本植物的茎为“茎”，称木本植物的茎为“幹”。从茎派生出的枝条称为“枝”。茎的上部、表皮等都有专名。《释草》中还提到“莽，数节，桃枝四寸有节，邻，簢，坚中，徐中。”说明已注意到茎有“中实”和“中空”的不同，并已有了“节”和“节间”的概念。类似记载还可以列举很多，反映出当时对于植物营养器官根茎叶以及繁殖器官花果核的部位与功能，已经积累了非常丰富的知识。在《尔雅》、《说文》等著作中，关于动物形态的描述，大多以大小、毛、皮、颜色以及突出特征等为主，著录范围较广但说明文字比较简略。后来东晋郭璞撰《尔雅注》，对动植物形态性状进行了更具体和详细的描述，对于生物形态学以至生态学和分类学都作出了重要贡献。在秦汉时期的其他著作中，还有一些有关生物形态的零星描述，如东汉杨孚《异物志》载：“孔雀，其大如雁而足高，毛皆有斑文采，形体既大，细颈，隆背，。。自背及尾背有珠文，五采光耀，长短相次，羽毛皆作员文，五色相绕，如带千钱，文长二三尺，头带三毛，长寸许，以为冠。”首次详细和逼真地记述了孔雀的形态特征。此外，《尔雅》所载“桑■有椹”，指的是桑树有半数能结桑椹，说明当时对于植物有雌雄性别的分化已有初步认识。《氾胜之书》中则进一步总结了雌麻和雄麻的不同栽培方法，而且指出收获麻（雄麻）最好是在“穗勃”，即花粉散出的时候，反映出对雌雄株的不同生理特性已有相当的了解。还应特别提到的是，由于畜牧业的发展，对家养动物的形态与内部解剖的观察和认识更为丰富，并且有专著问世。如《汉书·艺文志》载有《相六畜》等书，近年曾在马王堆出土帛书《相马经》，银雀山出土简书《相犬经》残卷，这些都可说是我国早期的动物形态学著作。
第三节生态方面的知识关于生物与生物之间和生物与周围环境之间的相互关系，这一时期也产生了不少新的认识，有些还试图从理论的高度来加以解释。例如，动物对天气将雨的变化会产生反应，蝼蛄和蚂蚁要搬家，蚯蚓会钻出地面，王充认为，“天气变于上，人、物应于下矣。”①这是“风雨之气感虫物”②的结果。王充还提到：“夫虫之生也，必依温湿。”③“何知虫以温湿生也？以蛊虫知之。”④指出了温湿环境和季节对昆虫繁殖的影响。仲长统《昌言》也谈到温度对蚕的生长发育的影响。《吕氏春秋》已谈到蚌蛤等水生生物的生殖活动受月亮周期的影响。《淮南子·天文训》载：“月死而蠃停墶！薄堵酆狻に彻摹吩兀骸霸禄儆谔欤萃K舀缺。”都是说，月晦时，螺类动物的肉就变得不丰满。发现月亮周期对水生生物的影响，是我国古代动物学上的一个重要成就。动物的共栖现象，早在《尚书》中就有记载，《尔雅·释鸟》称：“鸟鼠同穴，其鸟为鵌，其鼠为鼷。”在古代文献中第一次具体地指出了同穴共居的鸟鼠名称。《汉书·五行志》载：“成帝永始元年春，北海出大鱼，长六丈，高一丈，四枚；哀帝建平三年，东莱平度出大鱼，长八丈，高丈一尺，七枚，皆死。”这是鲸鱼集体自杀现象的最早记载。王充在《论衡》中说：“夫东风至，酒湛溢，鲸鱼死，彗星出，天道自然，非人事也。”正确地认为这是与人事无关的自然现象。植物的生态环境，如水分、土壤、阳光、空气、温度等，对于植物生长发育的影响和作用尤为重要。《氾胜之书》指出，种豆时要灌水，“临种沃之，坎三升水”，种麻遇“天旱，以流水浇之，树五升”，说明要根据天气、土壤等环境状况，进行合理灌溉，以保持植物体的水分平衡。《氾胜之书》还介绍了利用雪水处理种子使稻麦耐旱多实，利用灌溉水控制田间温度促进稻麻生长，用手摩擦果实控制瓠定向生长，以及独特的施用种肥的溲种法等一系列方法。这些方法都是改善农作物或园艺作物生态环境的增产措施。《神农本草经》载：“大豆黄卷（即黄豆芽），味甘平，主湿痹，筋挛，膝痛。”《盐铁论》载“冬葵温韭”，冬季用加温方法生产韭菜，生长出来的是韭黄。说明我国一千多年前就已认识到因光照不足而产生的植物黄化现象并且加以利用，在世界蔬菜栽培上增添了重要的一页。
① 王充：《论衡·变动》。
② 王充：《论衡·变动》。
③ 王充：《论衡·商虫》。
④ 王充：《论衡·商虫》。
第四节遗传与变异早在远古时候，人类就已经利用生物的遗传性和变异性来培育符合自己需要的动植物。随着农业和畜牧业的发展，人们积累了选育优良品种的丰富经验，从而把物种性状的遗传看成是完全正常的自然现象，如同《吕氏春秋·用民》所说“夫种麦而得麦，种稷而得稷，人不怪也”。东汉王充指出：万物“因气而生，种类相产”①，“物生自类本种”②，更明确地和概括地指出了各种不同生物种类性状的遗传性。他还进一步指出：“万物生天地之间皆一实也。”③即万物的生殖和种类的各种特性遗传给后代，都是通过种子（“实”）来实现，并在《论衡·初禀》中更清楚地说明“草木生于实核，出土为栽蘖，稍生茎叶，成为长短巨细，皆由实核”，即植物的个体发育是从种子开始的，亲代的特征可以通过生殖，而由种子传留给后代。但不同种类的生物不能交配和繁殖，“牝牡之会，皆见同类之物，。。天地之间，异类之物，相与交接未之有也”。“若夫牡马见牝牛，雌雀见雄鸡，不相与合者，异类故也。”④人们在实践中不仅认识到生物界普遍存在的遗传现象，而且也发现了各种变异现象。例如史籍中载有许多不同品种的作物和不同品种的家畜等等，《尔雅》就记载了多种枣和多种马以及它们之间的差异。王充在《论衡》中清楚地论述了生物的变异，他指出：“种类无常”，“同类而有奇，奇为不世，不世难审”⑤，并举出许多事例加以说明。如“越常献白雉。白雉，雉生而白色耳，非有白雉之种也。”⑥即是说，白雉犹如常雉，只是毛色出现了白色的变异，并非特别的种类。至于凤凰、麒麟和嘉禾等所谓“瑞物”，也都不是什么特别或神秘的生物种类，而是普通的鸟类、兽类和谷类作物在一定条件下的变异而已，“瑞物皆起和气而生，生于常类之中，而有诡异之性，则为瑞矣。”⑦王充在《论衡·讲瑞》中说：“鲁人得戴角之獐，谓之麒麟，亦或时生于獐，非有麒麟之类”；“凤皇亦或时生于鹄鹊，毛奇羽殊，出异众鸟，则谓之凤皇耳”；“嘉禾生于禾中，与禾殊穗”，讲得十分明确。还值得一提的是，嘉禾是谷类作物在谷穗方面的变异，一茎多穗，产量高于普通谷类，自然给人以深刻印象，因而有人进行过种植“嘉禾”的试验。王充指出：“试种嘉禾之实，不能得嘉禾。”说明当时已认识到有些变异是不遗传的。现代遗传学研究结果表明，谷类作物的分枝变异确实是不遗传性变异。当然，人们在实践中也发现了许多可遗传的显著变异，并加以选择用来培育满足各种需要的动植物新品种。如《氾胜之书》已对多种作物的选种，提出了具体要求，以便利用作物的变异和遗传选育优良品种。显然，这对于抗拒自然灾害，保证农业生产增产丰收具有重要意义。
① 《论衡·物势》。
② 《论衡·奇怪》。
③ 《论衡·物势》。
④ 《论衡·奇怪》。
⑤ 王充：《论衡·讲瑞》。
⑥ 王充：《论衡·讲瑞》。
⑦ 王充：《论衡·讲瑞》。
第五节朴素的生物进化观关于生命（包括人类）的来源问题，自古以来存在许多不同的看法。远古的人们曾认为人类自身与某些动物或植物之间有着某种亲缘上的联系，因而对其加以崇拜。进入阶级社会以后，一直流行所谓“天者，万物之祖，万物非天不生”①之类上天创造一切的说法。战国时期，宋■、尹文等继承和发展了老子的“道生一，一生二，二生三，三生万物”的思想，把非物质性的“道”改造成物质性的“精气”，并作为产生和构成万物的要素，如：“人之生也，天出其精，地出其形，合此以为人。”②西汉初，淮南王刘安进一步提出：“洞同天地，浑沌为朴，未造而成物，谓之太一。”①“同出于一，所为各异，有鸟，有鱼，有兽，谓之分物。”②认为各类生物都来源于一种原初物质状态的气，生物之所以有多样性，是由于所享受的气不同。此外，西汉时还提出了“元气”概念，从而真正把气作为宇宙的本原。王充也指出：“天地合气，万物自生。”③宋■、尹文以来的这些看法，反映了先秦和秦汉思想家对于生命来源问题的朴素唯物主义观点界的发展。关于自然生物之间的联系，《淮南子·坠形训》中有一段很值得深入研究的论述：
生海人，海人生若菌，若菌生圣人，圣人生庶人，凡 者生于庶人。
羽嘉生飞龙，飞龙生凤凰，凤凰生鸾鸟，鸾鸟生庶鸟，凡羽者生于庶鸟。毛犊生应龙，应龙生建马，建马生麒麟，麒麟生庶兽，凡毛者生于庶兽。介麟生蛟龙，蛟龙生鲲鲠，鲲鲠生建邪，建邪生庶鱼，凡鳞者生于庶鱼。介潭生先龙，先龙生玄鼋，玄鼋生灵龟，灵龟生庶龟，凡介者生于庶龟。煖湿生容，煖湿生于毛风，毛风生于湿玄。湿玄生羽风，羽风生煖介，煖介生鳞薄，鳞薄生于煖介。五类杂种兴乎外，肖形而蕃。日冯生阳阏，阳阏生乔如，乔如生干木，干木生庶木，凡根拔木者生于庶木。根拔生程若，程若生玄玉，玄玉生醴泉，醴泉生皇辜，皇辜生庶草，凡根茇草者生于庶草。海闾生屈龙，屈龙生容华，容华生蔈，蔈生萍藻，萍藻生浮草，凡浮生不根茇者生于萍藻。”这一段文字清楚地勾划出一幅生物进化的图解④：① 董仲舒：《春秋繁露·顺命》。
② 《管子·内业》。
① 《淮南子·诠言训》。
② 《淮南子·诠言训》。
③ 王充：《论衡·自然》。
④ 苟萃华：《再谈〈淮南子〉书中的生物进化观》，《自然科学史研究》，1983 年，第2 卷第2 期。又参见苟萃华、汪子春、许维枢等：《中国古代生物学史》，科学出版社1989 年版。通过这幅图解可以看到，在《淮南子》中已把当时具有的分类学知识与朴素的生物进化观统一起来。例如把动物分为 （人类），毛（兽类），羽（鸟类），鳞（鱼类），介（龟鳖类）等五类，把植物分为藻类、草类和木类等三类，并且描述了各类动植物的系统进化过程。此外，还意识到所有的动物都有一个共同的祖先类型，叫湿玄。湿玄派生出两支即“毛风”和“羽风”。毛风又演变出 （人类）和毛（兽类），羽风演变出羽（鸟类）、鳞（鱼类）和介（龟鳖类）。而且每类动物、植物也都有一个原始型，如人类的原始型是“ ”，兽类的原始型是“毛犊”等等。最后归结为“五类杂种兴乎外，肖形而蕃”，认为这五类不同的动物各按其自身性状特征而繁衍下去。这是一幅关于生物界从一个原始祖先开始，由简单到复杂，由低等到高等的逐步演化发展的图景。它虽然是凭借想象而臆测出来的，与现代生物进化论的生物谱系相差甚远，但它毕竟反映了两千多年前所产生的生物进化观念，因而是非常可贵的。可惜的是，《淮南子》的生物进化观后来没有得到重视和发展。
第四十七章物理学秦汉时期的物理知识有着丰富的内容，在力学、热学、声学、光学、电和磁等方面，同先秦时期相比，都有不少新的成果。
第一节力学知识关于力的性质和作用的认识继春秋战国时期墨家学派对力进行定义（“力，刑之所以奋”）之后，秦汉时期对力的认识又有发展。在西汉刘安（前179—前122）组织编写的《淮南子》、《淮南万毕术》和东汉王充（27—约79）所著的《论衡》等著作中有许多精彩的论述。归纳起来约有以下几点：物体内力不能使物体自身发生运动：“力重不能自称，须人乃举。。。古之多力者，身能负荷千钧，手能决角伸钩，使之自举，不能离地。”①这是关于物体的内力不能使物体自身产生运动的最早表述。
外力的作用因物体重量的不同而不同：“湍濑之流，沙石转而大石不移。何者？大石重而沙石轻也。。。金铁在地，焱风不能动；毛芥在其间，飞扬千里。”①物体形状影响了物体的运动：“圆物投之于地，东西南北，无之不可，策杖叩动，才微辄停；方物集地，一投而止，及其移徒，须人动举。”②移动物体所需之力比举起物体所需之力少：“夫举重鼎者，力少而不能胜也；及至其移徙之，不待其多力者。”③就是说，移动物体要比举起该物用力少。这是从日常生活经验中就可得知的，但已隐含着对移动摩擦阻力问题的认识。此同先秦著作《考工记》中所提到的车轮着地须“微至”，以减少滚动摩擦阻力的认识相类似。
有锋刃的器具也须外力作用才能产生运动：“凿所以入木者，槌叩之也；锸所以能撅地者，跖蹈之也。诸有锋刃之器，所以能断割削者，手能把持之也，力能推引之也。”④如果没有外力，利器也不能发挥作用：“干将之刃，人不推顿，苽瓠不能伤；苽瓠之箭，机不动发，鲁缟不能穿。”⑤截面积对压力有直接影响，截面积越大，压力越小：“针锥所穿，无不畅达；使针锥末方，穿物无一分之深矣。”⑥关于“势”的概念在先秦著作《孙子·势篇》中提出了“势”的概念，此概念包含了物理学中的动能和势能。如“激水之疾，至于漂石者，势也”，指的是动能；“转圆石于千仞之山者，势也”，指的是势能；“势如彍弩，节如发机”，指的是弹性势能。至秦汉时期对于“势”的概念亦多有论述。如“夫舟浮于水，车转于陆，此势之自然也。”①“夫七尺之桡，而制船之左右者，以水为资。① 《论衡·效力》。
① 《论衡·状留》。
② 《论衡·状留》。
③ 《淮南子·主术训》。
④ 《论衡·效力》。
⑤ 《论衡·效力》。
⑥ 《论衡·状留》。
① 《淮南子·主术训》。
天子发号，令行禁止，以众为势也。”②“是故得势之利者，所持甚小，其存甚大；所约甚守，所制甚广。是故十围之木，持千钧之屋；五寸之键，制开阖之门。岂其材之巨小足哉，所居要也。”③十围之木与五寸之键，巨小悬殊，但因五寸之键居于要处，故其用甚大。对于弓矢之势，视远近而有别：“矢之于十步，贯兕甲；及其极，不能入鲁缟。”注云：“言势有极。”④就是说，矢至最大射程时，动能为零（势有极），虽薄如鲁缟，亦无力穿入。
对浮力的认识和利用对水浮力：远古时代已有舟楫，因而对水浮力早有所认识。秦汉时期造船业具有一定规模，水浮力在实践中得到广泛的利用。如“抱壶而渡水”⑤，“鸿毛之囊，可以渡江。”⑥也就是说，空壶和装满鸿毛的皮囊，可以助人渡江。这可看成是后世救生圈、救生衣的滥觞。人们还从竹和金属相比较角度对水浮力进行探讨：“长竹之性浮，残以为牒，束而投之水则沉，失其体也；金之性沉，托之于舟上则浮，势有所支也。”⑦秦汉时期对空气浮力也有一定的认识。相传帝舜曾借助于空气浮力而免于死难。因舜父瞽叟偏爱后妻子，常欲杀舜。有一次，瞽叟让舜上粮仓（廪）修顶，“瞽叟从下纵火焚廪。舜乃以两笠自扦而下，去，得不死。”①王莽时为抗击匈奴，特招募“有奇技术可以攻匈奴者，。。或言能飞，一日千里，可窥匈奴。莽辄试之，取大鸟翮为两翼，头与身皆著毛，通引环纽，飞数百步坠。”②这是人类第一次仿生滑翔飞行的大胆尝试。
对于表面张力的认识秦汉时期，人们已注意观察液体的表面，记载了一种属于液体表面强力的现象。《淮南万毕术》云：“首泽浮针。”高诱注：“取头中垢以涂针，塞其孔，置水即浮。”因头垢有油脂，涂在针表面，并塞其孔，钟与水便不浸润，当针足够轻的时候，由于水的表面张力的作用，便能使针浮于水面。这是关于表�