到现在为止，人类利用的有机物质都以植物的综合活动为最终来源。而所有植物，直接间接地都必须用土壤所供给的无机养分——水和“矿物质”，作为生活的物质基础。我国的古老说法是“土能生万物”。
（一）垦辟
开辟土地，作成农田，是农业生产上的基本建设。
不是所有陆地都能供给植物以生活条件。作为农业对象的植物，只有长在田地里，才会生产出合于人类要求的有机物质。开辟土地作成农田，历来都称为“垦荒”。垦荒，自然也是从很早就已经开始的事。这个过程，实质上是消灭掉天然植被，用人工培育作物成为“草原”来代替它。垦荒以前的地面，所以称为“荒”，是由于长有许多非作物的草木的缘故，而绝不是“寸草不生”的“不毛之地”。这一基本认识，看来很简单，可是过去在不少脱离生产实践的“文章”里面，往往把垦荒当作在“光光的”地皮上进行种植，作种种设想。实际上，凡过去没有天然植被的地面，便没有供庄稼生长的起码条件。即使开垦出来，作物也不能生长。因此，不但后来的农业劳动者不会这样作，就是原始农业时代，也会从多次碰壁中获得经验教训，也会选择适宜的荒地来开垦。估计，世界各个古代的先进民族，都是一样：最初垦辟农田，大概都在经常有稳定水源的定居点附近，非洲的尼罗河，亚洲的幼发拉底河、恒河，欧洲的波河、多瑙河等流域，正和我国黄河中下游一样，是农业的诞生地，也是文化的摇篮。从渭河、泾河、汾河起，一直到汶河，这些黄河支流的河谷地带，地势稍微平坦些，是能够充足地供给人类日常生活用水的地方，原来必定有些大大小小的“榛莽”【1】，接连一些河滩草地。这些小灌木林和草地，原来曾经提供过一些野生的谷粒、果实等，所以住在逭里的古人，就由采集利用，进而主动干预自然，除掉原来那些不长谷粒的草，将提供谷粒的草原扩大些，逭就是垦辟农田、发展农业生产的第一页历史。
垦辟，最初大概就是在这些河谷或平坦的天然草原上，春末夏初，趁风放火一烧，使原有的草乃至于小灌木，暂时消灭。这种烧法，称为“燎”。燎是火的四散流动，正象“潦”（现在写作“涝”）是水的四散流动一样。燎原之后，经过一定的翻土操作，再播下选定的种子，就可以得到比较单纯的粮食羣落。但是春季夏季的鲜草，不象冬季干透了的草那样容易着火，烧得不够干净，残余的根又很快地长出新植株，和庄稼混在一处。根据多次经验，便改在冬季草枯时燎原，把地面和上面土层中的残根乃至种子消灭得比较彻底些，第二年春天，根据去年的烧痕进行开垦。
草原地面已经开垦到剩下不多时，进一步就转向榛莽了。楱莽里面有些灌木，采取烧的办法，对消灭草本植物和这些灌木的小枝条仍然有效。不过灌木的根，一次燎原消灭不了，必须用挖掘或其它有效方法清除，才会得到比较干净的土地。《诗经·大雅》记载周民族最初进行农业生产的过程，几次提到拔除小树树根（《绵》有：“柞棫拔矣”，《皇矣》有：“柞棫斯拔”），这是征服榛莽必须进行的劳动。在灌木草原被消灭而垦辟成农田之后，土地仍不够用时，又得向小片的树林扩展。“荆”“楚”这类地名，原来也就是以灌木为主，带有小形乔木的天然植被。西漠中叶的《盐铁论·通有》篇说：“荆、扬（淮南的两个“州”，即今日湖北、安徽、苏北等地区）……伐木而树谷，燔莱（即烧去野草）而播粟”。说明公元前二世纪以前，中原以南，对灌木林乃至小树林已经用伐树和燎原相结合的办法，进行开垦。《齐民要术》记载的开垦方式，大概是当时黄河下游的实践情况，在七月间，把地面植物一齐砍倒，草晒干以后，放火一烧，次年春天，就可以耕种。如果遇见大树，用刀在树干基部周围刻划，剥去一圈树皮以后，经过一些时间，树叶就会干死，不再遮荫。三年之后，根枯茎朽，再用火烧，就连地下的根也都消灭干净了。
在长江以南，天然植被生长得更茂密的地方，单凭火烧，还不能消灭。烧过，再引水浸泡一些时间，使残余的根部乃至种子都死亡，才算开垦完毕。《史记》、《汉书》都说“江南火耕水耨”，就是这种处理办法。
最初垦出的“荒”，种过两年，地力变薄，收获减少之后，便暂时放弃耕种。四周的野草，很快地就把这块地面占了回去，又成为天然草原。这种情况，现在称为“撂荒”或“抛荒”。抛荒时，另寻“生荒”来开垦。可是居住地附近的“生”荒地毕竟有限，抛荒过几年的地，地力会逐渐恢复，又可以重新开垦。大概几年之内，居住点附近的地面，就得轮流抛荒与开垦；这样，利用着的土地，大致就可以分作三类：一类是刚收过一茬，旧茬还留在地里，没有清除的，称为“菑”（“茬”字的古写法）；再一类是旧茬已被卷土重来的天然植被吞没了，正在“复壮”过程中，称为“畬”（意思是肥力在蓄积中）；还有一类是已经长出小灌木[以亲（即榛）为代表]来，需要用小斧子[斤]来砍掉，作为垦辟对象的“新”【2】田（“新”字的构成，就是用斤伐亲。也就是新鲜，未经用过等意义）。
垦辟的范围，随着农业的发展，愈来愈扩大。由河谷近水的滩地、平地，向高处坡地、台地、高原和山脚开拓，逐渐上山。最后，在人稠地少的区域，连陡峻的山坡也被开辟，成为“蓑衣田”、“鱼鳞田”。这些田，距离天然水源与地下水位愈来愈远。供水的问题，愈来愈突出。与此同时，水土流失的威胁，愈来愈严重。因此，农业生产中土地利用规划的重要性也就愈来愈明显了。
初期垦辟，当然比较粗放。任何“荒地”，把草木烧掉，稍微翻松平整一下，撒下种子，工作便已完成。到轮流撂荒已经成了必要时，就得考虑把菑、畬、新三类土地的范围划得明确些，既可减少对使用权的争执，也可避免白费气力去种难有收获的田。这时，田开始有“画界”的事情：“画”字原来的写法，“田”字四面都有一条线，表明田的周围所留的一条小空地，这些空地就是“界”。“界”字下面的“介”，是人所作的分隔。不同领主领有的田，更在田地外面，画出分隔的“疆”，——几处田块外面，是他人领有的范围。同一处田的内部，也得分成小片，以便操作。这些字本身的来历，已经可以说明田地建制的过程。建置农田的历史，至少也应和这些金文文字一样久远。
（二）水土保持中的旱田与水田的作用
最初，黄河流域的人们种在田里的谷物，只是禾、黍、麦这些旱作物。栽培稻和苽这两种水生谷类，要在田里留下一定深度的水，作成水田。这时田的周围，必须作成塍埂，以便保水。水生谷类需要田襄有水。旱作物，一般靠地裹蓄积下来的降水维持生长，但天气过分干旱时，也还要由人工补给，即引水灌溉。因此，导出了农业上第二项基本建设，即以保持水土为目的的农田水利建设。
农田水利，必须针对两种截然不同的情况作斗争：一个是“旱”时要灌溉，即地里的水不够供给植物的需要时，要向土壤里加水。另一个是“潦”时要排水——古代称为“宣泄”、“宣通”、“倡导”或“通泄”，即地里水分过多，到了妨害植物的生长时，从田地里把多余的水分排掉。这两方面，都需要在田地里作成导水的大小沟道，称为“沟洫”。农田水利的基本建设，就是修建一系列的沟洫系统。最早的“沟洫”，可能以排为主，以蓄为辅。
沟洫的发展，至少有三个促成因素：一个是经常遭受旱或涝的威胁；一个是有可引的水源和排水的出路；一个是能够执行这种建设的技术知识与工具。其中，技术知识与工具，也就是人的条件，具有决定性的意义。殷商民族，常受河流泛滥的威胁，以至于几次被迫迁都。甲骨文字卜辞中，卜雨与求雨的记录特别多。黄河中下游，小河道不少，也有天然蓄水的“陂”，水并不是无处可引，也并不难排出，但是在铁器发明以前，大规模的水利工程很难实现。周民族开始经营农业生产的关中渭北平原，春旱秋涝的现象，几乎经常出现。渭、泾、洛三条河道，可以引入，也可以受纳，地理条件是合适的。大概由于这两种因素，逐渐累积了一些小规模的渠道建设技术知识。更重要的是，西周末年，冶铁技术出现之后，创制了效率很高的工具，促进了沟洫建设。因此，战国时，韩、魏等国在殷代原来播迁不定的地区能够战胜旱涝，形成水平颇高的农业生产。而且，倒转来，韩国的水利工程专家郑国，还利用在黄河下中游累积的技术知识，为关中的秦国开凿灌溉渠道。
有了农田水利作为保证，水稻这种高产作物才有发展的基础。殷民族是否真正有过水稻，我们不能断定。晚期金文中有“稻”字。《诗经》中，有稻和稌[即糯稻，它是在“涂”（郎稀泥）里面生长的禾谷类]，可以说明水稻在周民族的农业生产中曾占有一定的位置。而且，周民族的农业生产技术知识向黄河中游下游传播时，水稻也向沿河的“沮洳”（地下水位高，地面经常有积水的）地区推广了。这样，原来认为不适于长庄稼的无用地面被开垦成了高产良田，逭在我国农业生产史上也是一个跃进。
水田建置，还另有一个特殊有利之点。土壤中的钠盐（包括牙硝、芒硝和“小盐”）【3】含量过多，一般称为盐咸地（古代称为“斥卤”或“泽卤”），旱作物多数很难生长。有水泡着时，盐害可以减轻一些。经过几年作为水田经营，盐和硝可以有一部分被淋洗和排出【4】。这样，就替水稻栽培开辟了新的领域。战国时，史起引漳河水灌溉两岸盐咸地，将其开辟成稻田，曾得到人们的颂扬。
沼泽地排水后，固然可以开垦成水田，但有些大的天然淡水水库，地下水位逐渐降低后，边缘一带，常为芦苇（所谓蒹、葭、葑、茭）等水生植物的天然羣落所占据。这种水滨地带，往往每年有旱与涝的季节更替。如果由水滨起，向“陂”的中心作些土坝（六朝时称为“竭”，唐代称为“圩”），把浅水地带围出，让水只在某一部分停留，那么，旱时可以从“陂”里引出水来灌溉，涝时大量的水被储存在“陂”中，竭以外的水比较容易排掉。竭外的地，这时就成了水田。传说中，最早组织领导羣众修建这种陂竭的，是春秋时楚国宰相孙叔敖。他在今日安徽寿县附近建立了“芍陂”，据说就是今日的安丰塘。芍陂种稻，收效良好。后汉的水利专家王景，三国时魏的刘馥，都重修过芍陂的稻田。和刘馥大致同时的郑浑，也曾在沛郡（今日徐州附近）尝试过兴筑陂竭。西晋束皙，曾建议【5】在汲郡吴泽（今日新乡附近）筑竭束陂，开垦出几千顷稻田；并且说荆、扬、兖、豫四州（今日湖北、河南、山东、安徽以及江苏的一大片地方）的薮泽（即天然大水库），都可以同样进行开垦，但是必须先废除地方豪族在这些水库中经营捕鱼、种苇子等权益，才可以使国家和百姓得到好处。北宋苏轼，曾因为杭州西湖“水涸草生，渐成葑【6】田”，请求开垦。王祯《农器图谱》把这种陂竭中等以上大小的称为“围田”【7】，小型的称为“柜田”。
东晋在建康（今南京）建都时，许多中原豪族迁居江南。他们为了强占土地，对于湖荡、薮泽曾有过剧烈争夺和吞并。如何开辟江、浙一带的水滨地带来作稻田，《晋书》没有正面记载。但南朝刘宋时，开辟湖荡作稻田，巳成风气，地方豪族走向了与束皙所担忧的恰恰相反的道路，他们把湖水全部排干，开辟成为私人产业。著名的豪族文人谢灵运，曾依仗豪门宗族的势力，前后两次要求将会稽郡治（今绍兴）山阴县的回踵湖与如宁县（今上虞）的坏崲湖全部放干湖水，开垦为湖田，归他私人所有。谢灵运的要求虽没有达到，但可以说明当时豪族的强霸蛮横。事实上，江、浙东部地下水位高，湖水即使暂时排干，不久仍会积聚起来，重新淹没田地。所以这种办法，始终没有获得成功。
另一种向湖荡争取耕地的办法，是南宋陈旉《农书》中所说的“葑田”。陈旉所说的，是“以木缚（即绑）为田坵，浮系水面；以葑泥（即带泥的草根）附（郎铺）木架上，而种艺之。其木架田近，随水高下浮泛，自（即自然）不渰（即淹）溺”，这种葑田，同苏轼所说的显然完全不同。王祯《农器图谱》把这种形式称为“架田”，更符合实际情况。三十年前，珠江口外，有不少这种架田，种植蕹菜和水田芥。西江上游都市近旁，近来也还有少数菜农在这种浮水菜园种植水生蔬菜。
向水库争取的耕地，有利的条件是水分经常充足，即使不够，也还可以从水库中取得补充。可是天然水库，往往是天然水道自己调节蓄泄的枢纽。开垦之后，水库容量降低，就会损害原来的蓄泄作用。如果蓄泄作用遭到严重损害时，则洪泛期可能酿致上下游地区的重大水灾。从南宋到清代，江、浙滨海一带已吃过不少亏。另一方面，湖滨边缘的芦苇带，常是飞蝗产卵的地方。如果只是芦苇，则掘蝻掘卵，甚至引水淹灌浸杀，不必有所顾忌。但种上庄稼之后，便会有种种矛盾出现。长远利益与眼前利益，局部利益与大地区利益之间，如何正确处理，值得周详考虑。
耕地可以从平地向低洼处扩展，也可以向高处扩展。低洼地的问题是排除积水和土壤中过多的水分，高处则必须先有蓄水与灌溉的设施，所以同样也要靠农田水利工程来创造所需要的条件。《泛胜之书》的种稻方法，要求稻田中的水流动交换，各畦之间必定有高低差别。这就说明，当初在坡地上已创制了雏形的“梯田”，一级比一级高，最上一级从小型蓄水库或水源引水灌溉以后，逐渐向下方流递。这种梯田，在秦岭以南也曾发展过。公元四世纪的《华阳国志》和五世纪的《水经注》，都记有早期四川丘陵地带的梯田。后来，长江的中游和下游也接受了上游的经验，作成梯田，让水稻上山。到了南宋初，连陡峻的山坡也开成了梯田。陈旉《农书》中记有江、浙两省的种稻梯田。范成大《骖鸾録》所记江西的稻田，已开到和地面成很大角度的陡坡上，才正式提出了“梯田”的名称。这种高山田，有蓄水条件，靠各种大小的水库来灌溉的，可以种水稻；无蓄水条件的，可能种些耐旱的杂粮；地力过薄，肥料和水都缺乏的，往往就培植一些药材等类半野生经济植物。开辟山田，必须有蓄水拦泥的措施，防止水土流失。种水稻，因为必须建成真正的梯田，水土保持得较好，才不会造成水土流失的问题。其余蓑衣田、鱼鳞田等，不但收获没有把握，而且破坏天然植被后，会引起严重的水土流失，极为有害。这类山地，只能“还林还牧”，发展适合于山区性质的生产。否则，应当修成带有水库的梯田来保持水土，作长远的顾全大局的打算。
旱田里要维持定量的水，让作物能够生长，灌溉也还不是惟一的办法。大气愈干燥，蒸发量也愈大，土壤里能保持下来不蒸发的水也愈少，这是干旱的基本现象。向土地里灌下少量的水，往往作物没有来得及吸收，就已经蒸发掉了。还有，大气愈干燥，昼夜温差（包括气温和地面温度）也愈大，土壤温度变化也就愈剧烈，常常增加根部夜间吸水的困难。因此，干旱环境中作物的生长，困难原因很多。可是甘肃的农民所建造的“沙田”，在耕地的地面上先铺一层粗沙，再逐层铺上小石子和大石块，作成一个保护层，庄稼种在保护层以下的泥土里。这个保护层，一方面能从稀少的降水里保存断续的补充，同时也可以减少裸露地面直接蒸发的损失；另一方面，它是一个很好的保温层，使地面白天不至于太热，夜间也不致于由于辐射而散热过快。更有意义的是，这些粗细颗粒，夜间气温降低到“露点”时，却供给了最好的凝聚表面，可以结露，反而从大气里面收回水分，还给土壤。用这种办法，解决了许多学理上技术上的难题，能在较短的无霜期中，取得一般认为难有希望的收获，这在农业技术史上创造了一个奇迹【8】。
（三）维持地力
作物在消耗地力方面，同天然植被有很大的差别。作物的产量，比一般天然植被高（这是作物之所以成为作物的基本条件），从而构成它们的体质，也就必须消费更多的无机养分。这些无机养分，成为作物的体质后，主要地都集中在人类所需要的子粒和叶或块根块茎里面，作物成熟之后，这些东西即以收获物的形式被人类采收走了，不像天然植被那样，绝大部分在原地点还给了土壤。这就是说，土壤里面矿物性营养成分，大量地从原地点搬走，并没有还给土壤。再从质的方面说，作物的种类（包括方式比较复杂的轮作或套种），总比天然植被要单纯一些，因此，从土壤里所吸收的物质，不论从种类或各种物质所占的分量比例看，都比较单一。同一套作物，继续在同一块土地裹面播种多次之后，当地矿物质供应中的某些缺陷，便会表现得愈来愈明显：本来不很够的某些成分，愈来愈少；本来过剩时会有害庄稼的物质，也就愈积累愈多。总的结果是“地力”衰退，收获的质与量降低。最初人们从事农业生产时，不了解这种原因，更没有什么补救的方法，所以产量下降的现象出现得特别快。那时候只能轮流撂荒，依靠自然过程来恢复地力。从经验和观察中，不难发现居住地附近，地里有过人粪尿和家畜粪尿，或抛弃过草木灰的地方，作物生长结实的情形比较良好。从实践经验出发，便会有意识地把这些东西撒到田地里去，也就是“上粪”，这就是施肥的开始。人类靠自己的劳动，主动维持地力，干预自然，取得了一个新的胜利。
但是，知道上粪的好处之后，并不是在所有农田里立刻都应用了这个新的发现，而抛弃了原来轮流撂荒的方法。普遍上粪，首先必须有可以利用的肥源，此外，还要有积累，搬运和使用这些肥料的工具与技术知识。
“粪”字原来的意义是从住处清理出来而不能再作其它用途的一切有机无机物质，也就是今日口语中所谓的“垃圾”。凡吃剩或已经变质不能吃的食物，农产品加工所得的各种副产品，灶灰，扫除所得的尘土等等，总之，清洁卫生中应当搬出去（古来称为“粪除”）的束西。动物的粪尿，所谓“矢溺”（现在写成“屎尿”），只是其中的一项。《左传》、《论语》等春秋末年文献中，已出现过“粪土”这个名称，但没有明确地提到用它们去“上地”。战国末，《韩非子·解老》才明确地说：“积力于田畴，必且粪灌”（努力去种地的，必定会加肥灌水）。《泛胜之书》中，所举上地的肥料，共有豆萁、“蚕矢”（即蚕粪）、“土粪”、“溷中熟粪”（猪圈裹面人粪尿和猪粪尿的混合腐熟物）。同时，还提出用休闲的办法来恢复地力：“田，二岁不起稼，则一岁休之”（田地，连续种了两年，收成减少时，就休闲一年）。可见，肥料来源还不够充裕。崔寔《四民月令》有“正月粪畴”一条，注明是向大麻田里上粪。《齐民要术》所记肥料来源，除有蚕粪、熟粪、土粪外，还加上了旧墙土，和先在地里播种一批绿豆或小豆，再翻入地襄去作“绿肥”等新项目。《齐民要术》现有版本中，前面附有一篇《杂说》，是后来人搀进去的；其中有一段“踏粪法”，用藁秸或干土，铺在牛舍地下，吸收粪尿，即今日所谓“垫圈”，估计可能是我国廐肥的最详细的记録，可惜作者时代无从确定。南宋陈旉《农书》中，增加了“麻帆【9】”，烧土粪、灶灰，并且提出两种积肥方法：一种是在有屋顶遮蔽的“粪屋”里，积下“扫除之土，簸扬之糠粃，断藁（破碎的藁秸）、落叶，积而焚之，沃以粪汁（即将粪水浇在灰土上），积之既久，不觉其多”；长江流域各省，至今还用相类似的方式积肥。一种是湿制堆肥，即将一切无用的有机物质在水面以下沤到腐熟，也是长江以南各处至今通用的办法。
陈旉还特别注意在水田裹使用石灰，补足钙的淋失。王祯《农桑通诀》提出了草粪（干制堆肥）、火粪（草木灰）、泥粪（天然湿制堆肥）等肥源，并且倡议将一切动物性有机物质，作为制造堆肥的原料。“……一切禽兽毛羽亲肌（接近皮肉）之物，最为肥泽；积之为粪，胜于草木”，而以“粪田胜如买田”，的农谚，劝人积肥上地。
徐光启对于施肥积肥颇为重视：《农政全书》里面，总结了过去书中所记载的各种肥料，并且着重施用“草粪”（即绿肥）、油枯（即油籽饼）、苔华（即浮游植物，包括具有固氮能力的蓝绿藻在内，值得我们注意！），廐肥；推荐施用骨灰和贝壳灰（补充磷、钙两种重要元素），在淋失较严重的泽农区域具有非常重大的意义；归结到踏粪、窖粪、蒸粪、煨粪、煮粪等积贮和促进腐熟的方法。在他的手稿【10】中，存有向各地农民访问调查肥料价格及施肥量、施肥方法的笔记，也有将肥料提炼浓缩的设想。
值得我们注意的，还是我国农民羣众总结施肥的几项原理原则：第一，因为生物体质直接间接都来自植物体及其所利用的土壤，所以凡生物体的各种成分都可以作为植物的养料，加到土壤里面，经过“化腐朽为神奇”以后，补充地力的消耗，帮助植物生长。这里，包含着对物质循环的基本认识。第二，“用粪如用药”。即使积有大量肥料，一次还是不要用得太多，正像药虽然可以养生治病，但不能用得过“猛”一样。过量的粪与过量的药一样，是放进去就掏不出来的，等到表现出损害时，已来不及挽救。所以使用肥料，一般都是分作一次“基肥”（称为“垫底”、“坐兜”、“胎粪”等）和几次“追肥”（“接力”、“托腰”等），让它们“细水长流”地发挥有益作用。这样，既可以避免施肥初期由于肥料浓度过高而可能引起的“烧伤”，也可以减少肥料的淋失。第三，不同作物需要不同肥料，决不可强求一致。从《泛胜之书》起，到《授时通考》止，所有几部大型重要农书，对各种不同作物所提出的肥料种类和施用方式的记载，是愈来愈细致、周密，讲究“分别对待”。
施肥不是增加地力惟一的方法。任何残留在土壤里面的有机物质，包括由于施肥而加进土壤里去的在内，经过微生物所引起的腐败，都可以分解成为可供植株吸收的养分，而且也只有经过腐败分解，才真正对于植物有益。腐败分解，既然是微生物的活动过程，它也就和植物的生长活动一样，要受到土壤温度、湿度、通气条件等的影响。凡属对于植物生长有利的土壤条件，几乎可以说全部都有利于腐败分解作用的进行。翻地、中耕、灌溉等的主要目的固然在于使作物的根得到更好的生长环境，可是，同时也替微生物的活动准备了适宜条件。很可能，那些措施的良好效果，有一部分是通过促进微生物的活动得来的。水田中土壤的湿度自然是足够的，但是温度和通气条件却常常不够。水稻田耕翻之役，晒几天，甚至烧一烧，都可以发生有益的改变。泛胜之所说的水稻种植方法，第一步是“春，冻解，耕反（即耕翻）其土”，为的是晒暖，并且和大气中的氧接触，加强氧化作用。此后，《齐民要术》说：“北土高原，……二月，冰解地干，烧而耕之”。南宋初，陈旉《农书》记载江南种水稻的方法，耘田的时候，在田中间和四周作成又深又宽的沟，把水放干，让田底干到坼裂的程度，再灌水浸，也是增高地温、促进氧化的措施。陈旉说这样做“胜于用粪”，理由很明显。王祯《农桑通诀》记载，元代江南种稻，仍旧是“耘毕，放水，熇（即烤）之”。直到现在，栽培水稻的地区，还有用火烧或翻起之后让太阳晒的习惯。这是恢复水稻田肥力的有效办法之一【11】。
不同作物，利用地力的条件与方向，彼此不同。轮换作物，至少可以有调济平衡的作用。特别是种植过一批豆科植物，可以藉助于根瘤细菌的活动来增加土壤内氮化物的分量，这是非常有益的。北方旱田，用苜蓿、豌豆、毛苕子、草木犀等和谷物倒茬；南方水田，冬季种一批巢菜（苕子）、紫云英（红花草子）、蚕豆、豌豆等，正是利用豆科植物来调节地力。《齐民耍术》记载公元六世纪以前的经验时说过，“美田（让田变好）之法，绿豆为上”，可以说明这种经验的古老。
（四）复种与套种
陈旉《农书》有一篇“六种之宜”，里面提出“种无虚日，收无虚月”，意思是说，地里没有一天不畏着庄稼，也就没有一个月不进行收获。这句话，是农业生产的理想水平。陈旉当时在临时都城（“临安”）附近。都城所在，人口骤然增多，赋税也空前加重，只有充分发挥地力，争取单位面积的最高额产量，农民才能生活，也才可以养活不从事农业劳动的“权贵”及其一伙，所以提出了这个高标准。近八个多世纪，我国的农业生产，凡气候和社会条件允许的地方，都实行精耕细作，尽量充实地力，向“收无虚月”前进，提高单位面积产量。
提高单位面积产量，增加复种是一条途径。这条途径的原理，是使土地继续不断地供给植物生长，做到“种无虚日”。另一条途径是“种无闲地”，让地面载覆着最大数量的个体。前一条途径，习惯上称为“倒茬”；后一条途径，称为“套种”。
作物中，周年365天，天天都能生长的很少。绝大多数种类，尤其是禾谷类，只能在固定的季节中生长结实。要作到种无虚日而同时又收无虚月，很难实现。因此，复种只能是按照作物所需要的气候条件，依次序种一批收一批后，再种一批，春夏秋冬，作为“农家月令”来安排，尽可能地让土地不空闲。事实上，禾麦轮作，周民族早已开始实行。《泛胜之书》说“田有六道，麦为首种”。六道是什么内容，现在还没有找到明确的记载。看来，似乎是颇为复杂的轮作。崔寔《四民月令》中，农作物和蔬菜的生产都有细致的安排。尤其是蔬菜生产，往往先育苗作准备，腾出空地，就随时移栽，是很先进的办法。以后的发展，不仅蔬菜栽培这一种集约利用土地的生产，讲究高度复种，就是一般大田，栽种谷物、纤维、油料等作物，大面积生产，只要气候条件和肥料供应赶得及，也一律从加强管理中求得最多次数的轮作。复种指数高，是我国农业生产的显著特征之一。上面说过，作物对土壤中养分的吸取，各有不同偏重，轮作可以调节地力。只要季节安排合适，肥料补充及时，勤劳的我国农民，是不会忽视耕作和施肥的。地力所以长期保持着相当高的水平，不是偶然的事。
根据许多记载，过去我国农家（农业生产者）有作出五年、七年、十二年乃至十五年长期轮作安排的。两茬之间，往往只空闲两三日，作为翻地的时间。技术高，不怕辛勤，爱好劳动，原是我国农业劳动者的优良传统。个别农家，在优越的自然环境中，根据丰富的经验，按计划执行得这样精确周密，也有可能。不过，每年的气候常有不很规律的变动，晴雨冷暖，前后挪移十来天，恐怕不很少见。作物的生长成熟，未必能完全不受气候变动的影响【12】，而照十五年前原计划的日期，如期成熟收获？收获后，能否马上耕翻和播种出芽？是不是完全不受当年气候变化的支配？某些谷类种子，储藏了四五年乃至七八年后，能否保持很高的发芽势与发芽率？再加上虫害、病害的发生，乃至解放以前经常出现的“人祸”，种种干扰，十年以上、二十多种作物的轮作计划，是不是绝对有把握地保证实现？尤其新引入的品种，栽培条件、成熟时期等，可能和原有品种有相当大的差别，十多年前订下的计划，在采用质量更优良的新品种上，适应性更不易预报。一般来说，老农累积了丰富的农业生产经验，根据目前天时、土壤、人力、物力等条件，按照农业生产的特殊要求，一切从现实出发，作短期安排，随时灵活地选择种类，也许更有把握获得合理的解决。因此，我们觉得，高度复种的轮作肯定是我国农业生产的特征，但是在实践时，恐怕“因时制宜，因地制宜”的灵活安排会占较大的比重。严格执行十二年十五年预定计划来倒茬的，过去也许只有极少数的农家可以坚持实现。
套种可以比轮作更进一步地对土地进行集约的利用。同一种作物，播种在同一块地里，密度毕竟有限。植物在苗期所占的地面，总要比成熟时小些。如果定苗时株间或“科”间留下的空隙太小，那么，长大成熟的过程就会受到抑制。从充分利用土地这一点着眼，苗期留下过大的空隙，未免又不够经济。所以，在可用的地面上，同一个时期要保有最大数量的植株，比较合理的办法是种上两种作物：一种作物，出苗后不久就可以收获利用，另一种作物一直在地里生长到成熟。这样，苗期地面可以得到充分的利用，而第二种作物在后期生长时又可以有充裕的发展空间，一举两得。初期的套种，就是这样。例如，在冬麦田里，条播的麦行间，种上一些叶用蔬菜；越冬后，麦苗刚要“起身”，蔬菜即可收获；现在还有人这样套种【13】。《泛胜之书》推荐在瓜地里套种小豆或薤子，将小豆和薤子逐渐采收，当蔬菜出售。《齐民要术》记载葱地里套种胡荽，大麻地里套种芜菁，也都是同时种下去，而先收获一种。或者，两种作物生长习性不同：地面以下，一种深根，一种浅根；或地面上，一种蔓生，一种直立（例如，玉米与云豆套作）；或一种高大喜阳，一种矮小耐荫（例如，瓜类和小蔬菜，或向日葵与小豆）。这样，即使同时生长发育，同时成熟，彼此也不大互相妨碍。陈旉《农书》推荐在桑园树下种苎蔗，由于桑根深，苎根浅，“并不相妨”，而且“因粪苎，即桑亦获肥矣，是两得之也”。最先进的办法是套作与轮作相结合：即在前作生长期中，在空隙里播种第二轮作物；前作快要收获时，第二轮的秋苗已经出土；第二轮营养生长最旺盛时，前作刚好收获，随即在第一轮原来占有地面上，再播种第三轮。为了避免前后各轮互相干扰，往往在同一块地面上，种下几轮作物，彼此错开，在不同时期出苗、生长、收割，可以说是最经济的土地利用方案。大城市郊区的菜农，常用这种方式经营，一年中没有“空园”的日子，真正做到了“种无虚日，收无虚月”，而且的确“种无隙地”。很明显，这样的种植，要在很小的空间里进行多种不同的操作，而且地面不能经受较大的压力，从而技术要求必须精确细致。农业要机械化，是一个极重要极正确的发展方向。我们相信，农业机械制造方面的研究工作者在农业机械的研究、设计、制造和改良等方面，会仔细斟酌，将我国农业上精耕细作，高度利用土地的优良传统保存下来，研究制造出灵活多样的轻便型机器以适应上述需要，使这种优良传统能够再进一步地发扬光大。
注释：
【1】“榛莽”：莽是草原，榛是小灌木的代表。这个名称，代表杂有小灌木的天然草原，有时称为“丛薄”。纯粹的天然草原，古代称为“草莱”。
【2】菑、畬、新的次序，曾有争论，我们采取多数人同意的看法。过去坚持一年、二年、三年十分僵死的规定，未必合于实际。因而放宽时限，只从原则上推定，用植物羣落演进形式来解释。
【3】王云森按：一般盐咸土中的钠盐主要有：氯化钠（NaC1）即食盐或小盐，硫酸钠（Na2SO4）即芒硝，另外遣含有碳酸钠（Na2CO3）即苏打。书中说，钠盐除了包括小瓮、芒硝之外，还有“牙硝”，在一般化学书中看不到这个名称。羣众有称硝酸钾（KNO3）为牙硝的，但不属于钠盐。
【4】必须注意排出的盐卤水，不能再回到任何田地裏面，以防止那些田地受到盐害。
【5】见《晋书·食货志》。
【6】据北宋初陈彭年等重修的《广韵》（一部字典），葑是“菰根也；今江束有葑田”。《资治通鉴》胡三省注，说葑只是深根的水草，并不是长茭白的菰。
【7】现在洞庭湖、鄱阳湖湖滨的“圩”或“垸”所围的田，仍称为“围田”。
【8】吕忠恕按：近年来外国资料报道，在西班牙滨海地区，有类似甘肃沙田的铺砂栽培法，主要用于某些蔬菜的早熟栽培上，但发展的面积很小，历史仅有七、八十年。
【9】*[米＋凡]，据《广韵》解释，意义是“粉滓”，即碎渣屑。“麻帆”应当是麻子榨油后所剩下的渣屑（油粕），即“麻籽饼”。
【10】上海文物保管委员会编：《徐光启手迹》，1962年，中华书局出版。
【11】梁家勉按：晒田的效果，不仅可以恢复地力，而且对稻株有调节生长、控制徒长和促进根系发育等作用。
【12】参看竺可祯、宛敏渭着：《物候学》（知识丛书，1963年）第47页的表3（一），及第76页的表6，由那里面可以看出物候受气候条件影响波动的幅度。（竺可祯：《中固近五千年来气候变迁的初步研究》，考古学报，1972年第1期）。
【13】关中地区，有在小块麦田中套种少量菠菜的。菠菜与小麦同时播种，翌年春夭小麦拔节前，菠菜即可采食。菠菜的播种量宜少、不宜多，否则，会影响小麦的生长。
