牛耕开始的时间有一定争议，从文献和考古器物考察，牛耕当在战国时就已经出现.可能战国时的牛耕并不普及，应用地域也不广。汉代之后，随着政府重农政策的执行，牛耕技术得到进一步的推广。牛耕和铁制农具的广泛运用，提高了农业的生产效率。

中国古代有修建灌溉系统的传统，战国时期就修建了很多的水利工程，如举世闻名的都江堰。人工灌溉系统的修筑益于稳定农业产量。早在先秦时代，轮作技术即已大量实施（轮作技术指有计划地在同一块地里轮流耕作不同农作物），在没有无机肥料的古代，轮作技术是合理利用土地的最好办法之一。

晚年的汉武帝开始反省自己的治国策略，看到了战争和大型工程给民众带来的沉重负担，他的注意力逐渐转移到农业之上。汉武帝将丞相田千秋封为“富民侯”，取使百姓殷富之意，并下诏：“方今之务，在于力农。”任深谙农业技术的赵过为搜粟都尉。赵过将关中的代田法稍加改进，用于北方旱地耕作。他将耕地分成甽和垄，甽即“畎”，是田间小沟，甽低垄高，一亩共分三甽三垄。种子播在甽中，免受风沙。待甽中幼苗长到一定高度时，应锄草，将垄上的土填进甽中，既可培根固本，又可保湿抗旱。到夏天时，垄已被刨平，农作物的根也深扎在土壤之中。来年时以甽为垄，以垄为甽，如此轮换变更可保持地力。为减轻翻甽培垄时的劳动强度，赵过又发明了二牛牵引的耦犁，耦犁需三人操作，一人牵牛，一人掌犁辕，一人扶犁。为了犁出深一尺宽一尺（汉1尺约合今0.694尺）的甽，这种犁的犁铧很大，可以一次性完成翻甽培垄，利用耦犁一个季节可完成五顷（汉1顷约合今69亩）耕地的翻耕任务。后来，通过改进犁铧和驱牛技术，大约在西汉晚期，二牛三人的组合变成了二牛一人。为了使无牛的农户不致耽误农时，赵过又发明了人力挽犁的方法，解决了缺少耕牛的问题，便于开垦更多的耕地。经过多方面的改革，亩产量较行代田法之前提高了一斛（斛与石相通，斛是口小底大的方形量器，汉代时一斛相当十斗，南宋末年改为五斗）以上，有的甚至能增产二斛以上。代田法取得成效后，很快被推广到三河地区，甚至边郡。

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