农业农村部绿色农药数智创制技术重点实验室揭牌:赋能农药“增智提效”

  9月初,农业农村部绿色农药数智创制技术重点实验室(以下简称实验室)在湖北三峡实验室揭牌。我国农药行业培育新质生产力有了新注脚。

  实验室由兴发集团子公司湖北泰盛化工有限公司(以下简称湖北泰盛)、华中师范大学、武汉华大农耀科技有限公司(以下简称华大农耀)三方共建,并由钱旭红、宋宝安、柏连阳、张友军4位中国工程院院士以及数位业内资深专家组成专家智库,共同致力于开发绿色农药原始创新技术,并打通成果孵化和产业放大全链条。

  从0到1再到100 为减量增效“组团作战”

  农药是保障国家粮食安全不可替代的重大战略物资。

  《中华人民共和国国民经济和社会发展第十五个五年规划纲要》《加快建设农业强国规划(2024—2035年)》等顶层设计对农业发展作出战略部署,事关农药发展的信号清晰而坚定:要减量增效。

  中国工程院院士、贵州大学教授宋宝安以一组数据道破行业发展症结:“我国农药主流产品中,约40%农药品种具有高环境生态风险,50%以上传统农药品种具有中高抗性风险,急需开发可替代的绿色产品。”

  在此背景下,绿色农药创制成为农药行业转型发展的核心方向,但重重关卡摆在面前:如何开发出真正适用的绿色农药?先进的科研成果如何转化落地?

  “产学研用一体化”成为业界破局的不二之选,以企业为主体的创新格局正在形成。今年初发布的农业农村部企业重点实验室名单中,湖北泰盛等多家农药企业位列其中,向绿色农药创制、除草剂绿色化等技术难题发起“冲锋”。

  “过去是科研院所追学术前沿,企业追市场,中间总是隔着‘一条河’。现在企业直接把产业一线的真问题抛出来,院士团队围绕这些问题搞技术攻关,破解了技术研发与应用‘两张皮’的老问题。”兴发集团农药事业部总工程师曹杰在接受记者采访时,将实验室共建比喻为一次“组团作战”,让擅长原始创新的科研院校和擅长产业放大的企业共做一件事——聚焦绿色农药创制、车间智能生产、田间应用三大关键环节,打通全流程。

  据曹杰介绍,华中师范大学主攻基础分子创新,研发靶标挖掘、分子结构优化、高活性低毒绿色候选分子合成、生物活性筛选等技术。兴发集团基于在化工合成、规模化生产、中试放大、产业落地、市场登记转化等方面的丰富经验,负责实验室运营、生产装置智能化升级改造及中试与工业化生产验证。华大农耀致力于把人工智能(AI)嵌入分子虚拟筛选、大数据挖掘、病虫害智能识别、田间数字监测的研发全流程。

  “对作物安全,对环境友好,高效低毒低残留,就是我们理想的绿色农药。”华中师范大学教授杨光富表示。一场关于绿色农药创制的“头脑风暴”在湖北宜昌开启。

  从“制造”到“智造” 让农药创制告别“大海捞针”

  农药行业有一个公认的“3个10”研发规律:成功创制一款农药,需要投入10年以上时间、10亿元以上资金,筛选10万个以上化合物,传统研发模式犹如“大海捞针”。随着AI技术革新和算力演进,农药创制从“经验驱动”转向“智能驱动”,原始创新有了“导航仪”。

  宋宝安解释道,AI等数字化技术正全链条赋能绿色农药创制。在创新端,AI基于已知分子结构可快速筛选出具有潜在活性的新分子,大幅提升后续研发的精准性。在生产端,运用AI、数字孪生、物联网等技术,有利于提高清洁生产和资源循环利用水平。在应用端,基于多光谱数据的植物病害精准识别、图像识别的发病程度等级预测、变量施药处方算法,可构建从病虫监测到施药执行的田间精准用药闭环。

  杨光富进一步补充道,AI还可明显缩短农药创制周期。此前,创制一款新农药,往往是产品刚上市,技术专利保护期就临近尾声,投资回报率低让研发者和投资者望而却步。而AI的出现和应用带来了新的可能性。据了解,杨光富团队打造了全球首个AI辅助绿色农药创制一体化平台“神农”一体机,覆盖农药分子智能设计、研发智能决策、数字实验记录等场景,能全方位优化研发流程。目前,该平台已成功将先导化合物的研发周期从3年缩短至6~12个月。

  曹杰看好AI在绿色农药创制领域的应用前景,但也坦言,落地还存在一些梗阻。其一,数据量有限。训练AI模型需要大量高质量的实测数据,目前国内公开的实测数据集很少,大量核心数据由海外农药巨头掌握。另外,试验条件、数据标准不统一,会使AI模型训练出现偏差。其二,“纸上分子”落地难。AI能快速找到“苗头”分子,但“绕”不过从“苗头”到上市漫长的试验链条。AI筛选出的技术方案可能是“理想丰满、现实骨感”,或是到了田间药效大打折扣,这都需要反复探究解决。其三,系统对接难,同时潜存数据安全风险。

  曹杰表示,实验室计划从探索共建共享数据标准,搭建AI分子评估体系,采用本地为主、私有云为辅的系统架构等方向发力,运用AI、大数据、区块链、物联网、光谱视觉感知和数字孪生等数字化技术,逐步贯通绿色农药产业化的全链条。

  从拼规模到拼技术 新质生产力驱动企业“突围”

  我国农药产能规模全球第一,规模优势显著,正处于产品结构调整、产业绿色转型的关键阶段。

  “我们的优势很清楚,草甘膦产能全球第二、国内第一,清洁工艺、循环制造这些‘硬功夫’练了快20年。但短板也很明显,新农药创制、数智化研发、植保服务底子薄。共建实验室让我们补上了这块短板,从以前靠规模、靠成本吃饭的路子,逐步转向靠差异化产品开发和植保服务的新赛道。”曹杰道出了众多农药企业转型发展的心声。

  宋宝安分析指出,我国农药创制经历了低效高毒—高效高毒—高效低毒—绿色农药的发展过程,在分子靶标发现技术等方面与发达国家还存在差距。与此同时,我国农药行业面临着激烈的国际竞争,贸易壁垒、技术封锁、市场准入限制及跨国公司的研发优势、技术优势、品牌影响力带来了巨大压力,加快发展新质生产力是农药企业“突围”的关键路径。而发展农药新质生产力要把握“三个注重”,即注重科技创新的引领性、注重产业升级的引导性、注重新机制的前瞻性。

  “未来3至5年,我们定下了一系列清晰的目标:输出2到3套智能制造技术或装备,1到2套田间监测设备或技术,搭建智慧监测平台;创制1到2个自主绿色农药新品种,配套灭生性和选择性除草剂候选化合物;累计完成科研项目不少于5项、高水平论文3到5篇、高价值发明专利10件以上。”曹杰表示,希望实验室的成果能尽快惠及行业发展。兴发集团将持续优化农药产业布局,向植保综合服务商转型,也将从做强本地集群、引育人才、共享平台、提供示范样板四方面,推广实验室的协同创新模式,带动全行业从拼产能、拼成本,转向拼技术、拼绿色、拼产品的高质量发展赛道。


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