徐光啟（1562～1633）字子先，號玄扈，上海人。徐光啟以其畢生的精力推動中國科學的進步，推動中西文化的融彙與交流，殫精竭慮，鞠躬盡瘁。他在天文學、數學、農業科學、機械製造、軍事學等領域都卓有建樹。他的《農政全書》，與李時珍的《本草綱目》、宋應星的《天工開物》、徐弘祖的《徐霞客遊記》，同為明末科學的四大高峰。這樣一位獻身科學的偉人，是怎樣確定自己的人生道路，又是如何在科學的險徑上艱難攀登的呢？
少小遊學，誌在天下
關於徐光啟的祖先，由於流傳下來的材料有限，我們知道的不多。相傳徐光啟的先世是在中州人，也就是今天的河南一帶人。他的高祖徐竹軒是個家世清白的秀才，從這一代始遷居滬上。到他的曾祖徐殉的時候，家道中落，靠務農為生。徐光啟的祖父徐緒棄農經商，家境日漸富裕。徐緒去世較早，家政遂由祖母尹氏主持，請來內家兄弟尹某經商，並為長女擇婿俞氏，產業居然不斷發展，比徐緒時擴大了十倍，使他的父親徐思誠可以專心讀書。徐思誠大約在十七八歲時結婚，夫人錢氏也是讀書人的女兒。嘉靖年間，倭患甚烈。一些日本商人勾結武士和浪人，到中國沿海各地，利瑪竇與徐光啟或直接進行掠奪，或者用走私的手段竊取中國的財貨。上海地當東南沿海門戶，更是在所難免，屢遭洗劫。據史書記載，從嘉靖三十二年到三十五年的四年間，倭寇多次犯上海，大肆搶掠，其狀慘不可言。為逃避倭寇，徐光啟的祖母和母親四處流離，徐思誠被派為大戶，參加地方政府組織的抗倭武裝。徐家產業也蒙受了損失。此後，經過數年的經營，家業又有恢複。尹氏便把家產一分為三，徐氏和尹、俞兩家各得其一。不幸的是析產之後徐家又遭了竊賊，加之徐思誠不善於理財，又生性樂善好施，家道迅速中落，最後竟到了出賣田宅的地步。1562年徐光啟的出生，給這個處在困厄中的家庭帶來了新的希望。
在徐光啟的幼年時代，由於家境貧困，他的祖母、母親無論寒冬酷暑，日夜紡織不輟，以維持生計。連他的父親也不得不課農學圃，下田耕作，以圖自給。上海本來就是廣原腴壤的富庶之地，資本主義萌芽最先在這裏產生，農業、手工業和商業發展較快，民風也比較勤勞。徐光啟生長在這樣的環境裏，一方麵親眼目睹家人們辛苦勞作，一方麵也免不了親自動手做些輔助勞動，這對於養成他日後勤勞、節儉的性情大有好處。他對農事園藝的興趣，也應該是這個時候發生的。徐光啟年幼時，倭寇來犯的事仍時常有之。他的母親經常對兒輩回憶當初避倭的情形，並議論禦倭措施的得失。他的父親參加過抗倭鬥爭，結識了許多名將奇士，聞知一些戰守方略，並通曉陰陽、醫術、星相、占候、釋道之書，且喜語舊事。耳濡目染，也在徐光啟幼小的心靈裏播下博學強記、留意兵事的種子。徐光啟七歲時便到龍華寺的村學讀書。少年徐光啟身材矯健，活潑好動。一次，他爬上龍華寺的古塔捕鴿子，偶一失足，旁觀的人失聲驚叫，他卻若無其事，舉著鴿子說：“你還能在塔頂飛來飛去，惹得我想了好幾天嗎?”他還曾爬到塔頂，與鸛鳥爭得地方，端坐在頂盤中，對下麵的人嘻笑自若，瀏覽四周風物，像是神遊雲霄。但不同於一般頑皮兒童的是，少年徐光啟便懷有遠大的誌向。有一天，老師外出，同學們暢談自己的抱負。徐光啟像一個講長大後要做富翁，另一個講想當道士。徐光啟說：“這些都不值得做。說到做人，應當立身行道，治國治民，崇正辟邪，不可枉活一世。”那時，讀書人都是走的科舉的路子，徐光啟也不例外。他的主要功課是誦讀《四書》、《五經》的章句，學作八股文、律詩，練習寫字。因他聰敏好學，章句、帖括、聲律、書法的成績都很好，甚至塾師出題作文，他也能不加思索，出口成章。後來他又師事當地的著名學者黃體仁，鑽研心性之學。此外，他也常讀些兵法方麵的書籍。
1581年徐光啟20歲的時候，考取了金山衛的秀才，並於同年娶吳氏為妻。依照當時社會的風俗，考中秀才之後，可以從縣學中得到一定的錢糧資助，同時也可以找個村學或家館去教書。徐光啟因家境貧寒，除了應付縣學的作業之外，便開館授業，教授裏中子弟，以便掙些銀兩貼補家用。課餘，他常到田間參加一些農業勞動。由於從小就接觸農事，徐光啟表現出非凡的經營才幹。他看到有幾小塊荒蕪廢棄的空地，便動手稍加整治，種上柳樹，然後賣柴取利。看到家鄉時常遭受水患之苦，大雨一降，禾苗被毀，屋宇坍塌，餓殍遍野，徐光啟開始留意水利，對農田水利的利弊，不斷周谘博訪。這些活動為他日後研究農學打下了堅實的基礎。
徐光啟的科舉之路並非一帆風順。他曾多次參加鄉試，都未能考中舉人。其中最為艱難的是1588年(萬曆十六年)那一次。其時徐家生活十分拮據，他的母親為供養老小，勞作一天之後居然沒吃上一口飯，最後從籬笆上摘了一隻王瓜充饑。9月徐光啟與友人結伴往太平府赴鄉試，因囊中羞澀，乘不起車馬，隻得挑著行李，趟著積水，從句容沿江步行百餘裏到太平。這次應考失敗，使徐光啟有淡然名利之誌。正是備嚐了這種窮困與艱辛，才使得徐光啟日後做了高官仍自持儉約，不去貪圖個人享受，而是專心致力於科學研究。這個時期徐光啟雖屢試不中，可學問卻大有長進，人稱其“少年以文章名天下”。像徐光啟這樣懷抱真才實學，卻難以通過鄉試，足以說明科舉取士的製度到了晚明已走上了衰敗的末途。當時的考試內容純為章句之學，隻注重空洞的詞藻和繁瑣的格式，忽視實際內容，自然難以發現和選拔真正的人才。到了晚年，徐光啟還對此感觸良深，批評八股文“直是無用”，稱科舉為“爬爛泥路”，虛擲光陰。
在徐光啟31歲那年，他的母親錢氏去世了。第二年，徐光啟應他人之邀，遠行廣東韶州教授家館，開始了“經行萬裏”的旅程。徐光啟南行之際，西方傳教士已經叩開中國的大門，在中國的南方進行宣揚基督教的活動，因此他同西方傳教士有了初步的接觸。利瑪竇是最早深入中國內地傳教並取得成功的耶穌會士。這個來自意大利馬塞拉塔城的傳教士，於1582年(萬曆十年)抵達澳門，第二年到端州。在此地利瑪竇潛心學習漢語，鑽研六經子史等書。後行跡遍至肇慶、韶州、南昌、南京等地。徐光啟在韶州教書期間，一次偶然到城西的教堂，沒有見到已經北上的利瑪竇，卻與接替利瑪竇主持堂務的郭居靜談得很融洽。這是徐光啟與西方傳教士的第一次直接接觸，萌生了對傳教士和西學的好感，由此開啟了與傳教士長期合作共事的先河。
1596年(萬曆二十四年)，徐光啟應擔任潯陽知州的同鄉趙風宇的約請，由韶州移住潯州，教授趙氏家館。幾年之內，徐光啟由上海到廣東，又由廣東到廣西，長途旅行，飽覽山川形勝，閱曆越來越豐富，文章也寫得越來越好，尤其擅長說理和抒情。當然，一個窮書生長途跋涉，其情形也是夠狼狽的，衣衫襤褸，全靠自己縫綴。次年春天，徐光啟遠上北京，參加順天府的鄉試。這次他不但考中了，而且還被取了頭名解元，名聲大振。說起這次考中，應當慶幸徐光啟遇上了名重一時的大學者焦。據說，初判時徐光啟仍是名落孫山。到發榜前二日，主考官焦濃還為沒能發現可取為第一名的人選歎息，當他看到從落選試卷中選送的徐光啟那一件，不由擊節讚賞，認定此為名士大儒，拔置第一。此番中舉，既靠徐光啟平素博覽群書，好學深思，凡六經百家之書，無不遍讀，能寫出文辭宏美、義理精深的好文章，也多虧焦濃慧眼識人，全力舉薦。此後，徐光啟一直視焦為恩師。中舉之後，徐光啟留在京師等候會試。1598年(萬曆二十六年)會試，徐光啟未能考中進士，於當年4月離京返鄉。這一年徐光啟已經37歲，卻在科舉的泥路上滾爬了20多個春秋。
翻譯西學，會通中西
徐光啟回到家鄉繼續以教書為業，同時更加刻苦地讀書學習。這個時候的徐光啟，對背誦章句已沒有多少興趣，而把關注的焦點轉移到現實生活方麵。他廣泛閱讀古今經史和科學典籍，研究曆代王朝政治的成敗得失，尋找富國強兵的良方。他在寫給老師焦濃的信中說到自己的心情。他說自己因感憤故裏屢遭倭寇蹂躪，生靈塗碳，故於六經子史以外，也常研習兵法和農學。看到國家比南宋滅亡時還要衰弱十倍，因此每每對人談論富國強兵的方略。他認定，隻有重視農業才能使國家富足，隻有整飭軍備才能使國家強盛。關於徐光啟的這段讀書生活，與他一同讀書的程嘉燧曾有生動的記載：那時他們住在山中的一間小屋子裏，書案旁邊的瓦罐裏隻有米粥用以果腹，即便生活條件這樣艱苦，他們卻每天咀嚼詩書之精華，暢飲文章之美醪，撫琴吟唱，十分快樂。
因為事先看到了利瑪竇在肇慶繪製的《山海輿地圖》，對上麵提供的經緯度、赤道、五帶等地球知識饒有興趣，又仰慕利瑪竇的學識和為人，徐光啟於1600年(萬曆二十八年)到南京拜訪了利瑪竇，聆聽他的議論，對他的博學多識留下深刻的印象。不久，利瑪竇前往北京向萬曆皇帝貢獻方物。徐光啟回到上海，繼續教書和讀書，並先後寫下了《毛詩六帖》、《淵源堂詩藝》、《芳蕤堂書藝》、《四書參同》、《方言轉注》、《讀書算》、《賦囿》等經學、書法、小學、詩藝方麵的著作十餘部。1603年(萬曆三十一年)的秋天，徐光啟再往南京訪利瑪竇，因後者居留北京不遇，遂與主持南京教堂的郭居靜、羅如望兩人晤談。他讀了《天主實義》、《天主教要》等傳教著作，聽羅如望講了《十誡》等天主教的基本教義，觀看了宗教儀式，決意受洗入教，並取了教名“保祿”。徐光啟皈依天主教有多方麵的原因。明中期以後，由於封建皇帝的提倡和庇護，佛教和道教大行其道，泛濫成災，造成了學風的空疏敗壞。士大夫往往標榜清流，束書不觀，空談竟日，視實務為濁為俗，不思如何能對國計民生有所建樹。出身寒素而又飽經憂患的徐光啟對這種現象極為不滿，天主教的傳人使他產生了一種期冀，以為可以用天主教印證儒教，補益王化，救正佛法，即所謂的“易佛補儒”。西方傳教士傳授的科學知識對曆來學主實用的徐光啟也產生了極大的吸引力，他覺得入教或許對學習和掌握西方科學技術知識能有所裨益。徐光啟入教以後，開始了與傳教士合作翻譯西書，把西學介紹到中國的事業。不過徐光啟受洗入教，也抬高了天主教的身價，擴大了天主教的影響。此後，他與李之藻、楊廷筠並稱東南地區的“天主教三大柱石”。
1604年(萬曆三十二年)春，徐光啟再度赴京參加會試，終於考中第八十八名進士，並被考選為翰林院庶吉士，進入翰林院學習。當時的翰林院庶吉士，大概相當於今天的科學院研究生，是朝廷著意培養的高級人才。翰林院的館課主要是經史製藝對策之類。徐光啟除了學習館課而外，還讀了一些時務書籍。為了集中精力攻讀實用之學，他放棄了對詩詞書法的愛好，專心致誌地研習天文、兵法、農事、水利、工藝、數學等自然科學。他利用做館課的機會揭露了一些社會弊端，提出了自己的興革主張。如他在《題陶士行運甓圖》詩中寫道：“典午朝臣鮮尚賓，竟以曠達相矜誇。娓娓玄談未終席，紛紛胡騎亂如麻。白玉麈尾黃金埒，間酒龍聲嗑嗑。誰使神州陸沉者，空複新亭淚成血。”詩中借東晉君臣空談誤國的舊事，諷諭當時彌漫於學壇的空疏之風。
流傳至今的徐光啟館課作品中，《海防迂說》、《漕河議》、《處置宗祿查核邊餉議》、《擬上安邊禦虜疏》四篇文章，集中反映他在政治、經濟、軍事等方麵的改革思想。《海防迂說》針對倭寇為害東南海疆的現狀，考察了倭患的發展曆史和沿海富商豪族與倭寇勾結的情況，提出“官市不開，私市不止”的見解，主張正式與日本通商。這樣，一來可以使中國的絲帛等貨物找到市場；二來掌握了主動權，日人來市則予之，來寇則殲之；三來可隨時絕市，製禦倭寇。《擬上安邊禦虜疏》則主要是針對北部邊境來自韃靼、瓦勒等部族的威脅的。疏中提出了一套練兵籌餉的辦法，包括戰略上先求可以守，次求可以戰，再求可以大戰；人員上選練十萬精兵，作為野戰的主力；戰備上務農貴粟，實行屯田等等。《處置宗祿查核邊餉疏》指出宗室俸祿已成為國家財政的巨大負擔，建議把實物俸祿改為封給土地，使其“自生粟帛而衣食之”。《漕河議》提出南糧北運，縻費巨大，應該把黃河、淮河的水用來種植穀物，減輕漕運負擔。治理運河，應當以科學測量為依據，根據地形水勢加以疏導。徐光啟的這些建議，雖不乏真知灼見，但並未受到統治者特別的重視。
就讀翰林院期間，徐光啟與客居北京的利瑪竇交往甚密。他時常布衣徒步，前往利瑪竇邸舍問學。利瑪竇還在羅馬時，就師從天主教的著名學者克拉維神父，學過數學、地理和天文學方麵的知識。到達中國後，他發現這個古老的東方國家地廣物豐，人口眾多，文化傳統曆史悠久，博大精深。他感到在中國傳教，如果采取在其他地區慣用的強硬方式，恐怕難以奏效，於是轉而推行一種學術傳教的路線，主動地介紹一些西方的科學知識到中國。他先是用三棱鏡、自鳴鍾、日晷儀之類的精巧玩藝喚起高官名士的好奇，接著又繪製了《萬國輿地圖》，介紹西方天文學知識。徐光啟在與利瑪竇的交談中，一再要求與之合作，把後者從羅馬帶來的西方科學書籍翻譯成漢語，以便更多的人能夠學習。在徐光啟的請求下，大概從1605年(萬曆三十二年)到1606年(萬曆三十四年)間開始，兩人開始合譯西方數學的經典著作，即歐幾裏得的《幾何原本》。
為什麼首先選擇《幾何原本》進行翻譯呢?徐光啟自己曾作過解釋。他認為，數學作為一門最基本的學問，就好比木匠的斧頭和尺子，是不可缺少的工具。而《幾何原本》又是數學的本原。它可以“窮方圓平直之情，盡規矩準繩之用”。其中的公理、公設雖不以直接以具體事物為對象，但它所蘊含的道理卻是一切科學技術必須遵循的。他借用前人“鴛鴦繡出從君看，不把金針度與人”的詩句，稱“金針度去從君用，未把鴛鴦繡與人”，而《原本》就是能繡出千百種鴛鴦的金針。因此，“舉世無一人不當學”，而且“百年之後必人人習之”。這就表明徐光啟對自然界的一切事物都表現為一定的數量關係的原理，和《原本》所體現的形式邏輯的思維法則，有了比較清楚的認識。徐光啟為翻譯《幾何原本》付出了艱巨的勞動。他每天下午三四點鍾前往利瑪竇寓所，由利瑪竇口授，他負責筆錄。翻譯中反複推敲，務求譯文準確，文詞通暢。當時楊廷筠、李之藻、葉向高、馮應京、曹於汴等著名學者，也參予了討論，質疑辯難，互相切磋。經過前後三次修訂，到第二年春天，終於譯成了《幾何原本》前六卷。即使按今天的標準看，這次翻譯也是非常成功的。徐光啟在譯書過程中創立的一套幾何術語，如點、線、麵、直角、四邊形、平行線、相似、外切等，一直被沿用下來。
《幾何原本》譯畢付梓，徐光啟又與利瑪竇用同樣的方式譯出了《測量法義》初稿。徐光啟曆來重視水利，這時也向利瑪竇詢問西方水利設施和器械的情況，並從中受到啟發。徐光啟的好友李之藻曾從利瑪竇學習天文學，並運用西法進行實地測量，寫成了《渾憲通蓋圖說》一書。徐光啟亦參予了此書的修訂。1607年(萬曆三十五年)4月，徐光啟結束了翰林院為期三年的學習，授官翰林院檢討。5月，其父徐思誠病逝，徐光啟按慣例歸籍守製，回到上海。
守製期間，徐光啟仍致力於科學研究和農學試驗，他把已經譯成的《測量法義》加以整理，刪削定稿。隨後，又相繼撰成《測量異同》和《勾股義》。這三種書，都是對《幾何原本》的發揮和應用。在這幾種書裏，徐光啟運用西方幾何學的原理，對傳統數學的經典著作《周髀算經》、《九章算術》進行整理，發現傳統數學的缺陷是“隻言法，不言義”，即隻講求解的方法，不講為什麼這樣求解，從而初步揭示了傳統數學作為經驗型科學的本質特征，並由此萌生了創立“有理、有義、有法、有數”的科學體係的強烈願望。當然，作為一個講求實際的科學家，徐光啟的研究和著述，絕不單純是為了滿足自己的求知欲望，更是為了指導改造自然、征服自然的實踐活動。正像他在《勾股義序》中所說的，“西北治河，東南治水利，皆目前救時之至計。……此法終不可廢”。這些西方科學的成果，在生產實踐中可以發揮作用，產生效能。在此前後，徐光啟還幫助李之藻把根據克拉維《實用算術綱要》翻譯的《同文算指》整理成書。
1610年(萬曆三十八年)10月，徐光啟守製期滿，回到北京，恢複翰林院檢討原職。此前，徐光啟曾經計劃與利瑪竇共譯水法書，但當他回到北京時，利瑪竇已於當年4月去世，因而改請傳教士熊三拔口授。起初熊三拔表現出為難的神色，經徐光啟一再敦請，兩人才動手翻譯。這次翻譯沒有采取照本直譯的作法，而是結合我國已有的水利工具，隻選譯其中比較實用和確實先進的部分，一邊譯書一邊試驗，把製器和試驗的方法與結果都記錄下來。《泰西水法》一書具有極強的實用性和可操作性，對發展農田水利事業很有指導意義。為了呼應日益高漲的改曆輿論，徐光啟還把昔日聽熊三拔講授簡平儀構造與用途的筆記加以整理，編成《簡平儀說》刊行。
以徐光啟翻譯《幾何原本》、李之藻編譯《渾憲通蓋圖說》為發端，在晚明的學術界，翻譯西方科學書籍成為一時盛事，較有代表性的還有焦勖譯《火攻挈要》、王征譯《遠西奇器圖說》等書。此外，當時還譯介了一批歐洲宗教、哲學、邏輯學、語言學等方麵的書籍。自唐代大規模翻譯佛經以來，這是中外文化交流史上的第二次譯書高潮，而此次譯書涉及的領域之廣，科學意義之大，又是第一次譯書高潮無法比擬的。它在較高的層次上實現了中國和歐洲兩大文化體係的融彙與交流，使中國文化初步納入了世界文化發展的體係，為中國科學文化的發展注入新的活力與生機。但釋農業生產，把傳統農學理論進一步係統化，有相當高的水平。不過，它們還停留在以比較抽象的哲理來闡釋農業生產現象，當時仍缺乏顯微鏡一類科學觀察實驗手段，難以深入探索農業生物內部的奧秘，形成建立在科學實驗基礎上的理論，這就不能不妨礙我國農學以後的進一步發展。
縱觀我國古代農書，在卷帙浩繁、體裁多樣、內容豐富深刻、流傳廣泛久遠等方麵，遠遠超過同時代的西歐。這是我們的祖先給我們也是給全人類留下的寶貴遺產。
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》記載為四—五倍，據13世紀英國《亨利農書》記載為三倍。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四一五石，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。我田事宜。他相繼在天津、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。