从市场、法规和技术的角度解析中国农药制剂发展态势

冷阳

(上海肥料农药行业协会，上海 201103)

1 从市场开发解析行业发展大势

1.1 企业和产品

到目前为止在中国获得农药产品登记证的农药制剂企业近2 040家，其中同时生产原药的企业有691家。

截止2018年12月31日，在登记的41 514个农药产品中，制剂产品有36 680个（含卫生用药制剂2 404个），原药有3 834个。

1.2 国内市场

中国对各类农药需求的市场容量总计150万t左右/a（折合原药近50万t），见表1。

表1 我国对各类农药商品需求的市场容量

1.3 需要开发国际市场

2018年，中国农药原药产量为208.3万t（2015年达到历史最高产量374.1万t），是全球最大的农药原药生产国。中国的农药制剂年生产能力已达800万t，远大于国内需求量。近年来，制剂产品的年产量仅保持在230～250万t，其中150万t农药制剂用于国内市场，80～100万t农药制剂用于出口。中国每年出口原料农药145万t左右，出口制剂近100万t（折合原药25万t），合计折合原药170万t，其中深度加工成最终产品出口的仅占15%。

1.4 发展的大势

中国是农药原药的生产和出口大国，随着中国农药行业的发展，农药产业结构的调整，制剂产品的质量和生产在不断地提升，提高农药制剂的国际市场占有率是我国农药行业进一步发展的必由之路。

⑴ 中国制剂企业需要加速提升制剂产品在全部出口农药中的比重，开发国际市场。

⑵ 跨国公司的制剂产品早已进入国内市场，国内市场实际上已成为世界农药市场的一部分。

⑶ 无论是国际市场还是国内市场，中国制剂企业都需要从产品质量、标准、工艺、研发、经营和管理等多方面迅速提升水平，与国际先进水平接轨，否则没有出路。

2 从法规的导向看企业创新的方向

中国正在实施有史以来最严厉的环保、安全生产管控法规和农药管理新政，这既给农药企业带来前所未有的压力，也是制剂企业的明确发展导向，归纳起来有2点：

⑴ 要以新的农药安全观为导向谋发展

农药安全的新概念包括产品安全、作物安全、环境安全、生产安全、施药者安全、生态安全和食品安全。

⑵ 要“减量”，要瞄准“绿色、精准、提效”的目标开展制剂的技术创新

据全国农技推广中心统计，中国耕地面积11 900万hm2（近18亿亩），每年播种面积为24亿亩次左右，病虫草鼠害总发生面积均超过65亿亩次。近年来在中国农药安全和减量法规的导向已初见成效（表2）。

表2 2014-2017年农作物植保防治及农药使用情况

以往的成绩已成过去，要实现可持续的“减量”，就需要进一步突出以“增效、安全”为目标，在制剂和施药技术方面不断进行科技创新。

3 从全球制剂技术的发展梳理研发思路

3.1 世界农药制剂技术的发展

自世界有机合成农药诞生近80年来，伴随着生存和发展、发展和环境、发展和全球生态等人类社会的3个发展主题的演变，农药制剂技术的发展也经历了3个阶段（表3）。

表3 世界农药制剂技术发展的3个阶段

3.2 第3代农药制剂技术的发展动态

对近10年来的研究动态进行了分析，其发展走向初见端倪。

⑴ 目标：开发绿色/生态/安全的农药制剂技术。

⑵ 思路：将过去以分散/润湿/稳定为主线的研究思路，转变为以药物的传递为主线开展研究，需要研发新的药物传导技术（new delivery technology）。

⑶ 重点：由偏重新剂型的研发转为对制剂组分的选优。

⑷ 组合创新：与高新技术相结合，引入新材料、新成果，开展多专业合作，如膜技术、纳米材料技术、数字化控制技术等。

⑸ 评价体系：将风险评价列入安全评价体系。

⑹ 项目设置：以提高制剂某种性能的条形项目为主开展研究，例如：提高药效、低挥发、按需控制释放、防飘移和防淋移等现已突破了过去按剂型“分块”研究的传统思路，而改为以药物的传递为主线，不断组合其他新技术，新材料朝着设定的目标开展研发。

现已涌现出一批新技术成果，尤其是低挥发性乳油和控制释放技术方面的成果更引人瞩目。

3.3 中国的农药制剂技术需要与世界同步发展

⑴ 第3代农药制剂技术是适应当今世界经济技术的发展同步开展的，与中国农药新的安全和减量要求方向一致。

⑵ 有三分之二的产品需要走向国际市场，中国农药必须与世界同步。

4 中国农药制剂的发展预测

4.1 中国农药制剂发展和现状

中国的农药制剂技术曾经长期处于落后状态。到20世纪末，制剂加工能力达150万t，乳油占50%，可湿性粉剂、粉剂占25%，年耗甲苯、二甲苯等有机溶剂40万t。

为适应社会和经济的发展，20世纪80年代，中国政府开始组织第2代农药制剂技术，即环境友好农药剂型的系统研发，至21世纪初在全行业推广，使中国农药制剂进入快速发展期。

1998－2008年的10年中，悬浮剂、水分散粒剂、水乳剂、微乳剂、种子处理悬浮剂、悬乳剂和微囊悬浮剂等农药新剂型产品在中国农药行业先后产业化。新剂型制剂产品数量占全部农药制剂产品的比例1998年为2.6%、2005年为10%、2008年为17.2%。

在2008－2018的第2个10年中，中国农药制剂行业的发展进入快车道。环境友好新剂型产品的占比：2012年为24.66%，截止2018年底已上升到45.68%（表4）。在此期间，全行业对乳油中轻芳烃等有毒有害溶剂系统实施严格的限量和技术改造，对粉体加工过程实施了自动化清洁生产改造，EC、WP等老剂型产品的质量和安全性能大幅提升。建立了严格的农药标准系统，其中产品标准多采用国外标准的技术指标和检测方法，尤其是通用方法几乎全部等同或等效采用了国际标准。

表4 2012年和2018年主要农药产品剂型占比

4.2 中国农药制剂未来的发展态势

随着中国一系列环保和农药减量施用法规的出台，中国农药制剂未来的发展方向如下：

⑴ 产品的发展方向

绿色、安全、增效、精准。

⑵ 制剂技术的开发方向

高传导、低挥发、低淋移、防飘移和智能释放。

⑶ 产品结构调整的方向

① 高溶剂含量制剂的发展会受到限制；② 低VOC含量和无粉尘的制剂产品将获得较快发展；③ 农药制剂产品剂型结构的调整将加快。

4.2.1 溶剂含量高的制剂发展受到限制

⑴ 乳油占比还会下降

乳油在传导、药效等方面有许多优点。但现有产品中使用高挥发性的有机溶剂的依然较多。应该看到限用的有机溶剂远不止现在的5种，单纯依靠溶剂替代来发展乳油非长远之计。乳油的发展走势会经历以下3个阶段：

①达标

按HG/T4576-2013的要求更换5种有害溶剂和控制2个杂质含量，调整配方，做到达标。但今后《农药助剂禁限用名单》实施，将需要进行第2次改造，成本优势将逐步丧失。单纯的采用溶剂取代法去改造乳油，最终将会被淘汰。

② 淘汰一批

一部分乳油产品随高毒农药一起淘汰；达标无望的产品，将主动或被动淘汰。

在中国常用的300多个农药原药品种中，乳油仅相对集中于15%的原药品种中，达6 000多个乳油产品，占现有9 500多个登记产品的65%以上。仅阿维菌素类、菊酯类、酰胺类除草剂、毒死蜱、三唑磷和乙酰甲胺磷等10多个农药的乳油有4 000个，占到乳油产品的近一半（如2008年延续至今：9个主要的菊酯类的乳油产品有1 350个，单剂为964个，阿维菌素类的乳油产品为1 247个）。上述15%的原药品种是乳油的大头，其中阿维菌素类、菊酯类等10多个农药是乳油的重头。这些农药大多已有成熟的新剂型产品投产，可以取代。随着乳油成本的提高或宏观政策的调控，这些乳油品种势必会成为主动或被动退出的对象。

③ 创新一批

低VOC乳油、高浓度乳油和乳粒剂等具有高效、安全的特点是乳油今后发展的方向。

⑵ 含溶剂量偏高的SL、ME制剂的发展也将被限制

此类制剂中活性物呈分子态或纳米态，故药效优秀。但其中部分产品使用了大量的极性和非极性溶剂。溶剂含量高的制剂在土壤中的淋移量大和散发到大气中的VOC危害已引起世界各国的重视。今后，伴随着农药助剂管理的深入开展以及大气、土壤污染物的严格管理，对农药中VOC含量进行监控是社会发展的必然。

① 使用的甲醇、DMF、N-吡咯烷酮及部分芳烃溶剂亦将面临禁限用，可供替代的主要是中长碳链的酰胺类溶剂。由于成本原因，部分产品将主动退出。

② 将来实施VOC含量管理后，有部分产品将会被迫退出。

③ 有部分杂环类农药的SL采用加酸溶解法制备，此法在国际上早已淘汰。20世纪80年代以来，中国耕地表层土由于严重酸化（pH下降了0.13～0.8），有害重金属的离子化所造成的污染已严重影响到食品安全。随着《土壤环境保护法》的诞生，此类SL产品将会受到限制。

④ 部分杀虫、杀菌剂的SL、ME产品转向非农使用，如用于木材、纺织品和建材的处理等。

4.2.2 低VOC含量和无粉尘的制剂产品将获得较快发展

⑴ 以水为主载体的SL会增长

此类制剂即原来的水剂（AS），在2016版农药剂型国家标准中已被纳入SL，是最优秀的一类制剂。伴随着其支撑原药结构的变化，未来会有较大发展。

① 草铵膦和麦草畏等水剂将弥补百草枯水剂退出国内市场后的缺失。

② 草甘膦盐水剂所用助剂牛脂胺将被逐步淘汰，通过筛选新配方将会进一步提升产品的安全性能。一批不符合安全生产要求的异丙胺盐生产线将会停产，草甘膦盐的产品结构将更加多样化。

③ 随着制剂技术的发展，将会有更多的新原药被制成SL剂型。

⑵ SC、SE、OD等制剂产品将加快发展

由于在生产、使用、环境和生态等方面所具有的安全性能，SC、SE、OD等制剂将成为今后生产和推广的首选剂型，它们的增长速度还会加快。技术开发的重点将集中于：

① 加强活性物-靶标有效传递的研究，进一步提高药效。

② 进行较高储存温度（如65℃以上）稳定性研究，以适应全球销售。

③ 加强对OD的物理稳定性和能与之匹配的阴离子表面活性剂的筛选。

④ 产品细度（D50）将提升到1～1.5 μm，配套加工机械普遍升级。

⑶ 固体制剂的发展热点将集中于无粉尘的各种颗粒状剂型。

颗粒状制剂包括WG、SG、GR、漂浮粒剂、泡腾粒剂和可分散片剂等。由于储运、使用方便，无粉尘，包装物易回收处理等优点，这些制剂今后的发展速度将会加快，成为仅次于悬浮体系制剂的第二大类剂型产品。今后的开发重点将集中于：

① WG产品与FAO标准规范全面接轨，即要粉尘量和耐磨性达标，又要具有优异的自动分散性和悬浮率。

② 颗粒剂将被赋予某些特殊功能，开发出多种专门用途，并获快速发展。例如水田除草抛射粒剂，用于根施的杀虫剂颗粒剂等。

③ 革除“作坊式”生产，实现连续化、自动化生产，保证产品质量的稳定。

④ 进行清洁生产。

乳粒剂（EG）是此类制剂中一个极有发展前景的新剂型。它将乳油与固体制剂的优点融于一体，尤其是以高分子材料包裹高浓度乳油工艺路线所制的粒状制剂，将成为农药制剂产品中的一颗新星。

⑷ 种子处理剂

种子处理剂是农药制剂产品发展的一个热点，今后的竞争将更加激烈。竞争的重点是种子处理悬浮剂，核心是科技水平的博弈，集中体现于：

① 配方药物的更新换代：一系列超高效杀虫、杀菌活性物，生物刺激素等正进入FS的配方筛选。

② 牢固的药种黏附（具有高耐磨性和低脱落率）和优秀的发芽率及发芽势。

③ 促进种子萌发、根系发达，保芽护芽等功能组分的筛选。

种子处理剂的另一重要分支是种子丸粒化。它在节水耕作、荒漠开发及高档经济作物良种的栽培等多方面均有广泛的发展前景。

⑸ 微囊制剂

农药微囊剂经过40年的研发，已拥有丰富的技术贮备。今后将进入大规模的成果转化时代，产品发展将形成2个系列：

① 依托传统技术支撑的缓释型产品，用于防治地下害虫、种子处理、室内卫生用药和粮库用药等。

② 依托当代高新技术支撑的快速释放型、控制释放型及复合剂型（ZC、ZW、ZE）产品，用于大田喷施。

大田应用微囊产品用量大，将成为开发的热点。

在新囊壳材料的筛选和研制方面，将会逐步开发推广硅基材料、改性的天然高分子材料等。

4.2.3 剂型结构调整

未来EC的占比还会下降，将会由现今的26%下降为20%左右或更低。SC、WG、SE、EW、FS等新剂型产品的占比将会由现在的45%左右上升为55%或更高。

4.2.4 其他

非植保用药，如卫生用药、工业防霉、鱼牧业杀寄生虫用药和远洋轮用杀生物制剂等将会占据15%～20%的农药制剂产品市场。

5 若干关键技术将成为研发热点

5.1 绿色乳油新配方体系的研究

彻底推翻传统乳油的溶剂体系、乳化剂匹配体系，研制VOC含量低，对环境、生态安全性高的绿色乳油是第3代农药制剂技术开发最主要的目标之一。2005年10月美国加州实施VOC＜20%农药准入法规后，已成为世界农药研究的热点。

新配方体系构架的基础研究和设置是最关键的核心技术。

新体系的取材以植物源材料和新型绿色溶剂为主，目前已有2条研究思路取得突破。

⑴ 共溶剂系统研发思路

通过对溶剂组合的筛选开展研究。已有一批安全性高的乳油产品问世。共溶剂组合的目标呈多样化，如改善溶解性能、低VOC、低刺激、防结晶和提高制剂稳定性等。

表5是2个除草剂复配的高含量EC，筛选的共溶剂组合抑制了结晶，显著改善了制剂的稳定性。

表5 由2个除草剂复配的高含量乳油

⑵ 共溶剂-助剂系统研发思路

在共溶剂系统的基础上又筛选了某些表面活性剂作为组分之一。此时，表面活性剂充当了3个角色，一作溶剂，二作乳化剂，三作喷施助剂。这显著提高了乳油的安全性和药效，如以下2个配方（表6、表7）。

表6 某杀螨剂的共溶剂-助剂EC

表7 某杀虫剂的共溶剂-助剂EC

5.2 飞防用制剂的研究

超低容量喷雾制剂是最迫切需要解决的关键技术之一。

当前使用较多的悬浮剂、微乳剂、可溶液剂、可分散油悬浮剂、油悬浮剂和水分散粒剂等与传统的ULV是两回事，无FAO标准可套用。

将这些剂型改造为飞防制剂其实质就是把超低容量喷施技术由简单的油基药液喷施改变为复杂的水基药液喷施，需要针对一系列关键技术开展基础研究和应用研究。

⑴ 规避高浓度施药（超出常规100倍或以上）所导致的风险

① 提高制剂分散度，防止施药不均引起药害；② 助剂的筛选，规避在高浓度下呈现植物毒性的助剂；③ 原EW、SE、SC中含有高挥发性有机物的规避和替代，及对施药过程中环境安全问题的研究。

⑵ 规避药液雾滴飘移所导致的风险

分类研究各种水基药液喷出后的形状和液滴大小的变化及沉降路径，建立一系列影响因子与结果的数字化模型。主要影响因子有飞行高度和速度、风向和风速、气温和湿度、药液喷出的起始速度和雾滴大小以及药液的表面张力、黏度、比重和挥发性等。

⑶ 剂型和配方研究

一是要研制适合中国式飞防特点的专用ULV制剂，二是要对有某些有使用前景的现有制剂产品（如ME、EW、SC等剂型的某些产品）按飞防的要求进行配方改造，并配套开展相应的应用试验，取得系统的基础数据，为今后申报农药登记做准备。

⑷ 标准体系的建立

要建立适合中国式飞防的农药制剂的标准规范、产品标准等，研究对原有的ULV剂型技术指标作延伸，如黏度、挥发性（雾滴失重率）、雾滴粒径和闪点等。

⑸ 桶混助剂的研究

现有的桶混助剂多为乳化植物油系列，并非对所有飞防场合都适用，也并非对所有作物都安全。因此需要开发其他系列的品种，如高分子系列、混合系列的助剂产品等，同时要开展系统的应用研究。桶混助剂与配方助剂不同，它没有包含在农药制剂中而经过一系列登记程序的考核。为规避潜在的风险，今后桶混助剂将成为助剂监管的重点。

5.3 控制释放制剂技术

缓释制剂分为2类：一类是纯缓释制剂，适用于卫生杀虫剂、粮库用药和防治地下害虫等，多为封闭用药；另一类是控制释放制剂，适用面广，用于大田防治能实现精准施药、提高药效，是绿色安全农药制剂技术的重要发展方向之一。

目前，能实现控制释放功能的主要制剂为微囊制剂。21世纪以来，微囊制剂在全球获得了快速发展。至2018年中国微囊悬浮剂登记数已达243个，是2008年（23个）的10倍多。然而，登记却未投产的多，销售的产品中，用于种衣剂、防治地下害虫的多，用于大田防治的极少。

控制释放技术是中国农药制剂技术中与国际水平差距最大的领域之一。研发和掌握一系列关键技术是今后的重要发展方向。

5.3.1 快速释放技术

快速释放是控制释放技术的基础，只有掌握了有效成分释放的速度才能实现控制释放。其主要技术路线和关键技术有：

⑴ 高含量（500 g/L左右）、无溶剂、薄壳微囊悬浮剂工艺，关键技术：冷、热储和经时条件下的防破囊、抗结晶技术。

⑵ 高含量（75%左右）微囊WG生产工艺、经济规模下的连续化成囊工艺和连续化喷雾造粒工艺。

5.3.2 预设条件下快速释放技术

⑴ 田间稀释后快速释放微囊制备

其关键技术有：囊皮设计成对pH敏感的类反渗透膜，制剂按材料要求设置成微酸或微碱性，以保持稳定。施药时稀释后恢复中性，药物快速释放。

⑵ 微碱性条件下释放技术

由于甜菜夜蛾、棉铃虫和玉米螟等鳞翅目幼虫的消化道呈碱性，该法尤其适合将鳞翅目杀虫剂制成CS。若在制剂中添加诱食剂则更佳。

其关键技术有：囊皮的结构修饰，嵌入易遇碱水解的基团（如酯键），遇碱破囊。

⑶ 微酸性条件下释放技术

用以种子处理或田间茎叶喷施的某些杀虫剂药物特别适合被制备为这类制剂。田间喷施前，视虫情发生程度将药液调至pH 4～6，喷施在茎叶上的药液因水分蒸发而浓缩，酸度增大，药物迅速释放。

其关键技术有：囊皮的结构修饰，嵌入易遇酸水解的基团（如低聚乙缩醛基团），遇酸破囊。

5.3.3在水中不释放的技术

在水中不释放的技术为药效高但对水生生物高毒的农药品种带来了水田应用的巨大市场。

其关键技术有：

⑴ 约1/10左右的水相与油相的农药原药混合制得油包水体系，以此作为囊芯物来制取CS。

⑵ 按渗透平衡和使用要求在囊内水相和囊外水相中加入渗透压调节剂（如盐、醇等），使得药剂在植物表面迅速释放。掉入水中时，由于囊外渗透压大于囊内，故药物能长期储于囊内直到降解。

毫无疑问，农药制剂控制释放技术将与世界科技同步发展。

5.4 纳米材料制剂技术

20世纪末，国际上即开始了将纳米材料技术用于农药制剂的研究。

综观近20年的研究进展，可以看到：

⑴ 达到纳米级的农药活性物质，没有表现出像无机纳米材料所显示的量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。

⑵ 液体农药由于没有固定的表面，达到纳米级后显示了有限的尺寸效应（如微乳剂），但没有表现出典型纳米材料所具有的小尺寸效应和表面效应。

对纳米级农药制剂的研究宜注意选准切入点。对国外的研究动态分析发现，相对集中在以下3个领域进行选题开发。

⑴ 高熔点、难溶（水及一般溶剂中）的固体农药制剂，尤其是水基化制剂。⑵ 纳米级微囊（快速释放型）的研究和开发。⑶ 利用纳米材料改善现有的农药制剂的性能。

5.5 活体微生物农药制剂技术

活体微生物农药的制剂技术是该类农药发展的主要技术瓶颈之一。这将成为农药制剂研发的热点之一。

活体微生物农药品种主要集中在：真菌如木霉菌等；细菌如芽孢杆菌、假单胞菌等；病毒类如多角体病毒、颗粒体病毒等。主要剂型：悬浮剂、可湿粉剂、粒剂和水分散粒剂等。

活体微生物农药的制剂技术难点在于培养基、代谢物等一并作为活性组分进入制剂。

活体微生物农药的制剂技术重点是延长制剂的货架寿命（真菌类和细菌类制剂），其关键技术有：

⑴ 使用当代农药制剂配方技术，优化微生物休眠环境（水分、pH及专用稳定剂等），延长制剂货架寿命。

⑵ 筛选和引入碳源、氮源、展着等组分，增强微生物萌发和定植能力，提高药效。

⑶ 解决微生物、培养基及多种功能性组分等共存于一个配方体系中的制剂稳定性问题。

⑷ 常用助剂与活体微生物相容性数据库建立。

6 制剂产业化水平的提升和人工智能的融入

彻底革除作坊式生产，在普及连续化、自动化控制的基础上，不断融入人工智能技术是中国农药制剂产业发展的大势所趋，也是应对市场竞争和环保安全压力的唯一出路。展望未来，将会在以下几个方面获得快速发展：

⑴ 以防止交叉污染为主线的农药制剂工厂的总体布局设计的系统化、规范化。

⑵ EC、AS、SL、EW、ME、FS等工艺制备相对成熟的制剂车间，按清洁生产要求逐步实施规范设计、规范管理。

⑶ 实施粉体进料、粉体输送和尾气集中排放等3项清洁化改造工程，并带动制剂企业清洁生产整体水平的提升。

⑷ WP的清洁化生产流程在全行业得到大面积推广。

⑸ 大力推广挤压法制WG的连续化清洁生产流程。

⑹ 喷雾干燥制WG（DF）的全套装备和工艺将按照农药制剂的要求得到系统改造，使产品的强度和粉尘量达标。

⑺ 微囊悬浮剂和微囊粒剂的生产实现连续化。

⑻ 乳粒剂的连续化生产。

⑼ 种子丸粒化连续化生产装置的国产化。

⑽ 开发与生物农药制剂相配套的专用装备。

中国农药制剂制造的人工智能融入始于农药包装线，2015年通过对外合作建成了连续化喷雾-沸腾干燥制WG（DF）的智能控制生产线，2017年自主设计建成了悬浮剂连续化智能生产线。今后的发展将会加快，发展趋势：

⑴ 人工智能融入将由产品包装延升到规模较大的农药原料和成品仓库。

⑵ 在对悬浮剂连续化智能生产线不断提升的同时，将会建成联产悬浮剂和种衣剂连续化智能生产线。

⑶ 将有一批产量较大的其他农药剂型生产线融入人工智能而提升，如DF等。

⑷ 高通量大数据平台的建设将会在大型农药企业率先得到普及，并由此将人工智能从生产线的融入拓展到管理、科研和产品应用等领域。

⑸ 随着人工智能融入的普及，一批更适合智能生产线的新装备、新部件和新材料将会得到开发、应用和推广。例如过滤设备和材料、旋风分离器、尾气清洁化装备、三废处理装备、管道连接部件等。

⑹ 人工智能导向的自控、仪器领域的技术革命，将通过各种新颖的传感器使相关的物化指标（例如pH、黏度、粒度和电导等）实施在线控制成为可能，中国的农药制剂将实现真正意义上的智能制造。

7 结 语

面对新一轮工业革命，中国农药制剂产业发展正面临着从未有过的广阔空间。伴随着对农药使用安全、减量要求的不断提升、从田头到餐桌食品安全监管体系的完善，农药制剂的发展面临新的机遇。融入人工智能，加速关键技术的产业化开发，打造制剂制造强国，是中国农药制剂今后发展的目标。中国农药制剂行业正朝着这一方向加速前进！