2021年玉米产量预测：结果的方法和解释
产量预测中心（YFC）将从7月中旬开始，每三周提供一次玉米物候和玉米产量潜力预测的实时信息，以帮助种植者和农业产业在2021年季节做出管理、物流和营销决策。YFC平台由UNL的一个核心团队与农学家和推广教育者合作组成将对41个地点进行预测，包括对灌溉和旱作生产都很重要的地区（如内布拉斯加州和堪萨斯州）的旱作和灌溉玉米进行单独预测（见图1）.本文综述了YFC在玉米物候和产量预测中的应用，为解释结果提供了依据。
的方法
YFC依靠的是:
- 提供本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
- 测量高质量的实时天气数据
- 一个有效的作物模拟模型(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的网站。
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）.当一个地点同时进行雨养和灌溉生产时，将使用不同的管理措施来模拟这些地点的雨养和灌溉作物，因为水状况对生产措施有很大的影响。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 | 水情 | 密度(植物/英亩) | 混合RM(天) | 2020年播种日期" |
|---|---|---|---|---|
| 联盟，东北 | 灌溉 | 34000年 | 95 | 5月12日 |
| 北普拉特,不 | 灌溉 | 34000年 | 110 | 5月1日 |
| 旱地 | 15，000 | 105 | 5月8日 | |
| 东北麦库克 | 灌溉 | 34000年 | 110 | 5月1日 |
| 旱地 | 15，000 | 105 | 5月8日 | |
| Holdrege,不 | 灌溉 | 34000年 | 113 | 5月10日 |
| 旱地 | 17000年 | 105 | 5月13日 | |
| 粘土中心，东北 | 灌溉 | 34000年 | 113 | 5月10日 |
| 旱地 | 26,000 | 113 | 5月14日 | |
| 贝雅特丽齐,不 | 灌溉 | 34000年 | 114 | 4月28日 |
| 旱地 | 29000年 | 113 | 4月28日 | |
| 米德,不 | 灌溉 | 34000年 | 113 | 4月25日 |
| 旱地 | 27,000 | 113 | 4月30日 | |
| 康科德，东北 | 灌溉 | 34000年 | 111 | TBD |
| 旱地 | 26,000 | 110 | TBD | |
| 埃尔金，东北 | 灌溉 | 34000年 | 113 | TBD |
| 奥尼尔,不 | 灌溉 | 34000年 | 108 | TBD |
| 曼哈顿,KS | 旱地 | 25，000 | 110 | 5月1日 |
| 堪萨斯州斯堪的纳维亚 | 灌溉 | 34000年 | 116 | 5月2日 |
| 旱地 | 24000年 | 107 | 5月9日 | |
| 堪萨斯州银湖 | 灌溉 | 34000年 | 117 | 5月2日 |
| 旱地 | 24000年 | 109 | 5月9日 | |
| 哈钦森,KS | 旱地 | 20，000 | 105 | 4月28日 |
| 花园城,KS | 灌溉 | 26,000 | 113 | 5月9日 |
| 明尼苏达州兰伯顿 | 旱地 | 32000年 | 101 | 4月26日 |
| Waseca、锰 | 旱地 | 34000年 | 103 | 4月26日 |
| 埃尔德雷德，明尼苏达州 | 旱地 | 27,000 | 82 | 4月27日 |
| Dazey, ND | 旱地 | 27,000 | 82 | 5月12日 |
| 密苏里州圣约瑟夫 | 旱地 | 30，000 | 112 | TBD |
| 布伦瑞克莫 | 旱地 | 30，000 | 112 | TBD |
| 梦露的城市,莫 | 旱地 | 29000年 | 111 | TBD |
| 艾姆斯，伊利诺伊州 | 旱地 | 34000年 | 109 | 4月27日 |
| Crawfordsville, IA | 旱地 | 35000年 | 113 | 4月29日 |
| 盐都富含,IA | 旱地 | 35000年 | 101 | 4月26日 |
| 路易斯安那州刘易斯 | 旱地 | 34000年 | 113 | 4月30日 |
| 内华达州纳舒亚 | 旱地 | 34000年 | 101 | 4月30日 |
| 萨瑟兰,IA | 旱地 | 34000年 | 103 | 4月27日 |
| Bondville, | 旱地 | 34000年 | 113 | 5月2日 |
| 自由港, | 旱地 | 34000年 | 103 | 5月2日 |
| 奥尔尼, | 旱地 | 29000年 | 113 | 5月2日 |
| 皮奥瑞亚, | 旱地 | 33000年 | 113 | 4月30日 |
| 伊利诺伊州斯普林菲尔德 | 旱地 | 35000年 | 113 | 4月30日 |
| 巴特勒维尔 | 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 |
| 卡斯塔，哦 | 旱地 | 33000年 | 108 | 5月19日 |
| 南查尔斯顿，哦 | 旱地 | 33000年 | 112 | 5月15日 |
| 伍斯特,哦 | 旱地 | 32000年 | 106 | TBD |
| Ceresco,小姐 | 旱地 | 32000年 | 105 | 5月10日 |
†数据由国家合作者和杜邦先锋农学家检索。‡2021年每个地点50%最终玉米种植面积的近似日期。土壤水分平衡是在前一年(2020年)农作物收获前后初始化的，假设土壤有效水分为50%。待定:待定。
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 | 粉壤土-粉壤土(18%) | 粘壤土-粉壤土（12%） | 粉质粘壤土-粉质粘壤土（7%） | 63 |
| 比阿特丽斯 | 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 | 粉砂粘土壤土-粉砂壤土(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 | |
| 塞雷斯科米酒店 | 砂壤土-砂壤土(27%) | 粉壤土-粉壤土（25%） | 粉砂壤土-砂壤土(17%) | 31 |
| 粘土中心NE | 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 | 粉质粘土壤土-粉质粘土（13%） | 粉砂粘土壤土-粘土壤土(11%) | 粉壤土-粉壤土(11%) | 65 |
| 和谐不 | 粉壤土-粉壤土(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%) | 粉质粘壤土-粉质粘壤土（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 |
| 戴维斯在 | 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 |
| 达西酒店 | 粉壤土-粉壤土(100%) | - | - | 0 |
| 艾尔缀德锰 | 粉砂粘土壤土-粉砂粘土壤土(36%) | 粉质粘土-粉质粘土（34%） | 粉壤土-粉壤土（25%） | 5 |
| 自由港IL | 粉壤土-粉壤土（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酒店 | 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%) | 粉壤土-粉壤土（9%） | 73 | |
| Lamberton MN | 粘土壤土-粉砂壤土(20%) | 粉砂壤土-粉砂壤土(20%) | 60 | |
| 路易斯安那州 | 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酒店 | 粉质粘壤土-粉质粘壤土（41%） | 粉砂粘土壤土-粉砂粘土(32%) | 粉壤土-粉壤土（27%） | 0 |
| 麦克库恩 | 粉壤土-粉壤土(100%) | - | - | 0 |
| 米德东北 | 粉砂粘土壤土-粉砂粘土壤土(35%) | 粉壤土-粉壤土（28%） | 粉质粘土壤土-粉质壤土（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%) | 粉质粘壤土-粉质粘壤土（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%) | 粉壤土-粉壤土（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 |
| 斯堪的纳维亚 | 粉质粘壤土-粉质粘壤土（51%） | 粉质壤土-粉质粘壤土（26%） | 粉壤土-粉壤土(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 | 粉壤土-粉壤土（27%） | 粉砂壤土-粘土壤土(16%) | 粘壤土-粘壤土(10%) | 47 |
| 斯普林菲尔德伊尔 | 粉砂壤土-粉砂粘土壤土(51%) | 粉砂粘土壤土-粉砂粘土壤土(19%) | 30 | |
| 密苏里州圣约瑟夫 | 粉砂粘土壤土-粉砂粘土壤土(47%) | 粉壤土-粉壤土（26%） | 粉砂壤土-粉砂粘土壤土(12%) | 15 |
| 萨瑟兰 | 粉质粘土壤土-粉质壤土（22%） | 粉砂粘土壤土-粉砂粘土壤土(18%) | 粉壤土-粉壤土（14%） | 46 |
| Waseca MN | 粉壤土-粉壤土（27%） | 粘土壤土-粉砂壤土(17%) | 56 | |
| 西拉法叶 | 淤泥壤土-淤泥壤土(31%) | 粉质粘土壤土-粉质壤土（7%） | 粉质粘壤土-粉质粘壤土（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依靠的是通过国家气象网络收集的测量数据，包括高原区域气候中心(HPRCC)，国家气象局(NWS)，国家气象局(HPRCC)，国家气象局(NWS)伊利诺斯州水资源和大气资源监测计划（温暖），俄亥俄州立大学，俄亥俄州农业研究与发展中心气象服务（OARDC），印第安纳州普渡自动化农业气象站网络(PAAWS),南方研究和外联中心(SROC)和西南研究与拓展中心明尼苏达大学(University of Minnesota)密苏里州Mesonet(AgEBB)北达科他州农业气象网(NDAWN),密歇根州立大学环境天气（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，这有助于确保预测玉米产量和物候的天气数据的代表性。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”，即作物不受营养供应、疾病、昆虫压力或杂草竞争限制时获得的产量，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籽粒灌浆期间的干旱胁迫和高温，但在两种情况下不太可能很好地描述作物产量:(1)作物遭受损失的季节非常在吐丝和授粉(即开花)窗口期约7天的高温和干旱胁迫，以及(2)早霜在籽粒灌浆完成之前就将作物杀死。
然而，即使有这些相对不常见的条件，该模型已在广泛的环境中成功地进行了评估，其中玉米产量从接近零到300 bu/ac (图2）.有关杂交玉米模型的更多细节，请参阅杨等人(2017)．
以前的评价表明，我们的预测捕捉到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 |
| 参考蒸散量 | 非均匀站 |
| 降水 | 土壤结皮 |
| 土壤类型 | 蚕丝周围严重的高温/干旱压力 |
| 种植时土壤水分 | 早霜 |
| 灌溉 | 绿色快照/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?
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下的所有可能的天气情况(蓝色虚线显示)图3一）.这将产生一个可能的最终产量范围(蓝色分布在图3 b).通过比较预测产量的分布（图中蓝色阴影区域）图3 ca)与仅使用历史天气数据（图中的垂直箭头）为同一地点模拟的平均产量相比图3 c)，可以确定当前季节产量低于、接近或高于长期平均产量（图中虚线区域）的可能性（概率）图3 c）.YFC报告的产量更密切地跟踪了那些没有遭受虫害、冰雹、涝渍、设施不良或受到杂交玉米模型未考虑的胁迫严重影响的农田的产量。最后，重要的是要记住，产量预测不是特定于领域的。相反，它表示在没有减产因素的情况下，对给定地点的平均玉米产量潜力的估计。
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?
在与其他信息来源、个人经验和最佳判断相补充的情况下，YFC提供的信息允许调整当前生长季节与正常年份相比的产量目标。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，或灌浆期间农药的阳离子。灌浆期间的模拟信息为区域和国家级玉米供应链的所有参与者提供了指导营销决策的额外信息（生产者、畜牧业、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）。
从7月中旬开始，2021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。天气预报将根据当前季节的天气进行讨论与每个地点的正常天气，以确定预测产量远高于、低于或接近长期平均水平的地区。