我国土壤改良专利技术发展态势分析
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作者:蒋琳琳 周建强 金一鸣 叶子易 方海兰 张敬沙
摘 要：该研究以incopat系统建立的土壤改良专利数据库为基础，采用专利计量学的统计分析方法，对我国近20年土壤改良技术专利数据结果进行了统计、分析和对比，直观地展现了土壤改良技术专利的申请趋势、主要申请人布局、法律状态、地域发展差距、专利技术生命周期。另外，从IPC号及土壤改良细分领域的发展历程角度分析了土壤改良技术的研究热点和方向，以期为我国土壤改良技术的研究与应用提供参考。
关键词：incopat;土壤;改良;专利
中图分类号 S156 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2020）08-0117-05
Abstract： Based on the soil improvement patent database established by the incopat system， this paper uses statistical method of patent metrology to carry out statistics， analysis and comparison the patent data of soil improvement technology in China in the past 20 years. The result intuitively shows the application trend of soil improvement patents， the layout of main applicants， legal status， regional development gaps， and the life cycle of patent technologies. In the meantime， this paper also analyzes research hotspots and directions of soil improvement from the perspective of IPC number and the development succession in the field of soil improvement subdivision to provide reference for the research and application of soil improvement in China in the future.
Key words： Incopat; Soil; improvement; Patent
据2013年我国第二次全国土地调查公报显示，我国土壤质量相较于20世纪90年代整体下降严重，从20世纪90年代至今，我国已有面积超过356万km2的水土流失，174万km2的土地和草原沙化，近1亿hm2的土地盐渍化[1-2]。土壤退化严重、人均土地占有量少、土壤质量低等问题，严重影响着我国土壤的可持续发展[3-5]。近年来，随着土壤污染防治法的颁布，土壤污染修复备受关注[6-8]。但受人多地少、地力贫瘠等的限制，土壤改良仍然是当今我国农业和生态环境领域的研究热点。
专利文献包含着与技术发展和技术创新相关的规范化数据。据统计，世界上90%～95%的技术创新可以在专利文献中查到[9]，。专利文献的数量和质量不仅能够有效反映科学技术水平，而且是衡量一个国家创新能力和研发产出能力的关键性指标之一[10-12]。有学者指出，从专利文献计量角度探讨科学发展态势是一种有效的途径和方法[13-14]。目前，文献计量学已经在土壤学科中得到了应用，如马妍等[15]采用文献计量学对重金属污染土壤化学淋洗技术领域的国内外专利进行梳理，分析该领域的研究重点和热点;吴嘉茵等[16]采用此方法分析我国有机污染场地土壤修复技术的发展与趋势;但在土壤改良方面还未见相关研究。
为了解土壤改良技术领域在我国的发展态势，本研究基于incopat土壤专利数据库系统并结合文献分析法、专利计量分析法，对我国土壤改良领域的专利文献进行了分析，探讨了该领域的研究现状、研究热点及发展趋势，为提高我国土壤质量提供参考。
1 数据来源及研究方法
1.1 数据来源 以北京合享智慧科技有限公司的incopat系统作为大数据平台，设置检索词：“土壤”OR“土地”OR“土质”OR“种植土”OR“绿化土”OR“田地”AND“改良”OR“调理”，进行土壤改良基础数据的收集，通过IPC分类号批量去噪，再经过逐条阅读人工去噪，剔除无关专利数据，获得土壤改良专利专业库。本文在已建立的土壤改良专利专业库中输入专利公开国CN，对1999年1月至2018年12月20年间中国申请的土壤改良专利进行检索，经过筛选过滤后得到11023件土壤改良专利样本。由于专利从申请到授权整个流程通常需要1～3年的时间，故2019年至今的专利数据未计入统计分析。
1.2 研究方法 主要采用专利计量分析法进行分析。将经过数据去噪、清洗的专利样本信息导入Excel中构建信息库，利用该软件绘图功能，从土壤改良专利申请总体趋势、技术分析方面进行定量分析和定性分析，客观获得土壤改良领域的研究现状及发展趋势等信息。
2 结果与分析
2.1 专利申请总体趋势
2.1.1 专利申请数量年度变化趋势 在土壤改良领域，我国自1999年1月至2018年12月共计申请专利11023件，具体申请趋势见图1。由图1可知，1999—2007年我国土壤改良专利申请量增速较为缓慢，年平均专利增加量约为8件。虽然我国早在20世纪50年代就開始运用各种技术开展了大规模的土壤改良，但由于缺乏专利保护意识，导致专利申请量较少。2008—2011年，土壤改良专利申请量的增长幅度缓慢上升，年平均专利增加量约为69件。2012—2017年，专利申请量呈高速增长的趋势，年平均专利增加量约为296件。专利申请量大幅度增长的原因主要与我国加入世界贸易组织（WTO）和国家知识产权战略的实施以及土壤污染防治各项政策的出台息息相关，同时也表明土壤工作者的知识产权意识和创新能力不断提高，使得专利申请数量突飞猛进。 2.1.2 专利申请法律状态 专利申请法律状态中撤回、专利终止、驳回以及放弃的专利申请构成无效的专利申请，处于授权状态且在有效期内的专利申请构成有效专利申请，实质审查中的专利申请及受理公开的专利申请构成审中的专利申请。对1999—2018年土壤改良领域相关专利法律状态分析见图2，总共11023项专利中，审中专利4209项，占比38%;失效专利3956项，占比36%;而有效专利2858项，仅占比26%。由此可见，我国土壤改良领域内失效的专利数量较多，而在失效的专利申请中，撤回专利申请占比高达46%，权力终止占比28%，驳回专利占比25%，放弃的专利占比1%。这也表明我国土壤改良技术领域专利技术实力不够，达不到授权标准或是保护意识不强，相当大比例专利申请撤回、驳回或放弃;另一方面也表明经授权的专利未得到良好的维护和转化应用，寿命较短。这也是进一步验证教育部在2020年2月21日发布的《教育部 国家知识产权 科技部关于提升高等学校专利质量促进转化运用若干意见》的必要性，与土壤改良相关的专利也亟待提高质量水平。
2.1.3 专利申请人类型 1999—2018年我国土壤改良技术领域主要申请人类型趋势见图3。由图3可知，1999—2008年专利申请人主要以高校及科研单位、个人为主，约占10年间专利申请总量的80%。说明在此期间我国土壤改良领域专利主要以理论基础为主，缺乏实际应用。而2009—2013年，企业专利申请量开始反超高校及科研单位，约占5年间专利申请量的42%，在2014—2018年，企业专利申请量持续飞速增长，占比增加至57%。该数据表明，在2009年以后，我国土壤改良领域主要以企业申请为主，企业自主创新发明是我国土壤改良领域的中坚力量，在成果转化与市场推广方面占据重要地位，提高了成果转化率，有利于发挥专利价值。当然，企业之所以专利占比高，也可能与我国高新企业申报需要一定数量的专利要求有直接关系，导致企业专利虚高的不利现象。
2.1.4 主要申请人及申请地域 我国土壤改良技术领域排名前10位的主要申请人专利申请情况见表1，专利申请量主要地域分布情况见图4。结合表1及图4可以看出，主要申请人排名前3位的均为山东省企业，其中山东胜伟园林科技有限公司申请专利数量位居第1位，共计317件，占10名申请人专利申请总量的33%，且其专利申请内容多与盐碱地相关，同时山东省在全国范围内专利申请量亦排名第1位。山东省作为农业大省，盐碱地面积占山东总面积的3.78%，制约着土地的利用及农业的发展[17]。土壤改良专利申请人及申请量居于首位，与山东省大力发展农业，加大土地利用率的政策密不可分。
进一步分析表1内容，在专利分析时间段内，高校及科研单位最早开展土壤改良领域的研究，其中，中国科学院沈阳应用生态研究所是土壤改良领域的先行者，清华大学有效性专利占比最高，达60%，虽然几乎每年均有专利申请，但专利申请量整体增长缓慢，以致企业专利申请量后来居上。在排名前10位的申请人中，企业在土壤改良领域自主创新最早开始于2014年，仅4年时间，山东胜伟园林科技有限公司及潍坊友容实业有限公司已成为领域内的佼佼者。虽然企业专利整体申请量飞速提升，但失效专利占比较大，山东胜景旅游发展有限公司失效专利占比高达61%，这也提醒企业在进行自主创新时不仅仅关注数量，更应注重专利的质量与维护。
进一步分析图4可知，在排名前10位的省份中，包含华东地区4个省份，华北、华南地区2个省份，西南和东北各1个省份，西北地区各省份未进入排名。此外，排名前10份的省份专利申请量整体差距也较明显，第1名山东省与第10名辽宁省相差1323件。由此可见，我国土壤改良领域主要创新技术较为集中，各省份发展不平衡，除与各地区经济发展水平相关，还与各省份土地状况密不可分。
2.2 专利技术分析
2.2.1 技术构成发展趋势 我国土壤改良领域近20年的排名前10位的技术构成发展趋势见图5。由图5可知，排名前10位的大组依次为：C05G3（1种或多种肥料与无特殊肥效组分的混合物）、C09K17（土壤调节材料或土壤稳定材料）、A01B79（整地方法）、C09K101（农业用途）、C05F17（以堆制肥料步骤为特征的肥料的制备）、A01G1（园艺;蔬菜的栽培）、C05G1（分属于C05大类下各小类中肥料的混合物）、C09K109（调节pH）、A01C21（施肥方法）、A01G17（啤酒花、葡萄、果树或类似树木的栽培）。
C05G3专利数量约占排名前10位大组的36%，表明我国土壤改良领域技术构成主要集中于C05G3。虽然在1999年我国专利申请人就已经在C05G3、C09K17、A01B79、C09K101、A01G1、C05G1領域提出了专利申请，但在2008年以前发展均极为缓慢，这主要是由于我国知识产权意识较为薄弱及对土壤环境质量问题重视度较低造成的。2008年，国家颁布实施知识产权战略，召开了第1次全国性的土壤污染防治工作会议，此后C05G3领域发展势头迅猛，专利申请量快速增长，并位居各领域之首。C09K17、A01B79、C09K101领域发展态势稍弱于C05G3，但其专利申请量亦随时间快速增长，在土壤改良领域占据主要地位，而C05G1领域的专利申请亦在1999年就已有提出，主要是利用化学方法制造加工制成肥料，如氮肥、磷肥、钾肥等无机肥料，虽然能有效提升土壤肥力，但也导致土壤板结、营养失调等问题[18]。因此，该领域发展相对缓慢，渐渐被其他领域超越。C09K109、A01C21、A01G17领域起步较晚，截至2006年，C09K109领域仅有1个专利申请，A01C21领域仅有4个专利申请，A01G17领域仅有1个专利申请，但截至2018年，三者的专利申请量分别为856件、690件、660件，发展势头不容小觑。
进一步深入统计分析，发现我国土壤改良领域专利与肥料相关的有4大组：C05G3、C05F17、C05G1、A01C21;与土壤调节材料相关的有3大组：C09K17、C09K101、C09K109;与园艺栽培及某种植物种植的有2大组：A01G1、A01G17;与整地方法相关的有1大组：A01B79。这说明，肥料在农、林业等生产中占据着重要作用。由此可见，目前我国土壤改良领域主要的创新发展方向为采用多功能肥料进行土壤改良。 2.2.2 土壤改良细分领域分析 根据土壤改良的主要覆盖领域及改良土壤类型，可将其细分为酸碱土壤、盐碱土壤、物理性质退化土壤、贫瘠土壤、沙漠化土壤及特定植物种植土壤。对我国1999—2018年土壤改良细分领域分析见图6。由图6可知，1999—2007年各细分领域土壤改良专利申请量较少，发展极为缓慢，研究热点不明显。2008—2011年研究热点开始显现，主要集中在盐碱土壤及某种植物种植土壤。自2012年以后，这2种细分领域呈逐年变热的趋势，截至2017年，其专利申请量占比达到69%。
盐碱土壤领域专利申请量的大幅增长，与我国耕地面积变化息息相关。在2008年以前，我国耕地面积下降趋势较快，但未引起足够的警觉，同年发布的《全国土地利用总体规划纲要（2006—2020）》，提出“堅守18亿亩耕地红线”，在2017年发布的《全国国土规划纲要（2016—2030年）》再次提出，“2030年耕地保有量保持在18.25亿亩以上”。在此背景下，盐碱地作为我国重要的后备耕地战略资源，为提高耕地面积、加大土地利用率，盐碱土改良成为当下研究的热点。
特定植物种植领域专利申请量在2012年以后持续高速增长，这可能与现代化、精细化农业的发展密不可分，尤其是在政府提出大力发展有机农业、绿色农业的战略号召后，使得科学种植成为农业的新风尚，根据特定植物不同时期生长特性开发针对性的土壤改良越来越受到关注。
2.2.3 技术生命周期 美国的研究员坎贝尔R.开发了一种技术生命周期图，他把技术周期分为以下4个阶段：新兴、发展、成熟和老化[19-20]。可通过技术生长率系数、技术成熟系数、技术衰老系数和新技术特征系数来表示[21-22]，各系数计算公式及含义见表2。
通过计算获得我国土壤改良专利申请的技术生长率、技术成熟系数、技术衰老系数和新技术特征系数，其结果见图7。由于专利申请流程通常需要1～3年的时间，故2018年的数据比实际数据偏低，该年计算所得系数仅供参考，不与其他年份进行比较。由图7可知，2014—2017年技术生长率呈逐渐增大上升的趋势，显示该领域正处于快速发展阶段。技术成熟系数变化较小，但每年以小幅度增加，进一步显示该领域处于发展阶段。在检索库中，2014—2018年未检索到我国土壤改良领域有外观专利的申请，技术衰老系数为1，表明我国土壤改良领域技术未出现技术衰老的特征。新技术特征系数的变化趋势与技术生长率一致，呈逐年增加的趋势，这说明我国土壤改良领域技术属于新技术范畴。
3 结论与建议
（1）近10年，我国土壤改良领域相关专利申请量较前10年呈快速增加的趋势，尤其是2012年以后呈高速增长趋势。这主要得益于我国民众知识产权意识的提升及相关土壤政策的出台。但专利申请中失效比例较大，在一定程度上造成了资源的浪费，因此，今后应注重申请专利的质量和后期维护及转化应用。
（2）专利申请主体主要分为企业、个人、高校、科研单位、机关团体5种类型，其中以企业申请量最高，但有可能是申请高新技术企业专利数量要求导致的虚高。各省份土壤改良技术实力差距悬殊，发展不平衡，主要创新技术集中在我国华东地区，西北地区最为薄弱。
（3）目前，我国土壤改良领域关注的技术热点为C05G3、C09K17及A01B79，但由于多功效肥料、土壤调节材料和应用后评估都缺乏相应的规范标准，为此，建议相关部门加大相应规范标准建立的力度。
（4）根据土壤改良所覆盖的领域及改良土壤类型细分为酸碱土壤、盐碱土壤、物理性质退化土壤、贫瘠土壤、沙漠化土壤及特定植物种植土壤6种，盐碱土和特定植物种植为当前的主要研究领域。但由于我国土壤质量整体不容乐观，今后还需加大其他领域的技术开发及应用。
（5）当前，我国土壤改良技术正处在蓬勃发展阶段，技术生长率与新技术特征系数稳步上升，发展前景十分广阔。各相关企业及单位应抓住机遇，制定合理有效的专利开发创新战略，提升市场竞争力。
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（责编：张宏民）
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