風(fēng)能在中國(guó)古代農(nóng)業(yè)中的利用

中國(guó)古代利用風(fēng)能服務(wù)農(nóng)業(yè)的方式首先出現(xiàn)于對(duì)糧食（主要是谷物）的清選、加工。即根據(jù)慣性原理，利用自然風(fēng)或人造風(fēng)來(lái)分離簡(jiǎn)單加工后的糧食中的雜物。而服務(wù)于這一工作流程的農(nóng)具，則早在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)早期就已完備。其中的主要方式無(wú)外乎“揚(yáng)”“簸”兩法。

“揚(yáng)”指的是使籽粒和雜物飛在空中，借助自然風(fēng)將其中較輕的雜物吹走的辦法，其出現(xiàn)時(shí)間應(yīng)在原始農(nóng)業(yè)時(shí)期。由于缺乏文獻(xiàn)記載，同時(shí)缺乏實(shí)物，只能從相關(guān)的記載和近現(xiàn)代農(nóng)具中對(duì)其農(nóng)具加以推測(cè)，元朝人王禎所作《農(nóng)書(shū)》中，提到了杴和飏籃兩種代表性農(nóng)具。

《農(nóng)書(shū)》中對(duì)杴的解釋為“首方闊，柄無(wú)短拐”。分為木制竹制兩種，盡管形象近似，但與鐵锨、鐵刃木锨等形象相近的工具，對(duì)于其使用季節(jié)及優(yōu)點(diǎn)，《農(nóng)書(shū)》中則以“柄短掌木盡寬平，谷實(shí)抄來(lái)忌滿盈，苗夏祖鋤方用事，幾回高閣待秋成”和“竿頭擲谷一箕輕，忽作晴空驟雨聲。已向風(fēng)前糠秕盡，不勞車(chē)扇太忙生”這樣的語(yǔ)言來(lái)描述兩種杴。

對(duì)于飏籃，《農(nóng)書(shū)》的解釋為“形如簸箕而小，前有木舌，后有竹柄”，其用法為“執(zhí)此操而向風(fēng)擲之”，從而清選谷物。

“揚(yáng)”作為早期谷物加工方式，雖然具備簡(jiǎn)單易行的優(yōu)點(diǎn)，但由于其必須借助自然風(fēng)（風(fēng)力和風(fēng)向也需適度），故而局限性較大，難以滿足加工谷物的及時(shí)性。

“簸”指的是借助工具（簸箕），以人力將籽粒和雜物揚(yáng)向天空，由于籽粒和雜物下落的同時(shí)簸箕上揚(yáng)，二者之間的空氣受壓而形成向外的氣流（人造風(fēng)），從而吹走質(zhì)量較輕的雜物。這也可以說(shuō)是對(duì)間斷的人造風(fēng)能最早的利用。《詩(shī)經(jīng)》《莊子》《戰(zhàn)國(guó)策》等均對(duì)其有所描述，漢朝人李尤所作《箕銘》更是以“箕主簸揚(yáng)，糠秕乃陳”的文字加以理論性說(shuō)明。由此可見(jiàn)，其至遲在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)就已廣泛應(yīng)用。而《農(nóng)書(shū)》中的簸箕圖更是說(shuō)明，簸箕形制至遲成熟于漢朝，并沿用至今。

在兩者基礎(chǔ)上，以人力為動(dòng)力的風(fēng)扇車(chē)應(yīng)運(yùn)而生，后者至遲出現(xiàn)于西漢，其綜合利用流體力學(xué)、慣性、杠桿等眾多原理，形成強(qiáng)制下的空氣流動(dòng)，從而達(dá)到清選谷物的目的。西漢人史游所作《急就篇》對(duì)其的介紹中，就有這一方面頗為詳細(xì)的記載。

據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)記載和各個(gè)時(shí)期的出土文物，可以確定風(fēng)扇車(chē)應(yīng)為箱形，其上下方分別有進(jìn)糧口和出米口，在其內(nèi)部進(jìn)糧口和出米口的一側(cè)裝有風(fēng)輪，其曲柄露于車(chē)外，另一側(cè)則裝有盛糠箱。而其數(shù)量眾多且位置散布各地的出土地點(diǎn)表明，其在西漢時(shí)已普遍應(yīng)用于黃河中下游。而隨后的宋明時(shí)期，其在各種書(shū)籍中的“出場(chǎng)率”更高，說(shuō)明其已經(jīng)成為一種重要的農(nóng)具。在以元朝《農(nóng)書(shū)》為代表的眾多文獻(xiàn)中，又出現(xiàn)了一系列臥軸式風(fēng)扇車(chē)的“改進(jìn)型”。總之，其出現(xiàn)，使得農(nóng)業(yè)從事者能夠隨時(shí)根據(jù)需要清選谷物，從而有效提高生產(chǎn)效率。盡管這一類(lèi)型的風(fēng)扇車(chē)已基本上被棄用，但現(xiàn)代工具中的電力鼓風(fēng)機(jī)、離心泵以及高爐供氧裝置之類(lèi)的工作原理，則都或多或少地借鑒了臥軸式風(fēng)扇車(chē)的原理。

四川省出土的漢畫(huà)像磚“舂搗圖”上所繪制的圖景，則展示了另一種風(fēng)扇車(chē)的形象：操作者兩手各執(zhí)一門(mén)形扇葉的柄平行移動(dòng)，其搭檔在其身邊將谷物徐徐倒下，從而使扇葉帶起的氣流將雜物吹走。而其相關(guān)文獻(xiàn)記載則最早出現(xiàn)于《農(nóng)書(shū)》，其中將“舂搗圖”上的門(mén)形扇葉的數(shù)量增至“四扇或六扇”——就其形象而言，可以稱其為“立軸式風(fēng)扇車(chē)”。和臥軸式風(fēng)扇車(chē)相比，立軸式風(fēng)扇車(chē)除風(fēng)輪位置外原理和結(jié)構(gòu)基本相同。但因各種原因，此類(lèi)型的風(fēng)扇車(chē)應(yīng)用較少。而如今，其主要的“變體”形式則為吊式風(fēng)扇。

在提排水方面，最為經(jīng)典的發(fā)明當(dāng)數(shù)風(fēng)車(chē)（全稱為風(fēng)力水車(chē)），盡管其與風(fēng)扇車(chē)在原理、功能等方面有著很大的區(qū)別，但其也有一處共同點(diǎn)——同樣分為立軸和臥軸兩種類(lèi)型。

最早有關(guān)風(fēng)車(chē)的記載，來(lái)自于南宋人劉一止所作《苔溪集》中“風(fēng)輪共轉(zhuǎn)相鉤加”的描述，而在此后的明朝，則出現(xiàn)了較多的風(fēng)車(chē)提排水記載。較為詳盡的記載來(lái)自清朝中期人周慶云所作的《鹽法通志》，其中對(duì)立軸式風(fēng)車(chē)形象介紹為“上安布帆八葉……中貫?zāi)据S，附設(shè)平行齒輪”，而對(duì)其原理則描述為“借風(fēng)力回轉(zhuǎn)以為用也”“帆動(dòng)軸轉(zhuǎn)，激動(dòng)平齒輪，與水車(chē)之豎齒輪相搏，則水車(chē)腹頁(yè)周旋，引水而上”，可以有效地對(duì)風(fēng)向加以調(diào)節(jié)。由此可見(jiàn)，立軸式風(fēng)車(chē)較好地利用了來(lái)自自然的風(fēng)能，有效減輕了力役，甚至可以稱其為電動(dòng)或內(nèi)燃機(jī)水泵的雛形。

臥軸式風(fēng)車(chē)約起源于漢朝，至晚出現(xiàn)于明朝。其原理主要是利用風(fēng)帆和風(fēng)的氣流垂直方向的分力產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。一般應(yīng)用于風(fēng)能資源豐富地區(qū)，盡管其存在著不能自動(dòng)適應(yīng)風(fēng)向變化而不得不人工挪動(dòng)位置的缺點(diǎn)，但相比立軸式風(fēng)車(chē)，其方便使用、占地面積小等優(yōu)勢(shì)使其應(yīng)用同樣較廣。

綜上所述，古代先民對(duì)風(fēng)能的利用成就斐然，不同的谷物清選工具可以做到補(bǔ)充和相互配合，形成了較為完備的清選、加工谷物的工作體系。而起到提排水作用的風(fēng)車(chē)則在形成了獨(dú)特的風(fēng)車(chē)技術(shù)特點(diǎn)的同時(shí)體現(xiàn)出很高的科技水平。中國(guó)古代農(nóng)業(yè)中對(duì)風(fēng)能開(kāi)發(fā)利用的技術(shù)及成就，無(wú)一不是應(yīng)社會(huì)生產(chǎn)的需要而產(chǎn)生。如風(fēng)扇車(chē)就是由于城市人口數(shù)量的不斷增加，造成了對(duì)糧食的較大消費(fèi)需求；而風(fēng)車(chē)的發(fā)明和逐步廣泛應(yīng)用，則可以有效減輕力役，并進(jìn)而拓展動(dòng)力能源，以此來(lái)有效地對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及社會(huì)發(fā)展起到推動(dòng)作用。