历史趋势棉花产量[二氧化碳和其他技术进步

美国历史棉花产量(USDA, 1998年)与[CO2]的变化见图8.12 (Friedli et al.， 1986;Keeling和Whorf, 1998)。由于温度数据要复杂得多，因此还没有人试图将长期产量反应与温度联系起来。1940年以前的棉花产量约为200公斤/公顷，每年都非常稳定。产量大约在1940年开始增加，在20世纪90年代中期达到800公斤/公顷。在这一时期，技术发生了许多变化。这包括改良品种的发展，改良杂草和病虫害防治，增加使用化肥以及相当大面积的灌溉。从20世纪30年代中期到50年代初，种植面积急剧减少。随着种植面积的减少，产量开始提高，这可能是因为产量最低的土地被取消了生产。在20世纪50年代，低成本化肥变得更加广泛，农作物生产研究也有所增加

图8.12。美国历史棉绒产量、种植面积(x 1000)、氮、磷和钾的使用(美国农业部，1998年)和夏威夷莫纳罗亚(Keeling和Whorf, 1998年)测量的[CO2]。

在第二次世界大战后发生了巨大的变化，导致技术上的许多变化提高了棉花产量。

在此期间，由于森林的燃烧，大气中的二氧化碳也急剧增加化石燃料以及其他人类活动;从1930年的306 |mmol mol-1到1997年的364 |mmol mol-1(图8.12)。从棉花生长和其他生理过程对大气[CO2]增加的响应来看，合理的估计是，在此期间[CO2]的增加可能使产量增加了19%。前一节的结果表明，在冠层平均日温度不超过约30°C的情况下，当[CO2]比当前环境[CO2]增加300 |mmol mol-1时，棉花产量将增加约60%。如果可以合理地假设，在今天的环境浓度下，产量对CO2的响应是线性的，并且自1940年以来，[CO2]增加了大约60 | mol mol-1，这可能导致棉花产量增加了约12%。然而，冠层光合作用的相对变化在低于350 |mmol CO2 mol-1时要比高于350 |mmol -1时更大(图8.12)，因此，在低于350 |mmol -1时，生长响应可能比高于350 |mmol -1时更大。因此，由于增加[CO2]而导致的历史棉花产量增加可能超过12%。Allen等人(1987)在大豆上进行了次环境[CO2]实验，Mayeux等人(1997)在小麦上进行了试验。这些作者估计，自前工业时代(约1850年)以来，由于大气中[CO2]的增加，大豆和小麦的产量分别增加了约13%和54%。

为了确定遗传改良对棉花产量的影响，已经进行了许多研究。最常见的方法是利用现代栽培实践，将特定年份的品种产量与该品种发布的年份联系起来。结果因地区、进行比较的年份和选择进行比较的品种而异。产量提高范围从5.6公斤/公顷-1年-1 (Meredith et al.， 1997年，其中引用了参考文献)。假设目前种植的所有棉花面积都是最现代的品种，可以计算出大约50%的产量增长可归因于1938年至1993年期间的改良品种。这使得产量的大幅增长可以归因于其他原因，其中一些原因是化肥的使用，耕作方法的改进，虫害控制还有土地选择。Meredith等人(1997)还比较了采用1940年和1993年推荐的氮肥施肥方法种植的品种。他们发现，由于氮的利用效率，现代品种比过时品种提高了27%。氮素使用的变化使产量增加了10%。

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