金宣宗貞祐二年（1214），在蒙古軍的打擊下，金都南遷，山西、河北、山東等地相繼失陷。武仙率鄉兵據守威州西山，抗蒙古自保，遠近歸附者日眾，很快成為有影響的地主武裝。不久，金宣宗詔授武仙為權威州刺史。興定元年（1217）三月，金將石海據真定（今河北正定）叛金，武仙領兵破真定，斬石海，降其部眾。宣差招撫使惟宏為他請賞，于是真授威州刺史，兼真定府治中，權知真定府事，駐守真定。未幾，遷洺州防禦使，兼同知真定府事，遙授河平軍節度使。興定四年（1220），授任知真定府事，兼經略使，遙領中京留守，權元帥右都監。
蒙古南下攻金，北方有不少有志之士、土豪聚眾守土抵抗。金宣宗為使北方地主武裝成為保衛開封的北面屏障，均授他們以官職，鎮守本土。貞祐四年（1216），右司諫術甲直敦提出了封建河朔的建議。興定三年（1219），太原失守，河北州縣不能自立。金宣宗召集百官商議對策，兵部尚書烏林答與等21 人提出：“河朔諸州，親民掌兵之職，擇土人嘗居官、有材略者授之，急則走險、無事則耕種。”宣徽使移剌光祖等三人進一步建策：“當募土人威望服眾者，假以方面重權。能克複一道（路），即以本道（路）總管授之。能悍州郡，即以長佐授之。必能各保一方，使百姓複業。”宰臣們主張置公府，行封建。興定四年（1220）二月，宣宗封建九公，各有封疆。活動在河北、山西、山東等地勢力較大的地方官吏、地主武裝首領九人，均晉封公爵，劃定管轄州縣。武仙被封為恒山公，管轄真定、中山府（今河北定縣）、沃州（今河北趙縣）、冀州（今河北冀縣）、威州、鎮甯（今河北獲鹿）、平定州（今山西平定）、抱犢寨（今河北獲鹿西）、欒城、南宮縣等地。此外，封滄州經略使王福為滄海公（在今河北東部）、河間路招撫使移剌眾家奴為河間公（在今河北中部），中都東路經略使張甫為高陽公（在今天津一帶），中都西路經略使靖安民為易水公（在今北京以西地區），遼州從宜郭文振為晉陽公（在今山西太原一帶），平陽招撫使胡天作為平陽公（在今山西臨汾一帶），昭義軍節度使完顏開為上黨公（在今山西長治、晉城一帶），山東安撫副使燕甯為東莒公（在今山東益都一帶）。九公除劃定所管州縣外，如能收複鄰近州縣，亦聽管屬。九公皆兼宣撫使，階銀青榮祿大夫，賜號“宣力忠臣”，總帥本路兵馬，署置官吏，征斂賦稅，賞罰號令得以便宜行事。在九公中，武仙財富兵強，號稱最盛，為九府第一。
興定四年八月，武仙在真定附蒙古軍。蒙古大將木華黎以部將史天倪任河北西路兵馬都元帥，武仙副之，駐真定，凡六年。後武仙與史天倪不和，欲南投金朝，金朝聞知招之。正大二年（1225），武仙殺史天倪，以真定附金。但被蒙古將笑乃■擊敗，自真定奔金南京（今河南開封）。興定五年（1228），金哀宗複封他為恒山公，置府衛州（今河南汲縣）。興定七年，武仙率軍收複蒙古占領的上黨，被蒙古援軍擊敗，退保衛州。未幾，蒙古軍圍衛州，哀宗遣平章政事完顏合達，副樞密使移剌蒲阿率兵救援，衛州解圍。徙武仙屯守鶻嶺關，扼金州路（今陝西安康西北）。
興定八年十一月，蒙古進兵峣峰關，由金州向東進軍。哀宗下詔諸將屯軍襄、鄧，武仙由荊子口赴鄧州（今屬河南），與完顏合達、移剌蒲阿軍會合，以圖阻止蒙古軍攻打開封。天興元年（1232）正月，在三峰山（今河南禹縣西南）兩軍大戰，金軍敗績，主力喪失殆盡。武仙僅以四十余騎逃至南陽留山，收潰軍得10 萬人，屯守留山及威遠寨，立官府，聚糧草，修器仗，兵勢稍振。三月，開封被圍，哀宗以武仙為參知政事、樞密副使、河南行省。召他與鄧州行省完顏思烈合兵救援。八月，行至密縣東，遇蒙古大軍不得前進，暫時按兵眉山店，遣使報完顏思烈阻澗結營，待軍至共進。思烈急欲赴援，不聽，行至京水被蒙古軍擊敗。武仙退回留山，哀宗再召，則請緩行，不奉召。鄧州宣差總領黃摑三合降蒙古，詐以書約武仙取裕州，武仙出兵應約，三合與蒙古軍乘機夾擊之，武仙兵敗柳河，轉走聖朵寨，招納潰軍散卒。天興二年（1233），金哀宗已棄開封遷歸德府（今河南商丘），再遷蔡州（今河南汝南）。武仙尚擁兵10 萬，當時是一支重要的軍事力量。三月，以聖朵寨軍食不足，移軍鄧州。鄧州倉稟亦乏，于是分軍至新野、順陽、淅川就食民家。武仙到順陽，與唐州守將武天錫、鄧州守將移剌瑗相掎角。不久，移剌瑗附宋，將武仙的虛實盡告宋。宋將孟珙率兵5000 襲武仙軍于順陽，武仙率軍卒五六百人擊敗之，生擒統制、統領數十人，獲馬千余。金哀宗曾數次遣使召武仙勤王護駕，七月，再遣近侍兀顏責武仙赴蔡州，詔曰：“朕平日未嘗負卿，國家危難至此，忍擁兵自恃，坐待滅亡耶！”將士聞知，相視哽咽，皆願赴難。武仙欲保自己實力，又恐軍心有變，于是與將士歃血盟誓，眾軍士心鼓舞。不久，武仙以軍糧少，恐不能到蔡州，先攻取宋金州奪糧，安頓老弱，然後赴蔡州，迎哀宗西上不晚為由，令軍卒自淅川溯流而上謀取金州，山路險阻，水流湍急，老幼溺死者不計其數，軍士多逃亡。武仙無奈半路而回，仍徘徊不赴蔡州。
天興三年（1234）正月，蔡州城破，哀宗自縊，金亡。武仙軍將士大怨，且糧盡，遂全軍瓦解。武仙僅帶隨從十余人北渡黃河，五月，在澤州（今山西晉城）為戍兵所殺。
第三節崔立崔立（？—1234），金將陵（今山東德州）人。原為游民，金宣宗興定四年（1220）前後，蒙古軍南下，崔立投依上黨公完顏開（金末封建九公之一）地主武裝，並以功授任都統、提控，階至遙領太原知府。哀宗正大初年，入京，請實授官品，為選曹所駁，每每以未至三品官而不滿。
天興元年（1232）正月，金軍與蒙古軍戰于三峰山，幾乎全軍覆沒。三月，蒙古軍圍攻南京（今河南開封），金朝岌岌可危，崔立出任安平都尉。十二月，哀宗棄南京逃往歸德府（今河南商丘），將南京托付給參知政事完顏奴申、樞密副史完顏習揑阿卜留守，崔立被授以京城西面元帥。
自蒙古軍圍城，開封內外不通，米價高漲，每升銀二兩，百姓糧盡，餓殍相望，甚至有人相食者。完顏奴申和完顏習揑阿卜沒有恢複之策，只知死守。百官士庶之中議論立荊王完顏守純（宣宗之子）監國，以城降蒙古，或可以自活。崔立抓住這個時機，于天興二年（1233）正月，與黨徒孛術魯長哥、韓鐸、藥安國等人發動政變，率甲士200 人攻入尚書省官邸，殺二相，同時殺點檢溫屯阿里、諫議大夫左右司郎中烏古孫奴申等數人。出諭百姓曰：“吾以二相閉門無策，今殺之，為汝一城生靈請命。”在尚書省集百官商議立親王監國之事，崔立言衛紹王太子完顏從恪的妹妹（公主）現在蒙古軍中，可立從恪監國。于是勒兵入見太後，傳令召從恪為梁王，監國。崔立自稱太師、軍馬都元帥、尚書令、鄭王，弟崔倚為平章政事，崔侃為殿前都點檢，其黨孛術魯長哥為禦史中丞，韓鐸為副元帥兼知開封府事，折希望、藥安國、張軍奴、完顏合達並為元帥，師肅為左右司郎中，賈良為兵部郎中兼右司都事，凡除拜任官皆以監國為辭，操縱內府之事。
隨後，崔立遣使至蒙古軍前投降，蒙古大將速不■到青城（開封城西南），崔立服禦衣，儀衛往見，以父事速不■。回開封後，悉燒京城樓櫓，以示實降，蒙古將帥大喜，暫時按兵未入城。崔立政變降蒙古，欲仿金初劉豫之事做蒙古的傀儡皇帝，乘時僭竊，將梁王與宗室近族皆置宮中，派心腹看守，限制出入。以供軍備為辭，盡括開封城內金銀，橫征暴斂，訊掠慘酷，郕國夫人及內侍高祐、隨駕官吏家屬多人被杖死，亦有不堪楚毒而自盡者。僅七八日就死上萬人，城內人人切齒痛恨。四月，崔立將兩宮、梁王、荊王及諸宗室驅赴青城。蒙古兵入城，時崔立正在城外，蒙古兵先入他的家中，掠取妻妾、寶玉。崔立聞知大慟，亦無可奈何。
崔立的行徑引起金朝官吏的痛恨，都尉李崎，山西人，妻有姿色，崔立每欲強奪；又受崔立妹婿折希顏的折辱，于是首建殺崔立之謀。他聯合都尉權東面元帥李賤奴，安平都尉司千戶李伯淵共議殺崔立之策。六月，傳聞附近有宋軍，李伯淵等人乘夜放火燒外封丘門，以恐嚇崔立。翌日晨，約崔立前往視察，及還，李伯淵伴送崔立還二王府，途中殺崔立，又斬殺折希顏、苑秀，將崔立尸體系馬尾，號召眾人說：“（崔）立殺害劫奪，烝淫暴虐，大逆不道，古今無有，當殺之不？”萬口齊應：“寸斬之未稱也。”于是斬崔立首級懸木上，望承天門祭哀宗，隨後籍抄崔立家。
第八十六章蒲鮮萬奴第一節金末遼東統帥蒲鮮萬奴（？—約1233），金女真人。金末元初東夏國的創建者。
金章宗時，初為尚廄局使。泰和六年（1206），宋韓侂胄以恢複中原為名，分兵三路伐金。蒲鮮萬奴以右翼都統從都統完顏賽不攻宋，赴溱水（汝水支流，今名臻頭河）阻擊宋皇甫斌率領的中路軍。適值溱河水漲，宋兵扼橋相拒。完顏賽不決定指派蒲鮮萬奴與完顏達吉不乘夜黑分左右兩路渡河，大敗宋軍。隨後蒲鮮萬奴率兵至真陽路（今河南正陽）斷宋軍後路，與諸軍追擊至陳澤（今河南固始縣陳集），斬首2 萬級，獲戰馬雜畜千余。溱水一戰擊潰宋中路軍，金軍乘勝連下淮南諸州縣，進至長江北岸。宋東路軍後退，西路軍向金朝奉表投降，宋廷震恐。于是金宋再簽和議（即嘉定和議）。蒲鮮萬奴因軍功晉爵一級。
金衛紹王大安三年（1211）七月，成吉思汗發兵南下攻金。衛紹王遣平章政事獨吉思忠、參知政事完顏承裕統兵迎戰。烏沙堡之戰金軍大敗，蒙古軍乘勝南下。蒲鮮萬奴被調往北線，任監軍，隨招討使紇石烈九斤（一說完顏九斤）至野狐嶺抵禦蒙古軍。雙方大戰于獾兒嘴（今河北萬全西北），因主帥九斤指揮失誤，金軍潰敗，南逃至會河堡（今河北懷安），再被蒙古兵大敗。金朝損兵折將，士氣難以複振，金朝滅亡于此役已見端倪。
衛紹王末年，金北邊千戶耶律留哥（契丹人）在東北起兵叛金，攻略城池，屢敗前來鎮壓的各路軍隊。契丹人耶的起兵響應，起義軍迅速擴大，眾至十余萬人。起義軍推耶律留哥為都元帥，耶的為副元帥，營帳百里，威震遼東。至甯元年（1213），衛紹王命完顏承裕為元帥右監軍、兼咸平路兵馬都總管，率軍60 萬，去東北剿滅耶律留哥，蒲鮮萬奴亦在軍中。此時，耶律留哥已投附蒙古，面對金朝重兵，自度抵擋不住，馳表聞于蒙古，請求援兵。成吉思汗命按陳等率騎兵1000 援留哥。雙方激戰于迪吉腦兒（今遼甯昌圖附近），耶律留哥以侄安奴為先鋒，橫沖金軍，加上蒙古騎兵相助，完顏承裕與蒲鮮萬奴等金將抵擋不住，遂潰敗，留哥俘獲甚多。三月，留哥自立為遼王，改元天統，都廣甯（今遼甯北鎮），聲勢益大。十月，金朝廷發生政變，衛紹王被弑，金宣宗即位，授完顏承裕遼東宣撫使，蒲鮮萬奴為咸平路招討使，不究前次喪師之罪，令其治兵效力。不久，承裕卒，以萬奴為遼東宣撫使，成為遼東地區最高軍政長官。
金貞祐二年（1214），宣宗欲招撫耶律留哥，遣退守蓋州的知廣甯府溫迪罕青狗往廣甯，招諭留哥，啗以重祿，留哥不從。青狗見留哥勢盛，妻子亦陷廣甯，反留下來臣侍留哥。金宣宗大怒，遂派遣新任遼東宣撫使蒲鮮萬奴率領大軍討伐耶律留哥。雙方戰于歸仁（今遼甯昌圖）北細河上，金軍大敗。蒲鮮萬奴收散卒敗走東京（今遼甯遼陽），耶律留哥進占咸平，盡有附近州縣，遂以成平（今遼甯開原）為都城，號中京。金宣宗在蒙古咄咄逼人的攻勢第二節東夏國的興亡貞祐二年五月，金宣宗棄中都（今北京），南遷南京（今河南開封）。
成吉思汗一面發大兵再圍中都，一面派遣木華黎率軍攻打遼西，從而切斷了東北與金朝廷的聯系。面對蒙古軍不斷進逼，蒲鮮萬奴與其他的東北金朝將官不是精誠合作，共同對敵，而是互相猜忌、傾軋。早在萬奴任咸平路招討使時，見東北路招討使完顏鐵哥兵強馬盛，乃以咸平與耶律留哥轄地相鄰，征完顏鐵哥騎兵2000、泰州軍3000 及其戶口充實咸平，鐵哥不遣。及萬奴繼任遼東宣撫使，即治鐵哥罪，下獄殺之。北京留守奧屯襄、宣差蒲察五斤上表，稱蒲鮮萬奴有異志，朝廷應治罪萬奴，限制其勢力發展。蒲鮮萬奴由于歸仁之敗，頗不自安。兩將上表，益恐宣宗治罪于他。此時木華黎大軍正在進攻遼西，連拔惠和（今遼甯建平北）、金源（今遼甯朝陽大青山西）、和眾（今遼甯凌源西）、龍山（今遼甯喀左南）等15 城，進而包圍北京（今內蒙古甯城）。貞祐三年（1215）正月，北京守將宣撫使兼留守奧屯襄被殺，二月城破。接著蒙古軍占領興中府（今遼甯朝陽）。蒲鮮萬奴決定不複聽命金朝，主動出擊，擴大自己勢力范圍，以圖在東北立足。三月、四月、五月、九月，萬奴多次出兵攻取咸平、沈州（今遼甯沈陽）、澄州（今遼甯海城），南下取宜風、易池（今遼甯蓋縣一帶）。耶律留哥偵知萬奴四處出兵，東京城內防守空虛，乘機攻破東京，副帥可特哥掠娶萬奴妻李仙娥。萬奴複取東京，其時遼東猛安謀克人多投附之。于是在貞祐三年十月據東京自立，稱天王，國號大真（史稱東真），改元天泰。都東京，統轄東京附近州縣及成平路部分地方。
貞祐四年（1216）七月，木華黎大軍占領遼西後，東渡遼河，連克蘇、複、海三州，一直挺進到鴨綠江下游，取婆速府路大夫營。蒙古軍所到之處旨在掠奪財物，一掃而過，遼東諸城望風而降。十月間，木華黎大軍過東京時，蒲鮮萬奴亦遞降表，並按照蒙古軍的規定，以子帖哥為人質，至蒙古給事于禦營。蒙古軍對舉城投附者，予以重用，並多保留原有勢力，駐守原地。拒降者皆殺戮無赦。因而蒲鮮萬奴降蒙後，仍擁有原來的實力，並有一定的獨立性。率眾十余萬人，遁入海島，經過一段時間的休整，興定元年（1217）正月，萬奴率部出海島，轉戰于鴨綠江下游一帶，破大夫營，敗金守將元帥于哥下。適時蒙古軍已撤出遼東，木華黎被調往中原。萬奴子帖哥亦從蒙古返回遼東，于是萬奴殺蒙古留守（監軍）耶律捏兒哥，叛蒙古自立。
以遼東不宜固守，蒲鮮萬奴率部北上攻取隆安府（今吉林農安），金守將遼東、上京等路宣撫使兼左副元帥蒲察移剌都棄城逃往開封。接著，萬奴全力攻打上京（今黑龍江阿城之白城子），由于金守將元帥完顏承充及其女完顏阿魯真率軍頑強抗拒，萬奴幾次發動進攻，均未能攻克。于是他放棄上京，向東進軍，進入易懶路、速頻路地區。六、七月間，改國號為東夏，年號仍為天泰，建都開元（一說在今黑龍江甯安東京城，即原渤海上京龍泉府；一說在綏芬河下游雙城子，即今烏蘇里斯克），並置南京（今吉林延吉東）、北京兩個陪都。
東夏國的政治、軍事、經濟與文化皆承用金朝制度，朝廷設尚書省六部，地方設路、府、州、縣與猛安謀克。轄境東至日本海，北界黑龍江，西起張廣才嶺東西，南到曷懶路南界（今遼甯鐵嶺一帶）。
蒲鮮萬奴建立東夏國時期，金朝在東北的統治已經崩潰，遼東行省退處婆速路（今遼甯、吉林東部和朝鮮東北部）一隅。耶律留哥部于貞祐四年（1216）發生內亂。趁耶律留哥赴蒙古朝見成吉思汗之機，乞奴、金山等推耶斯不稱帝于澄州（今遼甯海城），國號仍為遼。不久耶斯不被部下所殺，乞奴監國。留哥引蒙古兵擊敗乞奴，乞奴逃往高麗。耶律留哥徙居臨潢府，占據以廣甯為中心的遼西地區。經過這次變亂，耶律留哥已不能與蒲鮮萬奴相匹敵。蒙古正與金朝角逐中原，又用兵西夏，無暇分兵遼東。蒲鮮萬奴雖叛蒙古自立，但沒有與蒙古發生正面沖突，因此蒙古對東夏國沒有采取軍事行動，雙方相安無事。
乞奴率殘部入高麗境後，內訌迭起，不到三年時間，發生四次自相殘殺，後來喊舍成為首領，這支既不統一，又無節制的近十萬部眾，在高麗境內輾轉騷擾各地，京城屢遭威脅。興定二年（1218），東夏、蒙古、高麗三方聯軍討伐喊舍。蒲鮮萬奴遣東夏國元帥胡土率兵2 萬，成吉思汗派元帥哈真和紮剌率兵1 萬與臨潢的留哥部眾，約8 萬人；高麗助兵40 萬，圍喊舍部于江東城。翌年正月，喊舍自殺，余部投降。
金正大六年（1229），窩闊台即蒙古大汗位，親率大軍攻金。正大九年（1232）鈞州三峰山之戰，蒙古消滅金軍主力，占領了黃河南北大部分地區。隨後兵鋒指向東夏國，天興二年（1233），蒙古皇子貴由、諸王按赤台、國王塔思統帥大軍取道高麗，攻入東夏國。九月，圍困蒲鮮萬奴于南京，城陷，萬奴就擒被殺。蒙古軍很快占領了開元、恤品（今綏芬河流域）兩路。
第八十七章元好問第一節名震京師“元才子”
元好問（1190—1257），字裕之，號遺山。鮮卑拓跋氏後裔。太原秀容（今山西忻州）人。
元好問是金元之際的著名詩人、文學家、史學家。其父元德明，善詩賦，累舉不第，終生未仕，教授過鄉學，自號“東岩”，著有《東岩集》。元好問出生後七個月，就過繼給二叔元格、嬸母張氏。4 歲開始學習認字讀書。7歲入小學，8 歲學作詩，被人譽為神童。11 歲，元格官冀州（今河北冀縣），在那里，元好問受到翰林侍讀學士路鐸的賞識。路鐸，字宣叔，為文尚奇，詩篇溫潤精致。指點元好問作文章。14 歲，元格調官陵川，元好問受業于澤州宿儒郝天挺（字晉卿）。從學六年，博通經史，尤工詩。
貞祐二年（1214）金宣宗南渡，遷都開封。為避兵禍，元好問舉家遷往河南福昌（今河南宜陽），後轉徙登封。此時元好問與當時金朝詩文名家趙秉文、馮璧、雷淵、李獻能、王渥、崔遵、王著等人交游，或拜師，或為友，尤以辛願、李汾和李獻甫為知己。元好問經常與諸人游山水名勝，詩酒酬唱，詩歌創作極豐，對景抒情，借古諷今，飽含著深沉的家國之憂。其中《箕山》、《元魯縣琴台》等詩篇，深得禮部尚書趙秉文的贊賞，以為近代無此佳作。于是名震京師，被人目為“元才子”。
金宣宗興定五年（1221），元好問科舉及第，但因科場糾紛，被誣為“元氏黨人”，他憤然不就選任。三年後（1224），元好問又得到趙秉文等人貢舉，參加考試，得中宏詞科，被任為權國史院編修，留官南京（今河南開封）。自哀宗正大三年起，曆任鎮平令、內鄉令、南陽令。天興元年（1232），擢尚書省掾。不久，升任左司都事，又轉任尚書省左司員外郎。
第二節崔立碑事天興二年（1233），蒙古軍圍開封，元好問在圍城中。金哀宗以“親征”之名逃出京城，兵敗衛州後逃往歸德府（今河南商丘）。朝中無主，諸軍帥不聽調遣，朝野已有立荊王完顏守純（宣宗子）監國，以城投降蒙古的議論。兩位留守大臣完顏奴申和完顏習撚阿不只知死守，全無應對之策。趁官民失望、憤怒之際，安平都尉、京城西面元帥崔立率兵作亂，殺二相及十多位官員，以城向蒙古請降。
崔立投降蒙古後，自認為有免開封屠城之禍，拯救一城生靈之功，脅迫朝臣為其立碑歌功頌德。元好問、王若虛、劉祁等都被迫參加撰寫碑文，磨掉宋徽宗所立“甘露碑”的字跡，刻上碑文。幾天後蒙古兵入開封，大肆搶掠，碑立否不知結果。此事史稱“崔立碑事”或“甘露碑事”。因撰寫崔立記功碑文，有涉“名節”問題元好問一生常為此所擾。
第三節戰俘生涯天興二年（1233）四月，元好問隨兩宮、皇族宗室、百官被蒙古兵押往青城。五月，又被押送北渡黃河，羈管山東聊城，在聊城近兩年的時間里，一家十口居住在至覺寺一間不滿方丈的小屋內，過著半饑半飽的生活。這期間金哀宗在蔡州自縊，金朝滅亡。元好問寫了許多詩篇，記下了他的所見所聞和所思，其中有對金哀宗之死和金朝滅亡的沉痛哀悼，有對金朝君臣的無限思念，有對蒙古兵暴行的斥責，有對北方難民的同情，還有對崔立叛逆的鞭撻。由于元好問的詩文名氣很大，山東名人豪士多與他交往，後來結識了蒙古東平路行軍萬戶（當時山東最高長官）嚴實，被嚴實招為幕客，聲名日隆而交游益廣。他與嚴氏父子建立了親密的關系，後來他的文集也賴嚴實之子嚴忠傑而刊布流行。
窩闊台汗七年（1235），元好問遷往冠氏（今山東冠縣），在此居留三載。由于羈押限制放寬，又得到嚴實的部下，東平左副元帥兼分治大名府路同知兵馬都總管事、行軍千戶趙無錫的照顧，生活有所好轉。
第四節北方文壇盟主在山東六年中，元好問在文學上最重要的貢獻是完成了《中州集》的編輯工作（一說是于1249 年完成）。他為“不可令一代之跡泯而不傳”，收集金代250 名作家2100 余首詩詞。除首卷金章宗和其父顯宗完顏允恭之外，為每位作者立傳，開創了斷代詩史的新體例，將論詩、論史與作品彙集一處，以詩存史，對後人產生了重要的影響。
窩闊台汗十一年（1239），元好問攜家返回故鄉秀容。作為北方文壇盟主，他認為“金源氏有天下，典章法度幾及漢唐，國亡史作，己所當任”。遂以史學自任，大約在窩闊台汗十三年（1241），他曾去順天（今河北保定）張柔（蒙古順天帥，世侯，與好問為姻親）處，表示願修金史，欲借閱《金實錄》。早在金哀宗天興二年（1233）張柔率蒙古兵入開封時，獨入史館，取《金實錄》與秘府圖書北歸。此時張柔奏請蒙古皇帝，得到允許，但為樂夔所阻未成。于是元好問發憤自修金史，築“野史亭”以治史。元好問平生有三大嗜好：游山玩水、交友、飲酒。此後幾二十年周游于齊魯燕趙晉魏之間，往來四方游山訪友，采訪遺逸，有所得輒以寸紙細字親為記錄，雖甚醉不忘。所過之處“銘天下功德者，盡趣其門”。其跡益窮，其文益富，其名聲益著。元好問利用撰寫碑銘、記、序等記述史事，雜錄近事至百余萬言，以文存史，為撰寫《金史》積累了大量的材料。
乃馬真後二年（1243）元好問還曾應耶律楚材之邀到燕京，為其母蘇國夫人撰寫祭文和父親耶律履撰寫碑文。元好問與耶律楚材關系很好。早在金天興二年（1233）蒙古軍占領開封時，元好問向蒙古國中書令耶律楚材上書，請他保護資助金朝秀民才士衍慶公孔元措、狀元王綱、王鶚、李治、張仲經、麻革、楊奐、張德輝、李謙、徐世隆、劉祁兄弟、程思溫兄弟、樂夔等54人，酌加任用。此次元好問應召赴燕京的另一目的是想獲得一些有關金史的重要材料。
由于種種原因，元好問生前未能實現自己修成金史的願望，但他的著作《壬辰雜編》、《中州集》、收入《遺山文集》的各類文章，以及積累的金朝君臣言行資料，為元代修金史提供了大量的第一手材料，故《金史·元好問傳》稱“纂修金史，多本其所著云”。
元好問的詩作，五言詩風格高古沉郁，七言、樂府不用古題，別出新意，歌謠長短句，清新豪放，慷慨悲歌，有幽、並古風。內容上反映了當時北方人民在連年戰亂中的苦難，飽含著深沉的憂國憂民之情。語言優美而不尚浮華，奇崛而絕無雕琢之病，繼承了中國詩歌優秀傳統，“上薄風雅，中規李杜，下配蘇黃”，被譽為一代宗工。
元好問還長于書法，精于鑒賞書畫、金石文字、古物，通曉曆算、醫藥、佛、道，曾輯錄有中藥驗方《元氏集驗方》，傳之子孫。蒙哥汗七年（1257）九月卒于獲鹿寓舍，時年68 歲。
第八十八章數學五代十國時期各地方政權連年征戰，社會動蕩不安，但數學教育仍在以不同的形式繼續進行，並有一批數學家和天文學家為數學知識的傳播和數學的發展作出了積極的貢獻。據史籍記載，後唐明宗天成五年（930），宋延美“明算科及第。是年明算五人，而延美為之首”①。這說明當時重視數學教育，而宋延美作為中試的五人之首，顯然有較高的數學水平。又如後梁河東聞喜（今屬山西）人裴迪“明籌算”②，後晉與後漢並州（今山西太原）人聶文進“善書算”③，南漢韶州曲江（今廣東韶關）人薛崇譽“善《孫子》、《五曹算》”④，黃鍾駿《疇人傳》卷4 引《南漢書》載晚唐與南漢周傑“尤精曆算”，等等，這些人無疑都是有較高數學造詣的官員。當時一些天文學家如後晉馬重績撰修《調元曆》，後周及宋初王處訥撰修《明玄曆》和《應天曆》，後周王樸撰修《欽天曆》等，也必定掌握較複雜的數學知識。現存敦煌數學文獻中有一部分為五代時的作品，從中可以了解當時民間數學教育的一些內容。
在隋唐五代數學教育不斷推廣和數學知識逐漸積累的雄厚基礎上，兩宋時期的中國數學取得了多項突破性進展，並逐步走上了中國傳統數學發展的頂峰。這一時期出現了賈憲、秦九韶、楊輝等傑出數學家，撰寫了《黃帝九章算法細草》、《數書九章》、《詳解九章算法》、《楊輝算法》等數學名著，取得了諸如賈憲三角、增乘開方法、大衍求一術、垛積術、會圓木、縱橫圖等重要的數學成就，此外，在籌算簡捷算法方面也有許多新成果，為珠算的產生提供了必不可少的算法條件。
在遼、金、西夏等統治地區，數學也有一定程度的進步。如遼金天文學家賈俊、楊級、趙知微和耶律履等曾分別撰修遼《大明曆》、金《大明曆》、《重修大明曆》、《乙未曆》等，都要用到不少數學知識。史籍記載，當時通曉數學的人也為數不少，尤其是在金朝統治的山西、河北地區，中國數學家創造了一種普遍的列方程的方法，即“天元術”，從而為元代在天元術、四元術等方面取得重大成就奠定了基礎。
第一節賈憲三角賈憲是北宋時期的傑出數學家。關于他的生平，現在僅知，他是當時著名數學家和天文學家楚衍的弟子，曾以寄祿官左班殿直至司天監（後改太史局）任等官職，撰有《黃帝九章算法細草》9 卷、《算法 古集》2 卷，但都已失傳。據有人研究，賈憲《黃帝九章算法細草》約寫于天聖元年（1023）至皇祐二年（1050）之間①。從南宋數學家楊輝《詳解九章算法》所附《九章算法纂類》（1261）記載的該書部分內容可知，其中提出了著名的“開方作法本源”圖以及立成釋鎖開平方法、立成釋鎖開立方法和增乘開方法等。① 《冊府元龜》卷869。
② 《舊五代史》卷4。
③ 《新五代史》卷30。
④ 《宋史》卷481。
① 錢寶琮主編：《中國數學史》，科學出版社1964 年版，第145 頁。
圖1 開方作法本源圖開方作法本源圖（圖1）①，是一個由數字構成的三角形數表，現稱“賈憲三角”，因見于楊輝著作，故亦曾稱“楊輝三角”，實際上即指數為正整數的二項式定理系數表。楊輝曾明確指出：這個圖系“出釋鎖算書，賈憲用此術。”圖下五句說明文字的意思是說圖中各行數字為開方過程中的各項系數以及具體的開方方法。元代數學家朱世傑《四元玉鑒》記載的“古法七乘方圖”（圖2），又在賈憲三角中增添了許多連線，更進一步表示出二項式（x＋a）n 展開式各項系數之間的關系。賈憲三角是數學史上的重大發現，它在數學的許多領域都有極其重要的應用。15 世紀中亞數學家阿爾·卡西（Al—Kāshī）也曾給出二項式定理系數表，此後，這張圖表又被德國數學家阿皮安努斯（P.Apianus，1527），施蒂費爾（M.Stifel，1544），意大利數學家塔爾塔利亞（N.Tartaglia，1556）和法國數學家帕斯卡（E.Pascal，1654）等圖2 古法七乘方圖討論過，並被西方數學家稱為“帕斯卡三角”，但這些數學家都比11 世紀的賈憲晚很多年才獲得這一成果。
楊輝《九章算法纂類》還載有賈憲立成釋鎖開平方法和開立方法。“立成”是唐以後天文學家對推算各種數據時所用數表的通稱，“釋鎖”在宋元數學家著作中則指開方和解數字方程。因此，賈憲的立成釋鎖法應是利用一種數表來解決開平方、開立方乃至開高次方問題的方法，而這種數表很可能就是他提出的開方作法本源圖。但據《九章算法纂類》所載，其演算步驟則與《九章算術》少廣章開平方術和開立方術基本相同。
第二節增乘開方法賈憲的又一重要數學成就是根據開方作法本源圖的構造原理創造了增乘開方法。用這種方法開平方和開立方要比《九章算術》少廣章的方法簡便得多，並且其運算原則可以推廣到求任何高次冪和高次方程正實根的近似值。賈憲用此法解決了求x2＝A，x4＝A 等的近似值問題。在宋代有不少數學家對解方程問題進行研究。如據楊輝《田畝比類乘除捷法》所載，劉益在《議古根源》（全書已佚，楊輝書收有其二十多個算題）中提出了“正負開方術”，所論方程系數可正可負，取消了以前對方程系數只允許為正整數的限制，並討論了x2-ax＝A 和-x2＋ax＝A（a＞0，A＞0）的數值解法，把方程論（包括增乘開方法）推進了重要的一步。但是總的說來這些工作屬于初創，還不夠完整和系統。
南宋數學家秦九韶創造性地繼承和發展了前人的先進成就，提出了一套完整的正負開方術程序，成功地將增乘開方法運用于求一般高次方程：a0xn＋a1xn-1＋a2xn-2＋.an-1x＋an＝0（an＜O，a0≠0）
的數值解。他在《數書九章》中列舉了二十多個解方程問題，次數最高達十次；除一般方法外，還討論了“投胎”、“換骨”、“玲瓏”、“同體連枝”① 見中華書局影印本《永樂大典》卷16344 所收楊輝《詳解（九章）算法》。等特殊情形；並將其方法廣泛應用于面積、體積、測量等方面的實際問題，從而在高次方程數值解法問題上，達到了當時世界數學的最高水平。
增乘開方法的特點是在演算過程中自下而上隨乘隨加，求出各項系數，進行方程變換，逐步求出方程正根的各位數字，其演算程序具有很強的機械性，可以毫無困難地轉化為計算機程序。在西方，關于高次方程數值解法的探討，經曆了漫長的曆史過程，直到1804 年，意大利數學家魯非尼（P.Ruffini）才創立了一種逐次近似法用以解決數字高次方程解的近似值問題，並為此獲得了意大利科學協會頒發的金質獎章，而在1819 年英國數學家霍納（W.G.Horner）才提出與增乘開方法演算步驟基本一致的算法，後被稱為“霍納法”。但是，他們已經比秦九韶晚了五百多年，並且其原始方法也沒有秦九韶法簡捷明確。在現代一些計算數學著作中已將這種高次方程數值解法改稱“秦九韶法”。
第三節大衍求一術大衍求一術是中國古代數學家用于解決一次同余組問題的方法。這類問題與曆法中關于“上元積年”的推算有著密切的關系。在中國古代，天文學家們假定遠古時有一年的十一月初一甲子日夜半又恰好是合朔和那一年的冬至，並把這一時刻定為曆法計算的起點，稱為“曆元”。從該年到編曆年所經過的總年數，就叫做“上元積年”。已知編曆年實測冬至時刻和十一月初一合朔時刻推算上元積年，就是求解一次同余組問題。西漢曆法中已有上元積年的數據，但沒有算法的記載。由于當時問題比較簡單，所以其算法也不會太難。南北朝時期《孫子算經》中的“物不知數問題”（亦稱“孫子問題”），是最早見于中國數學文獻的一次同余組問題，但其解法很不完備。隨著天文曆法的發展，天文學家對曆元又提出了“日月合璧，五星聯珠”等要求，于是推算上元積年的條件更為複雜，求解有關同余組也就需要更高的技巧。顯然，從兩漢到宋朝的千余年中，一定會有很多天文學家和數學家曾研究並很熟悉一次同余組的解法，但可惜的是在有關文獻中除一些數據外卻沒有更多的記載。南宋數學家秦九韶系統地總結和發展了前人的貢獻，在《數書九章》中創立“大衍求一術”，提出關于一次同余組問題的相當完整的理論和算法，並且推廣其應用范圍，取得了舉世公認的傑出成就。他所著的《數書九章》，曾稱《數學大略》、《數學九章》，全書18 卷，分9 類，每類9 題共81 個應用問題，其內容涉及天文曆法、土地面積、勾股測量、建築工程、田賦戶稅、商業貿易、貨幣金融、軍事活動等豐富內容，是一部可與《九章算術》相媲美的數學名著。
《數書九章》所載大衍求一術的大意是，設要求解一次同余組：x≡ri（modmi）（其中i＝1，2，3，.，n）
秦九韶把求最小正整數x 的問題歸結為求出一組數ki，使之滿足條件：kiMmi≡1（modmi），（i＝1，2，3.，n）
其中M＝m1·m2·.·mn，ki 稱為“乘率”。于是，一次同余組的最小正整數解x=（r1k1Mm1＋r2k2Mm2＋.＋rnknMmn）—pM（p 為非負整數）
這就是現在數論中著名的“孫子定理”。秦九韶詳細論述了用輾轉相除推算ki 的方法，由于運算的最後一步要出現余數1，因而稱為“求一術”。他又進一步將其與《易經·系辭》中的“大衍之數”附會起來，而稱之為“大衍求一術”（現在一般通指一次同余組解法）。此外，他還分別討論了模數m1、m2、.、mn 兩兩互素和不互素的情形，並給出了相應的變換方法。在歐洲，直到18、19 世紀，著名數學家歐拉（L.Euler，1743）和高斯（C.F.Gauss，1801）等才對一般同余組解法進行了深入研究，獲得與秦九韶相同的結果，並且對模數兩兩互素的情形給出了嚴格的證明。這已經是秦九韶以後500 年的事情了。在數學史上，上述定理過去稱為“中國剩余定理”，現多改稱“孫子剩余定理”或“孫子定理”。
第四節垛積術在中國古代，對于一般等差數列和等比數列，很早就有了初步的研究成果，如《九章算術》、《張丘建算經》等都提出了一些有關等差級數求公差及求和的公式。北宋科學家沈括在《夢溪筆談》中又首創“隙積術”，開始研究某種物品（如酒壇、圓球、棋子等）按一定方式堆積起來求其總數問題，即高階等差級數的求和方法。設一個長方台垛的上廣（頂層寬）為a（個物體），長為b，下廣（底層寬）為c，長為d，高共有n 層，則沈括的結果相當于得到長方台形垛積物體總數：S＝ab+(a+1)(b+1)+(a+2)(b+2)+.+[a+(n-1)][b+(n-1)]＝n6[(2b+d)a+(2d+b)c]+n 6(c-a).關于這個結果，沈括僅說：“予思而得之”①，但他沒有詳細說明是用什麼方法求得這一正確的長方台垛公式的。南宋數學家楊輝在《詳解九章算法》和《算法通變本末》中，豐富和發展了沈括的成果，提出了諸如S nnn nsn nn n n= + + + + = + += + + + + ++= + +1 2 361 2 11 3 6 10121 61 22 2 2 2 LL( )( ),( )( )( )之類的菓子垛和三角垛求和公式。沈括、楊輝等討論的級數與一般等差級數不同，它們前後兩項之差並不相等，但是逐項差數之差或者高次差相等。對這類高階等差級數的研究，沈括稱為“隙積術”，楊輝之後則一般稱為“垛積術”，後來成為一項重要的研究課題，吸引不少數學家從事這方面的工作。如元代數學家朱世傑就得到了一系列更複雜的高階等差級數求和公式，並把垛積術與招差術（高次內插法）聯系起來，對後世產生了很大影響。清代數學家顧觀光指出：“堆垛之術詳于楊氏、朱氏二書，而創始之功，斷推沈氏。”① 《夢溪筆談》卷18。
②第五節會圓術沈括在數學上的又一重要貢獻是創立“會圓術”③，給出了中國數學史上最早的由弦和矢的長度來求弧長的近似公式。如圖3，設圓的直徑為d，BE弦長為c，DK 矢長為v，BDE 弧長為s，則沈括的結果相當于得到了公式S≈c＋2 2 vd.這是一個近似公式，但在一定范圍內使用還是比較簡便的。他同時還得出一個由矢長和半徑求弦長的公式。雖然沈括並沒有說明他的證明方法，但這兩個公式很容易從《九章算術》弧田術及勾股定理推導出來。會圓術的重要意義還在于它在中國數學史上最早提出了關于弧、弦、矢之間的關系問題，此後一些數學家繼續對這一新課題進行研究並取得了不少新成果。如元代郭守敬、王恂等人在《授時曆》中反複應用沈括的會圓術，並根據相似三角形各線段間的比例關系，在推算“赤道積度”（太陽赤經余弧）和“赤道內外度”（太陽赤緯）方面創立了一種新的方法。就數學意義而言，這種新算法相當于球面三角學中求解球面直角三角形的方法。
第六節縱橫圖縱橫圖，亦稱幻方，是把從1 到n2 的自然數排列成縱橫各有n 個數，並且使同行、同列及同一對角線上n 個數的和都相等的一種方陣。縱橫圖是中國古代數學中由來已久的比較特殊的內容之一。《數術記遺》載有“九宮算”，甄鸞注稱：“九宮者，即二四為肩，六八為足，左三右七，戴九履一，五居中央。”這實際上是一個三行縱橫圖，各行、各列及兩條對角線上的數字之和都等于15。“九宮圖”，後世通稱“洛書”，其起源當早于漢代，同時它也是世界上現在已知最早的縱橫圖。南宋楊輝在《續古摘奇算法》中列出了n＝3，4，5，.，10 行的各種縱橫圖，如十行縱橫圖稱為“百子圖”等，並對一些縱橫圖的構造方法進行了研究。如洛書數的構造方法是“九子斜排，上下對易，左右相更，四維挺出”等。此外，他還記錄了聚五圖、聚六圖、聚八圖、攢九圖、八陣圖、連環圖等圓形或環形的新型數字組合圖，這些都可說是縱橫圖的進一步演變和發展①。丁易東《大衍索隱》也收有與楊輝攢九圖和連環圖相似的圖。明清時期一些數學家如程大位、王文素、方中通、張潮、保其壽等對縱橫圖進行深入研究，取得了更加豐富多彩的結果。過去，② 顧觀光：《九數存古》卷5。
③ 《夢溪筆談》卷18。
① 參見李儼：《中算家的縱橫圖研究》，見李儼《中算史論叢》第一集，科學出版社1955 年版。縱橫圖大多是作為開動腦筋啟發智力的一種數學游戲，而現在則已成為組合數學的重要內容，在程序設計、圖論、組合分析等方面得到了廣泛的應用。第七節籌算算法的發展中國古代數學在籌算的基礎上取得了極其輝煌的成就。但是，作為主要計算工具的算籌，也還存在不少缺點，特別是使用不便，演算速度和效率不可能很高。例如籌算乘除法，要把算籌擺成上中下三層，演算時要不斷拿上拿下，一根根移動，相當麻煩。所以，當時天文學家和數學家乃至財會人員作比較複雜的計算，有時要把算籌擺滿一桌子，即所謂“置籌盈案”。可想而知，用四五寸長，二三分寬的小竹棍擺一個十幾位的數字，所占的地方就已很可觀了。隨著農業、手工業和商業的發展，日益需要進行大量繁雜的計算，並且要求算得快和算得准，因此原有計算方法甚至計算工具都越來越不能適應實際需要，改進算籌和籌算的迫切要求迅速提到日程上來。對籌算方法的研究和改進，首先是從簡化乘除運算開始的。早在8 世紀的中唐時期，以《夏侯陽算經》名義流傳至今的《韓延算書》，就記載了把多位數乘除通過身外添減等轉變成乘以或除以單位數的方法。北宋科學家沈括在《夢溪筆談》中提到了求一、上驅、搭因、重因、增成之類籌算的簡捷算法並且指出：算術“見簡即用，見繁即變，不膠一法”①，概括地說明了當時這樣一種趨勢。南宋數學家楊輝對籌算算法的發展有突出的貢獻。楊輝，字謙光，錢塘（今浙江杭州）人，生平不詳，曾在浙江做過地方官員，撰有《詳解九章算法》附《九章算法纂類》共12 卷（1261），《日用算法》2 卷（1262），《乘除通變本末》3 卷（1274），《田畝比類乘除捷法》2 卷（1275），《續古摘奇算法》2 卷（1275），後三種一般合稱《楊輝算法》。在楊輝的著作中，系統地敘述了以加代乘和以減代除的各種方法，其中“加法代乘”有五法，“減法代除”有四法，如加一位、加二位、重加、隔位加、連身加、減一位、減二位、重減、隔位減等。他還介紹了唐宋相傳的求一代乘除法並編成易于上口的歌訣。如求一乘法歌訣是“五六七八九，倍之數不走。二三當折半，遇四兩折紐。倍折本從法，實即反其有..”①用這種方法把乘數的首位變成1，然後再用加一位、加二位等方法來計算。對于除法，也有求一歌用來簡化運算。但通過求一除法歌訣以減法代除進行除法運算實際上並不簡捷，所以後來被歸除歌訣所代替。楊輝《乘除通變算寶》中還載有九歸歌訣、化零歌以及除數是兩位數的飛歸歌訣等。如九歸古訣是：“歸數求成十，歸除自上加。半而為五計，定位退無差。”楊輝在這四句古訣的基礎上，又添注了三十二句新口訣，使之更加明確。像楊輝算書里記載的歌訣形式，在13、14世紀宋、元、明三代是很流行的。當時不僅用這種詩歌形式提出問題，而且① 《夢溪筆談》卷18。
① 見楊輝《乘除通變本末》中的《乘除通變算寶》。
用來說明算法。這種便于記憶和掌握的形式，後來更加簡明和完善。它反映了籌算算法的發展，也促進了珠算的產生，而它本身也逐漸演變成後人熟知的珠算口訣。
在唐宋時期還有一部《謝察微算經》。《新唐書·藝文志》載《謝察微算經》3 卷，《宋史·藝文志》作謝察微《發蒙算經》3 卷，對這部算經的年代現在還難以確定。有些學者認為這是五代時的作品，並據此書殘存部分“用字例義”中提到與算盤有關的用語，如中、算盤之“中”、脊、進、退、上、下等，推斷五代時已經有了珠算②。但是，這部分內容是否為《謝察微算經》原有的內容尚有疑義，並且現在還沒有掌握元代之前已有珠算的任何一條可靠記載，所以對這類問題尚有待進一步的考證與研究。
除上述各項數學成就外，在諸如四舍五入法，小數記法，聯立方程組解法，已知三角形三邊求面積的公式，棋局總數計算，運籌思想與實踐等方面，兩宋時期的數學家們也都作出了相當出色的貢獻。
第八節數學教育兩宋時期官府對數學教育事業曾給予了一定的重視，但幾起幾落，爭議不休。北宋初期算學曾與文、武兩學並列，設有算學博士，但一直未開辦正式的學館。宋神宗元豐七年（1084）詔令通算學者可于吏部就試，合格者授予地位很低的官職，並令秘書省刊刻算經十書，以備學習之用。宋哲宗元祐元年（1086），曾派人選址，准備建造算書館，但是由于找不到合適的教員，並且有人反對說，將來“建學之後，養士設科，徒有煩費，實于國事無補”，于是作罷。直到宋徽宗崇甯三年（1104），國子監始立算學，設博士4 人和其他職員8 人，計劃招收260 名學生。學習教材是《九章》、《周髀》、《海島》、《孫子》、《五曹》、《張丘建》、《夏侯陽》等。考試分上、內、外三舍（三級），上舍合格者可授予通仕郎、登仕郎、將仕郎等初級官階。崇甯五年（1106）初，算學被撤銷，而在同年底卻又得到恢複。大觀三年（1107）還搞了一次封祀曆代數學家和天文學家的禮儀活動，如封張衡為西鄂伯，祖沖之為范陽子，劉徽為淄鄉男等，並打算繪像從祀，但也由于有人反對而未正式進行。大觀四年（1108），又撤銷算學，算學生並入太史局。政和三年（1113）複置算學，仍用算學館舊址，並令地方上仿照執行，其教育制度與元豐、崇甯時相同。宣和二年（1120）再次撤銷了算學館及有關的官職。由上所述可以看出，北宋時算學館的興廢交替比較頻繁，這種情況當然對數學發展是不利的。到了南宋時期，官辦數學教育事業就更趨衰微了。但另一方面，官辦數學教育畢竟培養了一批通曉數學的人才，並對民間數學傳習產生了一定的鼓勵和示范作用，這還是應該肯定的。
在數學教材方面，北宋元豐七年（1084）刻印算書時，唐代十部算經中的《綴術》已經失傳，因而只刻印了九部，並且據考證，其中《夏侯陽算經》並非原著，而是唐代中期的《韓延算術》，這部書由于卷上第一章引用了夏侯陽的一句話而被誤認為《夏侯陽算經》。元豐年間所刻《周髀算經》、《九章算術》、《海島算經》、《孫子算經》、《五曹算經》、《夏侯陽算經》、② 李迪、馮立升：《〈謝察微算經〉試探》，見李迪主編《數學史研究文集》第三輯，內蒙古大學出版社1992 年版。
《張丘建算經》、《五經算術》和《緝古算經》這九部算經是最早的官刻本數學書籍，可惜在清初就已全部亡佚。南宋紹興九年（1139）刻書興學，但未刻印算書。一直到南宋嘉定六年（1213），鮑澣之在福建汀州學校主持翻刻北宋本九部算經時，又補入《數術記遺》1 卷。到了清初，南宋所刻算書也僅存《周髀》、《孫子》、《張丘建》、《五曹》、《緝古》、《夏侯陽》和《九章》7 種孤本，其中《九章算術》僅存5 卷。這些書幸得傳留至今。宋刻本十部算書基本上是以李淳風等注釋本為基礎的，並且其絕大部分內容通過各種途徑流傳下來，為我們保存了寶貴的數學史料，這就是我們現在可以見到的《算經十書》。
從隋唐到宋元，官府興辦的數學教育事業日趨衰落，而民間數學教育卻有所發展。在敦煌千佛洞發現的算書和算表，記載了算籌記數、乘法口訣、四則運算、面積、體積等實用算術方法。這些著作大多是唐末宋初的作品，從中可以反映當時民間數學教育的一些內容，並表明當時所用教材並非都是官府統一刊布的算經。到了宋元時期，民間數學教育更為流行，如李冶曾在河北元氏與獲鹿兩縣交界處的封龍山隱居講學，並進行數學研究。在元代數學家和天文學家郭守敬少年求學時的河北磁縣紫金山，形成了一個以劉秉忠、張守謙、張易等為中心的成就卓著的學派，數學也是這個學派教學與研討的領域之一。元代數學家朱世傑更是“以數學名家周游湖海二十余年”，“四方之來學者日眾”。他的《算學啟蒙》是一部很好的數學入門書，其中還包括“天元術”等當時數學的最新成果。特別是南宋之後刻印的數學著作中，出現了歌謠形式的數學問題和算法口訣，更能說明數學的傳授已經走出官學的大門，逐漸深入到了民間。此外，還應提到的是楊輝在《乘除通變本末》中給出了一個“習算綱目”，這是學習一般民用和商用數學的一份切合實際的教學大綱，其中提倡循序漸進與熟讀精思，注重培養和提高計算能力等。這個“習算綱目”是我國數學教育史上的一篇重要文獻。
第八十九章天文學第一節珍貴的天象記錄宋代很重視天象觀測，為了避免天文觀測人員謊報、漏報、錯報天象，同時也為了提高司天監人員的責任心，除司天監外，還在皇宮內再設天文院，也進行天象觀測，並于次日清晨用以核對司天監的報告。于是司天監與天文院兩邊的天文觀測人員都不敢懈怠，故天象記錄多而詳細，有些記錄具有重要的科學價值。
1006 年在豺狼座爆發了一顆超新星，據研究，這顆星最亮的時候達到—9.5 等，即當時的亮度約相當于滿月亮度的十分之一。這次爆發所留下的遺跡是一個射電源，仍為現代天文學家所關注。關于這顆超新星的爆發，宋代留下了較詳細的記錄。如《宋史·天文志》載：“景德三年（1006）四月戊寅，周伯星見，出氐南騎官西一度，狀如半月，有芒角，煌煌然可以鑒物，曆庫樓東。八月，隨天輪入濁。十一月複見在氐。自是，常以十一月辰見東方，八月西南入濁。”《宋會要輯稿·瑞異一》載：“（景德三年）五月一日，司天監言：先四月二日夜初更，見大星，色黃，出庫樓東、騎官西，漸漸光明，測在氐三度。”
另一顆超新星更為著名，就是1054 年爆發的天關客星。《宋史·天文志》記錄是：“至和元年五月己丑，（客星）出天關東南，可數寸，歲余稍沒。”《宋會要輯稿·瑞異一》記錄是：宋仁宗至和元年（1054）七月二十二日，“守將作監致仕楊惟德言：伏睹客星出見，其星上微有光彩，黃色。”同書記宋仁宗嘉祐元年（1056）三月，“司天監言：客星沒，客去之兆也。初，至和元年（1054）五月晨出東方，守天關。晝見如太白，芒角四出，色赤白，凡見二十三日。”現代天文工作者根據這些曆史記載和當前這顆超新星遺跡的狀態，確定了這顆超新星的類型。他們從所記載的星的位置，最大亮度，從最亮到看不見所經曆的時間，分析出它的爆發機制和爆發後的演化。現在已知，天關客星的遺跡是一個美麗的蟹狀星云，星云中還有一顆中子星。它是一個強射電源，有強x 射線輻射、γ射線輻射和紅外輻射等。這些都引起現代天體物理學家的極大興趣。
沈括有一條天象記載也受到現代科學家的高度評價。《夢溪筆談》所記載的是宋英宗治平元年（1064）的一次隕石降落：“常州日禺時，天有大聲如雷，乃一大星幾如月，見于東南。少時而又震一聲，移著西南。又一震而墜在宜興縣民許氏園中。遠近皆見，火光赫然照天，許氏藩籬皆為所焚。是時火息，視地中只有一竅，如杯大，極深，下視之，星在其中熒熒然，良久漸暗，尚熱不可近。又久之，發其竅，深三尺余，乃得一圓石，猶熱，其大如拳，一頭微銳，色如鐵，重亦如之。”短短不到200 字，將隕石降落的整個過程寫了出來，對聲、光、色、溫、地點、過程、形狀、重量、密度和降落時間等作了全面詳細的描述。
第二節天文儀器的制造宋代制造過許多大型的天文儀器。如宋太宗太平興國四年（979）正月，來自四川的民間天文學家張思訓設計並于次年制成一台水轉渾象，通稱“太平渾儀”，起樓高一丈有余。這台渾象改水力推動為水銀推動，以解決冬天因水流凝凍遲澀而影響儀器運轉速度的問題。與渾象運轉聯動的報時裝置，勝過東漢張衡及後來的一些同類儀器，小木人也增加到十多個。《宋史·天文志》載：“七值神左搖鈴、右扣鍾、中擊鼓，以定刻數。每一晝夜，周而複始。又以木為十二神，各值一時，至其時，則自執辰牌，循環而出，隨刻數以定晝夜長短”。七值神即七曜值日，實際上，這是一個帶有日曆顯示的時鍾，是采用星期制的報日和報時裝置。其中由金、木、水、火、土加日、月表示七值周期，以金曜日為七值周期之首。這種記日制度，早在唐代《符天曆》和五代時期的《調元曆》中已經使用，宋代建隆四年（963）起行用的《應天曆》中，也有七值內容。此外，在一天之內又分十二辰，由十二神輪流出現報出時辰，而時初、時正和刻數則分別由鈴、鍾、鼓聲報出。張思訓的儀器繼承和發展了唐代一行和梁令瓚的成果，並對後來的儀象設計產生了一定的影響。他也因創制儀器有功而升任司天渾儀丞。
宋太宗至道元年（995），天文學家韓顯符制成一台供觀測用的銅渾儀，通稱“至道銅候儀”。大中祥符三年（1010）他再造一台相類似的渾儀，專門用于司天台培養觀測生的教學。此外，皇祐三年（1051）舒易簡、于淵、周琮等人制成黃道渾儀；熙甯三年（1070）沈括、皇甫愈等人制成熙甯渾儀。這些儀器每台用銅量都在兩萬斤左右，各自有一些新的創造。如皇祐渾儀，它的時間分劃一改在地平環上刻度的舊制，而改刻在固定的赤道環上，正確反映了天體位置隨時間變化的規律。熙甯渾儀簡化結構，從計算上去解決月亮在白道上的位置，將渾儀上的白道環取消，使用方便，而且提高了測量的精度。
天體周而複始不斷地在天穹運動，不同時刻它們的位置不同，因此，在使用渾儀觀測天體時，相應地也要有良好的計時儀器，客觀需要提出了提高漏刻精度的要求。天聖八年（1030）燕肅發明蓮花漏，在多級漏壺（上匱和下匱）的最後一級漏壺（下匱）上部開孔（分水孔），使壺中的水位恒定地保持在孔下，多余的水由孔經注水筒（竹注筒）流入減水盎。由于末級漏壺水位恒定，所以漏水均勻，提高了計時精度。皇祐初期，舒易簡、于淵、周琮等人又在蓮花漏的基礎上，再加一級恒定水位的平水壺，從而使漏刻的精度進一步提高。
宋代最為精巧的天文儀器，當推蘇頌領導研制成功的水運儀象台。元祐元年（1086），蘇頌奉旨校驗天文院和太史局兩處的新舊渾儀，考察中他發現同一台儀器由不同的人去操作，所得測量結果不同，他們“各指得失，終無定論”。于是他想制造一種以水為動力，渾儀和渾象聯動並能與天同步運動的儀器。另外，一行、張思訓已將這種儀器與報時裝置集為一體，所以新的儀器還要同時解決報時問題。蘇頌首先遇到的困難是缺乏參考資料，正如他自己所寫：“張衡之制，史失其傳；開元舊器，唐世已亡”，本朝“太平渾儀，自思訓死，機繩斷壞，無複知其法制者”，所以制作新儀必須重新設計。經過蘇頌與精通數學、天文學並有巧思的吏部守當官韓公廉等人的反複研究和精心設計，新儀從元祐二年（1087）開工制造，三年制成木樣，經鑒定和檢驗後，據此正式鑄造銅儀。元祐七年（1092），這座中國古代最宏偉、最複雜的天文儀器建成，宋哲宗賜名“元祐渾天儀象”，後人通稱“水運儀象台”。
蘇頌實現了將渾儀、渾象和報時結合于一體的設想，整座儀器使用水力為動力，經變速、傳動和控制使三部分儀器聯動並能跟蹤天體運行。儀器總高約12 米，寬約7 米，分上、中、下三層，底層是動力與傳動裝置和報時鍾，中層密室中轉動著的是渾象，上層為渾儀。渾儀上的望筒可對准並可自動跟蹤天體，而隨望筒運動的三辰儀時圈則可指示出時間的變化，此外，渾儀所在小室的屋頂可以啟閉，這與現代天文台上的望遠鏡轉儀鍾與活動圓頂作用相同。
水運儀象台的報時部分也精巧絕倫。它共分五層，其中三層用于白晝報時，兩層用于夜間報時，共有承擔報時職能的木人254 個，每個時辰分時初與時正，分別由左門小人搖鈴和右門小人敲鍾報出，每至一刻由中門小人擊鼓。第二、三層的木人分別舉辰牌與刻牌，當非正點辰刻沒有報時聲的時候可從牌上看出當時的時辰與刻數；第四、五層的木人敲鉦以報更，沒有報更聲的時候可從木人所舉更牌上看出更次。水運儀象台的整台儀器由水提供動力自動運轉。它的又一項重要發明是其“天衡”裝置，它類似于近代鍾表的擒縱器（卡子），控制著儀器，使之均勻運動。
國際科學史界對水運儀象台的評價極高，認為它是現代鍾表的祖先。關于它留下了較詳細的記載，特別是其機械結構、裝配圖等都收于蘇頌所著的《新儀象法要》一書中。
蘇頌還制造過另一台大型天文儀器，據《玉海》記載，它是一架假天儀，“大如人體。人居其中，有如籠象。因星鑿竅，如星以備。激輪旋轉之勢，中星、昏、曉，應時皆見于竅中。星官曆翁，聚觀駭歎，蓋古未嘗有也。”據研究，這台儀器的主體是用竹條制成的球體，很像一個圓形籠子。表面上再用不透明的紙絹裱糊，並按星宿位置校算開孔①。人坐在密封的球內，球面上小孔透過來的光如同夜空中的繁星。這種便于演示和觀察天體運行的儀器，可以說是今日天象儀的鼻祖。
宋代制造的天文儀器，數量眾多，精密複雜，並有不少創新，這是中國古代天文學發展進入高峰的重要標志。
第三節恒星測量與星圖恒星測量是天文學的基礎工作，而星圖則是觀測恒星的記錄和查找恒星的一種工具。中國古代的星圖大致可分為兩類，一類是天文學家作為認識和記錄天空中星官位置而繪制的星圖，另一類是多為裝飾用的示意性質的星圖。五代吳越錢元祐墓及其妃子吳漢月墓後室頂部各有一塊石刻星圖，這是我國現存最早的石刻天文圖。這兩幅星圖的直徑約1.9 米，比後來南宋蘇州石刻天文圖大了一倍，刻星各約180 顆左右，雖是示意性質，但位置比較准確。
宋代是進行全天恒星觀測最多的時期，先後進行過七次較大規模的恒星測量。如宋太宗太平興國年間（976—984）作了二十八宿距度測量。又據《文獻通考》和《玉海》記載，宋仁宗時曾查閱開國之初的恒星記錄，見“止截二十八舍及大角至屏星四十二官”，並查知這次測量是因為發現當時的觀測值與唐一行所測不相同，為了占考“災祥之度”，進而實測了這些星，其結果與開元年間的測值相差兩三度甚至五度。大中祥符三年（1010），韓顯符① 王振擇：《中國最早的假天儀》，見王振擇《科技考古論叢》，文物出版社1989 年版，第278—286 頁。等用其制造的渾儀又補測了外官星的位置。
景祐年間（1034—1038），再一次測量了二十八宿距度及周天恒星。當時宋仁宗下令要編一部新的星占書《景祐乾象新書》，為使曆代諸家占語與當時天象相符，所以要求重新測量恒星位置，主持測量的則是韓顯符的授業學生楊惟德。這次測量比以前測量的星數要多。《景祐乾象新書》中曾列有一張周天星座入宿、去極度數表，可惜這份星表已經失傳，僅在《宋史·天文志》中載有其中關于二十八宿距星的實測結果。皇祐年間（1049—1054），周琮等人用所鑄黃道銅儀重測二十八宿及周天恒星。這次觀測所使用的儀器刻度精確，並且改進了漏刻，因而取得了極有價值的成果。這些觀測結果後來被收入北宋王安禮重新修訂刪改的《靈台秘苑》一書。其內容包括345 個星官的距星的入宿度和去極度。這是我國現存明末以前所收星數最多的一份星表。
元豐年間（1078—1085）又進行一次恒星測量，測量精度也比較高。這次測量的成果被繪成星圖，並刻石保存下來，這就是現存蘇州博物館的著名的蘇州石刻天文圖。圖碑高2.16 米，寬1.06 米，上半部為星圖，外徑91.5厘米，下半部為天文圖碑文，總共刻星1431 顆。原圖為紹熙元年（1190）黃裳繪制，南宋淳祐七年（1247）由王致遠刻石成碑。該圖將中原地區可見星空展現在一幅圖中，不但星位准確，而且二十八宿、三垣、十二次、內規、赤道、外規、分野、星官聯線、星官名稱都刻得清清楚楚。蘇州石刻天文圖是研究宋代全天星空的寶貴資料。明代正德元年（1506）的江蘇常熟石刻天文圖，則是根據蘇州石刻天文圖經訂正翻刻而制成的。
北宋的重要星圖還有蘇頌《新儀象注要》一書中所附的五幅星圖。據研究，這些星圖也是實際觀測的結果，就畫法而言，則屬于兩種不同的投影系統。其一是兩幅赤道帶橫圖及一幅北極區圓圖，按天區分別畫出全天恒星，圖上用經線將二十八宿隔開。這種系統避免了蓋天式圓圖在南緯星區的失真問題，較科學地表現出全天星空。另一系統是將整個天球沿赤道剖開，北半天球以北極為心，畫一圓圖，南半天球以南極為心，另畫一圓圖，而南極附近恒隱圈內的星空在北半球的北宋都城汴京（今開封）是看不見的，所以圖上空著，留待補充。這種形式新穎的全天星空表示法是蘇頌等人的首創。紹聖二年（1095）再測二十八宿距度，崇甯年間（1102—1106）又一次重測。上述幾次恒星測量比較起來，以姚舜輔等人主持的崇甯年間的測量，目標最為明確，這次測量是為編撰《紀元曆》作准備的，而所得測量結果也最為精確。如據研究，其二十八宿距度誤差的絕對值平均只有0.15 度，在沒有望遠鏡的時代，這實在是相當精確的測量了。
第四節曆法五代時的曆法，據記載，有後晉馬重績《調元曆》，蜀《永昌曆》和《正象曆》，南唐《齊政曆》，後周王處訥《明玄曆》和王樸《欽天曆》等。其中也有一些創新，如《調元曆》不用上元積年，《欽天曆》在實際觀測基礎上對五星動態表的改正等。有些曆法還在一定時期內為後世所沿用。
宋初沿用後周的《欽天曆》，此曆原為王樸造于顯德二年（955）。宋太祖建隆二年（961）因《欽天曆》推驗較疏，詔司天監王處訥等別造新曆。王處訥曾任後周司天少監。他曾指出過《欽天曆》的不足，並在952 年左右編過一部《明玄曆》。王處訥等受命後經三年而制成新曆，太祖為之作序，賜名《應天曆》，建隆四年頒用。參與編修《應天曆》的有來自伊斯蘭國家的天文學家馬依澤。1968 年台灣羅香林教授在美國哥倫比亞大學東亞圖書館中發現了一套完整的《懷甯馬氏宗譜》，其中《志尚公弁言》提到：“吾族系出西域魯穆。始祖諱系魯穆文字，漢譯馬依澤公，遂以馬授姓。宋太祖建極，初召修曆，公精曆學，建隆二年，應召入中國，修天文。越二年，成書，由王處訥上之。詔曰可。授公欽天監監正，襲侯爵。”“魯穆”，有些文獻（如《明史·西域傳》）亦作“魯米”，關于其具體為何處，迄今尚無定論，可能原屬東羅馬帝國，現屬敘利亞。由上述記載可見馬依澤在撰修《應天曆》過程中起了重要作用，因而得授監正之職並襲侯爵。經研究，《應天曆》的曆元，適逢甲子、金曜日和朔旦冬至，選在建隆三年前4825558 年。《宋史·律曆志》說它可“推定朔、弦、望日辰七直：..，日滿七、六十去之，不滿者，命從金星、甲子，算外，即得定朔、弦、望日辰星直也。”七直即七值或星值，是日月五星七曜值日之義，亦即推算星期序數。日滿七去之，就是從總日數中去掉七的若干倍，可得到從金曜日起算的星期序數。由此可見應天曆是引入七曜紀日法的，這種以金曜日為曆元，采用星期制的方法與伊斯蘭曆相同，因此這部分內容很可能是馬依澤參與制曆所作的貢獻，這項改革滿足了日益增多的中國穆斯林的需要。
宋代民間研究曆法十分活躍，如熙甯七年（1074）發現所用曆法與天象不合，沈括就推薦了民間曆法家衛樸編造新曆。當時從宋仁宗天聖二年（1024）起行用的《崇天曆》曆氣後天，而剛頒用了九年的《明天曆》又曆朔先天，于是，衛樸在《明天曆》的基礎上制成新曆《奉元曆》，于熙甯八年（1075）頒用。又如宋徽宗崇甯二年（1103）發現所使用的《觀天曆》氣朔有錯，遂改用姚舜輔的《占天曆》。但曆官們認為《占天曆》為民間私家所造，未經考驗，不可施行，于是姚舜輔在大量觀測的基礎上，于崇甯五年（1106）又制成《紀元曆》並得以頒行。清代梅文鼎對《紀元曆》有很高的評價，說“宋曆莫善于紀元”。這部曆法的回歸年、朔望月及其他一些數據都相當准確。此外，姚舜輔還創造了確定太陽位置的新方法，即在天亮前或黃昏後用恒星作參照定出金星的位置，然後在既能看見金星又能看見太陽的時候定出金星與太陽的角距，從而求得太陽在恒星間的位置。他還創立了新的計算公式，以解決太陽的赤道經度與黃道經度的換算問題。
南宋初繼續行用《紀元曆》，後又曾用《統元曆》、《乾道曆》、《淳熙曆》和《會元曆》。南宋甯宗慶元五年（1199）行用楊忠輔編制的《統天曆》，這是得到梅文鼎更高評價的一部曆法，有宋曆“尤莫善于統天”之說。《統天曆》有很好的實測基礎，節氣、合朔、月亮過近地點與黃白交點的時刻等都定得比較准，並在實測的基礎上確定出計算改正值的辦法。《統天曆》的歲實（回歸年長度）為365.2425 日，比現行公曆采用同一數值早了384年。此外，楊忠輔還發現回歸年長度不是固定不變的，而是每年都有微小的變化，並提出斗分差的數值改正方法。這也是天文學史上的一個重要發現。《統天曆》繼唐曹士 《符天曆》之後也不用上元積年。《統天曆》的上元是虛設的，實際上廢除了繁瑣的上元積年計算，這也是中國曆法史上的一個進步。
北宋存在168 年，共頒行10 部曆法，南宋存在152 年，共頒行10 部曆法，換曆比較頻繁，在一定程度上反映了當時天文曆法研究的活躍。其中《應天曆》、《紀元曆》、《統天曆》各有所長，反映了兩宋行用曆法的特點和主要成就。
第五節氣象知識五代及遼、宋、夏、金的一些史書，尤其是《宋史》，記載了很多寶貴的氣象資料，其中包含有關于大水、大旱、大風及雨雪、冰雹、雷暴、地震等災害和特殊天氣現象的豐富內容。宋代開始普遍編修的地方志及大量宋人筆記，也有很多這方面的記載，如沈括《夢溪筆談》中對山東武城縣一次龍卷風的形狀及危害情況作了非常清楚的記述。這些資料對于研究我國氣候變遷及氣象變化規律具有重要的價值。南宋呂祖謙于淳熙七年（1180）正月初一到八年七月二十八日在金華進行了近兩年連續不斷的物候觀測。他在《庚子辛丑日記》中記錄了二十多種植物的開花結果時間及一些蟲鳥的初鳴和初到時間，這是一份經實際觀測獲得的非常珍貴的物候資料。
降雨情況直接關系農業生產，因而曆代都受到人們重視。西漢時根據土、炭吸濕增重的不同而發明了原始的天平式濕度計。宋代僧人贊甯，在10 世紀則利用這種儀器來預報晴雨。宋神宗熙甯年間京師久旱，沈括准確地做了一次降雨預報，《夢溪筆談》卷7 對此有很生動的記述。他對當時空氣中水氣條件的分析與判斷是符合近代氣象科學原理的。
為了測量降水量的多少，必須要有一種用具，現在普遍使用的是雨量筒。南宋數學家秦九韶在其《數書九章》中列有“天池測雨”、“圓罌測雨”、“峻嶺驗雪”、“竹器驗雪”等算題，可根據盛水或積雪容器的形狀及積水、積雪的多少，計算出單位面積平地上的降水量。天池是古代防火貯水的容器，用來測降雨量，當可看作原始的雨量器。這種方法也是世界上較早的測定降水量的科學方法。
此外，這一時期對一些氣象現象也有了更正確的認識，如《夢溪筆談》中記載孫彥先對虹的解釋是“虹乃雨中日影也，日照雨則有之。”《夢溪筆談》卷25 提到：“江湖間唯畏大風。冬月風作有漸，船行可以為備。唯盛夏風起于顧盼間，往往罹難。曾聞江國賈人有一術，可免此患。大凡夏月風景，須作于午後。欲行船者，五鼓初起，視星月明潔，四際至地皆無云氣，便可行，至于巳時即止。如此，無複與暴風遇矣。國子博士李元規云：平生游江湖，未嘗遇風，用此術。”這里提到的關于風力日變化規律的氣象知識，是符合實際情況的，對行船安全也是非常重要的。蘇軾《船■風》詩有句：“三旬已過黃梅雨，萬里初來船■風”，並有序文說：“吳中梅雨既過，颯然清風彌旬，歲歲如此，吳人謂之‘船■風’。是時，海舶初回，云此風與舶具至云爾。”對于梅雨之後的信風作了清晰的描述。
第六節遼、夏、金的天文學遼受中原文化的影響，其天文學也有兩個主要的分支，一是以曆法服務于政權，一是觀天象以占吉凶。遼有曆之始即采用中原曆法，此即天祿元年（947）至統和十二年（994）行用的後晉馬重績所編《調元曆》。《調元曆》是五代時期較好的曆法，但在後晉只行用了5 年，而在遼卻行用了48 年。該曆不設上元，以雨水正月中氣為氣首。它的基礎是《宣明曆》和《崇玄曆》，馬重績稱：“以宣明之氣朔合崇元之五星，二曆相參，然後符合。”①遼聖宗統和十三年（995）又頒用可汗州刺史賈俊所進《大明曆》。有些學者認為其法取自祖沖之。這一時期遼、宋曆日有所不同，如葉夢得《石林燕語》、張邦基《墨莊漫錄》等均記載，蘇頌使遼時曾發現宋、遼冬至日先後相差一日。遼《大明曆》本文已失傳，其內容尚有待于研究。《遼史·曆象志》所載，系全文照錄《宋書》上的祖沖之《大明曆》，這顯然是不符合曆史實際的。遼很重視天象，有些天象記事今日看來也很有意義。例如《契丹國志》記載遼天祚帝天慶八年（1118）正月，“是夕，有赤氣若火光自東起，往來紛亂，移時而散。”這是與太陽活動關系密切的極光現象，其描述是很生動形象的。1971 年在河北宣化發掘一座遼墓，發現該墓室頂部有一幅彩繪星圖，星圖直徑2.17 米中央為天極，嵌有直徑35 厘米的銅鏡一面，鏡周彩繪蓮花，蓮花外為日、月、五星及北斗，再外為二十八宿，最外圈繪有黃道十二宮①。黃道十二宮是來自西域的天文內容，但雙子座、室女座圖形上的人物又著遼服，顯示了遼代特點；蓮花是佛教裝飾；而二十八宿則反映了中國傳統文化，以天極為中心的蓋圖法也是中原傳統，因此這是一幅具有多民族色彩的星圖。此外，黃道十二宮的名稱早已傳入我國，但在星圖中表現出來，據今所知也以這幅星圖為最早。
西夏為黨項族所建的政權。夏景宗李元昊之父西平王李德明曾向宋請曆，宋真宗將《儀天曆》賜頒西夏，至元昊又受賜《崇天曆》，可見漢曆對西夏有深遠影響。西夏仿宋制建有司天監，並頒行過自制曆法。《西夏書事》載：“曩霄（元昊）稱帝，自為曆日行于國中”，可能是參照漢曆專門編制的西夏曆法。另外，西夏文書、碑文中常有兩種紀年：十二生肖紀年和藏曆紀年，如有“陽火猴年”的碑刻，因此當時西夏境內可能也有藏曆流行，這反映出吐蕃文化在西夏的影響。隨著佛教的傳播，外來天文知識在西夏也有出現，如西夏字典《蕃漢合時掌中珠》中有黃道十二宮名稱，這是來自西域的知識，當然也可能是由中原輾轉傳入的。
《西夏書事》中還載有不少天象記事，但多用于星占。如1030 年“火星入南斗，天子下堂走”。崇宗天儀治平三年（1088）“太白晝見，司天言：不利用兵，梁乙逋不聽”。崇宗永安二年（1098）“月犯東井，犯西肩北第二星，太史奏：主兵喪，梁氏不省”等。這些天象觀測內容與星占方法，明顯地來自內地。
金在曆法方面的成就十分突出。天會十五年（1137）金頒用司天楊級所造《大明曆》，“然其所本，不能詳究”①，也有人認為，此曆依據的是宋代的《紀元曆》，經金司天監官員增改而成。後來由于日食預報屢屢不驗，詔命司天監趙知微重修《大明曆》，大定二十一年（1181）曆成。這時翰林應奉耶律履也造了一部曆法，稱《乙未曆》。經過當年十一月望月食的檢驗，證明趙知微曆優于耶律履曆和當時行用的楊級曆，于是得以頒用。重修《大明曆》雖然仍以《大明曆》命名，內容卻發生了很大的變化。這部曆法所用的基本數據相當精密，例如回歸年長度為365.24259 日，朔望月長度為29.53059 日。此外，還創立了等間距三次差內插公式用于曆法計算等等。這① 《新五代史·馬重績傳》。
① 河北省文物管理處等：《河北宣化遼壁畫墓發掘簡報》，《文物》，1975 年第8 期。① 《金史·曆志》。
些都反映出金代天文學家在吸收中原曆法的基礎上又有所創新和發展。
金對天象的認識也如中原統治者，將天象作為與帝室政事相關的表象。
《金史·天文志》稱：“金九主，莫賢于世宗，二十九年之間，猶日食者十有一，日珥虹貫者四五。然終金之世，慶云環日者三，皆見于世宗之世。”把與太陽相關的現象與皇帝的賢明聯系在一起。金記錄天象也頗詳，如《大金國志》記載金太祖天輔二年（1119）：“北方有赤氣，大三四圍，長二三丈，索索如樹，西方有火五團，下行十余丈，皆不至城滅。”這則極光記事使人有如目睹，對研究極光現象也是有價值的。
金對司天台的建設很重視。1126 年底金人攻破北宋都城汴京，將北宋靈台上的天文儀器掠往北方，後在金中都（今北京）建成規模龐大的司天台，所用儀器就是從汴京搬來的儀器。元初吳師道寫過一首《九月二十三日城外紀游》，詩中描述了當時金天文台（清台）遺址的情形：“故橋舊市不複識，只有積土高坡陀。城南靡靡度阡陌，疏柳掩映連枯荷。清台突兀出天半，金光耀日如新磨。璣衡遺制此其的，眾環倚值森交柯。細書深刻皇祐字，觀者歎息爭摩挲。司天貴重幸不毀，回首荊棘悲銅駝..”。尚可在一定程度上反映出當年金司天台的規模及盛況。
第九十章物理學第一節力學對大氣壓力（壓強）的進一步認識及更廣泛應用宋代時，俞琰曾談到：“予幼時有道人見教，則劇燒片紙納空瓶，急覆于銀盆水中，水皆湧入瓶，而銀盆鏗然有聲，蓋火氣使之然也。又依法放于壯夫腹上，挈之不墜。”①把燃燒的紙片投入瓶里，會使瓶里的一部分空氣排出瓶外，瓶內的壓力由此減小，形成負壓。這時如將瓶子放入水中，大氣壓力就會使水湧入瓶內。若用類似的方法，則大氣壓力會使瓶子緊壓在人腹部，現在人們熟知的拔火罐，其原理就是如此。
應用大氣壓強制作虹吸管和唧筒，當時人也有許多記載。如：宋代曾公亮的兵書《武經總要》記述：“凡水泉有峻山阻隔者，取大竹去節，雄雌相合，油灰黃蠟固縫，勿令氣泄，推竹首插水中五尺，于竹末燒松樺薪或干草，使火氣自竹內潛通水所，則水自（竹）中逆上。”①這與唐代杜佑在《通典》中所述的方法相似。在《武經總要》中曾公亮還記述用于滅火的唧筒：“唧筒，用長竹，下開竅，以絮裹水杆，自竅唧水。”②利用裹了絮的水杆的往複運動，把水吸上來。這種唧筒實際上是後世活塞泵的前身。蘇軾在《東坡志林》中也記載了這種設備：“蜀去海遠，取鹽于井。..自慶曆、皇祐以來，蜀始創筒井，用圜刃鑿如碗大，深者數十丈。以巨竹去節，牝牡相銜為井，以隔橫入淡水，則咸泉自上。又以竹之差小者，出入井中為筒，無底而竅其上，懸熟皮數寸，出入水中，氣自呼吸而啟閉之，一筒致水數斗。凡筒井皆用機械，利之所在，人無不知。”③可知唧筒已廣泛應用于四川的井鹽開采。對液體性質的深入認識這一時期對浮力的原理及應用有了更深的認識。《宋史》記載僧人懷丙打撈鐵牛的故事，就是借浮力起重的典型事例。“河中府浮梁，用鐵牛八維之，一牛且數萬斤。後水暴漲絕梁，牽牛沒于河，募能出之者。懷丙以二大舟實土夾牛維之，用大木為權衡狀鉤牛，徐去其土，舟浮牛出。”④懷丙的方法，當為今人所使用的浮箱打撈法之肇始。
表面張力是液體的一個重要特性，實質上是分子力的一種表現。漢代時，人們對表面張力現象已有所認識。到了宋代，人們將此現象應用于桐油質量的檢驗：“驗真桐油之法，以細篾一頭作圈子，入油蘸。若真者，則如鼓面鞔圈子上；摻有偽，則不著圈上矣。”①因存在表面張力的緣故，純淨的桐油可附著在細竹篾圈上形成一薄膜，而有雜質的桐油就不能形成薄膜。周密在① 俞琰：《席上腐談》卷上。
① 《武經總要》前集卷6“尋水泉法”。
② 《武經總要》前集卷16“守城”。
③ 蘇軾：《東坡志林》卷4“井河·筒井用水鞴法”。
④ 《宋史》卷462《僧懷丙傳》。
① 張世南：《游宦紀聞》卷2。
《齊東野語》中還記載了一種以少許淨水調開熊膽以去除眼球表面塵土的方法：“熊膽善辟塵。試之之法，以淨水一器，塵冪其上，投膽粟許，則凝塵豁然而開。以之治目障翳，極驗。”這是由于熊膽溶于水後，在水面形成薄膜，膜的表面張力會將水面塵埃推開，因此可用來清洗和除去眼球表面的灰塵。
對于液體濃度的測定，這時也有了較為科學的方法，這主要反映在檢驗鹽鹵的濃度方面。因為在制鹽過程中，確定鹽鹵是否有煎煮的價值，就是根據其濃度來決定的。北宋初年，贊甯在《物類相感志》中說：“鹽鹵好者，以石蓮投之則浮。”樂史記述了以10 個蓮子來測定鹽鹵濃度的方法：“取石連（蓮）十枚，嘗其厚薄，全浮者全收鹽，半浮者半收鹽，三簾（蓮）已（以）下浮者則鹵未堪。”②說明浮起的蓮子數目越多，鹽鹵的濃度越大，制鹽價值越高。南宋姚寬記述：“予監台州杜瀆鹽場，日以蓮子試鹵。擇蓮子重者用之。鹵浮三蓮四蓮味重，五蓮尤重。蓮子取其浮而直，若二蓮直，或一直一橫，即味差薄；若鹵更薄，即蓮沉于底，而煎鹽不成。閩中之法，以雞子、桃仁試之，鹵味重，則正浮在上；咸淡相半，則二物俱沉，與此相類。”③這里說到蓮子在濃度不同的鹽鹵中呈現不同的浮沉狀態，同時還記載了福建人用雞蛋和桃仁測試鹽鹵濃度的方法。這一時期有關用蓮子等測定鹽鹵濃度的記載還有許多，可以見于吳仁傑《離騷草木疏》卷1、吳曾《能改齋漫錄》卷15 等。
第二節熱學至遲在宋代，我國已發明了“走馬燈”，其燈上有“馬騎人物，旋轉如飛”①。具體制作是在一個圓形或方形的燈籠中，有一立軸，立軸上方固定一葉輪。立軸底部的近旁，裝有燭座。蠟燭點燃後，熱空氣上升，推動葉輪轉動，從而帶動立軸旋轉。立軸中部交叉安裝的兩根鐵絲的外端貼有紙剪的人馬等，亦隨立軸旋轉。因此人馬的影子投射到燈籠上，看起來“車馳馬驟，團團不休”②。走馬燈在宋代的許多詩文著作中均有記述，如范成大《石湖居士詩集》卷23《上元紀吳中節物俳諧體三十二韻》；姜夔《白石道人詩集》卷下《觀燈口號十首》之七；金盈之《醉翁談錄》卷3《京城風俗記》；吳自牧《夢粱錄》卷13“夜市”條等。這種應用熱氣流而用作玩具的走馬燈，與現代的燃氣輪機，其根本原理是相同的③。
第三節聲學固體傳聲和氣腔共振在戰爭中的應用宋代曾公亮在兵書《武經總要》中總結了利用固體傳聲及共振效應在戰② 《太平寰宇記》卷130“淮南道八·海陵監·刺土成鹽法”。
③ 姚寬輯：《西溪叢語》卷上。
① 周密：《武林舊事》卷2“燈品”。
② 劉侗：《帝京景物略》卷2“城東內外·燈市”。
③ 參見劉仙洲：《中國機械工程發明史》，科學出版社1962 年版，第72 頁。爭中進行偵探的方法——“甕聽”和“地聽”：“甕聽，用七石甕，覆于地道內，擇耳聰人坐聽于甕下，以防城中鑿地道迎我。”“地聽，于城內八方，穴地如井，各深二丈，勿及泉，令聽事聰審者，以新甕自覆于井中，坐而聽之，凡賊至，去城數百步內，有穴城鑿地道者，皆聲聞，甕中可以辨方向遠近。”①這兩種方法與《墨子·備穴》及《太白陰經》、《通典》中所述類同，是我國古代戰爭中一直使用的方法。此外，《武經總要》還記述了另一種方法：“選聰耳少睡者，令臥枕空胡鹿，其胡鹿必以野豬皮為之，凡人馬行在三十里外，東西南北皆響聞。”②這種方法實質上是以野豬皮做成的稱為“空胡鹿”的臥枕代替甕，因此更加方便實用。沈括在《夢溪筆談》中亦記述了以牛皮箭袋當臥枕，能聽見數里內的人馬聲：“古法以牛革為矢服，臥則以為枕，取其中虛，附地枕之，數里內有人馬聲，則皆聞之，蓋虛能納聲也。”③振動的音樂效果我國古代很早就將樂鍾鑄成合瓦之形，在先秦的著作中已述及編鍾及其發聲特性。沈括在《夢溪筆談·補筆談》中指出：“古樂鍾皆扁，如盒（合）瓦，蓋鍾圓則聲長，扁則聲短。聲短則節，聲長則曲，節短處聲皆相亂，不成音律。後人不知此意，悉為圓鍾，急叩之多晃晃爾，清濁不複可辨。”沈括的這段文字解釋了我國古代樂鍾所以是扁形的道理，是合乎科學原理的。因為鍾的振動是一種複雜的板振動，圓鍾的振動衰減很慢，在演奏中快速敲擊時，聲波易發生相互干擾而不成音律；而扁鍾的振動衰減較快，演奏時可避免聲波相互干擾的問題。
古代對于聲音的效果亦很重視。比如為了得到較洪亮的聲音，在戲劇舞台下埋設大缸，以期產生共鳴。南宋趙希鵠認為：“前輩或埋甕于地上鳴琴，此說恐妄傳。蓋彈琴之室宜實不宜虛，最宜重樓之下。蓋上有樓板，則聲不散；其下空曠清幽，則聲透徹。若高堂大廈，則聲散；小閣密室，則聲不達；園囿亭榭，尤非所宜。若幽人逸士，于高林大木或岩洞石室之下，地幽境寂，更有泉石之勝，則琴聲愈清，與廣寒月殿何異也。”①他分析指出了在不同的環境之中，琴聲傳播的效果是不同的。
關于振動和共振及其實驗“噴水魚洗”是大約起源于唐宋年間的一種器物。現在已知的最早記載見于宋代何薳的《春渚紀聞》卷9“紀研·躍魚見木石中”，及王明清的《揮麈錄·前錄》。《春渚紀聞》提到晉出帝遷黃龍府曾獻魚盆，“魚盆則一木素盆也，方圓二尺，中有木紋成二魚狀，鱗鬣畢具，長五寸許。若貯水用，則雙魚隱然湧起，頃之遂成真魚，覆之則宛然木紋之魚也。”並說：“至今句容人鑄銅為洗，名雙魚者，用其遺制也。”《揮麈錄·前錄》則提到韓似夫使金國時，金主命取磁盆一枚示之，說是晉少主獻給耶律氏的禮品，“中① 《武經總要》前集卷12“守城”。
② 《武經總要》前集卷6“警備法”。
① 《洞天清錄集》卷1《古琴辯》。
有畫雙鯉存矣，水滿則跳躍如生，覆之無它矣”。這兩條所記當為同一物件，但為木為瓷尚待考訂。現今可見的銅洗外形似臉盆，盆內底部刻有四條魚。當用手掌摩擦這種魚洗的雙耳時，水面會出現振動花紋，四條魚的口溝處甚至水花噴濺達尺余，魚洗亦發出震耳的嗡嗡聲。這種器物的振動實為板振動，振動過程類似于圓鍾的空氣振動。噴水的原理實際上就是，振動產生的四節線振波引起了水的激蕩，看上去就像魚在水中躍動而水花噴濺一般。
沈括曾進行過弦共振的實驗：“琴瑟弦皆有應聲，宮弦則應少宮，商弦則應少商，其余皆隔四相應。今曲中有聲者，須依此用之。欲知其應者，先調諸弦令聲和，乃剪紙人加弦上，鼓其應弦，則紙人躍，他弦則不動。聲律高下苟同，雖在他琴鼓之，應弦也震，此之謂正聲。”①從現代振動理論可知，外力頻率與振動體固有頻率成簡單整數比時，都能引起振動體的振幅增大，即發生共振。沈括的實驗證明琴瑟的弦宮應少宮、商應少商或隔四相應，事實上它們的振動頻率比恰為1∶2 或2∶3。周密在《癸辛雜識·續集》中也提到他所進行的類似的研究與實驗：“琴間指以一與四，二與五、六，四與七為應。今凡動第一弦，則第四弦自然而動。試以羽毛輕纖之物，果然。此氣之自然相感動之妙。”這里，周密用“羽毛輕纖之物”也證明琴弦“隔四相應”的共振現象。
第四節光學關于針孔成像及圓球受光的認識沈括的《夢溪筆談》記述：“若鳶飛空中，其影隨鳶而移；或中間為窗隙所束，則影與鳶遂相違，鳶東則影西，鳶西則影東。又如窗隙中樓塔之影，中間為窗所束，亦皆倒垂，與陽燧一也。”①這里沈括指出了運動物體（“鳶”）通過小孔（“窗隙”）所成的像與其運動方向相反，並將這一事實與樓塔通過小孔所成之像的倒立、以及凹面鏡成像聯系起來。
沈括指出：“日月之形如丸，何以知之？以月盈虧可驗也。月本無光，猶銀丸，日耀之，乃光耳。光之初生，日在其傍，故光側而所見才如鉤；日漸遠，則斜照而光稍滿，如一彈丸。以粉塗其半，側視之，則粉處如鉤；對視之，則正圓。此有以知其如丸也。”②沈括根據自己實驗和觀察對之作了科學的解釋。
球面鏡成像沈括在《夢溪筆談》中指出：“陽燧照物皆倒，中間有礙故也。..陽燧面窪，以一指迫而照之則正，漸遠則無所見，過此遂倒。..陽燧面窪，向日照之，光皆聚向內。離鏡一二寸，光聚為一點，大如麻菽，著物則火發。”①這里，沈括認為凹面鏡（“陽燧”）成像為倒像，是因凹面鏡具有焦點（“礙”）① 《夢溪筆談·補筆談》。
① 《夢溪筆談》卷3“辯證一”。
② 《夢溪筆談》卷7“象數一”。
① 《夢溪筆談》卷3“辯證一”。
的緣故。他從實驗結果總結了凹面鏡的成像規律及其與焦點的位置關系：手指從鏡面處向外移，起初得到的是正立的（虛）像；手指將近焦點時，鏡中看不到像了（即此時成像在無窮遠處）；手指再遠移，則生成倒立的（實）像。他在日光下進行的實驗，凹面鏡反射的光會聚在離鏡面一二寸的地方，焦點很小。這說明當時磨制鏡面的技術已相當高超，鏡面的反射性能很好。沈括還指出：“古人鑄鑒，鑒大則平，鑒小則凸。凡鑒窪則照人面大，凸則照人面小，小鑒不能全觀人面，故令微凸，收人面令小，則鑒雖小而能全納人面。仍複量鑒之小大，增損高下，常令人面與鑒大小相若，此工之巧智。後人不能造，比得古鑒，皆刮磨令平，此師曠所以傷知音也。”②凸面鏡成像為正立縮小的虛像。古人制鏡時，大鏡鑄得平一些，小鏡鑄得凸一些。凹面鏡照出人臉會稍大一些，凸面鏡照出人臉稍小些。小的鏡子要照出人的整個臉。必須造得稍微凸一些。因此造鏡時，必須反複測量鏡的大小來決定增減鏡面的曲率，以便使照出的人臉與鏡的大小相稱。沈括的分析是完全正確的。
五代南唐譚峭在《化書》中，對物體經面鏡或透鏡反射或折射後成像現象的論述，也是很精彩的。
色散知識這一時期，人們不僅對虹的成因有所了解，並進而掌握了觀察虹的角度、虹出現的位置和方向等。南宋蔡卞指出：“先儒以為云（薄）漏日，日照雨滴則虹蜺生。今以水噴日，自側視之，則暈為虹蜺。雖則虹生于地之氣，不暈于日不成也。故今雨氣成虹，朝陽射之則在西，夕陽射之則在東。”①另外，人們對于小水珠反射折射日光之後的色散現象亦有所認識。南宋程大昌寫道：“凡雨初霽或露之未晞，其余點綴于草木枝葉之末，欲墜不墜，則皆聚為圓點，光瑩可喜。日光入之，五色具足，閃爍不定，是乃日之光品著色于水，而非雨露有此五色也。”②光經過一些透明的天然晶體折射後也能產生色散現象。在北宋初年楊億著《楊文公談苑》一書中明確記載了菩薩石折射日光而產生色散的現象。由此寇宗奭《本草衍義》中寫道：“菩薩石..如水精明澈，日中照出五色光，如峨嵋普賢菩薩圓光，因以名之。”③南宋時，杜綰又寫道：“菩薩石，其色瑩潔，..映日射之，有五色圓光。其質六棱。或大如棗栗，則光彩微茫，間有小如櫻珠，五色粲然可喜。”①程大昌則指出：“《楊文公談苑》曰：嘉州峨嵋山有菩薩石，人多收之。色瑩白如玉，如上饒水晶之類，日光射之有五色如佛頂圓光。文公之說信矣。然謂峨嵋山有佛，故此石能見此光，則恐未然也。..峨嵋山佛能現此異，則不可得而知。此之五色，無日則不能自見，則非因峨嵋有佛所致也。”②從而否定了五色粲然與佛有關，正確地認識② 《夢溪筆談》卷19“器用”。
① 《毛詩名物解》卷2“釋天·虹”。
② 《演繁露》卷9。
③ 《本草衍義》卷4“菩薩石”。
① 《云林石譜》卷中。
② 《演繁露》卷9“菩薩石”。
到“此之五色，無日則不能自見”。
關于透光鏡沈括對透光鏡的制造及透光機理有深入的研究。他寫道：“世有透光鑒，鑒背有銘文，凡二十字，字極古，莫能讀。以鑒承日光，則背文及二十字皆透在屋壁上，了了分明。人有原其理，以謂鑄時薄處先冷，唯背文上差厚，後冷而銅縮多。文雖在背，而鑒面隱然有跡，所以于光中現。予觀之，理誠如是。然予家有三鑒，又見他家所藏，皆是一樣，文畫銘字無纖異者，形制甚古，唯此一樣光透，其他鑒雖至薄者，皆莫能透，意古人別自有術。”③沈括推測，在鑄鏡的冷卻過程中，因鏡的厚薄不同，各部分冷卻的快慢不同，因而各處收縮率有差別，使得鏡面產生細微的曲率差異，在反射日光時就會顯示出背面圖案。
第五節電和磁靜電、靜磁及物體的導電性張邦基在《墨莊漫錄》中記述了孔雀毛的靜電感應現象：“孔雀毛箸龍腦則相綴。禁中以翠尾作帚，每幸諸閣，擲龍腦以辟穢。過則以翠尾掃之，皆聚，無有遺者。亦若磁石引針、琥珀拾芥，物類相感也。”①可見靜電感應現象已在當時宮廷中得到應用。
這時期人們還認識到磁石的吸鐵性（即磁力）可以不被其他物質（除鐵磁物質外）所阻礙隔斷。張君房在《云笈七籤》中指出：“磁石吸鐵，間隔潛應。”類似的記述甚多。
雷電是人們自古就進行觀察的自然現象。此時人們已注意到不同性質的物體遭雷擊後的情況不同。沈括《夢溪筆談》記載：“內侍李舜舉家曾為暴雷所震，其堂之西室，雷火自窗間出，赫然出簷。人以為堂屋已焚，皆出避之。及雷止，其舍宛然，牆壁窗紙皆黔。有一木格，其中雜貯諸器，其漆器銀■者，銀悉熔流于地，漆器曾不焦灼。有一寶刀極堅鋼，就刀室中熔為汁，而室亦儼然。”②莊綽的《雞肋編》卷下也有類似的記載。
磁偏角和磁傾角的最早記述地球近似為球形，且地球的南北磁極與地理上的南北兩極並不重合。在地球表面任何一點，地磁子午線與地理子午線之間的夾角稱為磁偏角；磁針指向與水平面之間的夾角稱為磁傾角。北宋初年，曾公亮在《武經總要》中記述了制造指南魚的方法：“以薄鐵葉剪裁，長二寸，闊五分，首尾銳如魚形，置炭火中燒之，候通赤，以鐵鈐鈐魚首出火，以尾正對子位，蘸水盆中，沒尾數分則止，以密器收之。用時置水碗于無風處，平放魚在水面令浮，其③ 《夢溪筆談》卷19“器用”。
① 《墨莊漫錄》卷1。
② 《夢溪筆談》卷20“神奇”。
首常南向午也。”①這里加熱是使鐵磁物質中的磁疇增加動能，在地磁場作用下由混亂變為規則排列，然後經過急劇冷卻而固定下來。以魚尾正對北極且略向下傾斜，為的是最大程度地利用地磁感應，使之磁化。這段話隱含了關于磁偏角與磁傾角的知識。沈括也指出：“方家以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也。”②這是對磁偏角的首次明確記述。稍後，在寇宗奭《本草衍義》、曾三異《因話錄》中，都有關于磁偏角的記述。
人工磁化制造磁體上引曾公亮所述制指南魚的方法即是利用地磁感應磁化的方法。沈括所述的是利用摩擦感應磁化的方法，即利用天然磁石的磁場作用，使鋼針內部的磁疇按磁石極性的方向規則排列，從而使整根針顯現出磁性。沈括還說到：“以磁石磨針鋒，則銳處常指南，亦有指北者，恐石性亦不同，..南北相反，理應有異，未深考耳。”③當時對磁體性質的了解還是很有限的。
指南針及其應用曾公亮所說的指南魚，在行軍需要時，可把它浮在水面上指示方向。但是這種磁化方法所獲得的磁性很弱，難以實用。沈括指出：“方家以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也。水浮多蕩搖。指爪及碗唇上皆可為之，運轉尤速，但堅滑易墜，不若縷懸為最善。其法取新纊中獨繭縷，以芥子許蠟綴于針腰，無風處懸之，則針常指南。”①沈括介紹的磨制磁針的方法簡便易行，且有實用價值。他還介紹了安置磁針的四種方法：“水浮”、置“指爪及碗唇上”和“縷懸”。當時，水浮法應用較多，曾公亮的指南魚亦用此法，但沈括指出了這種方法的缺點是“水浮多蕩搖”。對于放在指甲上或碗口邊沿上的方法，雖然轉動靈活，但“堅滑易墜”。比較之下，沈括認為，在磁針中部塗一點點蠟，粘上一根蠶絲，掛在無風的地方，即“縷懸”，這是最好的方法。
沈括所述的水浮及縷懸法，在稍後寇宗奭的《本草衍義》中亦有記述：“以針橫貫燈心，浮水上，亦指南”；“取新纊中獨縷，以半芥子許蠟綴于針腰，無風處垂之，則針常指南。”②南宋，陳元靚記載了當時流行的指南魚和指南龜：“以木刻魚子，如母指大，開腹一竅，陷好磁石一塊子，郤以臈填滿，用針一半僉從魚子口中鉤入，令沒放水中，自然指南，以手撥轉，又複如出。”“以木刻龜子一個，一如前法制造，但于尾邊敲針入去，用小板子上安以竹釘子，如箸尾大，龜腹下微陷一穴，安釘子上撥轉常指北，須是釘尾後。”①但這些當時多用于幻術。
① 《武經總要》前集卷15“鄉導”。
② 《夢溪筆談》卷24“雜志一”。
③ 《夢溪筆談·補筆談》。
① 《夢溪筆談》卷24“雜志一”。
② 《本草衍義》卷5“磁石”。
① 《事林廣記》卷10（此書有多種版本，文字也多有不同）。
初期的指南針很可能並沒有配以固定的方位盤裝置。但是不久之後就發展為磁針和方位盤聯成一體的羅經盤或羅盤。南宋曾三異在《因話錄》“子午針”條中說，“地螺或有子午正針，或用子午丙壬間縫針”，這里的“地螺”即堪輿用的羅經盤。當時的羅盤，一種是水羅盤，即磁針橫貫燈芯浮在水面上。北宋徐兢《宣和奉使高麗圖經》記道：“是夜，洋中不可住，惟視星斗前邁。若晦冥，則用指南浮針，以揆南北。”②南宋朱繼芳航海詩中也有“沉石尋孤嶼，浮針辨四維”的詩句。可見宋代已應用水羅盤于航海。另一種是旱羅盤，上面所提到的在陳元靚《事林廣記》中描述的指南龜，可以說是我國古代旱羅盤的始祖。
指南針發明之後，很快就被應用于航海。這方面的記載甚多，如北宋朱彧的《萍洲可談》記載：“舟師識地理，夜則觀星，晝則觀日，陰晦觀指南針。”③南宋，趙汝適的《諸蕃志》也說：“舟舶來往，惟以指南針為則，晝夜守視惟謹，毫厘之差，生死系矣！”④吳自牧的《夢粱錄》也稱：“風雨冥晦時，惟憑針盤而行，乃火長掌之，毫厘不敢差誤，蓋一舟人命所系也。”⑤由此可見指南針在當時航海中的重要性。
② 《宣和奉使高麗圖經》卷34“海道一·半洋焦”。
③ 《萍洲可談》卷2。
④ 《諸蕃志》卷下“志物·海南”。
⑤ 《夢粱錄》卷12“江海船艦”。
第九十一章化學第一節煉丹術兩宋時期煉丹術仍很盛行。北宋時一些人依然熱中于燒煉外丹，如張邦基《墨莊漫錄》卷3 載：章盛于宋真宗時，“煉丹一爐，在翰林金丹閣，日供炭五秤”，至宋神宗熙甯元年，“猶養火不絕”，“其丹作鐵色。”“張忠定公安道居南都，煉丹一爐，養火數十年。”煉丹持續時間之長，可見其人迷戀之深。陸游《老學庵筆記》卷9 載：“（徽宗）宣和末，又以方士劉知常所煉金輪，頒之天下神霄宮，名曰神霄寶輪。知常言，其法以汞煉之成金。”蔡絛《鐵圍山叢談》卷6 載：宋太宗時得巧匠，“造金帶得三十條”。但是，不少煉丹術士實際上是江湖騙子，專以煉制偽金和偽銀的方術騙人錢財，搞得聲名狼藉。尤為嚴重的是，由于服食丹藥中毒致死者屢見不鮮，因而促使越來越多的人認識到所謂神丹仙藥的危害性，並對煉丹術采取了嚴肅的批判態度。如沈括就曾明確指出對煉丹術“不可不戒”。《本草衍義》的作者寇宗奭也指出：“生金有毒，至于殺人，仍為難解”，“丹砂但宜生服，若煉服少，有不作廢者”，“水銀入藥雖各有法，極須審謹，有毒故也。”甚至連“養火數十年”的南都張安道也是“丹成，不敢服”，結果使一位堅求服食者中毒致死。在這種情況下，到了南宋時期，從事燒鉛煉汞的外丹術已明顯衰落，與此同時，主張煉氣養神的內丹術大為興盛起來。
在這一時期，出現了不少的煉丹術著作。下面列舉的幾種是較有代表性的，從中可以了解當時的煉丹設備、煉丹方法及煉丹術的發展情況等，對于研究中國古代煉丹化學的成就具有重要的價值。
《丹房須知》，吳悮撰，成書于南宋孝宗隆興元年（1163）。此書專講煉丹的基本知識和注意事項，如擇友、擇地、擇井、造壇、造鼎、造爐、研磨、合藥、采鉛、用火、開爐、服食、禁忌等。書中雖字數不多，但記載了一些重要的煉丹設備的圖形，如丹台、抽汞的蒸餾器、既濟爐和未濟爐、研磨器等。
《金華沖碧丹經秘旨》，白玉蟾授，孟煦撰，成書于南宋理宗宣慶元年（1225）。此書對于煉丹設備的敘述很詳細，如石榴罐、水海等，都是符合科學原理的。書中所載煉汞的“石榴罐法”等也很重要。其具體操作是在石榴罐中盛辰砂十兩，赤金（紅銅）珠子八兩，磁瓦片塞口，倒撲石榴罐在坩堝上，堝內華池水二分。石榴罐與坩堝間合縫處用六一泥固濟後，加熱石榴罐，則其中的辰砂分解，水銀即溜入下面坩堝的醋里，操作相當簡便。曹元宇先生曾繪制了石榴罐煉汞示意圖（圖5）①。根據現代化學知識，石榴罐中發生的反應為：HgS＋Cu △ . . . Hg＋CuS，加入銅珠能促進HgS 的分解。曹元宇先生還曾集中介紹了中國古代煉丹家所用的各種設備（如圖6—10）①。① 見曹元宇編著：《中國化學史話》，江蘇科學技術出版社1979 年版，第255 頁。① 曹元宇：《中國古代金丹家的設備及方法》，見王琎等著《中國古代金屬化學及金丹術》，科學技術出版社1957 年版。
《諸家神品丹法》，玄真子孟要甫編撰。這是一部選錄各家煉丹方法而編成的丹書。其中記載了許多重要的化學史料，如原始火藥的發明等。又如“化庚粉法”是講制金粉的方法。這種方法是先將黃金煉赤投入水銀制成合金，再加入食鹽，研細，然後蒸發掉水銀，再溶解掉食鹽就留下粉末狀的黃金了。這必然是煉丹家經過長期摸索和多次實驗而取得的成就。
《庚道集》，全書分為9 卷，是《道藏》中記載各種丹法最詳細和篇幅最大的一部煉丹術著作集。它是由元或明人彙編，收錄了元代及以前的一些丹法，而其中成書年代可考者多出于宋代。在《庚道集》所收錄的南宋丹經《丹陽術》中，不僅有對中國煉丹家煉得單質砷的更確切的記載，而且對其形態和性質有明確的描述。所用的方法，是將砒石（As2O3）與草木藥或蜜混合密閉燒煉，並明確記載所得產物“色如銀”，“如黑角色，甚硬”，或“如玉銀相似可愛”。此外還指出可用它直接與赤銅點化丹陽銀（砷白銅）。這是中國古代煉丹化學中最突出的成就之一。
第二節藥物化學宋代的本草學也很發達，出現了《開寶本草》、《證類本草》、《圖經本草》等著作。煉丹術在制藥和化學方面的許多新成就也被收入這些本草學著作中，為醫學家所繼承和發揚。
例如，《開寶本草》記載了“鐵華粉”的制法：“取鋼煅作葉，如笏或團，平面磨錯，令光淨。以鹽水灑之，醋甕中陰處埋之，一百日，鐵上生衣，即成粉矣。”這是醋酸鐵的制法和藥用的最早記錄。關于石棉，《證類本草》說它“如爛木，燒之不燃，石類也”。准確地描述了石棉的性質。《證類本草》和《蘇沈良方》還記載了秋石的煉法。
密陀僧（PbO）是在唐代從波斯傳入的。到了宋代，《圖經本草》記載了中國自制密陀僧的詳細工藝：密陀僧，“今嶺南、閩中銀鉛冶處亦有之，是銀鉛腳。其初采礦時，銀銅相雜，先以鉛同煎煉，銀隨鉛出。又采山木葉燒灰，開地作爐，填灰其中，謂之灰池。置銀鉛于灰上，更加火大煅，鉛滲灰下，銀住灰上，罷火，候冷出銀。其灰池感鉛銀氣置之積久，成此物。今之用者，往往是此，未必胡中來也。”這種方法叫做“灰吹法”，在11 世紀流行于今廣東、四川等地，直到近代還仍然為煉銀等工業生產所采用。
綠礬，即水綠礬（ FeSO4· 7H2O），狀如玻璃，陶弘景曾誤作石膽（CuSO4·5H2O，後稱膽礬）。《圖經本草》提出了鑒別綠礬的方法：“綠礬石五兩，..取此一物，置于鐵板上，聚炭封之。囊袋吹令火熾，其礬即沸流出，色赤如融金汁者，是真也。看沸走汁盡，去水待冷，取出挼為末，色似黃丹，收之。”如此精要的化學鑒定方法就是按現代化學理論和化學實驗來衡量，也是科學的。同時這也是制備絳礬（Fe2O3）的一種方法。
《圖經本草》所載抽砂煉汞的工藝，也很值得注意。此書水銀條載：“出于丹砂者，乃以山石中采粗次朱砂，作爐，置砂于中，下承以水，上覆以盎，器外加火煅養，則煙飛于上，水銀溜于下，其色小白濁。”這里所說的“爐”，為鐵釜一類，而所述“出于丹砂”的水銀的煅養過程，其化學反應式為：HgS＋Fe Hg＋FeS。
關于未濟爐煉汞，《丹房須知》中雖繪制有丹爐的形制，但沒有文字說明，後世無法了解它抽煉水銀的全過程。蘇頌則在《圖經本草》中作了詳細的說明：“（水銀）出自丹砂者乃是山中采粗次朱砂，和硬炭屑勻，內陽城罐內，令實，以薄鐵片可罐口作數小孔掩之，仍以鐵線羅固，一罐貯水承之，兩口相接，鹽泥和豚毛固際上罐及縫處，候干，以下罐入土，出口寸許，外置爐圍火煅煉，旁作四竇，欲氣達而火熾也。候一時，則成水銀溜于下罐矣”。這里具體詳盡地記載了一種新的“未濟式”由朱砂取汞的方法，其中混進炭末，也是一項重大的革新和進步，為後世長期沿用。該反應為：2HgS+C CS2+2Hg這種更有效、更經濟的煉汞法，表明中國古代煉丹家在煉汞方面已積累了豐富的經驗。
關于醋酸鉛的記載也是很有價值的。《圖經本草》提到：“又有鉛霜亦出于鉛，其法以鉛雜水銀十五分之一，合煉作片，置醋甕中，密封，經久成霜，性極冷，治風痰及嬰孺驚滯藥，今醫家用之尤多。”不僅明確地描述了醋酸鉛的制備，而且簡要地說明了其性質與功用。
第三節冶金化學膽銅法的推廣用膽水煉銅是我國古代冶金和化學史上的一項重要發明創造。這種工藝是利用金屬鐵將膽礬溶液的銅離子置換出來，還原為金屬銅，再熔煉成錠。對這一化學現象的認識，遠在西漢初年《淮南萬畢術》中已有記載。《神農本草經》、《抱樸子·內篇》、《神農本草經集注》等書中也都有所記載。到了唐代，這一反應被方士用來作為點金術的技藝。唐明皇時，劉知古上《日月玄樞論》說：“或以諸青、諸礬、諸綠、諸灰結水銀以為紅銀。”紅銀實際上是煉丹家煉得的純銅。唐代煉丹家金陵子在《龍虎還丹訣》中也有多條以鐵釜熬膽水煉制“紅銀”的要訣。
膽水煉銅成為一項生產工藝，大約始于唐代末年或五代初期，當時把這種銅稱作“鐵銅”。五代軒轅述在《寶藏暢微論》中指出：“鐵銅，以苦水浸至生赤煤，熬煉成而堅黑。”①到了北宋年間，由于鑄錢需要大量的銅，水法煉銅有了較大的規模。重要的膽銅產地有信州鉛山、饒州德興和韶州岑水等。沈括《夢溪筆談》中關于信州鉛山的膽水情況，有一段著名的記載：“信州鉛山縣有苦泉，流以為澗，挹其水熬之，則成膽礬。烹膽礬則成銅，熬膽礬釜久之亦化為銅。”
關于膽水煉銅的方法，《宋會要輯稿·食貨》有詳細記載：“浸銅之法，先取生鐵打成薄片，目為鍋鐵，入膽水槽，排次如魚鱗，浸漬數日，鐵片為膽水所薄，上生赤煤，取出刮洗鐵煤，入爐烹鐵，凡三煉方成銅，其未化銅，卻添新鐵片，再下槽排浸。”膽礬煉銅，除了浸銅法外，還有淋銅法，即以水淋浸含膽礬的土，然後以膽水浸鐵。這兩種方法各有優劣，崇甯時游經曾作了比較：“膽水浸銅，工少利多，其水有限；膽土煎銅，工多利少，其土無窮。..膽水浸銅斤以錢五十為本；膽土煎銅以錢八十為本，比之礦銅，其利已厚。”①南宋建立後，膽銅生產仍有很大規模，如乾道元年（1165）膽銅產量為21 萬余斤。南宋後期，由于膽水資源有限且質量欠佳，膽銅生產便趨于沒落了。但膽銅法作為一項重大的科學發明和技術成就，並且是後世水法冶金的先聲，應該給予高度評價。
黃銅的冶煉銅鋅合金色澤金黃，現在稱為鋅黃銅。在宋代以前，曾叫做“鍮石”、“鍮銅”，因顏色似金，中國古代煉丹家也稱它為“鍮石金”。②關于這種合金用品最可靠的記載，出自梁代宗懍的《荊楚歲時記》：“七月七日，是夕人家婦女結采縷穿七孔針，或以金、銀、鍮石為針，陳瓜果于庭中以乞巧。”隋初蘇元明所撰《寶藏論》中列舉的藥金也有鍮石金。到了唐代，鍮銅已較普遍，曾作為冠服等級的標志，其價值在銅、銀之間。
我國古代煉制這種合金，最初是用爐甘石（即菱鋅礦，主要成分為ZnCO3）點化。這種技藝與煉丹術有密切關系。這個煉制方法的最早記載，見于孟要① 見李時珍：《本草綱目》卷8“赤銅”。
① 《宋會要輯稿》食貨34 坑冶。
② 趙匡華：《中國曆代“黃銅”考釋》，《自然科學史研究》第6 卷第4 期。甫彙輯的丹經《諸家神品丹法》卷6 中的“日華子點庚法”：“百煉赤銅一斤，太原爐甘石一斤，細研，水飛過石一兩，攪勻，鐵合內固濟陰干。用木炭八斤，風爐內自辰時下火，煅二日夜，足冷取出，再入氣爐內煅，急扇三時辰，取出打開，去泥，水洗其物，顆顆如雞冠色。母一錢點淡金一兩成上等金。”日華子是五代末宋初的醫藥學家。其後不久，崔昉所撰《大丹藥訣本草》也簡要記載：“用銅一斤，爐甘石一斤，煉之即成鍮石一斤半。”①及至宋真宗時，民間以爐甘石點鍮銅的活動已相當普遍。宋以後的本草、煉丹及博物學著作中仍經常可以見到這種煉鍮法，如《格物粗談》、《本草綱目》、《天工開物》、《物理小識》等書都有記載。在明代，冶煉這種合金的技術已逐步發展為金屬銅與金屬鋅直接合煉。
灰吹法煉銀技術銀在自然界中的含量不多，且主要以輝銀礦形式存在，並多與方鉛礦共生。中國古代的銀大部分是從含銀的粗鉛中提煉出來的。由于銀鉛完全互溶，且溶點較低，古時煉銀時加入鉛，使銀溶于鉛中，實現銀的富集；然後吹以空氣，使鉛氧化，入爐灰中，實現銀的分離。早在東漢時期，煉丹家就發明了以金銀礦粉與黑錫（鉛）共煉與提煉金銀的“灰吹法”。①灰吹技術在唐代已被廣泛應用。唐司空圖《詩品》洗煉條有“猶礦出金，如鉛出銀”的記載。據對唐邠王府和章懷太子李賢墓所出煉銀渣塊的化驗和分析，可知用的就是灰吹法。五代軒轅述《寶藏暢微論》中所說“倭鉛可勾金”，可能是指利用鋅並由灰吹法來提煉金銀。到了宋代，《云麓漫鈔》、《大冶賦》等著作對灰吹技術乃至完備的銀冶程序都已有較詳細的記載。趙彥衛在《云麓漫鈔》中提到：“取銀之法，每石壁上有黑路乃銀脈，隨脈鑿穴而入，甫容人身，深至數十丈，燭火自照所取銀礦皆碎石，用臼搗碎，再上磨，以絹羅細，然後以水淘，黃者即石，棄去，黑者乃銀，用面糊團入鉛，以火煅為大片，即入官庫，俟三兩日再煎成碎銀，每五十三兩為一包。”這段記載概要地敘述了煉銀的三個步驟：一是辨銀脈與采礦，這里所說的黑色礦脈應指輝銀礦（Ag2S）。二是碎礦與選礦，三是煉銀，“以火煅為大片”即是灰吹法。灰吹法是古代比較先進的煉銀方法。關于這種方法，明代著作《天工開物》、《菽園雜記》等的記載更為翔實。
第四節蒸餾酒宋代之前，人們飲用的多是由谷類釀造的米酒和葡萄酒。蒸餾酒是一種烈性酒，它的發明是造酒技術的重要進步。但其究竟出現于何時，迄今尚無定論。據研究，北宋時期，中國可能已有。蘇軾《物類相感志》提到，“酒中火焰，以青布拂之自滅”，田錫（940—1003）《曲本草》說：“暹羅酒以燒酒複燒二次，入珍貴異香。..能飲之人，三四杯即醉。價值比常數十倍。有疾者飲一二杯即愈，且殺蠱。”這里提到的酒和燒酒可能就是蒸餾酒。① 李時珍：《本草綱目》卷9“爐甘石”條。
① 趙匡華：《狐剛子及其對中國古代化學的卓越貢獻》，趙匡華編《中國古代化學史研究》，北京大學出版社1985 年版，第193—197 頁。
南宋時期肯定已經有了蒸餾酒。宋慈（1186—1249）《洗冤錄》卷4“急救方”載：“虺蝮傷人，..令人口含米醋或燒酒，吮傷以吸拔其毒，隨吮隨吐隨換酒醋再吮，俟紅淡腫消為度..。”《洗冤錄》自序是書作于淳祐丁未，即1247 年。這種治療蛇傷的燒酒應當是蒸餾酒。1975 年曾在河北青龍發掘到一套鑄造于金世宗大定年間（1161—1189）的用于飲用蒸餾酒的銅制酒器。此外，南宋吳悮《丹房須知》等著作記載有煉丹家使用的相當精美的蒸餾器，這種蒸餾器自然可以用作制造蒸餾酒的設備。這些情況表明南宋時已有蒸餾酒是無可置疑的。
第九十二章地理學第一節地方志五代、遼、宋、夏、金時期由于多種政權並存，政治上不統一，經濟上呈現出紛繁多樣的地區特點。這一時期的地理學反映了這一現實，特別是以區域地理研究為重點，地方志得到了空前的發展。當時不僅方志的門類和數量多，而且出現了不少優秀的方志理論和創新的志書體例。如僅宋代320 年內，就有方志1016 種。①除了傳統的志、編、錄、圖經、圖志外，還有譜、統記、紀舊、故實、類考、會要、新錄、記問、須知、類補、拾遺、私志等。宋代雖然尚未有關于方志理論的專著，但在不少方志的序文和跋中，開始從理論上闡明或探討方志的性質、功用、編纂原則與方法，這是宋以前所未見的。
宋代全國性總志有40 部，今僅存5 部，即樂史撰《太平寰宇記》、王存等人撰《元豐九域志》、歐陽忞撰《輿地廣記》、王象之撰《輿地紀勝》、祝穆撰《方輿勝覽》。
宋代的方志約有976 種，今僅存29 種①。其中受後人稱贊的特色佳作，如梁克家淳熙《三山志》多掌故；楊潛紹熙《云間志》繁簡適中；施宿嘉泰《會稽志》條理井然；景定《建康志》圖、表、志、傳、考俱備，為方志中的典型；高似孫嘉定《剡錄》首創大事記體例和地方文獻書目；常棠紹定《澉水志》首創村鎮志；乾道、淳祐、咸淳年間纂修的《臨安志》，體茂事備，可稱名著；宋敏求的《長安志》繼承了兩漢述地派的傳統，記載的地理內容豐富。
第二節測量和制圖的成就這一時期測量技術的提高，對地圖學的發展起了促進作用。據曾公亮《武經總要》和李誡《營造法式》中的記載，當時的測量儀器有水准儀、望標、望筒、指南魚、指南針、地螺（羅盤）等。
熙甯九年（1076）沈括創用了因地制宜進行地形測量的方法。他利用汴堤外取土築堤時形成的舊水溝，稍加改造，分段築堰截水，使之形成梯級水渠。然後再分別測量梯級水渠的水位差，其總和即為兩地地勢高下之數。他用這種分段築堰的測量法，實測了從開封到泗州淮口的地勢差為19 丈4 尺8寸6 分。沈括這項測量工作，比俄國于1696 年開始的頓河地形測量早600多年②。
宋朝統治者很重視地圖繪制，積極組織人力繪制新圖。淳化四年（993）
詔畫工集諸州圖，用絹一百匹，合而畫之，為天下圖，藏于秘閣①，此即著名的淳化《天下圖》。大中祥符初，命學士王曾修《九域圖》3 卷②，熙甯九年① 劉緯毅：《宋代方志述略》，《文獻》1986 年第4 期。
① 劉緯毅：《宋代方志述略》，《文獻》1986 年第4 期。
② 《沈括研究》，浙江人民出版社1985 年版，第98 頁。
① 王應麟：《玉海》卷14。
② 《宋史·藝文志》。
（1076）又命沈括編制《天下州縣圖》（即《守令圖》），經12 年完成③。宋仁宗天聖元年（1023），晏殊繪成《十八路州軍圖》④。除了《十八路圖》外，還有《十七路圖》⑤、工藝裝飾品性質的《殿禦屏風華夷圖》⑥。
關于地方行政、山川、河渠水利的地圖，單篇的較少，一般都與圖經、地方志等放在一起。就地區來說，有《契丹地圖》、《幽燕地圖》、《河西隴右圖》、《西州圖》、《西域圖》、《交廣圖》、《大遼國對境圖》、《大金國按境圖》等⑦。
外域地圖有《海外諸域圖》、《海外諸蕃地理圖》。
專用地圖有《魚鱗圖》、《導河形勝圖》、《制置沿邊浚陂塘築堤道條式圖》等。
此外，還有城市地圖，如《長安圖》，各種宮殿圖，《平江圖》，《靜江府城圖》等。石刻地圖有《九域守令圖》、《禹跡圖》、《華夷圖》、《地理圖》、《平江圖》、《靜江府城圖》等。在石刻地圖中，以保存在西安碑林中的《禹跡圖》和《華夷圖》的制作年代最早（約1081—1094）。淳祐七年（1247）據王致遠所得黃裳圖上石的蘇州《地理圖》也很著名。約在1155年前後楊甲編繪的《六經圖》，則是我國現存最早的印刷地圖。
宋代出現了多種地理模型，如沈括用面糊木屑制作的地理模型，蠟質地理模型，木板地理模型①，朱熹的膠泥地理模型②等。
第三節蓬勃發展的水文學宋代對河湖水位的觀測已有具體數據，在都江堰離堆石崖上刻有十個刻度的水尺，“水及六則，流始足用，過則從侍郎堰減水河泄而歸于江。歲作侍郎堰..准水則第四以為高下之度”③。南宋太湖地區出現了水則碑，如吳江上立有兩座水則碑，長七尺有奇，樹立在垂虹亭北左右。左水則碑用來觀測記錄各年的水位變化。碑上共有七條橫格，一條橫格為一則：“橫七道，道為一則，以下一則為平水之衡。在一則，則高低田俱無恙；過二則，則極低田淹..過七則，極高田俱淹”。④它表明水位變化與不同地形上農田受水害的數量關系，表明了建立水則碑的目的和通過水則碑了解水位長期變化的規律。右水則碑用來觀測記錄一年內各旬各月的水位變化。碑上刻有一年十二個月的名稱，每月又分上、中、下三旬。左、右兩碑合並使用，就可以了解當地短期（一年內）和長期兩種水位變化情況。這種設計很科學，在中國古代水文測量史上是一個創舉。另外，宋人從長江干流和支流上記錄長江枯水位的石魚題刻統計中得出石魚具有“三五年或十年方一出”的周期性特點③ 《夢溪筆談·補筆談》卷3。
④ 《玉海》卷14。
⑤ 《通志》卷73。
⑥ 《玉海》卷91。
⑦ 《補五代史·藝文志》、《通志·藝文略》。
① 《夢溪筆談》卷25。
② 《朱子文集·答李季章書》。
③ 《宋史·河渠志》。
④ 黃象曦：《吳江水考增輯》卷2。
的結論①。由于石魚“出必豐年”，因此，人們把石魚題刻稱作“豐年碑”或“豐年石”。四川忠縣汪家院子宋代洪水題刻，則是目前所見最早的長江洪水題刻。
宋代由于對水位的觀測比較仔細，在此基礎上，提出了防洪警戒水位的觀念。大中祥符八年（1015）六月詔：“自今後汴水添漲及七尺五寸，即遣禁兵三千，沿河防護”。後即成為定制。“舊制，水增七尺五寸，則京師集禁兵、八作·排岸兵，負土列河上以防河”②。這里的“七尺五寸”水位，即是現在水文站通稱的“警戒水位”。
這一時期，對于流水侵蝕與沉積作用有所研究，並以沈括的成就最為突出。沈括繼承了中國古代流水侵蝕理論，並用之解釋溫州雁蕩山的成因。他指出：“原其理，當是為谷中大水沖激，沙土盡去，唯巨石巋然挺立耳。如大小龍湫、水簾、初月谷之類，皆是水鑿之穴。”接著，他把流水侵蝕原理推廣到解釋所有不同岩性的溝壑，特別是黃土高原溝壑的形成上。沈括通過考察，以山崖上的化石為依據，用流水沉積理論來解釋華北平原的成因：“予奉使河北，遵太行而北，山崖之間，往往銜螺蚌殼及石子如鳥卵者，橫亙石壁如帶。此乃昔之海濱，今東距海已近千里，皆濁泥所堙耳。”③宋代海洋潮汐學的發展體現在潮時計算與潮汐表，潮汐成因理論和暴漲潮理論三個方面。
北宋張君房的新潮汐圖表，發展了竇叔蒙的潮時表，把竇表作了兩處改進。一是橫坐標由月相改為“分宮布度”，即月亮在黃道上的視運動度數。二是縱坐標用時辰表示時間的同時，又補充刻來表示，即“著辰定刻”。這兩處改進，使張表比竇表精細很多。北宋燕肅則把理論潮時的推算推進了一步。他計算的潮時逐日推遲的時間分為大盡（一個月30 天）和小盡（29 天），大盡3.72 刻，小盡3.735 刻。北宋呂昌明編制的《浙江潮候圖》是實測潮汐表，具有實用價值。
張君房的潮汐成因理論，受到葛洪、盧肇的影響，主張潮汐是月亮和太陽共同作用的結果，但強調月球的主導作用。余靖、沈括主張月球是潮汐形成的主要原因，批駁了盧肇。
燕肅關于暴漲潮與河口水下地形有關的理論是對潮汐學的一大貢獻，但他否認喇叭形河口對暴漲潮形成的重要作用則是錯誤的①。
李約瑟對中國宋代潮汐學的成就作了公正的評價。他指出：“在十一世紀中，即在文藝複興時期以前，他們在潮汐理論方面一直比歐洲人先進得多。”②第四節旅行家及其游記五代、遼、宋、夏、金時期，較著名且有游記流傳後世的旅行家並不多，這里僅簡要介紹一些代表性的人物及其作品。
① 王象之：《輿地紀勝》卷174。
② 《宋史·河渠志》。
③ 《夢溪筆談》卷24。
① 中國科學院自然科學史研究所地學史組主編：《中國古代地理學史》第七章，科學出版社1984 年版。② 李約瑟：《中國科學技術史》（中譯本）第4 卷，科學出版社1975 年版，第757 頁。張匡鄴、高居誨與《行記》後晉天福三年（938）十二月，張匡鄴、高居誨奉命去于闐，從靈州（今甯夏靈武南）出發，行兩年到達于闐，七年（942）冬返回。途經涼州（今武威）、甘州（今張掖）、肅州（今酒泉）、瓜州（今安西東）、沙州（今敦煌西）。歸來後，高居誨撰《行記》，記敘他們這次出使時來往所見山川地理情況。原書已佚，《新五代史·四夷附錄第三》保存有部分內容。
胡嶠《陷虜記》後晉天福十二年至廣順三年（947—953），胡嶠隨蕭翰入契丹，歸來後撰《陷虜記》1 卷，記載契丹、室韋、黑車子等地的地理情況。
王繼業《西域行程記》乾德二年（964），宋太祖趙匡胤詔沙門300 人入天竺求舍利及貝多葉書，王繼業是其中之一。12 年後，開寶九年（976）王繼業等人回國，奉太宗詔擇居四川峨眉山牛心寺，把從西域帶回的涅盤經一函42 卷藏于寺中。王繼業在每卷涅盤經之後，分記西域行程。此記雖不甚詳，然地里大略可考，世所罕見。范成大發現後，全文抄錄，收入《吳船錄》中，得以流傳至今。書的內容是記載王繼業游中印度、南印度時，那里的地理、寺廟、城市等情況，是現存宋代唯一一部記載印度地理的游記。
王延德《西州程記》北宋太平興國六年（981），宋太宗趙靈派王延德出使高昌（今新疆吐魯番）。雍熙元年（984）四月，王延德回東京（今開封），向太宗報告出使經過及沿途見聞，這就是《西州程記》，又名《使高昌記》或《高昌行記》。書中對沙漠景觀的描述有其獨特的內容。其他如物產、民族、風俗、水文、曆史、宗教的記載也頗為豐富，《宋史·高昌傳》全文收錄。
沈括《使契丹圖抄》《使契丹圖抄》是沈括于熙甯八年（1075）出使遼朝，與契丹貴族談判代北有爭議地界時所作的沿途考察報告，從書中可知遼的生產生活、氣候、習俗、“捺缽體”的建築等情況，還記有沿途驛道的迂曲、方位和里程。此書是研究遼曆史地理的第一手資料，有很高的學術價值。
范成大的三部游記范成大（1126—1193），蘇州吳縣人，南宋著名詩人，也是很有成就的地理學家和旅行家。《攬轡錄》，是范成大于乾道六年（1170）出使金朝時的日記體游記。原書已佚，今僅存數頁。記載了出使時走過的線路、地名、地理環境的變遷以及金朝的人事情況。《驂鸞錄》，是范成大于乾道八年（1172）出任靜江府（今桂林市）知府時所記途中見聞，如農業、手工業、物產、水利設施、集市貿易等。《吳船錄》，是范成大于淳熙四年（1177）自四川制置使召還，取水路回故里吳縣時寫的游記，對沿途經濟、文化、自然環境、城市地理等作了逼真的描述，具有較高的地理價值。
陸游《入蜀記》《入蜀記》是陸游于乾道六年（1170）去夔州（今重慶奉節東）任通判時，以日記體裁記述沿途（今6 省30 多個縣市）的見聞。它可與范成大《吳船錄》相媲美，為南宋優秀游記之一。所記地理內容豐富，如氣象、氣候、地貌、水文、水利、農業、動植物、州縣建置沿革、城市地理、航運、風俗等。
烏古孫仲端、劉祁與《北使記》金朝興定四年（1220）七月，詔遣禮部侍郎烏古孫仲端出使蒙古，晉見成吉思汗。不到一年返回。返回後，由烏古孫仲端口述、劉祁記錄，成《北使記》。內容記述烏古孫仲端一行去中亞的路程、沿途地形、民族、曆史、氣候、物產、風俗、動物、語言文字、宗教等。
第五節邊疆地理和域外地理五代、遼、宋、夏、金時期，由于中外交通比較興盛，促進了邊疆和域外地理的發展。其中代表作有《萍洲可談》、《宣和奉使高麗圖經》、《嶺外代答》、《鴨江行部志》、《諸蕃志》等。
《萍洲可談》3 卷，北宋朱彧撰，宣和元年（1119）成書。內容是朱彧記述其父在廣州做官時的見聞，大部分講廣州市舶和蕃坊情況，少部分記述高麗、三佛齊等地的地理。並首次記載我國將指南針用于航海的事實。
《宣和奉使高麗圖經》40 卷，北宋徐兢撰。宣和五年（1123）路允迪、傅墨卿出使高麗，徐兢為屬官。他把使團的見聞300 余條記錄下來，成此書。內容有高麗地理、物產、民情風俗、典章制度等。最後幾卷，記述中國與高麗的海上航線及航海技術，其中也有使用指南針航海的史實。
《嶺外代答》10 卷，南宋周去非撰，約1178 年成書。作者為桂林通判，此書記載他任期內的見聞，分20 門。其中地理門講廣西地理，外國門講東南亞、西亞、東非各國的地理、交通、物產、風俗等。此外，還有香門、寶貨門、金石門等。寫此書的目的，是為了回答別人關于嶺外事物的詢問，故名《嶺外代答》。
《鴨江行部志》1 卷，金朝王寂（約1127—1193）于明昌二年（1191）
寫成，記載金朝上京（今黑龍江阿城南白城子）、東京（今遼甯遼陽）、北京（今內蒙古甯城西北大明城）三路地理，可補《金史·地理志》的不足。《諸蕃志》2 卷，南宋趙汝適撰，約1225 年成書。作者為提舉福建路市舶官，閑暇時翻閱外國地圖，訪問外國客商，從他們那里得知各國的國名，風土人情，距中國的里程，物產等。上卷敘述亞、非兩洲共57 國的地理及其與宋朝的關系。下卷敘述47 種外國物產，如香料、寶石、珍珠、動植物等。第六節沿革地理這一時期的沿革地理學有很大發展，主要著作有《通志》、《通鑒地理通釋》、《通鑒地理考》等。
《通志》200 卷，南宋鄭樵（1103—1162）撰，是一部紀傳體通史。其中地理部分包括《四夷傳》7 卷，《地理略》1 卷，《都邑略》1 卷，《食貨略》2 卷，《災祥略》1 卷。與正史中的地理志、食貨志、五行志相當。《地理略》、《都邑略》則是重要的沿革地理著作。特別是《都邑略》出于鄭樵新創的體例，為其精心之作，其中敘述曆代都市建設情形，附帶述及曆代四裔都邑。
《通鑒地理通釋》14 卷，南宋王應麟（1223—1296）撰，元至元十七年（1280）成書。此書“以《通鑒》所載地名，異同沿革，最為糾紛，而險要阸塞所在，其措置得失，亦足為有國者成敗之鑒。因各為條例，厘定成編”①，是一部通貫千年的曆史地理專著。王應麟另有《通鑒地理考》100 卷，惜已不傳。
① 《四庫全書總目》卷47。
第九十三章生物學第一節動植物專著兩宋時期是中國古代生物知識進一步積累和蓬勃發展的時期。其主要標志就是出現了大量有相當水平的動植物學者，其中尤以植物類居多，如歐陽修《洛陽牡丹記》、陸游《天彭牡丹記》、王觀《揚州芍藥譜》、范成大《梅譜》、劉蒙《菊譜》、蔡襄《荔枝譜》、韓彥直《橘錄》、陳翥《桐譜》等。這些著作分別記述各種園藝植物的品種、曆史沿革、性狀特征和栽培方法等，在生物學史上都具有重要價值。例如，蔡襄《荔枝譜》是我國現存最早的一部有關荔枝的專著，全書7 篇，書中所記32 個品種，對其性狀特征作了清楚的描述，對于考證現代荔枝品種源流有特別重要的參考價值。從中可以看出，作者的觀察是很仔細的，如正確地指出荔枝有“間歲生”、“仍歲生”和“半生半歇”的結果習性。此書還記載了由于顯著變異而產生的某些荔枝品種，並指出嶺南、四川、福建都產荔枝，但以福建所產荔枝品質最好。據此書記載，當時荔枝產量很高，除供國內食用外，還遠銷東南亞和日本等國。此外，如宋僧贊甯《筍譜》，可說是晉戴凱之《竹譜》的姐妹篇，記述了94 種筍；陳景沂《全芳備祖》，前集27 卷，後集31 卷等，也都有豐富的植物學史料。在動物方面，如專門研究鳥類的《禽經》，相傳為春秋時代師曠所撰，晉張華注，宋陸佃始見引用。但從書中內容分析，此書可能是唐宋時代的托名之作。書中載有鷂、鹡鸰、錦雞等70 多種鳥，分別記述各種鳥的名稱、形態、身體結構與生活環境，乃至遷徙及換羽的習性等，但以描述鳥類的生態為重點。這是我國最早的一部鳥類生態學著作。此外，這一時期的一些地區性動植物著作，如范成大《桂海虞衡志》記載了廣東、廣西、云南、貴州等地動植物100 多種，宋祁《益部方物略》記載了四川地區的動植物等，都有助于了解這些地區的動植物資源的情況。
南宋鄭樵在總結前人經驗的基礎上，提出了一套較為科學的動植物志及圖譜的編寫原則和方法，其中包括：（1）重視動植物名稱的研究，要“深究鳥獸草木之名”，“得鳥獸草木之真”，並以實物為准，做到名副其實；（2）主張深入實地觀察和采訪。“不問飛潛動植”，都要“明其品彙”，“通鳥獸之性狀，察草木之精神”；（3）明確“圖”與“說”的區別及其相互關系，“圖，經也；書，緯也”，並指出“蟲魚之形，草木之狀，非圖無以別”，特別強調圖例對研究動植物的重要性；（4）凡著書雖采前人之書，但不囿于漢唐諸儒議論，必須“本乎心識”，“自有所得”，等等。①這些原則和方法，顯示出他反對因循，要求創新的思想，是應該給予充分肯定的。
第二節動植物形態和生態知識這一時期關于動植物形態和生態的知識更為豐富和確切。如蘇頌《圖經本草》所附的動植物圖，都是按實物繪制的，其中的動植物圖譜，多數可作為鑒定這些動植物的科、屬、乃至種的依據。《圖經本草》原書已佚，但在唐慎微《經史證類備急本草》（簡稱《證類本草》）一書中，保存了《圖經① 參見梁家勉：《中國動植物志的出現及其發展》，《科技史文集》第4 輯，上海科技出版社1980 年版。本草》的部分植物圖，由此可以略窺一斑。唐慎微《證類本草》的藥物圖也是按實物繪圖的，產地不同而形異者，則繪數圖，且每圖都注有產地。動物形態一般只繪一圖，有些動物也繪有數圖並注明產地。《經史證類備用本草》的圖例是我國現存最早的較完全的動植物形態圖。這種按類繪圖並可據圖采集動植物的方法對以後動植物形態學的發展也有較大影響。
由于宋代多次對本草學著作進行整理和修訂，促進了人們對野生植物的觀察和了解。例如，對于花的各部分名稱及特點有了更准確的記載。如《圖經本草》記載：漏盧“花黃，生莢端”，防風“五月開細白花，中心攢聚，作大房”，蚤休（即七葉一枝花）“蕊赤黃色，上有金絲垂下”等，不僅對花的形狀和顏色作了詳細描述，而且明確區分了花萼、花蕊、花絲、子房等，反映出當時對植物形態有了進一步的辨別和認識。又如，蘇頌描述使君子的形態為“其葉青”，“其莖作藤..三月生花，淡紅色，久乃深紅，有五瓣，七、八月結子如拇指，長一寸許，大類梔子而有五棱”①。明確指出了使君子為藤本植物及其花色變化和果實形態。沈括描述鉤吻：“其草蔓生，如葛；其藤色赤，節粗似鶴膝；葉圓，有尖，如杏葉，而光厚似柿葉，三葉為一枝，如菉豆之類；葉生節間，皆相對；花黃細，戢戢然，一如茴香花，生于節葉之間。”①鉤吻為纏繞莖，葉對生，黃花。沈括對其形態特點的描述是很生動和准確的。而利用植物的花和果實等繁殖器官的形色作為鑒別植物的依據，是植物形態學的一大進步。
在這一時期植物譜錄中，根據所記載的植物名稱和有關描述，一般都能辨別其種屬，這在生物學上也是很有意義的。如陳翥《桐譜》提到，白花桐是以其“花先葉而開，白色，心赤內凝紅”的特征而命名的。由此可知他所說的“白花桐”是現在分類學上的白花泡桐。另外一種紫花桐，其“花亦先葉而開，皆紫色，而作穗，有類紫藤花也”，根據這種形態特征，可知“紫花桐”是現在分類學上的絨毛泡桐。陳翥還記述了白花桐的一個變種，即“白花之小異者”②，基本上反映了其種屬關系。類似的認識和描述，在宋代的各種專譜以及鄭樵《昆蟲草木略》等著作中都有突出的反映。
在動物學方面，如《圖經本草》載錄有豐富的動物形態和生態知識。書中記載麝“形似獐而小，其香正在陰前”③，說明當時人們已觀察到麝（雄性）鼠蹊有麝香腺。再結合書中所載麝、獐這兩種鹿科動物的圖形，可以清楚地看出麝和獐都無角，獐無香腺的形態特征。此書所載貝類等動物的形態也是相當准確的。關于動物生態和生活習性，在《圖經本草》中也有簡要生動的描述。例如，書中記載：“獐，今陂澤淺草有之”①；熊，“好攀緣”，“上高木”，“冬多入穴而藏蟄，始春而出”②。把獐、熊生活環境和熊冬眠習性描寫得十分清楚。又如對牡蠣的攝食方式和食性等也都有相當深刻的認識等等。此外，在陸佃《埤雅》、羅原《爾雅翼》、鄭樵《昆蟲草木略》等以詮釋動植物名物為主旨的著作中對動植物種類形態和生態也都有不少翔實的記① 唐慎微：《證類本草》，人民衛生出版社1982 年版，第239 頁。
① 見胡道靜校注：《夢溪筆談校證》，古典文學出版社1957 年版，第1040 頁。② 潘法連：《桐譜選譯》，農業出版社1983 年版。
③ 見唐慎微：《證類本草》，第369 頁。
①② 分別見唐慎微：《證類本草》，第386、371 頁。
載。
第三節遺傳與變異兩宋時期由于果木、花卉、觀賞動植物等園藝業的發展，人們積累了更加豐富的遺傳變異知識。
這一時期關于生物變異的記載是很多的。如蔡襄在《荔枝譜》中列舉出荔枝品種的多樣性和變異性。他說：“荔枝以甘為味，雖百千樹莫有同者”，同一品種也存在著個體差異。劉蒙在《菊譜》中曾描述了菊花有35 個品種。關于菊花的變異，他說：“花大者為甘菊，花小而苦者為野菊，若種園蔬肥沃之處，複同一體，是小可變為大也，苦可變為甘也。”沈括曾說“諸越則桃李冬實，朔漠則桃李夏榮，此地氣之不同也。”③這些不僅反映出對生物變異的普遍性有了進一步的認識，而且更明確地認識到生物的變異與生物的生活環境有著密切的聯系。
更為重要的是，人們在實踐中利用能夠遺傳的顯著變異，主動地去培育新品種。例如，北宋中期洛陽出現一種“潛溪緋”牡丹。它原出“潛溪寺”，“本是紫花，忽于叢中特出緋者，不過一二朵，明年移在他枝”①。這顯然是一種突變。他如“禦黃袍”、“洗妝紅”等牡丹，也都是由突變產生而由人工加意培育出來的。不僅如此，當時的種花人還對用突變加選擇去培育新品種的寶貴經驗作出了總結。例如，劉蒙《菊譜》中寫道：“嘗聞蒔花者云：花之形色變異如牡丹之類，歲取其變者以為新。”這反映出通過連年選擇變異植株可以創造出新類型的樸素進化觀，也完全符合關于遺傳、個體變異和人工選擇是生物及品種類群不斷豐富的基礎這一現代遺傳學的重要理論。北宋歐陽修的《洛陽牡丹記》還提到：“姚黃未出時，牛黃為第一；牛黃未出時，魏花為第一；魏花未出時，左花為第一。左花之前，唯有蘇家紅、賀家紅之類，皆單葉花，當時為第一。自多葉（重瓣）、千葉花出後，此花黜矣，今人不複種也。”指出了重瓣和多瓣花都是從單瓣花逐步演化而來的。陸游《天彭牡丹記》、劉蒙《菊譜》等專譜中也都有類似的記載。宋神宗元豐五年（1082），周敘《鄞江周氏洛陽牡丹記》中提到：“間金，千葉紅花也，微帶紫而類金系腰。開，頭可八九寸。葉，間有黃蕊，故以間金目之。其花蓋黃蕊之所變也。”這里說的是一種叫“間金”的多瓣牡丹，開的紅花稍帶紫色，很像另一個品種“金系腰”，但在數層花瓣中夾雜著黃色雄蕊，所以稱“間金”。它的花瓣是由黃色雄蕊變成的，從而科學地解釋了花瓣增多的原因。這是世界生物學史上最早發現雄蕊可以變成花瓣的文獻記載②。第四節對大型真菌與微生物的認識和利用在顯微鏡問世以前，“菌”的概念主要是指那些肉眼可見的大型真菌。
寇宗奭《本草衍義》中記載：“茯苓乃樵砍訖多年松根之氣所生，此蓋根之③ 《夢溪筆談校證》卷26。
① 歐陽修：《洛陽牡丹記》。
② 姚德昌：《從中國古代科學史料看觀賞牡丹的起源和變異》，《自然科學史研究》第1 卷第3 期，1982年。
氣味，噎郁未絕，故為是物”，“松既樵矣，而根尚能生物乎？答曰：如馬勃菌、五芝、木耳、石耳之類，皆生于枯木、石、糞土之上，精英未淪，安得不為物乎”。①雖然當時還難以了解菌類的繁殖體（孢子），但這里明確指出茯苓是松根上腐生的大型真菌，並把多種菌類的腐生習性作了科學的概括，這種對菌類生物學特性的精辟論述是難能可貴的。蘇頌《圖經本草》進一步指出“茯苓出大松下，附根而生，無苗、葉、花，實作塊如拳，在土底”②。這不僅說明茯苓是附生植物，具有生長在松樹下面的習性，還描述了它是由堆積成團“作塊”的菌絲組成的形態特點。此書還記有如何發現和采掘茯苓的方法。如說“今茶人采之法，山中古松久為人斬伐者，其枯折槎枿，枝葉不複上生者，謂之茯苓”③，即在砍伐多年且不再萌發枝葉的老松樹的枯折根株上，可能有茯苓。遇有這種松樹“即于四面丈余地內，以鐵頭錐刺地，如有茯苓，則錐固不可拔。”④茯苓的利用也是曆史悠久的。《圖經本草》記載，把茯苓制成末，浸在酒和蜂蜜中，封之，“無泄氣”，冬五十日，夏二十五日，就成了“其味極甘美”的茯苓酥，再制成手掌大的餅，即可食用。茯苓是富有營養的食用菌，近年來，人們發現，從茯苓中提取的多糖，對某些癌症有明顯的抑制作用①。此外，《圖經本草》對豬苓、菰草、冬蟲夏草等，都有精彩的記述。
陳仁玉于淳祐五年（1245）寫成的《菌譜》是中國最早的菌類專著。書中主要記載產于浙江的松蕈、竹簟、鵝膏等11 種大型真菌，並較詳細地描述了這些真菌的形態、生長習性、生態等以及它們的可食用性。有的大型真菌還可資以鑒其種屬②。此外，《菌譜》還記有誤食毒菌的中毒症狀及治療方法。如說“鵝膏蕈生高山中，狀類鵝子，久而散開。味殊甘滑，不減稠膏。然與杜蕈相混。杜蕈者生土中，俗言毒氣所成，食之殺人”，“凡中其毒者必笑，解之宜以苦茗雜白礬，勺新水並咽之，無不立愈”。
這一時期，特別是通過農業生產實踐也積累了不少微生物學知識。如陳旉《農書》中較詳細敘述了用粃糠、斷槁落葉和由它們燒成的灰，並與麻子餅一起漚制肥料的方法。陳旉在記述這一漚制過程時寫道：“如作曲樣，候其發熱，生鼠毛”③。表明當時已意識到肥料的漚制和用谷物釀酒有共同特點，並描述了黴菌菌絲生長的情況。實際上這都是微生物的發酵作用④。陳旉《農書》還提到：撒石灰泥中，“以去蟲螟之害”⑤，即是用石灰消毒種子的方法。兩宋時期的生物學成果是多方面的，除上述者外，如對白蠟蟲、紫膠蟲與五倍子蚜的研究、飼養和利用，杜綰《云林石譜》對魚化石的記載，沈括、朱熹對螺蚌化石堆積的論述，吳簡、楊介、宋慈對人體解剖的認識，等等，也都獲得不少重要發現和傑出成就。此外，關于遼朝、金朝等統治地區一些① 見唐慎微：《證類本草》，第297、296 頁。
② 見唐慎微：《證類本草》，第297、296 頁。
③ 唐慎微：《證類本草》，第296 頁。
④ 唐慎微：《證類本草》，第296 頁。
① 趙根楠：《茯苓古今談》，《植物》1980 年第5 期，第16 頁。
② 苟萃華等著：《中國古代生物學史》，科學出版社1989 年版，第159 頁。③ 見萬國鼎：《陳旉農書校注》，農業出版社1965 年版，第45、56、27、31 頁。④ 苟萃華等著：《中國古代生物學史》，第161 頁。
⑤ 見萬國鼎：《陳旉農書校注》，農業出版社1965 年版，第45、56、27、31 頁。動植物如海東青、牛魚、跳兔、回鶻豆、西瓜、旱金花、鐵腳草等的記述，也豐富了這一時期生物學的內容。
第九十四章醫藥學第一節人體解剖的新進步關于請醫學家、畫工剖視繪制死刑犯人髒腑的人體解剖研究，在宋代最有影響的是《歐希范五髒圖》和楊介《存真圖》等的繪制。葉夢得的《岩下放言》、趙與時的《賓退錄》、范慎的《東齋紀事》、沈括的《夢溪筆談》等對《歐希范五髒圖》的繪制始末與內容均有記述。據《岩下放言》記載：“世傳歐希范五髒圖，此慶曆間（1041—1048）杜杞待制治廣南賊歐希范所作也。希范本書生，桀黠有智數，..乃與其黨蒙干嘯聚數千人，聲搖湖南。朝廷遣楊畋討之，不得，乃以杞代。杞入境，即為招降之說，與之通好。希范猖獗久，亦幸以苟免，遂從之。與干挾其首領數十人，偕至。杞大為燕犒，醉之以酒，己乃執于座上。翌日，盡磔于市；且使皆剖腹，刳其腎腸，因使醫與畫人，一一探索，繪以為圖。”①中國著名解剖學家詹寶璋指出：“其所觀察所記載，雖未盡正確，然比較已頗精密，實九百年前一段最好的解剖記錄也。”②其次是楊介的《存真圖》。據考“崇甯間（1102—1106）泗州刑賊于市，郡守李夷行遣醫並畫工往視，決膜摘膏，曲折圖之，盡得纖悉，今較以古書，無少異者”①。該書雖佚，但其圖式多為元、明醫學家著作所引用。宋代進行人體解剖還有若干記錄，如：軍醫張濟善于針灸，“凡視一百七十人”，還稱言其用以觀察針灸治療疾病效果者。凡此種種，雖皆行解剖于刑犯、饑疫者，但其動機則無不涉于醫學的研究。
第二節官修本草兩宋時期共修成本草著作80 余部，其中記載的藥物品種總數達1800 余種，比唐朝的《新修本草》增加了1030 種。除私人所修的多部本草著作外，由官府組織人力，大規模編修本草成為這一時期藥物學著作編撰的主流。開寶六年（973），宋太祖即詔令劉翰、馬志、張素、吳複珪等九人修定本草。他們以唐朝的《新修本草》（659）為基礎，補正訛漏，增加新藥139種，編成《開寶新詳定本草》。次年，又命翰林學士李昉及王祐等人重新校勘，修正頗多，改名《開寶重定本草》（974），簡稱《開寶本草》，頒行全國。凡20 卷，收藥983 種。嘉祐二年（1057），又命掌禹錫、林億、蘇頌等人在《開寶本草》的基礎上，再次修定，于三年後修定完稿，成《嘉祐補注神農本草》21 卷，增加藥物99 種，共收藥物1082 種，除印有監本外，為普及還出了小字本。
嘉祐三年（1058），宋朝廷曾命各郡將所產藥物一律繪圖，注明開花、結實、收采季節及用途，送往京師，由蘇頌等人負責整理。這是繼唐朝之後，又一次由官府組織的大規模的藥物普查，對鑒別藥物真偽、統一名稱等起了重要作用。嘉祐六年（1061），蘇頌根據各地所送資料編寫的《圖經本草》，收藥圖933 幅，是我國有部分尚存最早的圖文並茂的版刻藥物圖譜。
① 陶宗儀：《說郛》卷29 引《岩下放言》。
② 詹寶璋：《中國解剖史》，《醫學史與保健組織》1957 年第1 期。
① 詹寶璋：《中國解剖史》，《醫學史與保健組織》1957 年第1 期。
此後，四川出現了兩部由個人編著的本草著作。一是陳承在元祐年間（1086—1093）所著《重廣補注神農本草並圖經》23 卷，現已佚。另一部是唐慎微所著《經史證類備急本草》（簡稱《證類本草》）。
唐慎微（1056—1093），字審元，原居蜀州晉原，後住成都，人稱華陽人，世醫出身，有醫名，醫不重酬，但求得方，凡所閱讀待人均以搜尋藥方為務，因此積累了大量經史和民間藥物知識。他的《證類本草》在《嘉祐本草》及《圖經本草》基礎上，增加新藥476 種，並一一附圖，計收藥物1558種，凡32 卷，另收古今單驗方3000 余首，內容極為豐富，使宋代藥物學達到了很高的水平。
在《證類本草》的基礎上，大觀二年（1108）宋徽宗命醫官艾晟進行修訂，正式刊行，名為《大觀經史證類備急本草》，簡稱《大觀本草》，作為國家藥典頒行全國。政和六年（1116）再次修訂，名《政和經史證類備用本草》，簡稱《政和本草》。南宋紹興二十九年（1159）又加修訂，名《紹興校定經史證類備急本草》，簡稱《紹興本草》。宋代官修本草有上述數次，如此不斷地官修、刻印、頒行，對本草學的發展和藥物品種的統一起到了巨大的積極作用。
此外，民間還有若干本草著作，如《日華子諸家本草》（約成書于開寶中）、《本草衍義》（1116）、《寶慶本草折衷》、《履巉岩本草（1220）等，均具有較大的代表性。
第三節官辦醫局與大型醫方書的編撰王安石變法施行市易法，由官府控制藥品貿易，于熙甯九年（1076）由太醫局設立“賣藥所”，崇甯二年（1103）在都城已開設五所，並另設專門負責藥物炮炙加工的修合藥所二處。此後分別改稱為“醫藥惠民局”和“醫藥和劑惠民局”。約于紹興十二年（1142）又改名為“太平惠民局”，並且相繼在淮東、淮西、襄陽、四川、陝西等地也成立了官辦“惠民藥局”。惠民藥局的舉辦在曆史上曾發揮了積極作用。但後期由于官府的腐敗，曾被人們諷刺為“惠官局”或“和吏局”。
在賣藥所成立之前，太平興國三年（978）宋太宗即詔令醫官奉獻有效經驗方，太平興國七年至淳化三年（982—992），令醫官王懷隱、王祐、陳昭遇等彙編成大型方書《太平聖惠方》100 卷，分1670 門，收載醫療處方16834首。該書有理論、有經驗、有處方、有藥效等，是一部中醫理、法、方、藥俱備的官修藥典。特別經慶曆六年（1046）選其精要輯為《聖惠選方》，作為太醫局等培養醫生的教材達數百年之久。大觀元年至大觀四年（1107—1110），宋徽宗詔令太醫裴宗元、提舉措置藥局陳師文等合作，編成《和劑局方》，幾經校訂、增補，紹興二十一年（1151）以《太平惠民和劑局方》之名頒行全國。共10 卷，收醫方788 首，是世界上最早的國家藥局方之一。該書在數百年間占有極其重要的學術地位。由于其用藥偏于辛溫之弊，曾為醫學家批評，但有許多醫方至今仍為醫界所廣泛運用。北宋末，宋徽宗親自組織醫官編撰《聖濟經》10 卷，于政和八年（1118）編成，詔頒天下學校，以為課試命題的依據。與此同時，還集中醫官在廣泛收集曆代方書和民間經驗的基礎上，編成《聖濟總錄》200 卷，分60 門，收醫方近兩萬，集宋以前醫方的大成。該書編成後未及刊行，金人攻取宋東京，該書刻板盡歸于燕。金世宗大定中（1161—1189）取所獲刻板重刊頒行，故南宋未見此書流傳。第四節創設校正醫書局北宋建立後，多次組織醫學家修定本草，校正補充醫方，開辦國家醫藥惠民局等。與此同時，為了廣泛征集收藏和充實國家圖書館的醫藥書籍，曾多次向全國發出購求醫藥書籍的命令。早在北宋建立後的第十三年，趙匡胤即詔令皇室和翰林醫官“詳校諸本草”，修撰《開寶本草》，對購求醫藥書籍提出了要求。太平興國三年（978），宋太宗詔令翰林醫官院各具家傳經驗方以獻。太平興國六年（981）命賈黃中等在崇文院編錄、校正曆代醫書。在編錄校正中深覺存書不豐，于是由朝廷發布詔令：凡捐獻醫藥書籍“及二百卷以上者，無出身與出身，已任職官者亦與遷轉，不及二百卷，伏給緡錢賞之”，由此所集醫書甚眾。
天聖四年至七年（1026—1029），宋仁宗與輔臣論述衛生問題時提出：“世無良醫，故夭橫者眾，甚可悼也？”張知白認為：“古方書雖存，卑多舛謬，又天下學醫者，不得盡見。”由此引起宋仁宗對校正和刊印醫書的注意，遂命集賢院校理晁宗懿、王舉正等校正《素問》、《難經》、《諸病源候論》。景祐二年（1035）又命世醫丁度等校《素問》。皇祐三年（1051）又命孫兆校《外台秘要》等。嘉祐二年（1057）宋仁宗接受宰相韓琦建議：“醫書如《靈樞》、《太素》、《甲乙經》、《廣濟》、《千金》、《外台》之類，本多訛舛，《神農本草》雖開寶中嘗命官校定，然其編載尚有所遺，請擇知醫儒臣與太醫參定頒行。”隨後，“令置校正醫書局于編集院”，命韓琦為提舉，命掌禹錫、林億、張洞、蘇頌等為局官。繼韓琦任提舉者還有錢象先等，繼林億等局官者還有秦宗古、高保衡、孫兆、孫奇等名家。經過十余年許多名家的搜集整理、考證、校勘，校正醫書局取得了巨大的成功。①《素問》、《傷寒論》、《金匱要略》、《金匱玉函經》、《脈經》、《針灸甲乙經》、《諸病源候論》、《千金要方》、《千金翼方》、《外台秘要》等尚存宋以前重要醫書均經校正醫書局校勘正誤。
第五節臨床醫學的進展從宋代太醫局之醫療和教學體制可知，其臨床醫學已分為大方脈即內科、小方脈即兒科、瘡腫兼折傷即外科骨傷科、產科、眼科、口齒咽喉科、針灸科、金瘡書禁即戰傷與畫符咒禁以及專治風疾等，有時作九科、十科，有時分為十三科。但以內、外、婦、兒科發展較大。例如：內科除傷寒、雜病等有許多專著外，還有專門論述腳氣病的《腳氣治法總要》（1093），著重總結水腫治療經驗的《雞峰普濟方》，專門論述肺結核病的《十藥神書》等等。在外科骨傷科方面，除出現許多專論外科瘡瘍疾病的綜合性和專門外科疾病書籍外，首次出現了用外科命名書名的書籍，如吳起予的《外科新書》及繼而成書的陳自明《外科精要》（1263）。在婦科方面，楊子建撰《十產論》（1090），對橫產、倒產、臀產、礙產等各種非正常難產以科學的論述，並詳載了各種難產的助產方法。尤其所述轉胎手法是醫學史上異常胎位轉正① 李經緯：《北宋皇帝與醫學》第五屆國際中國科技史會議論文，1988 年8 月，美國聖迭戈。術的最早記載。陳自明所撰《婦人大全良方》（1237）24 卷是婦產科學集大成的著作，所論調經、眾疾、求嗣三門全面系統論述了婦科諸種病證；胎教、候胎、妊娠疾病、難產、產後五門，詳論了產科諸種生理、病理和病證治療等內容，對中國婦產學發展發揮了巨大的影響。在小兒科方面，其貢獻和影響與陳自明齊名者可推著名兒科學家錢乙（1053—1117），他從事小兒科學研究和疾病治療四十余年，積累了豐富的理論知識和臨證經驗，撰有《小兒藥證直訣》，于重和二年（1119）經學生閻孝忠整理成書。該書在小兒生理上強調“五髒六腑成而未全，全而未壯”，指出小兒病理上“易虛易實”，“易寒易熱”等特點，故在治療原則的確定上主張“柔潤”，反對大瀉、蠻補和痛擊之法，有著很高的科學依據。其他如眼科、口齒科、咽喉科等等方面也都取得新的進步。
第六節法醫學的總結與提高中國法醫學遠在秦漢已積累了比較豐富的經驗和一些理論認識，此後不斷有新的著作問世。宋代宋慈（1186—1249）所編撰的《洗冤集錄》（1247），是一部集大成並影響人類法醫學發展的法醫學專著。宋慈（1186—1249），字惠父，福建建陽人，進士出身，先後三次出任提典刑獄官，積累了豐富的執法經驗，對人體解剖，驗傷，驗尸，現場勘察，機械性死傷原因之鑒別，自殺、他殺之鑒別，自殺他殺動植物毒品，急救，解毒等等，均有不少科學的論斷。宋以後600 年間“聽訟訣獄，皆奉洗冤錄為圭臬”。在此期間雖然不斷有新的法醫學論著出現，然無不以此為藍本。並先後被譯為朝、日、英、德、俄等多種文字出版，成為許多國家審理死傷案件和研究法醫學的重要參考書。