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国家科技计划引领中国农药的创新与跨越【新资讯】

发布时间:2019-10-18 11:36:00 阅读: 来源:砂带厂家

农药是多学科集成的高新技术产业,涉及农业、林业、化学、化工、生物工程、昆虫、植物病理、植物生理生化、卫生毒理、环境保护及计算机科学等学科。农药的应用及普及程度与农业的现代化水平及整体经济发展水平成正比,成为现代经济,尤其是现代农业不可或缺的重要组成部分。

农药在农业及其它各个领域的应用十分广泛,在农业生产中具有不可替代的重要作用,是农业丰收和粮食安全的重要保证。现代农药的发展推动了世界范围内的农业产业技术革命。选择性除草剂的广泛应用,使直播水稻的大面积推广成为现实;高效低毒杀虫杀菌剂和土壤熏蒸剂的使用推动了设施农业的发展;很多农作物新品种,如转基因作物的种植更是离不开农药的使用。可以说,没有农业化学品就没有现代农业,没有农业化学品世界将发生饥荒。

我国农药工业从无到有,从小到大,尤其是改革开放三十年来,行业总体水平大幅度提升,高毒农药替代进展顺利,产业和产品结构调整取得了巨大进展,其中农药技术创新起到了不可磨灭的推动作用。“九五”以来,国家科技计划的支持与导向,引领中国农药开始了自主创新与跨越式发展的新征程,成绩斐然,令世人瞩目。

1 创制研究扭转中国农药的运行轨迹,书写了农药工业发展的新篇章

农药是知识产权密集型的行业。我国早期实施的专利法只保护生产工艺不保护产品,仿制国外的农药产品不会产生知识产权纠纷。伴随着中国经济步入走向世界的步伐,1993 年遵循国际规则修改了专利法,我国的农药企业不能再仿制处于专利保护期和行政保护期的国外产品,开始在本土遭遇国外公司的挑战。

“ 九五”开局,国家科技计划及时启动了以农药自主创新为主要目标的南北两个农药创制中心的建设,标志着中国农药创制研究的正式起步。 “十五”和“十一五”国家科技计划的滚动支持,保证了刚刚建立起来的农药创制体系的稳步发展与平稳运行,实现了农药创制品种自主开发和市场份额的重要突破,在中国农药发展史上具有里程碑意义,书写了我国农药工业发展的新篇章。

1.1 南北农药创制中心已成为农药创制体系的核心

至2000年底,依托于沈阳化工研究院和南开大学元素所建立的农药国家工程中心和农药国家工程中心,与依托于上海市农药研究所、江苏省农药研究所、湖南化工研究院和浙江省化工研究院建立的国家南方农药创制中心上海基地、江苏基地、湖南基地和浙江基地等南北农药创制中心六个基地相继验收,标志着我国农药创制体系的初步建成,为我国农药创制工作的起步奠定了一定的物质基础。

国家南北农药创制中心具备了农药创制的基本条件,可以开展新化合物设计、化学合成与结构分析、室内生物活性筛选、田间试验、卫生毒理学和环境毒理学评价等研究。本着“边建设、边运行、边出成果”的原则,在中心建设的同时还开展了探索性研究工作,初步形成了新农药创制的技术体系。

国家南北农药创制中心的建立是中国农药发展史上的里程碑。“十五”以来,以南北农药创制中心为核心,通过联合与辐射,带动了中国科学院上海有机化学研究所、中国农业大学、贵州大学等一批科研院所及高等院校加入新农药创制行列,壮大了创制研究队伍,活跃了研究氛围,拓宽了研究思路。随着创制农药的应用技术开发,江苏扬农化工股份有限公司、大连瑞泽农药化工有限公司、南通江山农药化工股份有限公司、浙江龙湾化工公司和山东侨昌化工股份有限公司等生产企业纷纷参与了农药创制工作,真正形成了产学研结合的农药创制氛围。

1.2 农药创制体系运行平稳,成效显著

在国家科技计划的持续引导与支持下,我国的农药创制体系运行平稳,与国际先进水平的差距正在逐步缩小。“十五”以来,国内各单位累计申请与农药创制研究相关的国内外发明专利近300件,其中国外专利24件,已获得专利授权100多件,涉及新化合物发现、创制农药研究与应用技术开发的各个阶段。

通过组合化学、高通量筛选、生物与化学相结合等新技术、新方法在创制研究中的应用,目前我国新化合物合成能力已达到3万个/年,筛选能力达到6万个/年,已有30个具有自主知识产权的创制农药完成临时登记,其中7个已完成创制的全过程并取得正式登记,平均每年有2个创制品种取得登记并进入市场,使中国真正成为了世界上为数不多的具有农药创制能力的国家,受到了国外同行的高度关注。国际权威杂志《Agrow Magazine》以“中国农药研究开发的新进展”为题进行了专题报道,并对政府的决策引导和取得的成绩给予高度评价。

1.3 实现了农药创制品种自主开发和市场份额的突破,成绩斐然

新产品开发是企业发展的重要基石,具有自主知识产权的创制农药品种走向市场,结束了我国农药工业长期依靠仿制而生存和发展的局面。已经取得农药登记的30个创制农药品种中有杀菌剂14个,杀虫剂7个和除草剂/植物生长调节剂9个,创制农药产品的数量已达到常用农药品种数量的10%。

我国创制的农药品种有效突破了国外同类产品的技术封锁,除具有高效、安全、环境相容性好等特点外,还特别适合我国农业生产现状,正逐步为广大农民所接受。据不完全统计,农药创制品种已累计推广使用2.2亿亩次,累计实现销售近10亿元,其中2008年度推广使用1.2亿亩次,实现销售3.2亿元。已有6个创制品种的年销售额超过5000万元,在农药主流品种中榜上有名,创制农药品种开始进入农业病虫草害防治的主战场。据测算,我国自主创制的农药产品约占国内市场总额的2%,占国产农药产品国内市场份额的2.8%,实现了创制农药品种市场份额的重要突破。

1.4 国际合作,重新认识农药的内涵与外延

长期以来,我国的农药工业一直沿用亦步亦趋和依赖仿制的发展模式,农药技术创新更多地注重在工艺技术开发、提高质量和降低成本上,忽视了对农药这一精细化学品的功能性开发。

南北农药创制中心建立伊始,国内农药研究单位对农药创制依然存在着模糊不清的认识。科技部集成国内专家的集体智慧、借鉴国外公司的成熟经验,初步建成了具有中国特色的农药创制体系。通过不断造访国际农药跨国公司技术研究中心、请国外专家进行专题讲座以及派遣访问学者等交流,对农药的研究持续拓展与加深。目前,除计算机辅助设计、化合物合成与结构鉴定、室内生物活性筛选、田间药效试验、卫生毒理学试验和环境毒理学试验外,我国已经采用同位素示踪等方法开展了农药在作物体内的传输与代谢研究,对地下水、土壤影响的环境行为与环境归趋研究,在植物、水体和土壤中的残留研究等,对农药的研究更加深入和广泛。

由于创制农药过程十分复杂且技术难度极大,农药创制具有周期长、风险高、投资高的特点,必须立足全球市场才可能取得较高的回报。我国创制的杀虫剂丁烯氟虫腈和杀菌剂噻菌铜已经走出国门打入国际市场,2008年累计出口200多万美元。我国巨大的农药市场和创制人员的勤劳智慧已经吸引了拜耳、先正达和道化学等顶级跨国农药公司的目光,近年来开始主动寻求与我国农药创制相关研究单位的合作。

1.5 面向农业重大需求,农药创制开始有的放矢

我国是农业和人口大国,日益增长的人口数量对粮食的需求呈刚性增加,必须立足于粮食基本自给自足才能保证社会的安定团结。由于人多地少,我国农业生产的种植密度和复种指数在全球是首屈一指的,农业病虫草害的发生有其特殊性,不能完全照搬国外的用药技术,跨国公司也不会专门针对中国的病虫草害研制新农药。如小麦赤霉病就是中国特有的小麦病害,水稻螟虫也主要存在于中国等亚洲国家。

多菌灵是我国在70年代开发的防治小麦赤霉病的杀菌剂,限于当时的专利状况而没有获得应有的知识产权保护。由于长期使用,小麦赤霉病菌对多菌灵的抗药性呈快速蔓延之势,用药频率和用药量不断增加。氰烯菌酯是国家科技计划连续支持的创制杀菌剂,对抗性赤霉病菌效果优异,已完成农药临时登记,可望发展成为防治小麦赤霉病的特效杀菌剂品种。水稻螟虫因具有钻蛀性而较难防治,已经成为我国迫切需要解决的重大虫害。以前一直使用的甲胺磷等高毒有机磷品种已经禁止生产,而吡虫啉、杀虫双、杀虫单由于长期大量使用产生了严重的抗药性。拜耳公司生产的氟虫腈防治效果好,但存在着对虾、蟹等甲壳类生物毒性高的问题,不适合我国稻田水产养殖的实际情况,对水生生物的安全造成了较大威胁。创制的杀虫剂丁烯氟虫腈除具有氟虫腈的全部优点外,对水生生物非常安全,取得登记后一年时间内就应用了700多万亩次,有望发展成为防治水稻螟虫的重要骨干品种。我国创制的农药已经开始在解决中国主要农业重大病虫害防治问题中发挥积极作用。

在创制品种不断推出的同时,我国的农药创制研究正酝酿着从量变向质变的转折,酝酿着农药原始创新能力的突破。在后续一大批处于不同研究阶段的高活性新化合物中,不乏结构新颖或作用方式独特的化合物,显示了我国农药创新和农作物保护事业的发展后劲。

2 技术创新成为企业发展的不竭动力,支撑着农药工业的稳健发展

近10多年来,我国农药工业进入新一轮快速发展阶段,2007年农药总产量达173.1万吨,原药工业总产值938亿元,已成为世界瞩目的农药生产和出口大国,农药行业的技术创新能力和综合实力显著提高。国家科技计划支持了一批关键共性技术的创新开发,引领了行业创新能力的提升,起到了支撑行业发展的重要作用。

2.1 高毒农药削减计划实施顺利,产业和产品结构优化升级

通过科技攻关,毒死蜱、二嗪磷、吡虫啉等一大批高效、低毒的杀虫剂优化了生产工艺,提高了产品质量,降低了生产成本,有效保证了国家经贸委、农业部联合制定的高毒农药削减计划的顺利实施。到2007年,甲胺磷、久效磷等5种高毒有机磷品种全部停止生产和使用,没有因为缺少有效药剂而爆发大面积虫害,农民没有因为用药贵而增加投入,农业生产持续丰收,农药技术创新起到了相当重要的作用。

随着高毒有机磷农药退出历史舞台,我国农药工业的产业结构得到了明显改善,品种结构趋于合理。杂环农药、含氟农药、手性产品及生物源农药的开发成效明显,新型除草剂发展迅速,2007年达到了农药总量的32.5%。

2.2 关键技术创新引领行业发展,经济和社会效益显著

“九五”以来,国家科技计划重点支持了重要农药骨干品种及其关键中间体的创新技术开发,实现了生产过程的规模化、连续化、清洁化,形成具有国际先进水平和示范意义的生产技术和装置,平均降低生产成本10%左右,减少排放达40%以上。不对称合成、催化加氢和定向硝化等关键共性技术的开发,形成了良好的示范效应,提升了农药行业的总体技术水平,生产过程中节能减排的成效显著。近期纳入国家863计划的农药废水处理项目的实施必将进一步推动我国大吨位骨干农药品种和重要中间体的清洁生产。这些新技术、新产品和新工艺对提升行业的创新能力,引领农药工业的持续发展,起到了积极的示范作用。

除草剂草甘膦是世界上吨位最大、销售额最高的品种,在我国也位居第一。南通江山农药化工股份有限公司以活性炭为催化剂,采用空气氧化法生产草甘膦的新工艺近年取得成功。生产装备技术水平和设备利用率大幅提高,实现了主要副产物的回收利用,产品质量达到国外同类产品先进水平。该工艺成功应用于7万吨/年生产装置,给企业带来22亿元的销售收入。

杀虫剂吡虫啉的持续创新研究,使其市场价格从上世纪90年代中期的每吨100多万元降到目前的10多万元,仅为以前国外产品价格的十分之一。吡虫啉连续化清洁生产新工艺实现了生产的连续化操作,节能减排效果显著,收率水平明显提高,成本降低15%。

农药关键技术创新在引领行业发展的同时产生了显著的经济效益。据统计,国家科技计划支持的产业化关键技术开发共实现销售收入45亿元,利税9.7亿元,出口创汇1.96亿美元。

2.3 攻克共性配套中间体,国际市场竞争能力明显提升

依靠科技进步与技术创新,我国农药生产所需的关键中间体基本配套,减少了对外依存度,保障了农药生产,间接降低了农民的用药成本。

吡啶碱的工业化生产采用了具有自主知识产权的流化床技术,打破了国外半世纪之久的垄断,促进了我国杂环类农药及医药中间体的发展,为国家实施绿色环保化学工业、循环经济提供有效保障,而且可以带动上下游产业链的高速增长。万吨级吡啶碱项目的成功投产,使吡啶的市场价格从每吨6万元以上下降到3万元左右,有效降低了百草枯等农药的生产成本,增强了企业的市场竞争力并使农民间接受惠。

贲亭酸甲酯采用塔式反应器连续化生产工艺使设备产能提高了近5倍,提升了生产过程的稳定性,产品质量优于国外同类产品,增强了菊酯类农药的竞争力,加速了农用拟除虫菊酯的快速发展。2008年扬农化工股份有限公司的贲亭酸甲酯实现销售收入近5000万元,出口创汇400多万美元。

近年来我国农药出口量大幅增长,产品除销往南美、东南亚等地区的发展中国家外,还大量销往欧洲和北美等地的发达国家。我国农药产品在国际市场上具有明显的价格竞争优势,在产品大量出口的同时保护了我国的民族农药工业,在市场竞争日趋激烈的大环境下仍占据着绝对的国内市场份额,为我国的农业生产提供了物优价廉的作物保护产品,降低了农民支出和农业生产成本,提升了农产品的市场竞争优势。

2.4 推广使用水基性制剂,增强环境友好意识

新制剂的开发关乎农药的有效利用与使用寿命,关乎环境保护与生态安全。“十五”以来,国家科技计划加大了对环境友好型农药新制剂及其专用助剂的支持力度,丙烯酸系共聚物盐分散剂和含氟有机硅表面活性剂等进入实际应用阶段,新剂型产品批量进入市场。水分散粒剂、水乳剂、悬浮剂、微乳剂及泡腾片剂等以水代替有机溶剂的新剂型已开发并应用于草甘膦、吡虫啉、三唑磷、毒死蜱、阿维菌素、乙草胺等骨干农药品种,有效降低了苯类有机溶剂在环境中的释放,既节约了能源,又减少了二次污染。

水基性制剂的开发成功提高了农药的有效生物利用率,减少了用药量,避免了大量化学物质释放到环境中,符合环境友好和科学发展的理念。使用植物源除草剂专用助剂在保证除草效果的前提下可减少农药用量50%,开始在国内推广使用并获得先正达公司的技术认可。

2.5 节能减排

农药是精细化学品,在生产的过程中不可避免地会产生“三废”。国家科技计划引导企业通过工艺创新在源头上减少副产物,通过回收利用降低“三废”量,达到节能减排的目的。

甲叉法生产乙草胺新工艺使每吨原药的废水排放量仅为0.182吨,比氯甲基乙醚路线减少约6.5吨,甲醛利用率达到98%以上。作为共性创新技术,甲叉法新工艺对丁草胺和异丙甲草胺等氯乙酰胺类除草剂的生产具有良好的推广价值。

随着我国经济整体实力的迅速提高和国家科技计划的支持,农药生产自动化程度和生产装备水平大大提高,既减轻了工人的劳动强度,保证了产品质量,又可降低消耗,增加产品的竞争力。DCS 控制已在草甘膦和吡虫啉等生产过程中得到广泛应用,草甘膦单套生产装置已在万吨规模,120 m3以上的发酵罐以及自卸式离心机、滚筒式干燥器等大型设备均已用于农药生产,标志着我国农药工业整体生产水平的提高。

3 国际互认开辟走向世界的便捷通道,转变为农药强国指日可待

为了保证农药等化学品评价试验的可靠性和科学性,减少重复试验,促进国际贸易,许多国家尤其是工业化国家以及国际组织相继制定了良好实验室规范,建立了相应体系,并实现试验数据的相互认可。GLP体系认证是政府间的事,我国由农业部牵头,会同商务部、环保部、外交部等开展这项工作。

农药是世界上管理最为严格的化学品,欧美等发达国家对农药安全性评价近乎苛刻,市场准入条件十分严格,主要评价指标包括产品质量、残留代谢、环境行为和卫生毒理等四大方面。我国农药要以自主品牌进入国际市场,消除国际贸易技术壁垒,就必须建立与国际接轨的安全性GLP评价与管理体系,并加速推进国际认可。

在国家科技计划的持续支持下,农业部农药检定所、沈阳化工研究院、南京环境科学研究所等单位开展了农药GLP体系建设,构建了与国际接轨的中国农药评价与管理体系,推动了我国农药安全性评价的国际认可进程。

3.1 初步建立我国农药GLP技术支撑体系

参照OECD及EPA等试验方法,制定了农药毒理、环境、残留和质量评价GLP准则,使农药安全性评价更加客观、科学、公正,提升了我国农药安全性评价的研究水平,从技术层面保障了我国新农药创制研究和农药行业的健康发展。

结合我国农药管理的实际,完成了农药毒理学、环境评价、残留试验和理化分析等78项标准试验方法。既能满足创制农药国内登记的需要,又充分与OECD等发达国家和国际组织的试验方法接轨,为我国创制农药开展符合国际MAD要求的GLP试验研究并最终获取国际登记提供了技术保障和可能性,为我国农药GLP技术支撑体系的建立打下了坚实基础。

按照GLP准则要求及OECD试验方法,完成了创制农药品种氟吗啉和烯肟菌胺的安全性评价试验数据,为我国自主创新农药获取国际其他国家的登记提供了重要的基础性资料支持,同时也将节省大量的试验费用。完成的氟吗啉和烯肟菌胺的GLP试验项目,已基本符合国际互认要求,目前正在准备申请OECD成员国的登记许可。

3.2 建立完善了我国农药GLP管理体系

根据我国不同领域的化学品由各职能部委负责的实际情况,明确了我国农药GLP管理模式并建立完善了农药GLP管理体系和GLP符合性考核简明流程,制定和颁发了3项农药GLP行业标准和一整套考核检查文件,首次开展了农药GLP符合性考核工作,实现了我国农药GLP实验室零的突破,为我国创制农药开展国外登记所需的GLP试验数据、应对国际贸易技术壁垒、协调国际最大残留限定值制定等都将起到积极的促进作用,也为我国创制成果的转化提供了符合国际标准的技术平台。

3.3 全面启动了农药安全性评价试验数据的国际互认

一旦我国农药GLP实验室及GLP管理体系得到国际认可,将会节省昂贵的试验费用和各种人力及环境资源,我国农药国外登记难的瓶颈将被打破,大大促进我国自主创新农药进军国际市场,对保障我国乃至世界人民的健康和环境安全也具有重大的意义。

在国家科技计划项目的支持下,国际互认工作已经全面启动,起草了加入OECD、MAD的申请函,先后7次与OECD环境委员会交流有关MAD政策和最新进展,以观察员身份在第22届OECD GLP工作组会议和第20届OECD试验准则国家协调会议上代表中国做“中国GLP建设体系”的报告,得到OECD GLP成员国的重视。与美国EPA签署了“关于良好实验室规范持续遵从监控项目的意向书”,开展了现场培训GLP检查员等一系列卓有成效的合作活动,同时作为观察员参加比利时和荷兰GLP检查员对我国农药实验室的GLP符合性现场检查。

通过农药GLP体系国际互认的沟通和协调工作,增强了我国农药GLP实验室检查员的业务能力,提高了OECD成员国对我国农药GLP体系及GLP实验室建设的了解和认同,促进了我国农药GLP实验室的国际互认进程。

农药的发展是持久的,与时俱进的,农药的技术创新工作永无止境。国家科技计划引领了我国农药的创新与跨越,在我国由农药大国向农药强国转变的过程中科技创新的贡献尤为明显。在党的十七届三中全会全面建设社会主义新农村精神的指引下,农业经济必将迎来更新更快的发展,农药作为农业丰收的战略保障物质必须以技术创新为突破口,提高原始创新能力,实现农药与环境的和谐发展。

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