第四章
1農業和生物學方麵
我國是世界上最大的農作物起源中心，很多農作物是我國古代勞動人民最早從野生植物馴化選育而成的。明代時農業生產更有所發展，以水稻生產為例。《天工開物》就作了詳細的記述。書中談到品種和浸種、育秧、分栽的技術，談到早稻、晚稻和間作的雙季稻的栽培方法，記錄了某些水稻品種的變異現象。關於施肥，除舉出人畜糞便、榨油枯餅、草皮、木葉等以外，還提到南方用磨綠豆粉的水漿灌田，黃豆價賤時以豆作肥料，這是以前的農書中所沒有談到的。關於改良土壤，講到對土性帶冷漿者施用骨灰和少量石灰，對土質堅硬者要用燒土法；這是我國關於合理使用磷肥的最早記錄。並於耕作和田間管理，記載了耕、耙、耘、耔(培土)的工具和技術。灌溉方法，記述了筒車、牛車、踏車、拔車等各種水車和井上汲水工具桔梓等灌溉工具的使用效率。此外，還總結了水稻因遇水、旱、風、蟲、雀鳥啄食等而出現的八種災害及其防治方法，這在古農書中也是罕見的。《天工開物》講到的水稻耕作技術，有許多直到現代還在使用。
《天工開物》廣泛地記載了各地農作物的品種和特性，敘及土壤、氣候、栽培方法對作物品種變化的影響。例如：南方水稻因幹旱缺水的影響，經過人工培育而變成旱稻，可在高地種植；在北方，大麥品種“隨土而變”，黍粒的大小則受土質肥瘦和季節的影響。宋應星在大量觀察的基礎上得出結論說：“五穀不能自生，而生人生之”，這是指農作物要靠人工培育；“種性隨水土而分”，這是說物種因環境條件的變化，經過人工培育，可以改變品種的特性。這個結論是符合科學的。
我國養蠶業有悠久的曆史和豐富的經驗。《天工開物》記述了將黃繭蠶同白繭蠶雜交，培育褐繭蠶，又將“早雄”(一化性雄蛾)同“晚雌”(二化性雌蛾)配種雜交，從而培育出“嘉種”的經驗。這是生物學史上的珍貴記錄，說明利用雜交優勢，在我國古代已經出現。
我國古代種植甘蔗和提製蔗糖的技術，宋代王灼的《糖霜譜》已有專門記載。《天工開物》敘介的有關技術則大大超過了前書所述。“甘嗜”卷除肯定“鋤耨不厭勤”的精耕細作的傳統要求外，講到因地製宜種植甘蔗，育苗移秧(有利於適應抗旱、提早成熱、提高單產等)，平放雙芽苗(避免下種時一上一下，致芽難以生長)，使用清糞水(速效氮肥)催芽等等，這在當時來說都是先進的增產措施。
我國是世界上最早懂得利用微生物發酵來加工食品的國家，三千多年前就知道用曲釀酒和製醬。《天工開物)記載的製曲方法，是這方麵經驗的總結；其中所記對食品具有防腐防臭作用的紅曲，就是古代勞動人民的一項創造。書中提到用明礬水(無機物溶液)培養純化紅曲種(微生物)，這種方法至今還是有用的。
2采礦和冶金方麵
我國采礦和冶金的曆史也是十分悠久的，但從《天工開物》開始才有關於采礦方麵的專篇著作。該書“五金”，“燔石”和“丹青”等卷記載了礦產三十多種，保留了古代采礦知識的珍貴資料，在我國科技史上第一次對地下礦藏的開采方法，包括井下巷道的支護、通風、礦井的提升和充填等，有比較具體的論述。從中可以看出，明代時我國冶金和金屬加工生產的規模、產量和技術，都處於世界的先進地位。
煉鐵方麵，煉鐵爐已使用活塞式木風箱，可以連續鼓風，強化冶煉過程，這項重要發明比歐洲要早。《天工開物》的記載，反映出當時煉鐵技術的幾個特點和優點。第一是鋼鐵生產程序的創造：先把鐵礦石煉成生鐵，再由生鐵煉成熟鐵，然後由生鐵、熟鐵合煉成鋼。第二是煉鐵爐操作的半連續性：在第一爐出鐵之後，用泥堵住出鐵口，鼓風再煉二爐。這比當時歐洲的間歇式生產要先進。第三是生鐵、熟鐵連續生產的工藝：把煉鐵爐和炒鐵爐串聯使用，使從煉鐵爐流出的生鐵水，直接流進炒鐵爐炒成熟鐵，從而減少了一次再熔化的過程，既加快了速度，提高產量，又節省了燃料。當時的歐洲還沒有這種方法。第四是熔劑的使用：把生鐵炒成熟鐵的時候，用細泥灰作熔劑，撒在鐵水上麵，同時用木棍不停地攪拌，以加速生鐵的氧化。這些技術在當時都是先進的。
鑄造方麵，《天工開物》介紹了鑄造大鍋和萬斤以上的鐵鍾、銅鍾、香爐的方法：先調和石灰、泥和細砂，製造內模；再用牛油、黃蠟塗附在內模上麵，平整後雕刻文字或圖案。另用極細的泥粉、炭沫調成稠糊，逐層塗鋪在油蠟上麵作為外模。然後用慢火烘烤，使裏麵的油蠟熔化流出，形成空腔。再在模型的四周修砌幾個熔爐和泥槽，等鋼或鐵熔化時，一齊打開出口，讓鋼液或鐵液彙注入模內。這種用小爐群彙流和連續澆注作業來鑄造大型金屬器件的技術，熔模失蠟的鑄造工藝，以及鑄錢用的砂型鑄造工藝，不僅在當時是先進的，而且它的基本方法在近現代還在使用。
關於金屬的熱處理和加工工藝，《天工開物》講到了從“重千鈞”的大鐵錨到“輕一羽”的繡花針的不同製品的生產過程。製針時，先用生鐵做成拉絲模型，進行冷拉，剪成針坯，然後入鍋炒熬，炒後，用泥粉摻入豆豉(作促進劑)、鬆木和火矢(一種滲碳劑)三物蓋在上麵，再加熱，最後經淬火成針，這在當時也是先進技術。至於製鋤用的“生鐵淋口”法，即在熟鐵坯件的刃部淋上生鐵，經冷鍛，淬火後滲碳，這是我國古代勞動人民創造的液態滲碳工藝。
3化學方麵
《天工開物》記述了某些金屬元素的化學性質，還分別比較了幾種金屬的活潑程度，並利用它們之間的差異來分離各種金屬。例如要提純雜金，就在坩堝裏加入熔點較低、能起助熔作用的硼砂，可以分出金來；然後放一點鉛，再把銀分離出來。如要去掉銀裏的雜質，方法是將雜銀送入高爐用猛火熔煉，撒上一些硝石，使其中的銅和鉛全部結在堝底。
該書還記錄了若幹起化學反應事例。如用鉛和醋製成胡粉(又叫白粉，即堿式碳酸鉛)，這是化合反應；用鉛提純銀，這是分解反應；用蔥汁拌入黃丹(氧化鉛)，慢火熬炒，就能把黃丹還原成鉛，這是置換反應。這說明，宋應星已認識到：上述各種反應中有一種基本的物質，而與它有關的反應中出現的其他物質則是派生的；也就是說，白粉和黃丹都是鉛的表現形式。在十七世紀上半葉就具有這樣的認識是很了不起的，因為它正是科學的化學元素概念的初步萌芽。