随着世界人口到2050年预计将近100亿和气候变化对农业产生的不利影响，维持稳定的全球粮食供应正受到严重威胁。鉴于这些动态，本文概述了当前作物保护行业的市场趋势，包括公司并购和农药监管、对新技术的评述以及该行业的研发（R＆D）情况，同时还强调了农药如何有助于建立更加可持续的社会。
1 环境趋势（人口增长、粮食需求和气候变化）
根据联合国粮农组织（FAO）的估计，2017年世界人口已达到75.5亿，到2050年将达到98亿。伴随人口的增长，1970—2020年（25亿吨）对粮食的需求预计增加了至少2.2倍。与对粮食的需求增长相反，2015年世界耕地面积实际上与1965年相同，并且预计未来不会迅速增加。因此，结合预测的人口增长，全球人均耕种面积似乎将继续减少。
图1 全球人均耕地面积（来源：http://www.fao.org/faostat/en/#home）
气候变化也是粮食生产面临的主要威胁之一。一方面，温度升高可能会延长某些地区的生长季节，二氧化碳含量的增加可能会促进某些类型植物中光合作用二氧化碳的固定，从而可能导致粮食增产。特别是在欧亚大陆和北美高纬度地区，气温升高有望提高粮食作物的产量。而在其他大多数地区，由于气候变化的影响，粮食产量可能会减少。此外，许多预计作物产量减少的地区是目前的主要粮食产区。这意味着气候变化有可能极大地影响整体作物生产。在全世界范围内，与2000年相比，2050年玉米的产量损失预计为24%，稻米为11%，小麦为3%。
因此，以当前的粮食生产速度显然不可能维持未来粮食的供需平衡。除了气候变化的不利影响外，期望耕地面积迅速扩大与因人口增长带来的粮食生产需求增加同步是不合理的。在这种环境条件下，必须提高单位耕地面积的农业生产力，以提供足够的粮食来养活世界人口。此外，迫切需要比以往更有效地使用农用物资（如农药），同时采用创新的技术途径来解决这些问题。
2 市场趋势（农药、转基因种子）
总体而言，自2006年以来，农药市场一直稳定增长。尽管农药市场在2014—2016年间呈下降趋势，但目前来看，市场从2018年开始恢复增长趋势。
同时，分地区考察作物保护市场时，总体趋势线在过去的两三年中一直在收缩，尽管许多人将其视为暂时现象。一个值得注意的亮点是自2010年以来增长显著的拉丁美洲。
最近农作物保护市场的一个特点是非专利农药产品的扩张，这与通过研发活动新发现随后申请专利保护的农药产品销售下降形成对比。印证这种情况的是，几家销售非专利产品的公司已经使自己成为长期在农药产品最畅销名单上排名靠前的公司。
图2 作物保护市场的变化（资料来源：Agbioinvestor）
最近，除了开发和销售农药外，大农药公司还致力于转基因（GM）种子，而这一新兴领域已经增长到占农药总销售额相当大的比例。
2001—2016年，作物保护市场的增长率为3.8%，而主要农药公司开发和销售的转基因种子市场却实现了13.3%的增长率，约为作物保护市场的3倍。此外，2016年转基因种子的绝对销售额约为204亿美元，这一数字与化学农药中收益最高的除草剂的销售额相当，引发了企业对进一步扩大转基因种子行业的极大乐观。
图3 转基因种子市场的扩张（资料来源：Phillips McDougall）
3 行业趋势（公司并购、监管趋势）
尽管农作物保护市场增长迅速，但领先的农药公司已经进入了一个重要的整合期。1990年，美国和欧洲有10多家大农药公司，但到2009年，这些业务实体的数量通过并购（M＆A）降至6家，分别是先正达、拜耳、巴斯夫、陶氏化学、杜邦和孟山都。这6家公司随后因经营业绩不佳，新农药登记监管收紧导致研发费用激增，股东对实现新增长战略的期望以及其他因素进行了重组。最近，通过进一步的并购活动，六大巨头现在分为拜耳、陶氏杜邦[现为科迪华（Corteva）]、巴斯夫和先正达，先正达目前隶属于中国化工集团公司（俗称中国化工）。2017年，杜邦在与陶氏化学合并后剥离的作物保护业务和研发资产中相当大的一部分被FMC公司收购。因此，作物保护市场已经进入了五大参与者的时代，即上述4家公司加FMC公司。
图4 农药和种子市场主要公司的并购（截至2018年8月）
由此，从多个角度考察了农药研发的状况以及企业重组和整合背后的推动力。首先重申农药对农业生产的贡献。根据2006年发表的一篇文章，如果不适当使用农药，水稻、小麦、玉米和大豆的最大可实现产量可能降低约20%～50%。另一方面，使用农药可使作物产量恢复60%～70%。由此可见，只有适当使用农药，才能达到目前的作物产量水平，否则作物产量将大幅下降。该文还解释说，更有效地使用农药可使作物产量进一步增加，从而为进一步改进技术创造了希望。
如前所述，尽管农药对提高作物产量做出了巨大贡献，但开发农药变得越来越困难。开发并市场化一种新农药需要10年以上的时间和1.0亿～3.5亿美元的研发支出，这个过程包括：发现一种新的候选农药；同步进行安全性研究、生物学研究和剂型研究；综合评估这些研究的结果；最后申请并获得农药登记。
由于后面提到的各种因素，目前估计从约16万个化合物中可能获得1种新农药。因此，每个开发农药的公司每年都必须将销售额的7%～10%投入研发活动。此外，开发农药所需的成本和时间每年都在增加。例如，在1995年，开发费用为1.25亿美元，研发时间为8.3年；而根据2010－2014年进行的一项调查，开发费用和研发时间分别增加至2.86亿美元和11.3年，这表明研发负担的增加是促使上述参与农药研发的公司整合的因素之一。在开发后期进行的环境和毒性研究以及田间试验的“开发”成本正在迅速上涨，这些成本上涨的推动力是对更安全的农药日益增长的需求和有关部门监管加强。投放市场的新农药数量在20世纪90年代达到顶峰，自2000年以来有所下降，似乎反映了最近农药研发活动中的困难，表明了新农药开发的苛刻条件。
图5 一种新农药的平均研发费用（排名前10的公司）（来源：Phillips McDougall）
图6 6大公司农药和种子研发费用（来源：Phillips McDougall）
即使在农药研发如此困难的环境中，日本农药公司的研究活动仍然相对强劲。尽管日本公司的销售额低于美国和欧洲大公司，但10家日本公司位列新上市产品数量最多的前20名公司中（1980－2016年）。同期，在全球363种新上市的农药中，日本公司开发了114种（占31%）。在研发环境越来越严峻的情况下，例如2016年，日本公司在后期研发阶段的农药中也占了约40%。因此可以肯定地说，日本公司拥有极高的新农药研发能力，与美国和欧洲大公司相当。
20世纪50年代，农药的用量除草剂约为有效成分2 400 g/hm2，杀虫剂约为有效成分1 700 g/hm2，杀菌剂约为有效成分1 200 g/hm2。到21世纪，这些用量下降为有效成分60～180 g/hm2，清楚地表明了新开发的农药活性成分的优越性能（活性增强）。安全性是另一受益之处，在1960年左右的日本，大约半数的农药被归类为特定有毒物质或有毒物质；到2014年，这类农药的数量急剧减少，目前近90%的农药被归类为普通物质（Ordinary Substances）。
目前正在开发许多对环境影响较小且具有更高安全性的生物农药（生物农药定义为活性成分源自生物体的农药。从狭义上讲，这仅包括生物体本身，例如天敌昆虫；从广义上讲，该定义还可以包括从微生物等中提取的物质。本文采用广义定义）。对新作物保护产品的年销售回顾表明，化学农药的数量从20世纪90年代开始逐渐下降，而生物农药的数量从20世纪80年代开始增加，从20世纪90年代到现在平均每年大约有10种新的生物农药进入市场。值得注意的是，生物农药的市场规模仍然较小，2016年占整个作物保护市场的5.6%，这表明单个产品的销售额仅为适中。
自20世纪90年代以来，主要农药公司制定了销售转基因种子与农药相结合的销售策略，采取了有别于上述提高安全性的方向。这些大型农药公司收购了种子公司，并通过开发和销售转基因种子产品，全面扩大了作物保护业务。
根据Phillips McDougall发布的一份报告，截至2016年，前6大公司的种子业务占总销售额的比例如下：先正达21%、拜耳14%、杜邦70%、陶氏25%、孟山都75%。此外，随着种子产品销量的增加，其研发成本也大幅上涨。例如，2002年前6大公司种子产品的研发费用总额约为12亿美元；2008年稳步上涨至22亿美元，与化学农药的研发费用大致相当；到2014年，这一数字已经达到40亿美元，相当于化学农药的1.5倍。研发费用的变化可能表明了大农药公司进一步扩大种子业务部门的方向。此外，与种子产品研发费用增长相关的是每年上市的主要种子产品数量呈上升趋势，表明种子业务的进一步增长。
海外领先的农药公司一直在努力多样化业务包括种子产品，但由于研发成本以及与公众接受度等相关的问题，日本农药公司尚未涉足转基因作物种子领域。相反，日本的公司正试图在大公司的种子业务与日本公司提供的化学农药相结合产生协同效应的领域中进行独有的业务战略开发。
例如，在某些情况下，提供了一种快速解决方案，用以治理由大农药公司开发和销售的抗除草剂转基因作物种植中对非选择性除草剂产生抗性的杂草。施用丙炔氟草胺（flumioxazin）和砜吡草唑（pyroxasulfone）等选择性除草剂可成功防除这些抗性杂草。更具体的，在转基因大豆（Roundup Ready®）的杂草治理体系中，一旦在田间出现了抗草甘膦的杂草，除了Roundup Ready®大豆外，抗草甘膦的杂草甚至在使用草甘膦后仍留在田间。但是，如果在这样的大田中于大豆出芽之前施用大豆不敏感的除草剂，则可以防除抗草甘膦杂草。现在，这类做法被认为是已经出现抗性杂草的田间必不可少的技术体系。因此，即使他们不参与种子业务，日本农药公司仍有机会通过提出互补技术等战略性技术对策与美国和欧洲大公司合作。
到目前为止，可以严重影响行业趋势的一个因素是与农药登记相关的监管问题。众所周知，包括美国和欧洲国家在内的许多地区的农药监管法规逐年变得越来越严格。特别是欧盟（EU），在2011年，安全和环境影响评估标准从基于风险转向基于危害，并且由于所谓的筛选标准（cut-off criteria），化学产品的登记数量一直在减少。特别是蜜蜂蜂群衰竭失调（Colony Collapse Disorder）问题引发了强烈的政治行动，最终3种新烟碱类杀虫剂的户外使用被完全禁止。原药和制剂在各部门级别（即欧盟、区域和国家）分2个或3个阶段进行评价的制度拉长了登记所需的时间。作物保护市场正在扩张的巴西，由于其垂直划分的行政系统，登记需要一个漫长的审查过程。巴西也设想采用cut-off标准。与此同时，日本于2018年12月实施了《农药取缔法》（Agricultural Chemical Regulation Law）的修正案，并决定对几种陆生和水生生物以及工人暴露情况引入再评价制度和新的风险评估制度。如上所述，农药有效成分首次登记和以后再登记门槛逐年提高。此外，农药的开发成本不断上升，这可能是美国和欧洲大农药公司近年并购交易激增的推动因素之一。
图7 海外主要国家农药登记制度的特点
4 技术趋势（作物保护行业令人兴奋的变化）
自20世纪90年代以来，美国和欧洲的大农药公司一直在其常规化学农药业务中增加种子业务部门。但最近他们开始探索新的领域以及通过引进旨在进一步提高农业生产力的新技术来加快开发过程。到目前为止，支持常规化学农药开发的技术包括化学合成、生物评价、制剂以及安全和环境影响评估，转基因种子技术的加入代表了以加快研发进程并扩大其业务范围为目标的新技术的应用。除了拓展新业务的机会外，所有这些都有可能通过与它们的协同作用来提高农药公司所掌握的传统技术水平。
图8 农业部门技术趋势示意图
基因组编辑是一项前沿“基因重组”技术，已被用于生产转基因作物。特别是2013年开发的成簇的规律间隔的短回文重复序列（CRISPR）/Cas9技术有望在基础研究、医学和农业等各个领域得到广泛应用。在农业方面，与传统的基因重组技术相比，CRISPR/Cas9技术能够更精确地操纵基因序列，从而大大缩短作物育种所需时间。大农药公司已在其研发过程中引入这一技术，并取得了一些研究成果。
到目前为止，关于是否要以与现有转基因作物相同的方式处理使用基因组编辑产生的作物的争论在日本、美国和欧洲愈演愈烈。预计每个国家将需要相当长的时间才能确定基因组编辑的作物是否应遵守与常规转基因生物相同的监管，并建立一个全球通用的方向。然而，即使在监管问题得到解决之后，仍然存在的问题是，消费者将对基因组编辑的作物作出何种反应，即公众接受度。公众将要求对这一问题作出理性的、基于科学的回答。只要所有这些问题都得到适当解决，基因组编辑将成为一项强有力的技术，在比常规育种技术更短的时间内开发优质种子，从而大大提高农业生产力。
影响作物产量的因素可分为传统化学农药针对的病原体、害虫、杂草等“生物胁迫”和热、冷、干旱、盐害等非生物性“环境胁迫”。尽管传统农药通过减少前面提到的生物胁迫因素，在提高作物产量方面做出了重大贡献，但根据对单一作物以往最高产量的分析，发现环境胁迫因素对作物产量的影响大于生物胁迫因素。作物胁迫管理是一种恢复因环境胁迫而损失的产量乃至提高产量的方法。事实上，所有的农药公司都在努力开发对作物胁迫管理有效的农药化合物。一些现有的农药据报道也有替代这类有效成分的潜力。另外，正在开发抗环境胁迫的转基因种子产品。与以生物胁迫为目标的传统农药相比，作物胁迫管理是一种具有更大增产潜力的方法，预计在这一领域将有进一步的技术创新。
图9 作物胁迫管理：由于环境胁迫导致作物减产
根据日本东京农工大学的Shibusawa教授所说，精准农业被定义为“可通过有针对性地控制农场中复杂多变的变量，全面提高作物产量和质量，减轻环境负荷的一种农田管理方法”。精准农业出现的推动力之一是耕作管理方向的转变。这种转变从利用不精确的作物投入追求增产的传统方法，转变为通过同时尝试减少或优化化学品使用和提高劳动生产率来努力实现可持续农业的新方法。另一个因素是，最近信息技术（IT）和其他有关领域的快速发展使上述耕作管理方法在技术上可行。耕地面积的增长跟不上世界人口的增长，因此必须提高单位面积的作物产量。人们对精准农业以及其他相关技术帮助提高土地和劳动生产率抱有很高的期望。
本节讨论了基因组编辑、作物胁迫管理和精准农业这三大新技术。如同20世纪90年代转基因作物对农业的影响一样，这些新技术有可能在未来引发范式转移（paradigm shift），人们高度期待这些新的技术方法给作物带来的更高产量和质量。作为未来的研发人员，需要紧跟新技术的步伐，同时寻求传统农药与新兴技术的和谐共存之路。
5 研发预算趋势分析
根据日本内政和通信省的科技研究调查结果，日本2001年的科学技术研究支出为16.5万亿日元，2016年达到19.0万亿日元，15年内累计增长2.5万亿日元（15%）。值得注意的是生命科学领域的研究部门，该领域包括农药研究，研究支出有着显著的增长，从2001年的2.0万亿日元增长到2014年的3.2万亿日元，增长了1.2万亿日元（60%）。
虽然总的研发支出呈上升趋势，生命科学领域有显著增长，但仍需要在有限的研发预算下持续和有效地获得研究成果。尽管私营公司、公共机构和大学工作的研究人员在他们各自的岗位创造高质量的研究成果是基本要求，但通过公开研究成果促进合作研究和联合应用同样重要。积极促进开放式创新，创造大于个体研究人员总和的集体成果，这一点也至关重要。同样重要的是，必须通过协作研究等方式，有效地将负责基础研究的科研院所与精于应用研究和产品开发的私营公司2个部门的研究成果和理念结合起来。此外，迅速就合约和知识产权达成协议是可以加快开放式创新的另一个因素。
6 为可持续发展和社会建设贡献
联合国“千年发展目标”[Millennium Development Goals（MDGs）]旨在通过为21世纪国际社会制定的8项目标（包括减少贫困和普及小学教育）的实现来扶持发展中国家，2015年目标到期。“千年发展目标”的主要目的是通过捐助和援助等活动，让发达国家扶持发展中国家的经济增长，从而减少贫穷。“可持续发展目标”[Sustainable Development Goals（SDGs）]是继“千年发展目标”之后由联合国成员国商定的新一代国际发展目标，其中包括17项全球目标以及169项关于贫穷、饥饿和卫生的相关具体目标。“可持续发展目标”的重要特征是不仅解决“千年发展目标”中所包括的发展中国家特有的问题，还能解决影响发达国家的全球性挑战。“可持续发展目标”的目标是改善人民的生活条件，使世界变得更好。
图10 可持续发展目标（SDGs）（来源：联合国新闻部）
与此同时，2013年日本作物保护协会（JCPA）在迎来60周年之际，开始为其未来创造一个理想的愿景，并最终在2014年制定了一项名为“JCPA 愿景 2025”的倡议。基于这一愿景，日本作物保护协会将开展针对消费者、媒体和教育专家的公关活动以及针对农民和销售商的安全生产活动，以促进公众对农药的了解。此外，为了加强以粮食生产为重点的活动，该协会将努力宣传关于“粮食生产的意义和农药的作用”的信息。更具体地说，日本作物保护协会将向农民、销售商、消费者、公共管理者和学术界宣传有关下列议程的信息：（1）增加粮食生产并确保稳定的粮食供应是为满足不断增长的全球人口而必须完成的共同任务；（2）农药是在有限的耕地中有效生产优质作物实现议程（1）不可或缺的资源；（3）科学数据，如符合国际准则的安全评价，支持农药应用；（4）如果正确使用和登记，农药不应造成任何问题。
此外，“JPCA 愿景 2025”行动是对“可持续发展目标”的补充。使用农药来确保农作物的产量和质量帮助结束全球饥饿和促进可持续农业的措施，有助于实现SDGs目标2——“零饥饿”。应用农药促进可持续农业的措施防止耕地的不必要扩张，保护丰富的自然绿色环境，也有助于实现SDGs目标15——“陆地生物”。使用农药使农业生产活动更加有效和稳定，使农业转化为增长型产业实现SDGs目标8——“体面工作和经济增长”。此外，使用农药可减少由某些植物病原物产生的真菌毒素对人类健康带来的风险，“JPCA 愿景 2025”助力SDGs目标3——“良好的健康和福祉”的达成，保持人类健康。农药的一些活性成分也可有效防治卫生害虫，有助于保持公众健康，从而也可能有助于实现SDG目标3。其中一项管理活动“农民安全生产行动”与SDGs目标12“负责任的消费和生产”相关；其他行动“与消费者的公共关系”以及“国际化行动”与SDGs目标17“促进目标实现的伙伴关系”相关；另一项行动“创造新产品和技术”补充了SDGs目标9“产业、创新和基础设施”。
研究表明，不使用农药获得的作物产量大大低于使用农药的产量，虽然在作物减产程度方面有一些差异，如水稻76%、大豆70%、卷心菜33%、桃子30%，苹果3%。因此，预计通过合理应用农药来保持作物产量有助于实现SDGs目标2——“零饥饿”。又如，每年防除4.05 hm2稻田中杂草所需时间在1949年为51 h，由于高效除草剂的开发和推广，到2012年，同样的任务已骤降至仅需1.4 h。因此，开发和合理使用高效农药有助于实现目标8——“体面工作和经济增长”，提高农业措施的效率，将农业转变为增长型产业。
“JCPA 2025 愿景”中提出的未来使命之一，“助力全球粮食稳定供应”以及JCPA的目标“通过愿景行动创建更美好的社会”也与SDGs相关。
与此同时，由5家大农药公司与日本住友化学公司以及区域作物保护和植物生物技术协会组成的国际作物生命协会（CropLife International）也正在探讨适当的公共关系和管理行动，进一步开发新技术，突出作物保护行业对社会的贡献。关于SDGs，推进可持续农业和根除疟疾等热带传染病有助于刺激亚洲和非洲发展中国家的经济增长，从而实现以下SDGs：目标1——“无贫困”、目标3——“良好的健康和福祉”、目标8——“体面工作和经济增长”、目标11——“可持续城市和社区”。此外，发展环境友好型农资和在精准农业方面的进展预计将有助于实现目标13——“气候行动”。
7 结束语
农药提高了现代农业的生产力，若没有它们，目前的农业产量水平无法持续。农药公司正在继续创造和提供新的产品来保障农业生产力的这种增长，但由于更严格的全球监管，近年来新产品的开发变得日益困难。由于20世纪90年代出现的转基因作物，农业生产力进一步提升。这已成为一种热门技术，在经营它们的大农药公司的销售额占很大比例。今后，将通过新的技术方法探索新的领域，包括通过基因组编辑创造新的作物和通过精准农业建立可持续农业系统。
预计到2050年，世界人口将达到98亿，可耕地面积有限，因此必须增加单位面积的作物产量。此外，解决全球粮食安全问题的难度很大，而气候变化的不利影响进一步加大了这一难度。作物保护行业的专家应创造新的产品和技术来努力提高农业生产力，帮助解决世界面临的粮食问题。这些行动完全是为实现SDG目标2——“零饥饿”和其他相关目标做出的努力。
来源：全球作物保护行业发展趋势. 世界农药, 2019, 41(5): 30-37; 57
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