摘自：《世界农药》2022年第4期
作者：周伟男,马帅
01
我国大豆产业的农药使用需求
1.1 我国大豆产业的重要性
按照我国作物分类和统计分类,大豆归属于粮食作物。在全球大豆则是重要的油料、饲料经济作物。我国种植大豆历史悠久,曾经是世界上最大的大豆生产国和出口国,一度处于世界垄断地位,1995年之前一直为大豆净出口国。1996年之后,转基因大豆在美国、巴西、阿根廷等国迅速推广,我国面临国外降本提效而需提高大豆贸易竞争力的局面。同期,我国国民饮食结构发生了变化,对食用油和肉类消费量持续增加,大豆、豆粕消耗量持续上升。加之20世纪末我国加入WTO,未对大豆进口设置过渡期,市场向全球放开,我国由大豆净出口国变为净进口国,之后产需差距愈来愈大。2020年,我国大豆产量1,960万t,大豆进口10,033万t,对外依存度已高达83%,其中绝大部分是从美国、巴西等国进口的转基因大豆。大豆位居我国重要农产品之列,豆制品在我国居民膳食中占比较大,我国大豆自给率水平低,能置换出高产的主粮作物玉米,从而改善主粮保障能力和改善资源环境压力,但也使我国14亿居民食用油脂、肉类蛋白的供应链上游受制于美洲。
图1 我国大豆自给率历年(1991-2021)变化情况和供给结构(数据来源：布瑞克农业)
1.2 我国大豆田农药产品和生产企业情况
我国有五大较优势大豆产区,其中最主要的是北方春大豆区,主要在黑龙江、内蒙古东部、吉林、辽宁,在此产区大豆为一年一熟作物；其次是黄淮海流域夏大豆区,主要在安徽、河南、江苏等地,在此产区大豆为一年两熟轮作作物,一般在冬小麦收获后种植。我国大豆主要种植于东部地区。我国大豆常见病虫草害有300种,其中害虫173种,主要为食心虫、蚜虫、豆荚螟、卷叶螟、草地螟、蛴螬等；病害40种,主要为根腐病、线虫病、炭疽病、菌核病、灰斑病、病毒病等；杂草87种,主要为稗草、狗尾草、苍耳、藜、蓟等。针对这些病虫草害,在大豆种植全生命周期中形成了多元植保需求。农药产品特别是化学农药,具有高效、使用方便等特点,对大豆植保作出了积极贡献。
据统计,截至2021年末,我国登记用于大豆的农药产品共1,473个,其中除草剂1,326个(占90.3%),涉及38个有效成分,主要为精喹禾灵、氟磺胺草醚、乙草胺、烯草酮、异噁草松、高效氟吡甲禾灵等；杀虫剂92个(占6.2%),涉及13个有效成分,主要为苏云金杆菌、高效氯氟氰菊酯、敌百虫、克百威、毒死蜱等；杀菌剂61个(占4.1%),涉及7个有效成分,主要为福美双、多菌灵、精甲霜灵、咯菌腈等；植物生长调节剂18个(占1.2%),涉及15个有效成分,主要为芸苔素内酯、羟烯腺嘌呤、烯腺嘌呤、复硝酚钠、萘乙酸等(图2)。
图2 我国登记用于大豆田的农药产品结构(数据来源：ICAMA)
经统计,全国涉及大豆用农药的生产企业共422家,遍布在我国27个省(自治区、直辖市)(图3)。其中,山东省企业86家,江苏省企业64家,河南省企业45家,河北省企业29家,黑龙江企业28家,安徽省企业27家,辽宁省企业21家,浙江省企业21家。其中,大连松辽化工有限公司、山东滨农科技有限公司、大连九信作物科学有限公司、江苏长青生物科技有限公司、黑龙江省哈尔滨利民农化技术有限公司、侨昌现代农业有限公司、安徽丰乐农化有限公司、合肥星宇化学有限公司、山东省青岛瀚生生物科技股份公司等,是大豆用农药的主要生产企业。在大豆登记用药数量较多(≥5个)的85家企业中,山东省企业最多,达25家,其次为江苏14家,黑龙江11家,辽宁省7家,吉林省、安徽省各5家。
图3 大豆用农药生产企业各省分布情况(数据来源：中国农药工业协会)
02
转基因大豆商业化应用趋势发展,可能给我国农药产业带来的影响
全球大豆主产国主要有巴西、美国、阿根廷、印度和中国等。据FAO数据,2020年全球大豆生产国中巴西产量最高,占全球总产量的34.5%；其次是美国,产量占比31.8%；之后分别为阿根廷、中国、印度、巴拉圭、加拿大、俄罗斯、乌克兰、玻利维亚、乌拉圭、南非,产量占比分别为13.8%、5.5%、3.2%、3.1%、1.8%、1.2%、0.8%、0.8%、0.6%、0.4%。
2.1 全球商业化种植转基因大豆对农药的影响
根据ISAAA信息,截至2019年全球批准商业化种植的转基因大豆共39种(表1),其中美国、巴西、加拿大和阿根廷批准商业种植转基因大豆品系分别为24种、15种、21种和15种。主要包括耐除草剂(以草甘膦、草铵膦为主,也包括麦草畏、磺酰脲类、咪唑啉酮类、2,4-滴、HPPD抑制剂类如异噁唑草酮和硝磺草酮等)、抗虫(鳞翅目昆虫为主)、高产、高油酸等。其中,耐除草剂性状是主体。
表1 已获准商业化种植的大豆转基因事件
信息来源：根据ISAAA的信息整理。
面对种植者和消费者的多元化需求,世界各大农化企业投入巨资,不断开发复合性状转基因作物。这些技术应用在8个已放开转基因大豆商业化种植的国家,包括巴西、美国、阿根廷、巴拉圭、加拿大、玻利维亚、乌拉圭和南非(表2)。这些国家合计种植面积占全球的75.5%,产量占全球的86.7%,可见转基因生物技术对单产具有较明显的拉动作用。
表2 全球大豆主产国和放开转基因大豆商业化种植国家生产情况
信息来源：ISAAA、FAO数据。
大豆主产国中,尚未放开转基因大豆商业化种植的为中国、印度、俄罗斯和乌克兰,其种植面积分别占全球的7.8%、9.5%、2.1%和1.1%,产量占比分别为5.5%、3.2%、1.2%和0.8%。产量占比全部低于面积占比。同时,生产成本与其他重要生产国比,也处于劣势。对比美国、巴西和我国大豆生产成本收益,2015年美国、巴西农药与种植用工合计成本分别为77.45美元/hm2(占总成本的10.2%)、224.49美元/hm2(占总成本的26.0%),而据《全国农产品成本收益资料汇编》数据折算,我国2015年这两项合计为557.8美元/hm2(占总成本的34.3%)。
除了上述8个转基因商业化种植国家和地区外,还有20多个国家和地区批准进口转基因大豆用于食用或饲用,包括欧盟、日本、韩国、俄罗斯、英国、澳大利亚、新西兰、印度、瑞士和我国等。其中,耐除草剂大豆GTS40-3-2获批应用的地域最广,达到29个国家和地区；其次是耐除草剂大豆A2704-12,获得了25个国家和地区的许可。
关于转基因大豆商业化种植放开对农药带来的可能影响,以美国为例。美国转基因大豆种植的审批起点年份为1994年5月,该年度当时的孟山都公司(现拜耳公司)培育的耐草甘膦大豆GTS40-3-2首次得到美国食品与药品管理局(FDA)商业化种植批准,到1998年美国种植的转基因大豆面积占大豆总种植面积40%以上,1999年超过60%,2002年超过80%,2004年超过90%,2008年超过96%(表3),用14年时间完成了转基因大豆种植的颠覆性替代。从1994年到2008年,美国大豆田草甘膦使用量从0.32万t增加到4.3万t,年均增长20.5%。与此同时,传统除草剂用量则不断下降,折百用量从1994年的2.41万t一直降低到2007年的0.3万t,年均降低14.8%。这是由于大豆的耐草甘膦等灭生性除草剂性状,直接改变了农民的用药方式,即在苗前、苗期喷施约3次草甘膦,就能有效防除之前需要更多次、更复杂的除草剂组合才能防除的杂草,降低农药及人工成本,也能降低药害风险,因此耐灭生性除草剂性状,成为了众多类别性状中最具有生产应用价值的技术。1998年以前全球除草剂市场中,莠去津列首位,草甘膦仅排4～5位,但自从耐草甘膦转基因作物出现后,草甘膦的需求大幅上升,市场销量一路攀升,草甘膦逐渐成为全球最大宗的除草剂品种,约占全球除草剂市场的30%左右。
表3 美国1992-2009年大豆的种植面积和农药使用量
注：n/a表示没有数据；信息来源：上海市农药研究所叶萱2016年编译资料。
同时,在美国转基因种子快速发展的10多年内,杀虫剂的用量呈现先降低再反弹的趋势。杀虫剂折百用量从1993年的0.11万t降到2004年的0.02万t,之后逐步上升,2008年已达到0.21万t,比抗虫性状导入大豆前更高,其主要原因是抗虫性状主要用于防治鳞翅目害虫,也包括部分鞘翅目害虫,但美国2005年以后在中西部主要种植区大豆蚜为害较重,而苏云金杆菌无法防治蚜虫。
2.2 我国大豆转基因安全证书审批情况和后续趋势
2020年1月、7月和2021年,国家农业农村部正式下发了3个大豆类农业转基因生物安全证书(表4),分别是上海交通大学的SHZD3201以及中国农业科学院的中黄6106,而北京大北农生物技术有限公司的耐除草剂大豆DBN-09004-6,获得国内的进口安全证书更是有助于其在阿根廷的商业化种植。根据《农业转基因生物安全管理条例》及相应配套制度,我国转基因种子审批需经过转基因作物安全评价(中间试验、环境释放、生产性试验均通过后,取得安全证书)以及品种审定(区试、生产试验、DUS测试均通过后,取得品种审定)。自2019年以来,相关利好政策频频发布,面对病虫害的压力,以及国际贸易摩擦对提升重要农产品自给率的需要,随着审批速度的加快,预计转基因大豆品种登记和商业化种植将自2022年起逐步在国内展开。
表4 近2年大豆作物转基因生物安全证书获准清单
信息来源：根据农业农村部网站发布信息整理。
2.3 我国大豆转基因放开对农药的可能影响
由于我国大豆除草剂施用量不断增加,已经攀升为用量最大的一类农药。据2021年对我国东北春大豆和黄淮海夏大豆主产区的调研,目前大豆田杂草防控作业方式主要包括3种：单次除草方案,一般采用土壤封闭处理方式,在大豆播种后出苗前用乙草胺和嗪草酮复配2,4-滴丁酯进行封地,豆田反枝苋危害重的地块选用嗪草酮复配噻吩磺隆除草,杂草过多时也采用封闭药剂加入草甘膦处理；2次除草方案,在封闭处理效果差的情况下,一般会采用在大豆出苗后第2次除草,一般施用氟磺胺草醚、烟嘧磺隆、灭草松及烯草酮等茎叶处理除草剂；多次除草方案,分别在出苗后根据杂草生长情况多次施用氟磺胺草醚和灭草松除草。农民采取2次及以上除草的操作较为普遍,所占比例高于60%(其中超过3次的超过10%)。
我国大豆种植首先需要提高单产和降低成本,因此预计在″十四.五″期间,重点将突破种植农艺性状和多性状应用技术。随着提高资源利用率、劳动生产率的技术广泛得到推广,在″十四.五″之后,根据大豆的食用油、饲用豆粕两大应用方向,预计一是将在营养和品质性状上做更多的导入,二是在饲用品质属性提升上也将有更多的性状导入。
因此,预计在2022-2030年,我国在已获得转基因安全证书的耐草甘膦、耐草铵膦性状基础上,抗鳞翅目害虫、鞘翅目害虫性状以及耐旱等抗逆性状可能会逐步导入。根据美国等全球重点国家大豆品种和农药发展的历史走势,这些对生产环节影响重大的性状导入,预计在一定阶段内将对我国大豆用杀虫剂的用量产生重要影响,对我国大豆用除草剂的产品结构产生重要影响。具体影响情况和分析如下：
从大豆主要生产国使用农药的比重看,巴西、阿根廷、巴拉圭、加拿大等国家,大豆种植面积占全球比和大豆用农药市场占全球比接近；而我国大豆用农药市场占比则明显偏高,高出了88.9%,这说明我国大豆单位面积用药量显著高于这些国家。可见,转基因作物放开后,对农民的农药使用成本降低将会产生显著作用。日前,农业农村部有关领导在国新办新闻发布会上讲到″转基因大豆除草效果在95%以上,可降低除草成本50%,增产12%″。如果我国在2022-2023年批准转基因大豆种植,在之后的3～5年内,种植规模扩大的最主要影响因子是种子供应能力。根据现有具备条件的转基因大豆种子数量、大豆种子的扩繁系数、符合要求的转基因商品种子繁种基地发展情况以及农民对品种的选择情况分析,专家预计批准种植后的第1年有约66.67 hm2(1,000亩)的种植规模,第2年达到约666.67 hm2(1万亩)种植规模,第3至4年(2025年前后)约能达到全国种植面积的6%～10%。之后逐步发展,预计在2030年能达到全国种植面积的50%左右。根据国家相关规划研究,预计在2025年大豆种植面积扩大到约1,066.67万hm2(1.6亿亩),2030年扩大到约1,666.67万hm2(2.5亿亩)。按此计算,到2025年时,种植66.67万～100万hm2(1,000万～1,500万亩)的转基因大豆(主要用于榨油和饲用)和933万～1,000万hm2(1.4亿～1.5亿亩)的非转基因大豆(主要用于食用和出口)。到2030年时,约种植8,000万hm2(1.2亿亩)非转基因大豆和约8,000万hm2(1.2亿亩)的转基因大豆。耐草甘膦或草铵膦玉米和大豆的种植,预计也将有效保障玉米大豆带状复合种植的增产技术更安全的推广,有利于《全国种植业″十四.五″发展规划》的2025年1,066.67万hm2(1.6亿亩)的大豆的种植、提高12%的单产、降低50%的除草成本的目标实现。
按此分析,在2022-2025年,我国现有的大豆用农药产能的利用将较为稳定,基本不会因放开转基因大豆商业化种植而导致相关杀虫剂、选择性除草剂产能闲置,杀菌剂、植物生长调节剂用量也基本保持稳定。根据Phillips McDougall报告(表5)等数据进行外推预测,预计到2025年,我国大豆用除草剂市值为2.0亿～2.1亿美元,杀虫剂市值为0.35亿～0.4亿美元,杀菌剂市值为0.5亿～0.6亿美元,植物生长调节剂市值为0.01亿～0.02亿美元。
表5 全球相关大豆生产国大豆用农药的市值(2018年)
信息来源：根据Phillips McDougall数据整理分析。
自2026年起,预计我国大豆转基因商业化种植将快速发展,预计每年可能提高8%～10%,提高到50%～60%覆盖率。大豆种植用农药将会发生一定变化。
除草剂方面,预计到2030年,我国大豆用草甘膦用量比2021年提高500%～800%,草铵膦用量也将是同样量级的增加；目前大豆种植主要使用的除草剂如精喹禾灵、氟磺胺草醚、乙草胺、高效氟吡甲禾灵、烯草酮、灭草松、异噁草松、咪唑乙烟酸、噻吩磺隆、烯禾啶、嗪草酮、异丙甲草胺、氟乐灵、精吡氟禾草灵、丙炔氟草胺、精噁唑禾草灵、异丙草胺、扑草净、甲草胺、甲氧咪草烟等的需求量将有所下降,预计使用量比2021年降低30%以上。2030年大豆用除草剂的市值为1.6亿～1.8亿美元。
杀虫剂方面,随着Bt性状更充分的导入,鳞翅目和鞘翅目昆虫对大豆的危害将有所下降,预计2025年杀虫剂用量比2021年降低10%左右,2030年比2021年降低30%以上,2030年将是大豆用杀虫剂的最低谷。而防治其他害虫如大豆蚜等昆虫的杀虫剂用量将比当前有所增加。苏云金杆菌、高效氯氟氰菊酯、敌百虫、溴氰菊酯、毒死蜱、氰戊菊酯、马拉硫磷、克百威、亚胺硫磷、氯虫苯甲酰胺等产品的市场份额将逐步下降。预计2030年大豆用杀虫剂的市值为0.2亿～0.3亿美元。
鉴于目前没有大规模抗病性状的转基因作物,因此转基因作物的种植对杀菌剂市场的影响较为有限。同时,由于大豆的单位产值提升,生产者使用杀菌剂和植物生长调节剂以进一步保障产量和提升品质的动力均会提升,大豆种植所用杀菌剂和植物生长调节剂用量预计都会上升,预计2030年大豆用杀菌剂市值为0.6亿～0.8亿美元,植物生长调节剂用量预计为0.02亿～0.04亿美元。