2020年玉米产量预测：方法和解释结果
会长Patricio Grassini， UNL农学和园艺学副教授，推广种植系统专家和粮食用水研究所研究员|何塞·安德雷德， UNL附属|胡安·伊格纳西奥·拉塔利诺·埃德雷拉北京大学农学和园艺学研究助理教授|Gonzalo Rizzo.， UNL博士生|Haishun杨， UNL农学和园艺学副教授，食品水研究所研究员|Keith Glewen和Jennifer Rees内布拉斯加州推广教育工作者|杰夫·库尔特，明尼苏达大学副教授和推广专家|标志灯（扩展裁剪系统农艺学人物）＆与Archontoulis(助理教授)，爱荷华州立大学Ignacio Ciampitti，作物生产和种植制度专家和农业助理教授，堪萨斯州立大学|雷梅西密苏里大学传播学教授
收益率预测中心（YFC）将在7月中旬开始，从7月中旬开始，每三周提供有关玉米婴儿疾病和玉米产量潜力预测的实时信息，以帮助种植者和AG行业通过2020年制定管理，物流和营销决策。季节。YFC平台由一支核心团队组成，以与整个玉米腰带的大学的农学学家和扩展教育者合作。将为41个地点提供预测，包括在灌溉和雨水生产的地区的雨水和灌溉玉米的单独预测，因为内布拉斯加州和堪萨斯州的情况很重要（图1）。本文总结了yfc用于预测玉米候选和产量的方法，并提供解释结果的指导。
的方法
yfc依赖于
- 提供当地管理数据和验证预测产量的合作者网络，
- 每个地区主要土壤类型的精确信息，
- 测量了高质量，实时天气数据，和
- 一个验证良好的作物模拟模型(多人混合玉米）.
有关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50%的玉米面积在当前季节种植的平均日历日期)、植株密度和杂交成熟度(表1)。由于水状况对生产做法有很大影响，因此在这些地点采用不同的管理做法模拟雨养和灌溉作物。利用杜邦先锋农学家提供的信息进一步验证了管理数据，特别是杂交成熟和种植密度方面的数据。收益预测是基于2-3主要的土壤类型在每个位置。对每种土壤类型分别进行产量预测。根据每种土壤类型在每个地点的流行程度加权后，通过对不同土壤类型的预测进行平均，然后汇总产量预测(表2)。
表1.管理数据
| 位置 | 水制 | 密度(植物/英亩) | 混合RM(天) | 2020种植日‡ |
|---|---|---|---|---|
| 联盟，NE | 灌溉 | 34000年 | 95 | 5月6日 |
| 北普拉特,不 | 灌溉 | 34000年 | 110. | 5月5日 |
| 旱地 | 15，000 | 105. | 12月12日 | |
| McCook不 | 灌溉 | 34000年 | 110. | 5月6日 |
| 旱地 | 15，000 | 105. | 5月6日 | |
| Holdrege,不 | 灌溉 | 34000年 | 113. | 28-Apr |
| 旱地 | 17000年 | 105. | 5月1日 | |
| 粘土中心，NE | 灌溉 | 34000年 | 113. | 27 - 4月27日 |
| 旱地 | 26,000. | 113. | 27 - 4月27日 | |
| 贝雅特丽齐,不 | 灌溉 | 34000年 | 114. | 4月29日 - 4月29日 |
| 旱地 | 29000年 | 113. | 4月29日 - 4月29日 | |
| 米德,不 | 灌溉 | 34000年 | 113. | 4月29日 - 4月29日 |
| 旱地 | 27,000. | 113. | 在5月4号 | |
| 和谐,不 | 灌溉 | 34000年 | 111. | 5月1日 |
| 旱地 | 26,000. | 110. | 5月1日 | |
| 埃尔金，Ne | 灌溉 | 34000年 | 113. | 在5月4号 |
| ONeil,不 | 灌溉 | 34000年 | 108. | 5月7日 |
| 曼哈顿,KS | 旱地 | 25000年 | 110. | 5月1日 |
| 氧化钪,KS | 灌溉 | 34000年 | 116. | 3月3日 |
| 旱地 | 24000年 | 107. | 3月3日 | |
| Silverlake, KS | 灌溉 | 34000年 | 117. | 28-Apr |
| 旱地 | 24000年 | 109. | 28-Apr | |
| 哈钦森,KS | 旱地 | 20，000 | 105. | 4月29日 - 4月29日 |
| 花园城,KS | 灌溉 | 26,000. | 113. | 5月1日 |
| Lamberton，Mn. | 旱地 | 32000年 | 101. | 22-Apr |
| Waseca、锰 | 旱地 | 34000年 | 103. | 22-Apr |
| Eldred，Mn. | 旱地 | 27,000. | 82 | 23-Apr |
| Dazey, ND | 旱地 | 27,000. | 82 | 5月20日 |
| 圣约瑟夫，莫 | 旱地 | 30000年 | 112. | 28-Apr |
| 布伦瑞克莫 | 旱地 | 30000年 | 112. | 5月7日 |
| 梦露的城市,莫 | 旱地 | 29000年 | 111. | 5月15日 |
| 艾姆斯，IA | 旱地 | 34000年 | 109. | 27 - 4月27日 |
| Crawfordsville, IA | 旱地 | 35000年 | 113. | 5月5日 |
| 盐都富含,IA | 旱地 | 35000年 | 101. | 26 - 4月26日 |
| 刘易斯，IA | 旱地 | 34000年 | 113. | 5月5日 |
| 纳舒厄，IA | 旱地 | 34000年 | 101. | 5月5日 |
| 萨瑟兰,IA | 旱地 | 34000年 | 103. | 26 - 4月26日 |
| Bondville, | 旱地 | 34000年 | 113. | 5月5日 |
| 自由港, | 旱地 | 34000年 | 103. | 5月1日 |
| 奥尔尼, | 旱地 | 29000年 | 113. | 3月3日 |
| 皮奥瑞亚, | 旱地 | 33000年 | 113. | 5月1日 |
| 斯普林菲尔德 | 旱地 | 35000年 | 113. | 30-Apr |
| Butlerville, | 旱地 | 32000年 | 113. | 5月10日 |
| 哥伦比亚的城市, | 旱地 | 32000年 | 108. | 5月10日 |
| 戴维斯,在 | 旱地 | 33000年 | 108. | 5月10日 |
| 西拉法叶, | 旱地 | 34000年 | 113. | 5月10日 |
| Custar,哦 | 旱地 | 33000年 | 108. | 5月10日 |
| 南查尔斯顿，哦 | 旱地 | 33000年 | 112. | 26五月 |
| 伍斯特哦 | 旱地 | 32000年 | 106. | TBD |
| Ceresco,小姐 | 旱地 | 32000年 | 105. | 5月15日 |
†由国家合作者和杜邦先锋农艺学家检索数据。‡在每个地点在2018年种植50％的最终玉米地区的近似日期。假设50％可用土壤水，土壤水平衡初期初始化前一年（2019年）的成本收获。TBD：仍然要确定。
表2。每个地点的主要土壤类型
| 位置 | 土壤1 (土壤表层和土壤下层)‡ |
土壤2 (表层和底层土壤质地) |
土壤3 (表层和底层土壤质地) |
水位的报道 (%) * |
|---|---|---|---|---|
| 艾姆斯IA | 粉壤土-粉壤土(18%) | 粘土壤土-粉砂壤土(12%) | 淤泥粘土壤土 - 淤泥粘土壤土（7％） | 63 |
| 比阿特丽斯不 | 粉砂粘土壤土-粉砂粘土壤土(48%) | 粉质粘土-粉质粘土壤土(14%) | 粉砂壤土-粉砂壤土(13%) | 25. |
| Bondville IL | 淤泥粘土壤土 - 淤泥壤土（14％） | 粉砂壤土-粉砂粘土壤土(13%) | 粉砂粘土壤土-粉砂粘土壤土(12%) | 61 |
| Butlerville在 | 粉砂壤土-粉砂壤土(64%) | 粉砂壤土-粉砂粘土壤土(10%) | 26. | |
| Ceresco Mi. | 砂壤土-砂壤土(27%) | 淤泥壤土 - 淤泥壤土（25％） | 粉砂壤土-砂壤土(17%) | 31. |
| 粘土中心网 | 粉砂壤土-粉砂粘土壤土(46%) | 粉壤土-粉壤土(33%) | 粉砂粘土壤土-粉砂粘土壤土(21%) | 0 |
| 哥伦比亚的城市 | 粉质黏土-粉质黏土(13%) | 粉砂粘土壤土-粘土壤土(11%) | 粉壤土-粉壤土(11%) | 65 |
| 和谐不 | 淤泥壤土 - 淤泥壤土（46％） | 粉砂粘壤土-粉砂粘壤土(29%) | - | 25. |
| Crawfordsville IA | 粉砂壤土-粉砂粘土壤土(23%) | 淤泥粘土壤土 - 淤泥粘土壤土（20％） | 粉壤土-粉壤土(8%) | 49. |
| Custar哦 | 粘土壤土-粘土(10%) | 粘壤土-粘壤土(7%) | 粉砂壤土-粘土壤土(6%) | 79 |
| 戴维斯 | 粉壤土-粉壤土(21%) | 粉质粘土-粉质粘土(8%) | 粉砂壤土-粉砂粘土壤土(7%) | 64 |
| Dazey nd. | 粉壤土-粉壤土(100%) | - | - | 0 |
| Eldred Mn. | 粉砂粘土壤土-粉砂粘土壤土(36%) | 粉质粘土 - 粉质粘土（34％） | 淤泥壤土 - 淤泥壤土（25％） | 5 |
| 自由港IL | 淤泥壤土 - 淤泥壤土（38％） | 粉砂壤土-粉砂粘土壤土(35%) | - | 27. |
| Holdrege不 | 粉壤土-粉壤土(100%) | - | - | 0 |
| 哈钦森ks. | 粉砂粘土壤土-粉砂粘土壤土(44%) | 粉壤土-粉壤土(33%) | 粉砂壤土-粉砂粘土壤土(23%) | 0 |
| 盐都富含IA | 粘土壤土-粉砂壤土(18%) | 淤泥壤土 - 淤泥壤土（9％） | 73 | |
| Lamberton MN | 粘土壤土-粉砂壤土(20%) | 粉砂壤土-粉砂壤土(20%) | 60 | |
| 刘易斯IA. | 粉砂粘土壤土-粉砂粘土壤土(48%) | 粉壤土-粉壤土(11%) | - | 41. |
| 曼哈顿Ks. | 粉砂粘土壤土-粉砂粘土壤土(41%) | 粉砂粘土壤土-粉砂粘土(32%) | 淤泥壤土 - 淤泥壤土（27％） | 0 |
| MCCOOK NE. | 粉壤土-粉壤土(100%) | - | - | 0 |
| 米德不 | 粉砂粘土壤土-粉砂粘土壤土(35%) | 粉砂壤土-粉砂壤土(28%) | 淤泥粘土壤土 - 淤泥壤土（12％） | 25. |
| 梦露城市莫 | 粉砂壤土-粉砂质粘土(37%) | 粉砂壤土-粉砂粘土壤土(31%) | 粉砂粘土壤土-粉砂粘土壤土(23%) | 9 |
| 纳舒厄IA | 粉砂壤土-粉砂壤土(24%) | 淤泥粘土壤土 - 淤泥壤土（12％） | 64 | |
| 北普拉特不 | 粉壤土-粉壤土(100%) | - | - | 0 |
| 奥尔尼伊尔 | 粉砂壤土-粉砂粘土壤土(47%) | 淤泥壤土-淤泥壤土(39%) | 14. | |
| 皮奥瑞亚伊尔 | 粉砂壤土-粉砂粘土壤土(24%) | 粉砂粘土壤土-粉砂粘土壤土(8%) | 粉砂壤土-粉砂壤土(7%) | 61 |
| Scandia Ks. | 淤泥粘土壤土 - 淤泥粘土壤土（51％） | 淤泥壤土 - 淤泥粘土壤土（26％） | 淤泥壤土 - 淤泥壤土（23％） | 0 |
| Silverlake KS | 粉砂粘土壤土-粉砂粘土壤土(38%) | 淤泥壤土-淤泥壤土(31%) | 粉砂粘土壤土-粉砂质粘土(31%) | 0 |
| 查尔斯顿南哦 | 淤泥壤土 - 淤泥壤土（27％） | 粉砂壤土-粘土壤土(16%) | 粘壤土-粘壤土(10%) | 47. |
| 斯普林菲尔德IL. | 粉砂壤土-粉砂粘土壤土(51%) | Silt Clay Loam - 淤泥粘土壤土（19％） | 30. | |
| 圣约瑟夫莫 | 粉砂粘土壤土-粉砂粘土壤土(47%) | 淤泥壤土 - 淤泥壤土（26％） | 粉砂壤土-粉砂粘土壤土(12%) | 15. |
| Sutherland Ia | 粉砂粘土壤土-粉砂壤土(22%) | 粉砂粘土壤土-粉砂粘土壤土(18%) | 淤泥壤土 - 淤泥壤土（14％） | 46. |
| Waseca MN | 淤泥壤土 - 淤泥壤土（27％） | 粘土壤土-粉砂壤土(17%) | 56. | |
| 西拉法叶 | 淤泥壤土-淤泥壤土(31%) | 淤泥粘土壤土 - 淤泥壤土（7％） | 淤泥粘土壤土 - 淤泥粘土壤土（5％） | 57. |
| 伍斯特哦 | 粉砂壤土-粉砂粘土壤土(25%) | 粉壤土-粉壤土(22%) | 53. |
†数据来源于GSSURGO土壤数据库(NRCS, soil Division)。只考虑了旱地作物种植下的土壤。土壤数据仅用于雨养玉米模拟(模拟灌溉作物不需要土壤数据)。‡土壤表层(0-1英尺)和底土(2-4英尺)的土壤质地以及每种土壤类型在每个位置的相关患病率(%)。(资料来源:全球产量差距图集;www.yieldgap.org)。*地下水位覆盖范围是从美国农业普查报告的地下瓷砖排水的最新数据推断出来的(USDA-NASS, 2012)。
历史(过去20年以上)和实时每日天气数据用于候选和产量预测。模拟实时作物生长和开发所需的每日天气变量包括太阳辐射，最大和最小温度，降水，相对湿度和风速。yfc依赖于通过国家天气网络收集的测量数据，包括该数据高原区域气候中心(HPRCC)，美国国家气象服务站网络(NWS)伊利诺斯州水资源和大气资源监测计划俄亥俄州立大学俄亥俄州农业研发中心天气服务（Oardc），印第安纳州PURDUE自动化农业气象站网络（PAAWS）,南方研究与外联中心和西南研究与外联中心形成明尼苏达大学，密苏里州Mesonet (AgEBB),北达科他州农业气象网(NDAWN),密歇根州立大学Enviro-天气(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，这有助于确保天气数据在预测玉米产量和物候方面的代表性。有关用作预测基础的数据输入的详细资料，请参阅“作物模拟模型可以用来预测美国玉米带的本地到区域玉米产量和总产量吗?”Morell等人(2016)．
杂交玉米是UNL研究人员开发的一个玉米模拟模型，模拟灌溉和雨养条件下玉米的日常生长发育和最终产量。该模型估计了“产量潜力”，即当作物不受养分供应、疾病、昆虫压力或杂草竞争的限制时获得的产量，这些条件代表了“最佳管理”情景。它还假定在特定的植物种群中有统一的植物站立，没有洪水或冰雹的问题。尽管该模型可以解释营养生长和灌浆期间的干旱胁迫和高温，但在以下两种情况下，它不太可能很好地描述作物产量:
- 在吐丝和授粉(即开花)窗口期约7天，作物遭受非常严重的高温和干旱胁迫的季节
- 一场早霜在籽粒灌浆完成之前就把作物冻死。
然而，即使有这些相对不常见的条件，该模型已经成功地在玉米产量从接近零到300 bu/ac的各种环境中进行了评估(图2)“模拟恶劣雨养环境下玉米产量的杂交玉米模型的改进”，杨等人(2017)．
以前的评价表明，我们的预测抓住了美国玉米带雨养和灌溉玉米产量的空间格局．然而，这些先前的评估还表明，在种植季节，特别是在关键的吐丝和授粉时期，在中部和东部玉米带的许多地区，在地下水位较浅的地点，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。对于一个给定的位置，具有浅层地下水位的田地的比例将从排水地图中得到，因为后者是地下水位存在的可靠指标。对于有浅层地下水位的农田，我们将假设没有水的限制，随后，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，按他们各自在该地区的玉米收获面积份额加权。
下表总结了我们的预测所考虑的环境因素:
| 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 |
| 沉淀 | 土壤结壳 |
| 土壤类型 | 蚕丝周围严重的高温/干旱压力 |
| 种植时土壤水分 | 早期杀死霜冻 |
| 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 |
如何实时预测玉米产量潜力?
Hybrid-Maize使用测量的天气数据来模拟作物生长，直到预测日期（图3A中的固体黑线）。然后，它将使用历史（20多年）天气数据来预测本赛季其余部分的所有可能的天气场景（图3A中的蓝色虚线）。这导致一系列可能的最终产量（图3B中的蓝色分布）。通过将预测产量的分布（如图3C中的蓝色阴影区域）进行了比较，仅使用历史天气数据（图3C中的垂直箭头）模拟的平均产量，可以确定似然（概率）当前季节产量低于，近乎或高于长期平均产量（图3C中的虚线区域）。由于害虫，冰雹，涝渍，差或基本上受到杂交玉米模型的应力的基本影响，yfc报告的效率更加紧密地履行磁性损失的产量。最后，重要的是要记住，收益率预测不是特定于现场的。相反，它代表在不存在产量还原因子的情况下对给定位置的平均玉米产量电位的估计。
在生长季节会有什么期待?
在季节初期(6月)，对当前季节的产量预测主要依赖于历史天气，预测产量的范围很广，几乎与仅基于历史天气数据的产量范围相同。随着赛季的进行(七月初到八月),和更多当前季节的天气数据用于模拟,预测收益率将开始收敛的范围和可能偏离长期平均收益率(或不)根据相似性当前季节的天气相对于长期平均的天气模式。随着作物接近成熟期(8月底至9月)，预测产量的范围将进一步收敛，最终产量的预测将更具信心。
如何利用这些预测来指导农业决策?
当辅以其他来源的信息,个人的经验,和最佳的判断,提供的信息YFC允许调整产量目标为当前生长季节正常年份相比,和在某些情况下,这种洞察力可以支持管理决策时间和大量的施肥和灌溉等或灌浆期施用农药。谷物灌浆过程中的模拟信息为区域和国家一级玉米供应链的所有参与者(生产者、畜牧部门、乙醇工业、保险公司、参与商业化和运输的公司以及政策制定者)的营销决策提供了额外的信息。
从7月中旬开始，2020年作物季期间，产量预测将以作物观察文章的形式每三周发布一次。我们还将提供有关预测潜在产量的范围、高于、接近或低于正常产量的概率，以及作物物候和早期霜冻发生的概率的信息。预报将讨论每个地点当前季节的天气与正常天气的关系，以确定预测产量远高于、低于或接近长期平均水平的地区。