沙州以西的广大西域地区地形地势更为复杂。仅仅就与农业生产息息相关的地形地貌来看，天山和阿尔泰山之间的准格尔盆地边缘是历史时期西域地区农牧业生产的主要集中地。
—、地形地貌与水资源
该区域内部沙漠戈壁广布，农业基本集中于山麓或者泉水出露的绿洲地带。以高昌故地西州为例，历代史书均记载这里“地多石硕”，从武威到高昌故地''度沙磧千余里，四面茫然，无有蹊径”。天山的西偏南地区古称葱岭，地形地貌则以高原山地为主，行政建制上为安西都护府辖地。
除了沿天山、葱岭、昆仑山北坡分布的绿洲之外，整个天山以南、葱岭以东的广大区域在唐代被称为“大流沙”，这片古地质时期就已经存在的流动沙漠就是今天的塔克拉玛干沙漠。
以伊州、庭州、西州为代表的唐代天山南北诸州的水资源有着共同的特点。由于沙漠戈壁广布，该区域的降水较为稀少，因此本区域内的农业类型是以对水资源依赖程度相对较小的畜牧业为主。而农业生产所需的水资源则主要是高山冰雪融水和地下水。如伊州伊吾县附近的天山''春夏有雪'，众多的冰雪融水从山上汇集而下，最终内流汇集成''碱池海”，河流沿岸“侧近皆有良田”。
西州的高昌故国地区，天山之上的冰雪融水汇成交河，交河县也因以为名。天山以南的疏勒，“土多稻、粟、麻''等对水分需求较大的农作物，表明该地的水资源是可以满足部分绿洲农业生产所需的。但总体而言，整个西域地区的水资源是十分有限的。唐代之前有屯垦记载的地区往往都是水资源相对充足的绿洲地区，因此该区域的水资源呈现出典型的斑块状分布特点。
二、屯垦的阶段特征，唐代在西域地区军事存在最强的时候，以“四镇”为中心辐射天山南北地区。一般来讲，所谓“四镇”是指龟兹、于闻、焉耆和疏勒四军镇.在行政建制上大致与伊州、西州、庭州、沙州的西南部和安西都护府的南部地区相重合。
西域地区诸州的设置大多数是在贞观年间。史载，伊州在隋末时“西域杂胡据之。贞观四年，归化，置西伊州”，表明贞观之时伊州的居民成分己经较为复杂。其中，伊州的柔远县在“隋大业十二年，伊吾胡共筑营田”。这就表明贞观四年（630年）归附设镇之前，是有屯田记载的，并且其饮食习惯也有较为明显的农耕色彩。因此贞观年间在此设置军镇，在很大程度上与这里可以屯垦有关。
西州是贞观十四年（640年）唐廷灭高昌之后，在高昌旧土二十二城之上设置的，并且在很长一段时间内是安西都护府的置所地。焉耆、龟兹、于園等城也分别在贞观十七年、二十一年、二十二年归附于唐，进而成为安西都护府的核心军镇。
总体来看，唐初在西域所设置的以安西四镇为核心的军镇体系多是汉代以来的屯垦之地。从高昌古城、交河古城的考古发掘情况来看，这些军镇受限于水源等自然因素，城池的规模往往并不是特别大。那么与之对应，唐初之时西域地区的军事屯垦又有何特点呢？
前文已经叙述过，军事屯垦的施行往往与较长时间的军事对峙有关。屯垦的时效性决定了其对稳定的社会环境有着较强的依赖性。而在武周长寿元年以前，西域地区并没有太长的稳定时期。
唐廷与吐蕃、突厥等政权在此对安西四镇进行反复争夺。首先，是西突厥的袭扰问题。其次，是蕃将的叛乱问题。由于唐廷平定西域之后，多任用其原部落首领为镇将，一遇法令不通或中央无暇顾及之时，诸州将领叛乱之事屡有发生。如贞观末阿史那贺鲁的叛乱是为一例。阿史那贺鲁原为西突厥贺鲁部首领，唐廷在其投降后封其为瑶池都督。
贞观末，“方帝崩”，（阿史那贺鲁）即谋取西、廷二州心，直至显庆二年（657年）才被平息，期间安西四镇先后陷落。再次，是与吐蕃争夺西域。龙朔二年（662年）起，吐蕃军队开始蚕食西域南部，到咸亨元年（670年），安西四镇再一次陷落，之前迁移至龟兹的安西都护府再一次将置所迁回西州。
虽然在永淳元年（682年）王方翼克复四镇，但随后的垂拱二年（686年）四镇再次陷落，吐蕃军力甚至直达沙州敦煌。在此可以把上述安西四镇反复易手的时段称为西域屯垦的初期阶段，这一阶段的西域诸州并没有持续时间特别长的安定时期，其屯垦成效也可想而知。事实上，关于这一时期屯垦的记载很少，只能从只言片语中进行推断。
各褚遂良在上书中明确的表明，贞观之际西域用兵的粮草是征发于河西地区的，并且屯戍的士兵也极有可能是河西地区的府兵。这就意味着，西域地区的军事屯垦或者根本无法进行，或者根本无法自给自足。结合当时西域的军事环境和兵役制度，笔者推测当时进行屯垦的可能性极小，驻军的粮草更多的是依赖府兵番上时自己携带，或者是依赖河西地区的转运。
武周长寿元年（692年）之时，王孝杰在西域大破吐蕃军队，再次收回安西四镇，一直到贞元元年（790年）唐廷彻底放弃西域之时，这一时期的西域整体而言是稳定的。虽然有吐蕃和突厥余部的偶尔袭扰，但安西四镇一直被唐军牢牢控制。武周后期在安西置兵三万人来长期驻守，这是武周之际驻守安西军队的重大变革。
张广达先生根据吐鲁番文书和文献资料认为，在显庆三年（658年）到长寿元年（692年）间，唐廷在安西四镇的军事行动已经从行军逐步过渡到派汉兵镇守四镇。大规模的驻军对粮草的需求显然是更大的，由此推测这一时期起，安西地区的屯垦才逐步稳定下来并有所发展。
墓志铭的主人和守阳在景龙年间担任硕西支度营田判官，期间极尽艰难之事进行屯垦，丰富了边地的仓廩。唐人所说的硬西，往往是指敦煌以西的西域地区。从岑参《武威送刘判官赴磺西行军》一诗中可知，甚至武威以西都可以称为馈西。
和守阳任磧西支度营田判官之时的屯垦地点暂时不详，但随后他转任北庭副都护，“专知食库支度营田使”长达十年。北庭都护府是武周长安二年（702年）所设置，据此推断，自景龙年间起，北庭的屯垦自始至终没有间断一直延续到开元年间。而武周时期开始的长期驻军无疑是其后西域进行屯垦的重要基础。
西域地区在开元之前基本维持了较长时期的稳定，期间虽有吐蕃、突骑施的不断入侵，但总体而言屯垦所需的条件是具备的。开元年间，安西都护府成为安西节度使（伊西节度使），随后又分出北庭节度使，其详细变动过程不予讨论。笔者认为，西域地区节度使分合流转的过程，大多数是基于当时西域的军事环境变化。在一定程度上来说，这种变化能使西域地区的屯垦有更充分的军事保障。
开元年间，安西都护张嵩在任时“务农重战，安西府库，遂为充实”，由此可知，西域地区的屯垦和仓廩体制是并重的。可以大致推知当时的屯垦规模和屯垦的重心所在。但这只是正史资料中所录入的屯田数，在时间上无法具体推断。好在吐鲁番出图文书中有所记载，能一窥当时的屯田情况。可以说，唐廷在西域地区的军事屯垦主要集中在武周后期至天宝初年期间。
安史之乱爆发后，安西驻防的军队也随之赴关内平叛。随后河西走廊开始逐步被吐蕃攻陷，广德二年（764年）凉州的失陷，标志着西域地区与唐廷之间的隔绝。但西域地区的西州等地并没有完全失陷，孤悬于西域的数州在很长时期内仍然维持着原有的军事屯垦体系。从安西副都护高耀的墓志中可以推知当时西州的屯垦情况。
根据墓志，高耀卒于广德四年，而代宗广德年号仅仅行用2年便废止，其时应该是永泰二年（766年），可见高耀去世之时北庭已经与唐廷断绝联系两年有余。以赵充国的屯田成效和桑弘羊整治经济的美名来类比其政绩，虽有溢美之词，但可以推知安史之乱以后，高耀在宝应二年（763年）之后任西州、北庭支度副使期间，掌管当地的屯田和粮草支度，成效显著。
建中三年（782年）十二月，高耀墓从北庭迁至西州，归葬于交河东原的祖坟。其墓志仍然沿用“大唐”称号并且能顺利将坟墓从北庭迁移至西州，可见在建中三年十二月之时，西州、北庭仍然被唐军所控制。
由此可知，从广德二年（764年）悬于西域一直到建中三年（782年），西州、庭州仍然没有陷落，意味着这里仍然在运行着唐廷统治西域的军政模式，军事屯垦自然也不例外。但截至目前，还没有能够表明这一时期军事屯垦成效的详细史料供我们参考。随着唐廷在西域地区军事实力的退却，中晚唐之际西域地区的军事屯垦也逐渐落幕。
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