會通中西的大科學家徐光啟二
下麵將分別對我國古代農學體係的主要內容加以介紹。
土地利用“廣種不如狹收”
土地利用是農業技術的基礎，擴大農用地麵積和提高單位麵積農用地的產量(即土地生產率)，是發展農業生產的兩條途徑。隨著人口的增加，中國曆代都在擴大耕地麵積和農用地範圍，但各個農業經營單位在考慮它的生產方針時，總是把重點放在提高單位麵積產量上。起碼戰國以來就是這樣。戰國初年李悝(虧)為魏相，頒行“盡地力”的教令，指出治田勤謹還是不勤謹，每畝將增產或減產三鬥，在方百裏可墾田 600萬畝的範圍內，糧食總產的增減達 180萬石，幅度為20％。“盡地力”，用現在的話來說就是提高土地生產率。荀子也認為，如好好種地，可以畝產“數盆”(盆是量器，合一石二鬥八升)，等於一年收獲兩次，潛力很大。
要通過提高單產來增加總產，就不能盲目地擴大經營規模。曆代農學家無不提倡集約經營，少種多收。如賈思勰認為，“凡人營田，須量己力，寧可少好，不可多惡”(《齊民要術》)。陳主張“多虛不如少實，廣種不如狹收” (《農書》)，並提出耕作規模要與“財力相稱”。明代《沈氏農書》也主張“寧可少而精密，不可多而草率”。這種主張的產生不單純因為人口增加、耕地緊缺和小農經濟力量薄弱。人們在長期生產實踐中認識到，集約經營、少種多收，比之粗放經營、廣種薄收，在對自然資源的利用和人力財力的使用上都是更為節省的。《沈氏農書》以桑地經營為例，指出如果深墾細管，多施肥料，可以“一畝兼二畝之息，而工力、錢糧、地本，仍隻一畝”。又引老農的話說：“三擔也是田，兩擔也是田，擔五也是田，多種不如少種好，又省氣力又省田。”
我國古代農業單產比西歐古代和中世紀高得多。西歐糧食收獲量和播種量之比，據羅馬時代《克路美拉農書》記載為4~5倍，據13世紀英國《亨利農書》記載為3倍。而從《齊民要術》看，我國6世紀粟的收獲量為播種量的 24～200倍，麥類則為44～200倍。據《補農書》記載，明末清初嘉湖地區水稻最高產量可達4~5石，合今每市畝 901～1126市斤，比現今美國加利福尼亞州的水稻產量還高。我國古代農業的土地生產率，無疑達到了古代社會的最高水平。
種無閑地與種無虛日
土地生產率與土地利用率關係密切。在“盡地力”思想的指導下，我國古代土地利用率不斷提高，集中表現在以種植製度為中心的耕作製度的發展上。徐光啟相繼在天津、房山、淶水等地尋訪適宜屯田的地點，並最終選定天津做他的試驗場所。來到天津，他購置了一批雜草叢生的荒地，雇用了一些農戶開荒種地，他本人也親執農具，在田頭勞作。這些新墾殖的荒地被種上了小麥、水稻等農作物，獲得了較好的收成。徐光啟所關心的不僅僅是收成的好壞，而是利用屯田進行科學試驗，總結種植的經驗教訓。他十分重視調查研究，搜集民間經驗。他時常布衣敝履，奔走於田野，向當地農民了解土壤、施肥和耕作方法等方麵的問題，仔細筆錄下來，然後博考中外古今的農業典籍，再結合自己的實驗結果，寫成許多充滿科學精神的筆記。靠這種方法，他先後寫下了《宜墾令》、《北耕錄》等農書，並借鑒前人成果創造了名為“糞丹法”的施肥方法。
經濟作物的種植培育也是徐光啟科學實驗的重要內容。赴天津之前，他曾寫信給家人索取各種花草和麥地冬、生地、何首烏等藥物的種籽，利用空地進行種植，還計劃用西方的製藥法加工提煉，製成藥露，既便於使用又便於保存。後來，他還打算把苧麻、蔓菁等南方作物引種到北方。曆史上北方曾經是主要的蠶桑產地，可隨著經濟重心的南移，江南桑蠶業後來居上，北方的桑蠶業反倒衰敗下去。徐光啟對北方的氣候、土壤等條件進行了考察，發現很適宜植桑養蠶，決心在北方試養試種，重振北方桑蠶業，推動北方經濟的發展。他特意叮囑在家鄉的兒子徐驥“養好桑椹，曬幹寄來”。
他在天津養蠶，頭蠶由於春旱取得成功，二蠶可能因為多雨，吃了濕葉，結果壞了。徐光啟就此總結出經驗，即要養好蠶，關鍵在於桑葉要幹，桑幹在天，人要與天爭時，這反映出既要尊重自然規律，又要因地製宜，創造條件的科學思想。徐光啟第二次屯田天津是 1621年(天啟元年)。這一年，他因練兵受挫，憤然辭職，複寓津門。在此期間，他寫了《糞壅規則》，記錄了北京、天津、山西、山東、江蘇、浙江、江西、廣東等全國各地老農、老兵和過往行人傳授的壅糞方法和他自己的施肥經驗，還保留了一些很有價值的筆記。可見，徐光啟的農學研究，不但注重試驗結果，還注意采集別人的經驗，兩者互相印證，一個環節一個環節地推敲，最後作出自己的判斷。這是徐光啟科學研究的一大特色。
《農遺雜疏》是徐光啟屯田天津所寫的另一部農學著作。此書泛論糧、棉、果、蔬、農藝及牧畜技術，今已不傳。從散見的一些佚文中，可以看到大麥、蠶豆、柑桔、石榴、棉花、竹子等的種植栽培和肥豬法等方麵的內容。如說蠶豆是百穀中最早成熟的，蒸煮代飯，炸炒供茶，無所不宜，而且不受蝗害，不為蟲蝕，可藏之數年，誠為備荒的佳種。還說大麥最宜久藏，可以多積。徐光啟把自己長期積累的經驗，采取通俗易懂的語言記錄在《農遺雜疏》裏，便於識字不多的廣大農民掌握和應用。他循循勸告農民采用先進的生產技術，實行多種經營，提高作物單產，積粟備荒，增強國家的物力財力，實現富國強兵的理想。在長期的科學實踐中，徐光啟收集積累了大量第一手材料，總結了許多珍貴經驗，這些都為他編纂《農政全書》奠定了堅實的基礎，他在這個時期取得的大量研究成果，也都在《農政全書》中有所反映。
誠然，由於徐光啟善於經營，也使他自己的經濟狀況大有改觀。他在天津開辟的土地大約在一千五百畝到二千畝之間，以與所雇用的農產四六分成計算，每年也有三四百石糧食的收入。但是，徐光啟畢竟是傑出的科學家，不像一般封建地主純粹過著不勞而獲的寄生生活，是專門消耗社會財富的蠹蟲。稍加分析就會發現，徐光啟的農業經營活動是從屬於他的農業科學試驗的，其動機是為了研究和推廣農業科學技術，推動社會生產力的發展，創造更多的社會財富。他不僅自己從事勞動，還把收獲的一部分投入到科學事業上，為擴大研究範圍和規模提供資金。因此，應該把徐光啟與那些專靠剝削為生的封建地主區別開來。
督練新兵，守城製器
徐光啟對軍事問題有強烈的興趣，這種興趣來自童年的經曆。前麵說到過，在徐光啟的童年，他的故鄉屢遭倭寇蹂躪，生靈塗炭，民不聊生，他的家人也飽受流離之苦。從父親那兒聽到的抗倭故事，給少年徐光啟留下深刻的記憶。倭奴的凶悍殘暴，國家的積貧積弱，激發起他對倭寇的仇恨和對國勢衰敗的感憤。他的富國強兵思想最早也應該是從這個時候萌生的。研習舉業之餘，徐光啟瀏覽了許多兵家典籍，翰林院讀書期間也曾寫下了《擬上安邊禦虜疏》這樣閃爍著真知灼見的館課文章。不過，他真正有機會統領軍隊，推行自己的軍事主張，卻是在很多年以後了。
明朝晚期，東北地區的女真族勢力不斷發展壯大，對明王朝的統治構成了威脅。1616年(萬曆四十四年)，努爾哈赤統一女真各部，建立了後金政權。其後二年，後金興兵南犯，相繼攻占明朝東北重鎮撫順和清河。明王朝統治者大為震動，廷議紛紛。禮部左侍郎何崇彥以“夙知兵略”舉薦徐光啟參預軍務，萬曆皇帝急召徐光啟入京。這時徐光啟正在天津養病，接到詔書，即刻啟程，抱病回到左春坊左讚善任上。1619年(萬曆四十七年)3月，兵部左侍郎兼遼東經略使楊鎬率四十萬援遼大軍，出山海關後兵分四路向後金軍發起反擊，結果一敗塗地，還在剛剛得知楊鎬兵分四路出擊的部署時，徐光啟就指出“此法大謬”，後金兵必於諸路堅壁清野，集中兵力對付其中一路，並判定這一路必定是由山海關總兵杜鬆所率由沈陽往撫順的明軍。局勢的發展完全被徐光啟不幸言中，杜鬆在二度關遭遇後金精兵伏擊，全軍覆沒，其餘各路亦先後敗沒。至此，徐光啟心急如焚，連上三疏，痛切陳詞，闡明自己對挽救危局的看法和主張。
繼《敷陳末議以殄凶酋疏》、《兵非選練決難戰守疏》之後，局麵急劇惡化，朝廷仍因循守舊，不思改弦更張，徐光啟於8月7日又上了《遼左阽危已甚疏》，籲請朝廷火速選練精兵，不可延宕誤國。在此疏中徐光啟提出了“正兵”的五條綱領：亟求真材以備急用；亟選實用器械以備中外戰守；亟行選練精兵以保全勝； 亟造都城萬年台以為永久無虞之計；亟遣使臣監護朝鮮以聯外勢。這裏包括了選材、造器、練兵、建台、聯外五個方麵，其中徐光啟尤為強調軍事人才的選拔與培養。他指出，國勢衰微，漸貧漸弱，關鍵的原因之一是朝廷在選拔人才上拘泥常格，因循積弊，結果是論資排輩，任人唯親， “用者未必才，才而用者未必當”。戰爭本來就是鬥勇鬥智，如果不是才力智計殊絕於人，就很難打勝仗。選拔人才的辦法是，由在京諸臣各自舉薦文武才略、絕技巧工之士，再經吏、兵二部考竅核實，根據其特長決定推升、改調或谘取，一一置之在京衙門和畿輔重地，以憑隨時調用。所舉人才建有奇功，舉薦人亦分別賞擢，若誤國敗事，舉薦人一並坐罪。倘若徐光啟的建議被采納，該會對用人問題上的弊端起到一定的遏製作用的。
徐光啟的建議起初並沒受到應有重視。後來因遼東危急，京城的安全也受到嚴重的威脅，眾臣紛紛推舉，萬曆帝才於1619年(萬曆四十七年)9月頒旨：“徐光啟曉暢兵事，就著訓練新兵，防禦都城。”尋升徐光啟為詹事府少詹事，兼河南道監察禦史，管理練兵事務。徐光啟受領新職後，滿懷信心，於10月 21日上《恭承新命謹陳急切事宜疏》，條陳有關練兵事項，包括關防、駐紮、副貳、將領、待士、選練、軍資、召募、征求、助義等十款，希望能在財政和人員方麵得到朝廷的支持。他曾設想挑選壯兵丁二萬人，在京營附近建築營房二千間，由工部和戶部各自支付兵器和糧餉費用若幹，一麵造器，一麵練兵，一年之後這支部隊便可以投入使用。不料他處處受朝中權臣牽製，要人沒人，要錢沒錢，計劃雖好卻難以實施。
1620年(泰昌元年)4月，徐光啟費盡周折才領到一點餉械，便風塵仆仆趕到通州、昌平，著手進行選練新兵的工作。當時供徐光啟訓練的新兵半雜老弱，身無完衣，麵有饑色，他下決心裁汰老弱，隻保留了一部分精壯兵丁，結合實戰陣法進行操練。但是由於萬曆、泰昌兩帝一年之內相繼駕崩，加上餉械不繼，缺少兵源，徐光啟的練兵工作遇到很大困難。1621年(天啟元年)2月，他舊疾複發，再回天津養屙。不久因沈陽、遼陽接連失守，禮部奏請襄理軍務，又奉旨返京。
還在昌平、通州練兵時，徐光啟曾經致信李之藻，要他前往澳門購置西方火器。李之藻派門人張燾赴澳門，向葡萄牙當局購買了四門大炮，並物色到炮手四人。時值徐光啟辭職，李之藻恐大炮落入敵手，留在江西不再北運。徐光啟複職後，重抄了練兵三疏進呈，請求恢複練兵計劃，並把製造火器放在首位。他看到，明朝軍隊原先在火器上的優勢，因為連戰皆輸，大量兵器被敵軍俘獲，已經轉化成為劣勢，隻有大量鑄造火炮才能改變這種不利的態勢。他一邊把留在江西的大炮運到前線，一邊力請多鑄西洋火炮，以資城守。他還推薦傳教士陽瑪諾、畢方濟堪任此事，請速訪求前來。然而好景不長，複職僅四個月，徐光啟又受到閹黨的攻訐，眼見練兵計劃付諸東流，他憤然辭職，回到上海搞他的農學試驗。
徐光啟的練兵雖因層層阻撓而告失敗，但也產生一些積極的效果。經過他訓練的新兵在遼東戰場作戰，顯示了頑強的戰鬥力，遠比一般的明朝軍隊出色。他引進的西方大炮在寧遠戰役中發揮了巨大的威力，其中的一門被天啟皇帝封為“安國全軍平遼靖虜大將軍”。在練兵過程中，徐光啟還留下了二十四篇《練兵疏稿》和《選練條格》一卷。《選練條格》共分選士、選藝、束伍、形名、營陣五章，在募選、訓練、指揮、戰法等方麵都提出了一些重要思想。如關於選拔士兵，他提出“以勇、力、捷、技四者取之”。他特別強調軍隊要有嚴明的紀律，行動要一致，“如擂鼓要進，就赴湯蹈火也要進；鳴金要退，後麵有水火也要退。眾人共一耳，共一目，共一心，此齊眾之一法，陣無有不堅，敵無有不破矣”。後來，徐光啟把他有關軍事問題的疏稿彙刻為《徐氏庖言》五卷，這是他留給傳統兵學的一份寶貴財富。