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《氾胜之书》专门论述了土壤改良问题。坚硬的土壤可以通过提前细耕而变得松软，而轻土弱土则可以通过将草叶踩入土中，甚至不用草叶直接踩实而变得坚实（文献五，4：7。1及4：7。4。1）。用动物的粪便、蚕粪或骨汁粪种可以提高种子附近土壤的肥力，给种子提供最理想的养料供应。221（文献五，4：3。1至4：4。1。2）汉代学者已经将粪种视为改良土壤的途径之一。汉代注释家郑玄在对《周礼》的注释中指出，改良土壤的途径包括因地制宜地选择作物及用骨汁粪种。而且郑玄明确声称这种土壤改良途径与氾胜之介绍的方法是类似的。222（文献四，11）
事实上，即便新垦土地也是经过了人工改良的，这一改良过程在开垦处女地耕种时就开始了。无论林地还是草地，人们在耕种前总要烧掉原来的植被，并让灰烬分解掉。这种经过分解的灰烬，自然能够给土壤提供有价值的养料盐。223（文献四，12）这种土地开垦过程虽然与刀耕火种有些相似，其目的却是在伐倒树木的次年只进行有限的耕作，而为第三年及此后创造良田。这种土地垦殖办法早在商朝就出现了，并且在西周的文学作品中有过生动描述。224当然，人们也能够通过施肥、灌溉来持续地改善土壤的特性与质量。在某种程度上可以说，土壤是处于人类的操纵控制之下的，而不是由它来决定人类必须种植的作物。
汉代的肥料主要有两种，绿肥与粪肥。在中国，对绿肥有意识地使用很可能早在公元前11世纪就出现了，至迟也不会晚于公元前5世纪。225《礼记·月令篇》的记载可能是关于绿肥的最早记录。《月令》有一节论述了在季夏时节杀草焚烧，然后浸之于水，利用高温加速其分解过程，从而“可以粪田畴，可以美土疆”（文献四，13）。汉代农书《氾胜之书》中也有一段是关于使用绿肥的。作者警告说，必须等草长出后才能翻耕农田，这样的话在杂草翻埋于土壤中并且腐烂后，农田就能得到改良。
“粪肥”包括人和动物的粪便。一位农史学家最近论证说，人类在农业生产中有意识地大规模使用肥料前，可能就已经将粪便作为肥料用于居所附近的园圃了。226直到现在，中国城市内的粪便仍然作为肥料被运往菜圃和稻田。汉墓出土的陶制房屋、农舍模型等都带有厕所，说明它们的重要性不仅仅在于是住所的一部分。227除了人粪外，家猪与家禽是粪肥的主要来源。（见图版1，略）这与欧洲的肥料来源完全不同，欧洲主要是牛粪与马粪。欧洲农民有大量休耕地，为他们提供了广阔的牲畜放牧空间，而中国汉代的农民根本没有休耕的条件，土地必须连年耕种。汉初有人估算农户全部生产收入中有20％与“六畜”（鸡、狗、猪、马、牛和羊）有关。对这类特殊收入的计算包括“糠秕”（文献四，8），说明它包含了饲料与家畜的价值，因此，无论饲料还是家畜在农户总收入中所占的比例都要低于20％（文献四，8）。228这一数字当然远远低于牲畜饲养在欧洲农户收入中所占的比例。
汉代农民在改良土壤方面付出的艰辛努力，说明土地十分珍贵，而农民无法购置大片土地。牲畜饲养规模有限，也凸显了最大限度地利用土地生产粮食与经济作物的必要性。而且，小规模农作与上面提到的两个问题也形成了一种恶性循环。一个人投入集约农作物的力量越多，他能够进行大面积作业的可能性就越小。粪肥的来源越贫乏，令人满意地大面积改善土壤质量的可能性就越小。用粪肥改良土壤、粪种与有限的禽畜饲养，都表明汉代农民不得不采用小农经营的方式。
农业资源 水利灌溉（1）
水利灌溉是利用自然资源的重要途径之一。人们至少能通过三种方式控制水分，从而实现水利，即兴建水库、水渠与水井。兴修水利的目的也是三个，包括灌溉作物、改良盐碱地与防治洪涝。在汉代这些对水利的利用方式满足了不同地区的需求。
汉代以前，在今陕西省、黄河中下游地区、淮河与汉水流域以及四川盆地都兴建过大规模的水利系统。汉代的水利工程大多也建于这些地区。229
有三项早期水利工程很好地适应了当地土壤与作物的需要。其中年代最早的是芍陂，它位于安徽北部的淮河支流上。芍陂是楚庄王时（前613年－前591年在位）的楚相建造的，中间一度遭到毁弃，但在距其建成一百年时整个工程又得到了修复。现存历史记载，特别是5世纪时的历史地理学著作《水经注》，描绘的可能都是大规模修复后的工程。不过，修复后的芍陂的基本特征与最初修建时仍然是相同的，都是通过拦蓄两条河流的水分来灌溉100万亩稻田。芍陂有五个水门用于进水、放水，周长超过了120里（文献四，14、15）。淮河流域位于稻产区，芍陂保证了稻田水分的供应。因此，这一水利系统的主要功能在于保证供水的稳定。
漳水流域的灌溉系统有不同目的。或许是魏文侯时（公元前424年－前387年）的西门豹，或许是魏襄王时的史起，也可能是他们两个人相继从漳水引水灌溉农田，从而使“终古斥卤”之地得以改造成能种植稻、粱的良田（文献四，16、17）。与此类似，位于今陕西境内、以主持该工程的工匠命名的郑国渠，也是为了将盐碱地改造为良田而开凿的。利用规模宏大的灌溉渠系从富含泥沙的泾水引水灌田，使水流挟带的淤泥在贫瘠的土地上沉淀下来，形成肥沃的表土层（文献四，18）。邺与郑国渠所在的关中地区都位于黄土地带，在这里充足的水源既可以溶解冲洗掉土壤中过多的盐分，而且能够促进毛细作用，将黄土深层蕴含的矿物质输送到地表。不过，其土质构造也容易造成土壤中养分的流失。而每年汛期洪水带来的泥沙沉淀，则是对这种土壤肥力最好的补偿。
第三个水利灌溉工程是公元前4世纪李冰在四川盆地修建的都江堰（公元前306年－前251年）。早期文献记载，修建这一治水工程的主要动机在于改善水利交通，将有岩石和瀑布阻塞的河道分成两条水道，引水灌田只是附带功能。不过，现在灌溉已经成为了都江堰的主要功能。虽然已经存在了大约2300年，这一工程仍然保存完好，并且仍在得到充分利用（文献四，19）。四川盆地的气候与土壤条件适宜水稻生长，都江堰则方便了将源自石质山地的不含泥沙的水流引至成都平原的稻田。因此，这一工程的性质更接近于芍陂，而不同邺地的水利系统。
尽管很奇怪，农田灌溉似乎并非汉代兴修水利最初或最主要的出发点，但汉代的治水工程与之前的工程实际上起到了同样的作用。汉代第一项重大水利工程建于公元前130年，当年开挖了一条渠道，以缩短谷物从帝国东部地区运往人口密集的畿辅地区的距离。数万劳力用了三年的时间开挖了这条长300里的渠道。同时，运河两岸的上万顷农田也因水源伸手可得而受了益（文献四，20）。几年后，从东部向都城大规模输送粮食的困难又迫使人们考虑新的解决办法。与畿辅地区隔黄河相望的河东郡太守建议引水灌溉5000顷（或者说50万亩）畿辅边缘的土地，这样畿辅附近地区也能产粮，从而能消除或减少必须从东部运送的粮食。在他的计划中，必须开挖一条渠道从黄河及其支流汾河引水，灌溉河岸边原本用于放牧与种植草料的废弃土地。不过，该工程由于黄河改道而失败了（文献四，21）。在这一事件中让人感到奇怪的是河岸的土地为何还需要专门灌溉。一种可能是这些土地实际上是位于先前的河道，它们是由于早先的河流改道而形成的。现在也是由于河流的再次改道而使得开挖的渠道失去了作用。另一种可能是那里的土壤容易滤失养分，因而有必要补给淤泥，让其沉淀形成新的表土层。五年后，另一地区的盐碱地也得到了灌溉，水流在这里是通过一系列地下渠道（井渠）输送到了农田的（文献四，22）。这种灌溉方式不会带来淤泥形成表土层。在这一事件中，兴建该工程所预期的高产之所以能实现，不仅是在于冲洗掉了土壤中的碱性物质，而且也在于为水稻之类喜水的高产作物提供了水源。当地在汉代确实有水稻种植，不过现在陕西已经不再是重要的水稻产区了（文献四，23，参见文献四，30）。
公元前111年在郑国渠的基础上开凿了六辅渠，以灌溉高处的农田（文献四，24）。公元前95年又开凿了一条更重要的渠道，使畿辅地区的农田灌溉面积又增加了4500顷。这部分农田种植的农作物被指明是禾黍，泾水带来的大量淤泥在其生产中发挥了重要作用（文献四，25）。
公元前1世纪之前与期间，畿辅地区修建水利工程的主要目的逐渐发生了改变（文献四，26）。从为了运输需要转变成为开发土地，最后转向了灌溉农作物。在开凿六辅渠时颁布的一道诏书，强调了水分对粮食作物的重要性，而且水稻作为畿辅地区的作物被特意提及了（文献四，24）。为确保畿辅地区人口得到充足的粮食供应，最初的解决办法是从东部输送粮食，然后是通过扩大农田面积来增加当地的粮食产量，最后是在特定地区通过灌溉来提高粮食亩产。
稻麦等喜水农作物的普及，必然与灌溉需求的增长有重要关联。何炳棣引证了不同农作物水分蒸腾系数的区别，他的发现见表11（略）。
从表中可以看出，诸如麦、豆之类的旱地作物，对水分的需求比粟、梁要高出一倍。230水稻作为一种水生植物，需水量更大。在本章开头，我们提到过麦、豆，加上粟是汉代最重要的粮食作物，稷的重要性则不如以前。所种作物对水分需求的增加，可能是自然灾害记录中旱灾数量明显增加的原因。关于先秦与秦汉时期到公元前1世纪早期为止的大旱灾的频率，见表12（略）。
不过，洪灾的增长，尤其是在第3与第4时期间的急遽增长，与旱灾增长的原因有所不同。231对于洪水频率增加的一种合乎逻辑的解释是，由于人口增长，接近洪水多发地带的边缘土地也逐渐住了人。另一个可能的原因是对水资源的过度利用导致了水土流失（文献四，27）。
西汉畿辅人口的大规模增长，给农业生产带来了巨大压力。西汉时期的畿辅地区包括京兆尹及其两个邻郡，有人口七百万。名门望族、富豪、有影响力的人及政府官员经常被强制迁居至这一地区。皇帝在开始为生后预建陵墓时，通常都要新设立一个陵县，供他那时的世家大族居住。232为供养畿辅地区的常住人口以及轮番来此驻守的卫戍部队，每年必须输入粮食四至六百万石。仅仅只是由于当地的人口压力，就要求而且能够刺激农业的发展，包括兴建花费巨大的大规模的治水工程以及引进新作物。233在内乱结束了西汉王朝的统治后，原来长安附近的畿辅地区不再是各种活动的中心，人口减少了，旧有的灌溉系统也因遭到忽视而逐渐湮没。公元前181年的一块碑文就提到一个陂池如何起不了作用，结果使一个城镇遭受了洪水（文献�