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扬场与鼓风从敦煌壁画谈古人对风的利用

古人根据质量不同的物体在同等风力条件下,被风吹落距离不同的原理,借助风把粮食籽粒和秸秆、谷糠等杂物分选开来。这种谷物清选方法很早就出现了,并在敦煌壁画的“扬场”图中有详细的描绘,可以让我们对其有一个形象直观的认识。

  我国古代先民在生产生活实践中很早就对风及其作用有了较为科学的认识,并对自然风和人造风加以开发利用。其中,谷物清选就是一个重要的应用方面。古人根据质量不同的物体在同等风力条件下,被风吹落距离不同的原理,借助风把粮食籽粒和秸秆、谷糠等杂物分选开来。这种谷物清选方法很早就出现了,并在敦煌壁画的“扬场”图中有详细的描绘,可以让我们对其有一个形象直观的认识。

  中唐时期的榆林窟25窟北壁描绘有农人“扬场”图,一位农夫双手持六齿杈,扬起的谷子迎风而落。一位妇女手持芨芨草扎制而成的长扫帚在粮堆上掠扫。五代时期的榆林窟20窟南壁的“扬场”图,描绘了一个农夫手持木锨将谷物高高抛起,谷物随风而落,另一位农妇手持长扫帚在扫场。五代时期的莫高窟454窟东坡也有一幅“扬场”图,在四面围墙的场院中间是打下的粮食,一人正用木锨扬场,金黄色的粮食徐徐落下,另一人持扫帚在粮堆上掠扫。

  在唐代的农作图中,用杈“扬场”的描绘比较多,如中唐时期榆林窟25窟北壁、晚唐时期莫高窟l96窟北壁。这是因为在刚刚打完场拢起的谷堆中,掺杂着许多比较长的秸秆,此时最得力的工具就是杈。农夫用杈迎风扬起粮食,借助风力除去那些体长质轻的秸秆杂物,农妇则用扫帚在谷堆上掠扫那些无法用风力去除的较大杂质,一对夫妻密切配合就可完成这项工作。

  敦煌当地有谚语:“风中扬谷,秕者登先。”当块头较大的杂质被去除后,缝隙较大的杈就无法使用了,这时的“扬场”工具会换成木锨。从壁画中来看,木锨一般是由男人使用,妇女则用扫帚与之配合。如五代时期莫高窟61窟南壁、454窟东坡和榆林窟20窟南壁的农作图等。

  农忙时节,许多家庭妇女也开始独当一面,担负起“扬场”的重任。由于体力所限,她们放弃了适合男性的木锨而选择自己更为拿手的簸箕。五代时期的莫高窟6窟南壁就有类似画面,一位农妇以小头巾覆髻,站在凳子上持簸箕当风扬场。此外,在盛唐时期莫高窟148窟南壁、中唐时期莫高窟202窟南壁、晚唐时期莫高窟156窟西坡等农作图中也都有类似描绘。在这些图中,妇女往往是站在高凳上往下倾倒粮食,这是为了增加高度,尽量利用风力。

  敦煌壁画中共绘出的杈、木锨、簸箕、扫帚等四类扬场工具。五齿或六齿杈可以挑取长的秸秆或稻草,也能利用风力将混杂在一起的谷物与秸秆茎叶分离出来。木锨铲取较细的谷物“向风而掷之”,借自然风使粮食与谷壳、尘屑等分离,直到扬净为止。清除一些带壳的粮食和同谷粒重量相似的杂物则用簸箕,“挤匀扬播,轻者居前,簸弃地下。重者在后,嘉实存焉”。其原理是利用簸箕扬起的谷物下落时,使谷物与簸箕两侧及后部的空气受压产生向前的气流而吹带走杂物。最后,用扫帚在谷堆上掠扫那些无法用风力去除的较大杂质,并收拢粮食。经过上述这番扬场清选后,粮食中的杂质基本可以全部去除了。

  元代的王贞在《王贞农书》中说:“竿头掷谷一箕轻,忽作晴空骤雨声。已向风前糠粃尽,不劳车扇太忙生。”这首诗形象地描述了风将净谷与糠粃分离的情景。借助自然风来清选谷物,其优点是简单易行,劳作效率高。但其必须借助适度的自然风,无论风过大或者过小乃至无风都不能进行清选,局限性较大。簸箕的发明和使用是制造间断的人造风来进行谷物清选,简单易用,但较费人力,不适合大规模的清选作业。

  风橐是另一种重要的制造人造风的器具,它在我国古代很早就出现了。老子在《道德经》中曾说:“天地之间,其犹橐籥乎!虚而不屈,动而愈出。”“橐”就是鼓风用具。《墨子·备穴》记述了皮橐的制作材料及工作方式:“具炉橐,橐以牛皮,炉有两缻,以桥鼓之。”秦汉时期,皮橐已经用于冶金鼓风,《论衡》载:“铜锡未采,在众石之间,工师凿掘,炉橐铸烁,乃成器。”到唐宋时期,皮橐逐渐为木扇式风箱所代替。

  木扇式风箱是通过悬挂式木扇门的开合摆动来送风的鼓风机械,其图样最早见于北宋曾公亮所著的《武经总要·前集》的“行炉图”。相对于皮橐,木扇式风箱刚性好,制作简单,坚实耐用,是鼓风技术的进步。但这种单扇式风箱仍然没有克服鼓风的间歇性问题,直到敦煌壁画中“双扇式风箱”的出现。

  在宋代榆林窟3窟东壁描绘有一幅“冶铁图”,在图中一人推拉双扇木风箱,风箱前的铁匠师徒二人正在铁砧上锤锻。这架风箱整体呈竖式梯形,装有两个活动的扇门,扇门上装有推拉杆,并设有只能向一侧开的进气、排气活门。送风是扇门作闭合摆动,箱内气体因压缩而气压增大,推动进气活门关闭,排气活门打开,箱内的气体被鼓入火炉内;扇门作开启摆动时,箱内形成相对真空而气压减小,排气活门闭合,箱外气流推动进气活门开启,空气进入箱内。当两个扇门一前一后交替作开闭摆动时,即可进行连续鼓风。

  这种由一人即可操作的双木扇式风箱,从技术上解决了皮橐与单扇式风箱不能连续鼓风的不足,采用双扇门交替开合,形成连续气流,连续鼓风,这是鼓风技术的一大进步。连续鼓风,保证了连续、足量气流的供给,从而大大提高了冶金效率。对此,著名的中国科学技术史专家李约瑟博士评价说:“中国从未用过楔形鼓风器,而经常是使用长方形的风箱。这类风箱首先见于10或11世纪西夏榆林窟壁画。它无疑是日本脚踏大风箱的先导。”

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