如通常说的五谷、九谷那样，古代中国的主要农作物多种多样。最普通的是小麦、大麻、豆类和禾，而最重要的一种叫作稷，①可能是散穗状的谷物。稷有粘性的和非粘性的两种，还有不同种类的小麦、大麦、豆类（其中包括大豆）。在汉代，种植最多的谷物是稷，稷在夏季生长，大麦和小麦则是冬季作物，而且种植量较小。水稻常在灌溉的土地上种植，但范围很有限。
关于耕种方法的资料，我们必须依据当时的记述和战国时代开始出现的农业书。《汉书》中题名为农业书的有九种，但除去其中的部分的《氾胜之书》以外都不存在了。幸而写于战国末期秦国宫廷的哲学著作《吕氏春秋》的最后四篇中包含了对当时耕作进程的叙述，虽然它的主要目的在于解释农业的哲学方面的重要性和指导政治家制定农业政策。①从《吕氏春秋》的这几篇里，我们可以推测普遍的做法如下。农夫把土地犁了几次使其松散之后，挖一系列的沟，沟距六尺（1。38米），均宽一锹（8寸或18。4厘米），沟与沟之间起六尺宽的垄（其长度与锹相同），叫作一亩，这个名称后来成为用以计量土地的标准。②种子撒在宽垄上，而不成行，当种子出苗时，站在邻近沟上劳动的农夫，能够整齐地间苗和清除莠草。苗的株距由间苗工具的尺寸所决定，由于这个工具的柄很短，所以间苗是一项艰苦的劳动，总是需要弯着腰干。虽然可用牛来完成初步的犁田，但所有的其它耕种程序都需要密集的人力。这种方法在战国之前就已使用了，可能在秦汉以后还被继续沿用。
前汉快到武帝朝末期，一种新的改进的耕作制大大增加了产量。这个方法是搜粟都尉赵过设计的。这就是“代田法”，③其法是，一亩地开三条沟，沟宽一尺（0。23米），深一尺，那时的一亩是一条狭长地，宽一步（六尺，1。38米），长240步（331米，因此合0。113英亩的地面）。种子直线地播在沟里，而不是播在垄上。在除草过程中，土逐渐从垄上填进沟里，培护苗根，这样，在仲夏时垄和沟相平，作物扎根深，可抗风旱。次年，垄和沟的位置再倒换过来；新方法的名称就是这么来的。与这种改进的耕作法同时出现的是一种有双犁头的犁，它需要用两只牛来拉，三个人带领。由于这些进展，据说是亩产大约增加20公升，如果管理得真有效率还要加倍。
这个新方法比旧方法还有几个其它优点。这就是谷物从播种到收获始终能成直行地生长，土壤中的水分更容易保持。这时用牛耕地，可使同样多的人种更大的面积，风旱给作物造成的损失更易防止，农夫并能用长柄锄除草，节省了时间和人力。最后，每年垄、沟位置的倒换有助于保持土壤肥沃和稳定年产量。
赵过在首都近郊系统地推行这种耕作制。还特意使属于大司农的奴隶制造新工具，通过郡守把新工具、新技术的用法传授给县、乡、里的主管人。虽然一般平民之间缺少牛，但人们发现有效地使用人力，这种方法仍能推行；多人合在一起，一天可耕30亩（3。4英亩）。赵过首先使长安外面离宫的卫士实行这种方法，当看到增产时，就把它扩大到这些卫士原来派来的地方，即扩大到首都周围三辅地区和边境的国有土地。最后，这种方法终于被这些地区和河东、弘农两郡的农民广泛使用。远至靠近帝国西北极边、国家设置的移民区居延也实行了这种方法。代田耕作技术的采用时间可能是在武帝死后（公元前87年）。①很可能，真正大力支持推行代田法的不是赵过，而是桑弘羊，他在武帝死后还在政府中有很大影响。这个洛阳商人的儿子，在年轻时期作过武帝的近侍，随后负责执行盐铁由国家专控的政策。他以御史大夫的身份，力图在下一个皇帝时期继续执行武帝的财政政策，虽然受到像大将军霍光这样人物的反对，霍光后来以谋叛的罪名对桑弘羊及其追随者进行迫害。公元前81年，霍光召集全国各地的儒者与桑弘羊和其他有关的大臣辩论武帝的盐铁专控政策及其他体制应否继续执行的问题。从后来桓宽为这次辩论编集的《盐铁论》看来，桑弘羊及其追随者保卫专控政策的理由是，它使国家富强并积聚了用来抗击匈奴入侵的资源。批评者反对他们的理由是，政府与人民之间的争利，只能是牺牲后者的利益而使前者获利。虽然它对代田法没有直接影响，但代田法的确说明了产生此法的当时经济条件。
新耕作法首先在国有土地（公田）上实行，从理论上说公田在中央政府直接控制下被人耕种，它的全部利益形成国家岁入的一部分。增产的可能性无疑支持了这个方法的采用，特别是在边境的屯田，它的收获供给了边防军的需要。盐铁争论中的批评者的主张是，在公有土地上，特别是在三辅土地上实行这种方法的实际上不是政府当局，而是承租这些土地的有权势的人们，他们独占了利益，因此这些土地应该给与公众。这样看来，在国有土地上实行代田法的实际受益者可能是权势人家，而不是政府的国库。
代田法在普通人民中推广也遇到了很大困难。由于缺少牛，不得不用人力犁田，因此证明是费力大而效率低。此外，在国家铁专控之下制造出来的铁农具太大而不实用，①所以农民不久又恢复了他们传统的木制农具和用手除草。另一方面，富豪之家有足够的牛和铁器，因此他们从这种新方法中获得很多好处。
到了后汉末期，至少在三辅地区又通行一种比赵过改进的犁更精巧的犁。据崔寔的《政论》所描述，①这种犁有三个犁头，一个播种器，一个把土再翻下的工具，而且只需一个人操纵。用它耕地，一天可超过一顷（11。3英亩）。这种技术上的进步使得代田法更为有利，到了后汉末期代田法得到了广泛的使用。
在代田法开始实行以后，中国农业史上一件值得注意的事是氾胜之作的一部论农业技术操作的书；氾胜之活动于成帝（公元前33—前7年）时期。他的生平不详，但从各种著作间接谈及的情况看来，他作过议郎，负责指导三辅地区农民种植小麦，后来作了尚书台的一名官员。他的著作题为《氾胜之书》，是列于《汉书·艺文志》的各种农学著作的唯一代表作，也是唯一的我们能知其内容的农学书。全书很久以前就不存在了，但从其他书中发现的片断的引文整理出了它的一部分内容，共三千多字。②这部书除去论述犁田、播种、收获等事的一般理论外，还包括详细论述种植以下诸种农作物的方法，如稷、麦、稻、黍、大豆、大麻、瓜、葫芦、芋头以及桑等，还谈到了精耕细作的区田法。
这部书除去实践的指示之外，还包含有以充满整个汉代思想界的阴阳五行说为基础的论述算命的篇章。但总的说来，《氾胜之书》内容主要是重视实践和经验的，和《吕氏春秋》最后四篇强调全面的农业政策形成鲜明的对照。因此，它的作者被看作是中国农业科学的奠基人。
这部书的一个值得注意的特点是对称之为区田法的增产方法的论述。它有两种不同的方法，一是在沟里播种，一是在坑里播种。前者以30步（41。4米）长、八步（11米）宽的土地为一标准亩，横分为15块，块与块之间留一窄小的人行道。每块地又横分为24个小沟，种子就播种在沟里。如果种的是穗状的和粘性的稷，每个沟就种成两行，行距五寸（11。5厘米），这表示一亩可生长15000棵苗，①苗距和每亩的总苗数，自然按照谷物的种类而有所不同。
在采用浅坑播种的地方，一个标准土地单位被分为若干个一尺（23厘米）和五寸（11。5厘米）的方格，每格中挖一个六寸（13。8厘米）深、六寸宽的小坑，叫作一区，一亩有3840个小坑。每坑撒种20颗，上面浇上一升（0。2公升）用土拌匀的粪。每亩撒上两升种子，每坑可生产三升（0。6公升）谷物，每亩（0。113英亩）可生产100石（2000公升）谷物，十亩年产1000石（20000公升）谷物，可供耕种者26年食用。这个数字是指上好的土地说的，对中、下等级的土地来说，坑就要大一些，间隔就要远一些，其产量也就按比例地降低。②这种方法的好处不止一端。只需对坑里播下的种子供水、肥，土地的肥沃不是主要的；甚至可用于供水有问题的高地和坡地。不像代田法，区田法不需要牛耕，产量却非常高。氾胜之与政府合作，发明并推广这种方法，甚至实际上是为了贫农，政府总是迫切地把农民作为国力主要基础来加以供养，并且要保护他们不受大地主的不断蚕食。
尽管为了提倡区田法在当时和以后作了种种努力（尤其是在后汉、三国、北魏、晋、元、明、清等朝），但这种方法从没有被真正地建立起来，而足以促使中国北方农业发生持久的变化。其主要缺点始终是需要投入很密集的劳动力，同时不可能大量提高人均产量。这样，氾胜之的著作对华北旱田的基本耕作方法的论述虽然很有价值（在这方面，它给作于6世纪的《齐民要术》以很大影响），但区田法仍有许多尚待改进之处。
与氾胜之书有关而应该提出的另外一点，是关于小麦的种植。在他的时代之前，已有人提倡在京畿地区种植小麦，其根据是种小麦被认为与种其他作物稍有不同。①氾胜之提到麦田必须和其他作物的田完全隔开。麦田要在五、六两月犁两次。这样，在夏天其他作物就不可能生长在麦田里。同样的种麦方法也见于《齐民要术》，并表明一年种两次或两年种三次的方法还没有普遍实行。只是到了唐代后半叶以后，这种改进的耕作才变得普遍了。
由于后汉的优秀农业著作已不存在，所以我们几乎不知道这一时代的旱田农业发展情况。唯一存在的有关著作也是残缺不全的，这就是生活在近于后汉末的崔寔作的《四民月令》。这部书不只限于论述农业技�