2022年玉米产量预测:方法和结果解释
产量预测中心(YFC)将从7月中旬开始，每三周提供玉米物候的实时信息和玉米产量潜力预测，以帮助种植者和农业行业在2022年作物季之前做出管理、物流和营销决策。YFC平台由UNL的一个核心团队组成，与玉米带各地大学的农学家和推广教育工作者合作。将提供41个地点的预测，包括对灌溉玉米和灌溉玉米的单独预测，这些地区的灌溉玉米和灌溉玉米生产都很重要，如内布拉斯加州和堪萨斯州(见图1)．本文总结了YFC用于预测玉米物候和产量的方法，并提供了解释结果的指导方针。
的方法
YFC的基础是:
- 提供本地管理数据并验证预测产量的合作者网络。
- 每个地区优势土壤类型的精确信息。
- 测量高质量的实时天气数据。
- 一个验证良好的作物模拟模型(UNL杂交玉米)．
关于数据源和建模的更多信息可以在全球产量差距图集网站．
当地农学家和推广教育工作者提供每个州的管理信息，并帮助验证和解释预测。合作者提供的信息包括特定地点的平均种植日期(即当前季节种植50%玉米面积的平均日历日期)、植物密度和杂交成熟度(表1)．当一个地点同时进行雨养和灌溉生产时，采用不同的管理方法在这些地点模拟雨养和灌溉作物，因为水状况对生产方法有很大影响。管理数据已通过杜邦先锋农学家提供的信息进一步验证，特别是关于杂交成熟度和植株密度的信息。产量预测是基于每个地点的两到三种主要土壤类型。每种土壤类型分别预测产量。随后，根据每种土壤类型在每个地点的流行程度，对每种土壤类型的预测进行加权后，通过对不同土壤类型的预测的平均来汇总产量预测(表2)．
表1。管理数据
| 位置 | 水情 | 密度(植物/英亩) | 混合RM(天) | 2022年种植日期 |
|---|---|---|---|---|
| 联盟,不 | 灌溉 | 34000年 | 95 | 5月9日 |
| 北普拉特，东北部 | 灌溉 | 34000年 | 110 | 5月10日 |
| 旱地 | 15000年 | 105 | 5月17日 | |
| McCook不 | 灌溉 | 34000年 | 110 | 5月6日 |
| 旱地 | 15000年 | 105 | 5月13日 | |
| Holdrege,不 | 灌溉 | 34000年 | 113 | 5月2日 |
| 旱地 | 17000年 | 105 | 5月6日 | |
| 克莱中心，东北 | 灌溉 | 34000年 | 113 | 4月28日 |
| 旱地 | 26000年 | 113 | 5月3日 | |
| 贝雅特丽齐,不 | 灌溉 | 34000年 | 114 | 5月1日 |
| 旱地 | 29000年 | 113 | 5月1日 | |
| 米德,不 | 灌溉 | 34000年 | 113 | 5月1日 |
| 旱地 | 27000年 | 113 | 5月10日 | |
| 和谐,不 | 灌溉 | 34000年 | 111 | TBD |
| 旱地 | 26000年 | 110 | TBD | |
| 埃尔金,不 | 灌溉 | 34000年 | 113 | TBD |
| 奥尼尔,不 | 灌溉 | 34000年 | 108 | TBD |
| 曼哈顿,KS | 旱地 | 25000年 | 110 | 4月29日 |
| 氧化钪,KS | 灌溉 | 34000年 | 116 | 5月9日 |
| 旱地 | 24000年 | 107 | 5月16日 | |
| Silverlake, KS | 灌溉 | 34000年 | 117 | 5月1日 |
| 旱地 | 24000年 | 109 | 5月8日 | |
| 哈钦森,KS | 旱地 | 20000年 | 105 | 4月28日 |
| 九龙花园城 | 灌溉 | 26000年 | 113 | 5月9日 |
| Lamberton、锰 | 旱地 | 32000年 | 101 | 5月15日 |
| Waseca、锰 | 旱地 | 34000年 | 103 | 5月15日 |
| 艾尔缀德、锰 | 旱地 | 27000年 | 82 | 5月26日 |
| Dazey, ND | 旱地 | 27000年 | 82 | 5月28日 |
| 密苏里州圣约瑟夫 | 旱地 | 30000年 | 112 | 5月12日 |
| 布伦瑞克莫 | 旱地 | 30000年 | 112 | 5月12日 |
| 密苏里州门罗市 | 旱地 | 29000年 | 111 | 5月12日 |
| 埃姆斯IA | 旱地 | 34000年 | 109 | 5月18日 |
| Crawfordsville, IA | 旱地 | 35000年 | 113 | 5月15日 |
| 盐都富含,IA | 旱地 | 35000年 | 101 | 5月12日 |
| 刘易斯,IA | 旱地 | 34000年 | 113 | 5月15日 |
| 纳舒厄,IA | 旱地 | 34000年 | 101 | 5月18日 |
| 萨瑟兰,IA | 旱地 | 34000年 | 103 | 5月12日 |
| Bondville, | 旱地 | 34000年 | 113 | 5月13日 |
| 自由港, | 旱地 | 34000年 | 103 | 5月13日 |
| 奥尔尼, | 旱地 | 29000年 | 113 | 5月13日 |
| 皮奥瑞亚, | 旱地 | 33000年 | 113 | 5月13日 |
| 斯普林菲尔德, | 旱地 | 35000年 | 113 | 5月13日 |
| Butlerville, | 旱地 | 32000年 | 113 | 5月17日 |
| 哥伦比亚城，美国 | 旱地 | 32000年 | 108 | 5月17日 |
| 戴维斯,在 | 旱地 | 33000年 | 108 | 5月17日 |
| 西拉斐特，IN | 旱地 | 34000年 | 113 | 5月17日 |
| Custar,哦 | 旱地 | 33000年 | 108 | 6月1日 |
| 南查尔斯顿，OH | 旱地 | 33000年 | 112 | 5月22日 |
| 伍斯特,哦 | 旱地 | 32000年 | 106 | 6月1日 |
| Ceresco,小姐 | 旱地 | 32000年 | 105 | 5月20日 |
†数据由国家合作者和杜邦先锋农学家检索。
‡在每个地点于2022年种植50%最终玉米面积的大约日期。土壤水平衡是在前一年(2021年)的前一次作物收获前后初始化的，假设有效土壤水为50%。
待定:还未确定。
表2。每个地点的主要土壤类型
| 位置 | 土壤1 (上、下层土壤质地)‡ |
土壤2 (表层和下层土壤质地) |
土壤3 (表层和下层土壤质地) |
地下水位覆盖 (%) * |
|---|---|---|---|---|
| 埃姆斯IA | 粉质壤土-粉质壤土(18%) | 粘土壤土-粉土壤土(12%) | 粉质粘土壤土-粉质粘土壤土(7%) | 63 |
| 贝雅特丽齐,不 | 粉质粘土壤土-粉质粘土壤土(48%) | 粉质粘土-粉质粘土壤土(14%) | 粉砂壤土-粉砂壤土(13%) | 25 |
| Bondville, | 粉质粘土壤土-粉质壤土(14%) | 粉砂壤土-粉砂粘土壤土(13%) | 粉质粘土壤土-粉质粘土壤土(12%) | 61 |
| Butlerville, | 粉质壤土-粉质壤土(64%) | 粉质壤土-粉质粘土壤土(10%) | 26 | |
| Ceresco,小姐 | 砂质壤土-砂质壤土(27%) | 粉质壤土-粉质壤土(25%) | 粉砂壤土-砂质壤土(17%) | 31 |
| 克莱中心，东北 | 粉质壤土-粉质粘土壤土(46%) | 粉砂壤土-粉砂壤土(33%) | 粉砂粘土壤土-粉砂粘土壤土(21%) | 0 |
| 哥伦比亚城，美国 | 粉质黏土-粉质黏土(13%) | 粉砂粘土壤土-粘土壤土(11%) | 粉砂壤土-粉砂壤土(11%) | 65 |
| 和谐,不 | 粉质壤土-粉质壤土(46%) | 粉质粘土壤土-粉质粘土壤土(29%) | - | 25 |
| Crawfordsville, IA | 粉质壤土-粉质粘土壤土(23%) | 粉质粘土壤土-粉质粘土壤土(20%) | 粉质壤土-粉质壤土(8%) | 49 |
| Custar,哦 | 粘土壤土-粘土(10%) | 粘土壤土-粘土壤土(7%) | 粉砂壤土-粘土壤土(6%) | 79 |
| 戴维斯,在 | 粉砂壤土-粉砂壤土(21%) | 粉质黏土-粉质黏土(8%) | 粉砂壤土-粉砂粘土壤土(7%) | 64 |
| Dazey, ND | 粉土-粉土(100%) | - | - | 0 |
| 艾尔缀德、锰 | 粉质粘土壤土-粉质粘土壤土(36%) | 粉质黏土-粉质黏土(34%) | 粉质壤土-粉质壤土(25%) | 5 |
| 自由港, | 粉质壤土-粉质壤土(38%) | 粉质壤土-粉质粘土壤土(35%) | - | 27 |
| Holdrege,不 | 粉土-粉土(100%) | - | - | 0 |
| 哈钦森,KS | 粉质粘土壤土-粉质粘土壤土(44%) | 粉砂壤土-粉砂壤土(33%) | 粉质壤土-粉质粘土壤土(23%) | 0 |
| 盐都富含,IA | 粘土壤土-粉土壤土(18%) | 粉质壤土-粉质壤土(9%) | 73 | |
| Lamberton、锰 | 粘土壤土-粉土壤土(20%) | 粉砂壤土-粉砂壤土(20%) | 60 | |
| 刘易斯,IA | 粉质粘土壤土-粉质粘土壤土(48%) | 粉砂壤土-粉砂壤土(11%) | - | 41 |
| 曼哈顿,KS | 粉质粘土壤土-粉质粘土壤土(41%) | 粉质黏土-粉质黏土(32%) | 粉砂壤土-粉砂壤土(27%) | 0 |
| McCook不 | 粉土-粉土(100%) | - | - | 0 |
| 米德,不 | 淤泥质粘土壤土-淤泥质粘土壤土(35%) | 粉砂壤土-粉砂壤土(28%) | 粉质粘土壤土-粉质壤土(12%) | 25 |
| 密苏里州门罗市 | 粉质壤土-粉质粘土(37%) | 粉砂壤土-粉砂粘土壤土(31%) | 粉质粘土壤土-粉质粘土壤土(23%) | 9 |
| 纳舒厄,IA | 粉砂壤土-粉砂壤土(24%) | 粉质粘土壤土-粉质壤土(12%) | 64 | |
| 北普拉特，东北部 | 粉土-粉土(100%) | - | - | 0 |
| 奥尔尼, | 粉砂壤土-粉砂粘土壤土(47%) | 粉砂壤土-粉砂壤土(39%) | 14 | |
| 皮奥瑞亚, | 粉质壤土-粉质粘土壤土(24%) | 粉质粘土壤土-粉质粘土壤土(8%) | 粉砂壤土-粉砂壤土(7%) | 61 |
| 氧化钪,KS | 粉砂粘土壤土-粉砂粘土壤土(51%) | 粉砂壤土-粉砂粘土壤土(26%) | 粉砂壤土-粉砂壤土(23%) | 0 |
| Silverlake, KS | 粉质粘土壤土-粉质粘土壤土(38%) | 粉砂壤土-粉砂壤土(31%) | 粉质黏土-粉质黏土(31%) | 0 |
| 南查尔斯顿，OH | 粉砂壤土-粉砂壤土(27%) | 粉砂壤土-粘土壤土(16%) | 粘土壤土-粘土壤土(10%) | 47 |
| 斯普林菲尔德, | 粉砂壤土-粉砂粘土壤土(51%) | 粉质粘土壤土-粉质粘土壤土(19%) | 30. | |
| 密苏里州圣约瑟夫 | 粉砂粘土壤土-粉砂粘土壤土(47%) | 粉土-粉土(26%) | 粉质壤土-粉质粘土壤土(12%) | 15 |
| 萨瑟兰,IA | 粉砂粘土壤土-粉砂壤土(22%) | 粉质粘土壤土-粉质粘土壤土(18%) | 粉质壤土-粉质壤土(14%) | 46 |
| Waseca、锰 | 粉砂壤土-粉砂壤土(27%) | 粘土壤土-粉土壤土(17%) | 56 | |
| 西拉斐特，IN | 粉砂壤土-粉砂壤土(31%) | 粉质粘土壤土-粉质壤土(7%) | 粉质粘土壤土-粉质粘土壤土(5%) | 57 |
| 伍斯特,哦 | 粉质壤土-粉质粘土壤土(25%) | 粉砂壤土-粉砂壤土(22%) | 53 |
†数据检索自GSSURGO土壤数据库(NRCS，土壤部门)。只考虑旱地作物种植下的土壤。土壤数据仅用于模拟雨养玉米(模拟灌溉作物不需要土壤数据)。
‡表土(0-1英尺)和底土(2-4英尺)的土壤质地和每个地点每种土壤类型的相关患病率(%)。(来源:全球产量差距图集;www.yieldgap.org)。
*地下水位覆盖是从美国农业普查报告的地下瓦排水最新数据中推断出来的(USDA-NASS, 2012)。
历史(过去20多年)和实时每日天气数据用于物候和产量预测。模拟实时作物生长发育所需的每日天气变量包括太阳辐射、最高和最低温度、降水、相对湿度和风速。YFC依赖于通过州气象网络收集的测量数据，包括高原地区气候中心(HPRCC)，国家气象服务站网络(NWS)，以及伊利诺斯州水和大气资源监测项目(WARM)，俄亥俄州立大学俄亥俄州农业研究和发展中心气象服务印地安那号普渡自动化农业气象站网络(PAAWS)南方研究与拓展中心(SROC)西南研究与拓展中心(SWROC)来自明尼苏达大学密苏里州Mesonet(AgEBB)、北达科他州农业天气网(NDAWN)及密歇根州立大学环境天气网(图1)．从这些网络中选择的气象站位于农业地区而不是城市地区，这有助于确保预测玉米产量和物候学的天气数据的代表性。有关用作预测依据的数据输入详情，载于莫雷尔等人(2016)．
杂交玉米是由UNL研究人员开发的玉米模拟模型，它模拟了在灌溉和雨养条件下玉米的日常生长发育和最终谷物产量。该模型估计了“产量潜力”，即当作物不受营养供应、疾病、昆虫压力或杂草竞争的限制时所获得的产量——这些条件代表着“最佳管理”情景。它还假定在指定的植物种群上有统一的植物立地，没有洪水和冰雹的问题。
尽管该模型可以解释营养生长和籽粒灌浆期间的干旱胁迫和高温，但它不太可能很好地描述两种情况下的作物产量:(1)在大约7天的吐丝和授粉(即开花)期期间，作物遭受非常严重的高温和干旱胁迫的季节;(2)在籽粒灌浆完成之前，早霜就杀死了作物。
然而，即使有这些相对不常见的附加条件，该模型也已成功地在玉米产量从接近零到300 bu/ac (图2)．更多关于杂交玉米模型的细节可在Yang等(2017)．
之前的评价表明我们的预测捕捉到了美国玉米带旱作和灌溉玉米产量的空间格局。然而，这些先前的评价也表明，在种植季节，特别是在关键的吐丝和授粉期，如中部和东部玉米带的许多地区，地下水位较浅的地区雨养产量被低估了。
自2019年作物季以来，我们使用了一种新的方法来解释地下水位对玉米产量和稳定性的积极影响。对于一个给定的地点，地下水位较浅的地区的比例将从瓦排水图中得到，因为后者是地下水位存在的有力指标。对于存在浅地下水位的农田，我们将假设没有水的限制，然后，给定位置的平均预测产量将被估计为有和没有地下水位的农田的预测产量的平均值，并以其在该位置玉米收获面积的各自份额加权。
下表总结了我们的预测所涉及的环境因素:
| 解释的因素 | Non-accounted因素 |
|---|---|
| 太阳辐射 | 营养供应 |
| 温度 | 生物胁迫(杂草、害虫、病原体)发生率 |
| 相对湿度 | 洪水 |
| 风速 | 冰雹 |
| 参考蒸散 | 非均匀站 |
| 降水 | 土壤结壳 |
| 土壤类型 | 缫丝过程中严重的高温/干旱胁迫 |
| 种植时土壤水分 | 早杀霜 |
| 灌溉 | 绿色吸附/住宿 |
| 植物种群密度 | |
| 混合的成熟度 | |
| 种植日期 | |
| 浅层地下水位 |
我们如何实时预测玉米产量潜力?
杂交玉米使用测量的天气数据来模拟作物生长直到预测日期(实黑线在图3一)．然后，它将使用历史(20多年)的天气数据来预测这个季节剩余时间所有可能的天气情况(蓝色虚线)图3一)．这导致了一个可能的最终产量的范围(蓝色分布在图3 b)．通过比较预测产量(蓝色阴影区域)的分布图3 c)与仅使用历史天气数据模拟的同一地点的平均产量(垂直箭头为图3 c)，就可以确定当前季节产量低于、接近或高于长期平均产量的可能性(虚线区域)图3 c)．YFC报告的产量更密切地跟踪的是那些没有因虫害、冰雹、涝渍、设施不良或受到杂交玉米模型中没有考虑到的胁迫影响而遭受严重产量损失的田地的产量。
最后，重要的是要记住，产量预测不是特定于田间的。相反，它表示在没有减产因素的情况下，对特定地区玉米平均产量潜力的估计。
在生长季节可以期待什么
在季节初期(6月)，当前季节的产量预测主要依赖历史天气，预测的产量范围很广，几乎与仅基于历史天气数据的产量范围相同。随着季节的进展(7月初到8月)，以及更多当前季节的天气数据被用于模拟，预测产量的范围将开始趋同，并可能偏离长期平均产量(或不偏离)，这取决于当前季节天气相对于长期平均天气模式的相似性。随着作物接近成熟期(8 - 9月底)，预测产量的范围将进一步趋同，最终产量的预测具有更大的信心。
如何利用这些预测为农场决策提供信息
在与其他信息来源、个人经验和最佳判断相辅相成的情况下，YFC提供的信息允许根据正常年份调整当前生长季的产量目标。在某些情况下，这种洞察力可以支持管理决策，如施肥和灌溉的时间和数量，或在灌浆期施用农药。灌浆过程中模拟得到的信息为指导区域和国家层面玉米供应链的所有参与者(生产者、畜牧业、乙醇行业、保险公司、涉及商业化和运输的公司以及决策者)的营销决策提供了额外的信息。
从7月中旬开始，在2022年作物季期间，作物观察每三周发布一次产量预测文章。我们还将提供关于预测潜在产量的范围，高于、接近或低于正常产量的概率，以及关于作物物候和霜冻早期致死的概率的信息。预测将根据当前季节的天气和每个地区的正常天气进行讨论，以确定产量预计将远远高于、低于或接近长期平均水平的地区。
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