一文读懂USDA对美豆单产的预估方法

期货研究报告|商品研究一文读懂USDA对美豆单产的预估方法•wangzhenjun@I核心观点ü美豆单产形成关键期为R3-R6，此阶段产量损失不可逆ü转基因美豆（耐除草剂型）提振美豆单产潜力，2004-2016年潜力持续释放使美豆单产呈现趋势上升，2017年后美豆进入高单产平台期，趋势平缓。>USDA预估单产规律：ü豆荚数：近年美豆植株9月后仍继续生长，豆荚数持续上升直到收获前；豆荚数区分各州高单产、低单产。üUSDA预估单产：8月-11月误差逐渐减小；2004-2016年终产前USDA对单产预估偏低，2017-2022年终产前USDA对单产预估偏高。>USDA同步跟踪指标特点:ü作物生长进展：全美大豆种植进度差异在1-2个月，根据历史美豆生长进度的统计，有超出50%的全美大豆同时处于R3-R6的时间为8月初-9月上旬。ü优良率：8月初-9月上旬美豆处于关键生长期，此阶段优良率极易受到外界天气胁迫而调整，但整体趋势代表单产预期contents美豆产量形成和影响因素USDA对美豆产量估算程序美豆单产预估方法、单产预估趋势USDA对美豆跟踪指标和关注点单产参考指标：优良率、作物生长进展数据来源：NCBI，NDSUExtens1-1大豆生长阶段国际标准——营养生长阶段>营养生长阶段（VegetableStages）：üVE：发芽期üVC：子叶期üV1-V6：n取决于三子叶个数V2大豆V5大豆数据来源：NCBI，NDSUExtens1-1大豆生长阶段国际标准——生殖生长阶段>生殖生长阶段（ReproductionStages）：R1-R8R1大豆R3大豆R5大豆R7大豆数据来源：SeedBiologyandYieldofGrainCrops，招商期货1-2从单产决定因素角度，确定产量损失可逆期和决定期ü单位土地面积收获的种子干物质重量。>大豆单产决定因素：单位面积上节点数、每个节点上开花数、SET、种子重量USDA对美豆生长阶段统计指标1-2从单产决定因素角度，确定产量损失可逆期和决定期>R1-R3产量损失可逆，新花对产量损失有补偿作用：üR1-R5为开花期，持续新开花意味着豆荚数增加的可能ü新花增速到R3显著放缓，对产量的补偿作用逐步减弱，直至R5后不再开花。此阶段天气给产量带来的损失可以通过增加豆荚数弥补。>R3-R6产量积累决定期，高度依赖外部天气：ü干物质重量迅速积累，对异常环境敏感，任何外部胁迫都可能不利于种子发育，致使单产下降。üR3后作物不具有弥补产量机制，对环境依赖性较强。>R7后单产基本确定：生物量积累达到峰值，此阶段及以后不再受外部环境影响，待到水分由35%降低至15%（R8）即可收获。USDA对美豆生长阶段统计指标1-3R3-R6大豆产量对环境依赖性较大VEVCV1营养生长阶段（VegetableStV2V3V4V5V6生殖生长阶段(Reproductive种子灌浆早期（R4.5-R5.5）最为关键。考虑灌溉以减少产量损失的关键温度降雨在此阶段及以后不会对理论单产造成2000200120022003200420052006200720082009201020112012201320142015201620172018201920202021202220231-4转基因品种提振美豆单产潜力，趋势单产近年转为平缓期200020012002200320042005200620072008200920102011201220132014201520162017201820192020202120222023>2004-2016年趋势单产来自于转基因美豆释放的潜能，2016年美豆单产阶跃ü由于大豆营养生长期植株矮小，容易受到杂草遮挡影响生长，且除草剂同样也会对大豆自身产量带来损失，耐除草剂型转基因大豆能从杂草管理方面为大豆植株的正常生长提供保证。1996年转基因种子进入美国市场，2000-2004年耐除草剂型（HT）转基因大豆种植面积占比从54%迅速提升至85%，到2010年始终保持在93%以上，202美国种植大豆转基因品种占比02000-2022美豆单产（蒲式耳/英亩） ....2000200520101-4转基因品种重量、株高、生育期较普通品种品质更稳定[1]白智媛陈向阳郑阿香张力邹军张大同陈阜尹小刚.1991-201I1-4转基因品种蛋白质含量下降、油脂含量上升>根据USDA2022大豆质量报告，近年油脂含量逐渐升高，蛋白质含量逐渐降低，且2021年蛋白质含量达到历史低点33.5%，油脂含量达到历史高ü油脂：2004年-2022年美国大豆油脂含量总体呈上升趋势,1986-2003年和2004-2019年的平均油脂含量分别为18.6%和19.0%，且2004年ü蛋白质：2004年-2022年美国大豆蛋白质含量总体呈下降趋势,1986-2003年和2004-2019年的平均蛋白质含量分别为35.4%和34.5%，且1986-2022美豆油脂和蛋白质含量（%）油脂含量（%）油脂含量蛋白质含量2004-20222004-20221-5全美生长进度差异较大：不同纬度地区适宜不同生育期组品种>生长周期过短会导致大豆干物质积累不够充分，生长周期过长会导致高纬度地区大豆有遭受霜冻的风险：大豆对光照时间长短和温度反应敏感，R3期后长光照天数的增加，会使R3-R6产量积累关键期的持续时间更长，延长大豆整个生长周期。>为了更好的将生长周期不同的大豆品种播种到最适宜的产地，将大豆根据生育期长短分类是很自然的处理方法。国际通用的生育期组（Maturitygroup，MG）为不同区域间大豆生育期的比较提供了统一标准。数据来源：KantolicAG（2007）,CoolB数据来源：Mourtzinis(2017),U1-5全美生长进度差异较大：适宜天气下早播最大化产量潜力>种植日期是决定产量潜力的一个重要因素，大豆产区都存在一个最佳种植日期，产量存在上限。如果夏季晚些时候的气候条件适合大豆生产，那么推迟播种将是产量的主要限制因素。>Mourtzinis等人（2017）发现，种植日期和生育期组MG可以极大影响产量和大豆成分。ü相同品种的大豆，蛋白质含量随着播种时间的延迟而增加，油脂含量则以相同速率下降。ü对于北方玉米带的豆农而言:种植日期和生育期组（MG）的确定将会极大影响产量和大豆品质。结果表明，早播（4月下旬-5月上旬）与MG2生育期组使产量潜力达到最高；若以高蛋白质含量大豆为首要目标，则要在降低产量方面做出妥协。V1-V2V2-V3V3-V4V4-V5V5-V6>为了使当年产量潜力达到最大，豆农会根据播种月的天气选择合适种植日期，并且根据种植日期提前或延后，在适宜纬度的基础上调整生长期长或短的不同生育期组大豆。这些决策使得全美范围内，大豆生长进度前后差异过大。>田纳西州灌溉条件下试验田，不同生育期组的大豆于不同日期种植的生长阶段和大约天数。2-1市场博弈关键：USDA单产预估值为博弈焦点>美国农业部国家农业统计局（NASS）负责为美国农业提供及时准确的统计数据。NASS在其每月作物产量报告（CropProduction）中公布各州和全国收获面积、单产、总产量的预测。这些官方统计数据反应了NASS农业统计委员会（ASB）在审查了当前和历史调查数据，结合天气作物状况后达成的共识统计数据。>农作物产量预测和估算有两个组成部分：待收获的英亩数和每英亩单产。完整的预测和估算计划包括：确定生长季节开始时的种植面积、估算作物收获面积、预测单产，估算收获后的最终面积和产量。ü玉米和大豆的估算种植面积基于6月前两周对种植者的调查报告得到的，估算收获面积在整个作物生长期进行检测。ü预测单产根据8月份的农业单产调查报告进行调整，9-11月的预测单产则根据NASS的农业产量调查（AgriculturalYieldSurvey，AY）和客观产量调查（ObjectiveYieldSurvey，OY)进行调整。ü最终收获面积和单产在次年1月的CropProduction年度报告中确定终值，次年10月对上一年度进行修正。AcreageAcreage次年1月年终报告确定单产（OY调查实地2-1市场博弈关键：NASS主导的产量调查和覆盖范围被抽样的种植者每月需要提供对自己种植的作物产量和温度对作物的影响。与正常情况的偏离可以用作历史年份范围进从当月第一天到调查当天的作物生长条件和天气事件对今年产量的影响和温度对作物的影响。与正常情况的偏离可以用作历史年份范围进单产预估数据基于截止到当月月初的美豆生长环境，下一次单产调整依据的天气变化增量为2-1市场博弈关键：单产估算方法和其包含信息单产预估数据基于截止到当月月初的美豆生长环境，下一次单产调整依据的天气变化增量为>客观产量调查（ObjectiveYieldSurvey，OY）是经过科学设计的、基于实际计数和测量的产量预测及估算调查。>调查覆盖范围：ü超过总产量80%以上的11个州参与了OY调查ü阿肯色州、伊利诺伊州、印第安纳州、爱荷华州、堪萨斯州、明尼苏达州、密苏里州、内布拉斯加州、北达科他州、俄亥俄州和南达科他州ü耕地作物行距ü豆荚数ü收获损失（收获后统计）>2023年OY调查和单产调整对照表：/对应CropProduction月刊发布时间 A、B2-1市场博弈关键：OY调查中根据生育期组对美豆分类并预估>每次调查员实地计数时，根据作物生长情况确定大豆生育期组（Maturitygroup，MG），生育期组区别了在同样环境下大豆生长速度的不同。>当大豆处于Maturity2时，叶子仍然为绿色，大豆还需继续生长。此阶段根据能计数的指标，分为1-7不同的预测模型估算最终单位面积（每18英尺）豆荚数。>当大豆处于Maturity3-5时，美豆处于鼓粒期满及之后的阶段，此时可以根据豆荚数对大豆单产进行估算。单产=毛单产-收获损失>估算豆荚数/18平方英尺：株数/18平方英尺、豆荚数/株数>估算每18平方英尺植株数：历史数据进行线性回归，各州R-squared很少低于0.9=++单产=毛单产-收获损失>估算豆荚数/18平方英尺：株数/18平方英尺、豆荚数/株数>估算每18平方英尺植株数：历史数据进行线性回归，各州R-squared很少低于0.9=++üV1：每18平方英尺株数üV2：每株主茎节点数üV3：每株有开花、干花或豆荚的侧枝数üV4：每株开花、干花、豆荚数üV5：每株豆荚数>毛单产估算（未减收获损失）：>豆荚重量：收获后送往实验室检测，收获前都采用过去5年平均值预估单产>每18平方英尺毛单产（未减收获损失）豆荚数：未生长完全豆荚数：未生长完全2-2OY调查规律1：近十年美豆于9月调查后继续生长，豆荚数向上逼近终值2-2OY调查规律1：近十年美豆于9月调查后继续生长，豆荚数向上逼近终值2-2OY调查规律1：近十年美豆于9月调查后继续生长，豆荚数向上逼近终值北达科他州南达科他州南达科他州阿拉巴马州明尼苏达州1.5 0.5 12004-20221.5 0.5 12004-2022USDA预估单产偏差2004-2016低估2004-2016高估2017-2022低估2017-2022高估(+/-)>从远近月预估规律看（8月-11月）：üUSDA发布的单产预测越来越接近真实值，8月缺乏客观产量决定因素指标佐证，预估产量往往偏离值较大；10月、11月误差水平在各年份统计中较为接近，这两个月预估单产使用的数据调查方法相同。历年USDA预估单产误差(绝对值）112-3单产预估规律2：模型对单产增速放缓的逐步适应使17年前后偏低估转为偏高估>从不同年份的误差比较看（2004-2016和2016-2022年）：üUSDA为了降低系统性误差，根据过去几年单产和天气指标建模，得到一个包含天气等其他系统误差的修正项，并在OY调查的估算结果上进行修正。ü由于估算单产根据过去年份数据进行修正，在转基因品种单产潜力释放阶段，往往低估当年单产，使得趋势单产快速上升阶段的2004-2016年预估单产误差高于历史均值。ü2017-2022年单产平缓期，根据以往增产趋势对单产的修正，导致近几年单产预估往往偏高估。2-3单产预估规律2：模型对单产增速放缓的逐步适应使17年前后偏低估转为偏高估注：1、2013年10月未公布数据2、考虑到市场交易的即时性，没有用次年10月调整数据，而是用1月初发布的数据进行比较3-1博弈单产参考：CropProgress周度报告>农业统计局（NASS）在4月-11月作物生长季节的每周一美国东部时间下午4:00更新CropProgressReport，报告包含种植进展、作物生长进展、收获进展以及绝大部分主产区的作物状况评级。>CropProgressandCondition:收集来自5000多名可以实地观测的调研员非概率性调查，这些调研员主观估计农作物生长进度和作物发展阶段，提供对作物状况的主观评价。3-2作物生长进展：结荚期进展百分比提示天气市始末>作物生长进展百分比：以英亩为面积计算标准，当一英亩土地上50%以上的作物处于该统计物候期时，则认为该英亩土地处于某个生长阶段。统计处于该生长阶段的土地占总面积的比率。>由于全美各纬度地区播种进程差异过大，使大豆每个阶段的百分比从0增加至100%都前后经历2个月，这不利于交易者通过跟踪18个美豆产区的作物进展判断整体产量，使用NASS周度作物生长进展是一种更为直观的跟踪方法。>目前市场主流直接关注7月初-8月末天气，但产量积累并不是匀速的，放到全国进展来看，整个7-8月的天气也有权重差别。由于产量关键期易受到天气胁迫减产，对于产量关键期R3-R6的天气跟踪，要以结荚期（Settingpods）为起始关注点，以R7前30天左右为估算R6作物生长进度百分比为终点，如果前后进度阈值设置为50%（即全美50%进入R3结荚期、全美50%进入R6期），则天气观察期为8月初-9月上旬；考虑到主产州生长一般早于全国平均水平，7月中旬-8月末天气更加能够反应当年单产。3-2作物生长进展：结荚期提前/延后可根据当年种植时间反推>历年美豆生长进展前后相差1-1.5个月，因此根据当年播种期早于/晚于历史播种的进程，判断后续结荚期等阶段的大概时间，并在相应阶段多加关注周度CropProgressReport。3-3优良率：能够如期兑现产量潜力的作物百分比>NASS在4月-11月作物生长季节的每周一更新CropProgress作物报告，报告包含种植进展、作物生长阶段进展、收获进展以及绝大部分主产区的作物状况评级。>作物状况评级ü优良率：作物状况评级中Excellent和Good评级百分比之和作为一个评价单产的指标“优良率”，优良率反应来自实地调研员主观上对于上周天气增量给单产带来的利好/不利影响的看法，这种评价基于调研员的经验和被采样走访的豆田生长状况。ü优良率的每周变化与上周降水和干旱密切相关，在美豆生长期间会不断波动。优良率处于高位/低位反应增产/减产的一种可能，这种基于经验性的数据会有例外情况，如2021年优良率低于2020年，但单产趋势上升。Fair低于正常的作物状况。可能造成产量损失3-3优良率：8月美豆优良率趋势对应美豆单产调整>优良率随着植株生长过程中的外部环境变化而存在上下