我國土壤改良專利技術發展態勢分析

蔣琳琳　周建強　金一鳴　葉子易　方海蘭　張敬沙

摘 要：該研究以incopat系統建立的土壤改良專利數據庫為基礎，采用專利計量學的統計分析方法，對我國近20年土壤改良技術專利數據結果進行了統計、分析和對比，直觀地展現了土壤改良技術專利的申請趨勢、主要申請人布局、法律狀態、地域發展差距、專利技術生命周期。另外，從IPC號及土壤改良細分領域的發展歷程角度分析了土壤改良技術的研究熱點和方向，以期為我國土壤改良技術的研究與應用提供參考。

關鍵詞：incopat;土壤;改良;專利

中圖分類號 S156文獻標識碼 A文章編號 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

據2013年我國第二次全國土地調查公報顯示，我國土壤質量相較于20世紀90年代整體下降嚴重，從20世紀90年代至今，我國已有面積超過356萬km2的水土流失，174萬km2的土地和草原沙化，近1億hm2的土地鹽漬化[1-2]。土壤退化嚴重、人均土地占有量少、土壤質量低等問題，嚴重影響著我國土壤的可持續發展[3-5]。近年來，隨著土壤污染防治法的頒布，土壤污染修復備受關注[6-8]。但受人多地少、地力貧瘠等的限制，土壤改良仍然是當今我國農業和生態環境領域的研究熱點。

專利文獻包含著與技術發展和技術創新相關的規范化數據。據統計，世界上90%～95%的技術創新可以在專利文獻中查到[9]，。專利文獻的數量和質量不僅能夠有效反映科學技術水平，而且是衡量一個國家創新能力和研發產出能力的關鍵性指標之一[10-12]。有學者指出，從專利文獻計量角度探討科學發展態勢是一種有效的途徑和方法[13-14]。目前，文獻計量學已經在土壤學科中得到了應用，如馬妍等[15]采用文獻計量學對重金屬污染土壤化學淋洗技術領域的國內外專利進行梳理，分析該領域的研究重點和熱點;吳嘉茵等[16]采用此方法分析我國有機污染場地土壤修復技術的發展與趨勢;但在土壤改良方面還未見相關研究。

為了解土壤改良技術領域在我國的發展態勢，本研究基于incopat土壤專利數據庫系統并結合文獻分析法、專利計量分析法，對我國土壤改良領域的專利文獻進行了分析，探討了該領域的研究現狀、研究熱點及發展趨勢，為提高我國土壤質量提供參考。

1 數據來源及研究方法

1.1 數據來源 以北京合享智慧科技有限公司的incopat系統作為大數據平臺，設置檢索詞：“土壤”OR“土地”OR“土質”OR“種植土”OR“綠化土”OR“田地”AND“改良”OR“調理”，進行土壤改良基礎數據的收集，通過IPC分類號批量去噪，再經過逐條閱讀人工去噪，剔除無關專利數據，獲得土壤改良專利專業庫。本文在已建立的土壤改良專利專業庫中輸入專利公開國CN，對1999年1月至2018年12月20年間中國申請的土壤改良專利進行檢索，經過篩選過濾后得到11023件土壤改良專利樣本。由于專利從申請到授權整個流程通常需要1～3年的時間，故2019年至今的專利數據未計入統計分析。

1.2 研究方法 主要采用專利計量分析法進行分析。將經過數據去噪、清洗的專利樣本信息導入Excel中構建信息庫，利用該軟件繪圖功能，從土壤改良專利申請總體趨勢、技術分析方面進行定量分析和定性分析，客觀獲得土壤改良領域的研究現狀及發展趨勢等信息。

2 結果與分析

2.1 專利申請總體趨勢

2.1.1 專利申請數量年度變化趨勢 在土壤改良領域，我國自1999年1月至2018年12月共計申請專利11023件，具體申請趨勢見圖1。由圖1可知，1999—2007年我國土壤改良專利申請量增速較為緩慢，年平均專利增加量約為8件。雖然我國早在20世紀50年代就開始運用各種技術開展了大規模的土壤改良，但由于缺乏專利保護意識，導致專利申請量較少。2008—2011年，土壤改良專利申請量的增長幅度緩慢上升，年平均專利增加量約為69件。2012—2017年，專利申請量呈高速增長的趨勢，年平均專利增加量約為296件。專利申請量大幅度增長的原因主要與我國加入世界貿易組織（WTO）和國家知識產權戰略的實施以及土壤污染防治各項政策的出臺息息相關，同時也表明土壤工作者的知識產權意識和創新能力不斷提高，使得專利申請數量突飛猛進。

2.1.2 專利申請法律狀態 專利申請法律狀態中撤回、專利終止、駁回以及放棄的專利申請構成無效的專利申請，處于授權狀態且在有效期內的專利申請構成有效專利申請，實質審查中的專利申請及受理公開的專利申請構成審中的專利申請。對1999—2018年土壤改良領域相關專利法律狀態分析見圖2，總共11023項專利中，審中專利4209項，占比38%;失效專利3956項，占比36%;而有效專利2858項，僅占比26%。由此可見，我國土壤改良領域內失效的專利數量較多，而在失效的專利申請中，撤回專利申請占比高達46%，權力終止占比28%，駁回專利占比25%，放棄的專利占比1%。這也表明我國土壤改良技術領域專利技術實力不夠，達不到授權標準或是保護意識不強，相當大比例專利申請撤回、駁回或放棄;另一方面也表明經授權的專利未得到良好的維護和轉化應用，壽命較短。這也是進一步驗證教育部在2020年2月21日發布的《教育部 國家知識產權 科技部關于提升高等學校專利質量促進轉化運用若干意見》的必要性，與土壤改良相關的專利也亟待提高質量水平。

2.1.3 專利申請人類型 1999—2018年我國土壤改良技術領域主要申請人類型趨勢見圖3。由圖3可知，1999—2008年專利申請人主要以高校及科研單位、個人為主，約占10年間專利申請總量的80%。說明在此期間我國土壤改良領域專利主要以理論基礎為主，缺乏實際應用。而2009—2013年，企業專利申請量開始反超高校及科研單位，約占5年間專利申請量的42%，在2014—2018年，企業專利申請量持續飛速增長，占比增加至57%。該數據表明，在2009年以后，我國土壤改良領域主要以企業申請為主，企業自主創新發明是我國土壤改良領域的中堅力量，在成果轉化與市場推廣方面占據重要地位，提高了成果轉化率，有利于發揮專利價值。當然，企業之所以專利占比高，也可能與我國高新企業申報需要一定數量的專利要求有直接關系，導致企業專利虛高的不利現象。

2.1.4 主要申請人及申請地域 我國土壤改良技術領域排名前10位的主要申請人專利申請情況見表1，專利申請量主要地域分布情況見圖4。結合表1及圖4可以看出，主要申請人排名前3位的均為山東省企業，其中山東勝偉園林科技有限公司申請專利數量位居第1位，共計317件，占10名申請人專利申請總量的33%，且其專利申請內容多與鹽堿地相關，同時山東省在全國范圍內專利申請量亦排名第1位。山東省作為農業大省，鹽堿地面積占山東總面積的3.78%，制約著土地的利用及農業的發展[17]。土壤改良專利申請人及申請量居于首位，與山東省大力發展農業，加大土地利用率的政策密不可分。

進一步分析表1內容，在專利分析時間段內，高校及科研單位最早開展土壤改良領域的研究，其中，中國科學院沈陽應用生態研究所是土壤改良領域的先行者，清華大學有效性專利占比最高，達60%，雖然幾乎每年均有專利申請，但專利申請量整體增長緩慢，以致企業專利申請量后來居上。在排名前10位的申請人中，企業在土壤改良領域自主創新最早開始于2014年，僅4年時間，山東勝偉園林科技有限公司及濰坊友容實業有限公司已成為領域內的佼佼者。雖然企業專利整體申請量飛速提升，但失效專利占比較大，山東勝景旅游發展有限公司失效專利占比高達61%，這也提醒企業在進行自主創新時不僅僅關注數量，更應注重專利的質量與維護。

進一步分析圖4可知，在排名前10位的省份中，包含華東地區4個省份，華北、華南地區2個省份，西南和東北各1個省份，西北地區各省份未進入排名。此外，排名前10份的省份專利申請量整體差距也較明顯，第1名山東省與第10名遼寧省相差1323件。由此可見，我國土壤改良領域主要創新技術較為集中，各省份發展不平衡，除與各地區經濟發展水平相關，還與各省份土地狀況密不可分。

2.2 專利技術分析

2.2.1 技術構成發展趨勢 我國土壤改良領域近20年的排名前10位的技術構成發展趨勢見圖5。由圖5可知，排名前10位的大組依次為：C05G3（1種或多種肥料與無特殊肥效組分的混合物）、C09K17（土壤調節材料或土壤穩定材料）、A01B79（整地方法）、C09K101（農業用途）、C05F17（以堆制肥料步驟為特征的肥料的制備）、A01G1（園藝;蔬菜的栽培）、C05G1（分屬于C05大類下各小類中肥料的混合物）、C09K109（調節pH）、A01C21（施肥方法）、A01G17（啤酒花、葡萄、果樹或類似樹木的栽培）。

C05G3專利數量約占排名前10位大組的36%，表明我國土壤改良領域技術構成主要集中于C05G3。雖然在1999年我國專利申請人就已經在C05G3、C09K17、A01B79、C09K101、A01G1、C05G1領域提出了專利申請，但在2008年以前發展均極為緩慢，這主要是由于我國知識產權意識較為薄弱及對土壤環境質量問題重視度較低造成的。2008年，國家頒布實施知識產權戰略，召開了第1次全國性的土壤污染防治工作會議，此后C05G3領域發展勢頭迅猛，專利申請量快速增長，并位居各領域之首。C09K17、A01B79、C09K101領域發展態勢稍弱于C05G3，但其專利申請量亦隨時間快速增長，在土壤改良領域占據主要地位，而C05G1領域的專利申請亦在1999年就已有提出，主要是利用化學方法制造加工制成肥料，如氮肥、磷肥、鉀肥等無機肥料，雖然能有效提升土壤肥力，但也導致土壤板結、營養失調等問題[18]。因此，該領域發展相對緩慢，漸漸被其他領域超越。C09K109、A01C21、A01G17領域起步較晚，截至2006年，C09K109領域僅有1個專利申請，A01C21領域僅有4個專利申請，A01G17領域僅有1個專利申請，但截至2018年，三者的專利申請量分別為856件、690件、660件，發展勢頭不容小覷。

進一步深入統計分析，發現我國土壤改良領域專利與肥料相關的有4大組：C05G3、C05F17、C05G1、A01C21;與土壤調節材料相關的有3大組：C09K17、C09K101、C09K109;與園藝栽培及某種植物種植的有2大組：A01G1、A01G17;與整地方法相關的有1大組：A01B79。這說明，肥料在農、林業等生產中占據著重要作用。由此可見，目前我國土壤改良領域主要的創新發展方向為采用多功能肥料進行土壤改良。

2.2.2 土壤改良細分領域分析 根據土壤改良的主要覆蓋領域及改良土壤類型，可將其細分為酸堿土壤、鹽堿土壤、物理性質退化土壤、貧瘠土壤、沙漠化土壤及特定植物種植土壤。對我國1999—2018年土壤改良細分領域分析見圖6。由圖6可知，1999—2007年各細分領域土壤改良專利申請量較少，發展極為緩慢，研究熱點不明顯。2008—2011年研究熱點開始顯現，主要集中在鹽堿土壤及某種植物種植土壤。自2012年以后，這2種細分領域呈逐年變熱的趨勢，截至2017年，其專利申請量占比達到69%。

鹽堿土壤領域專利申請量的大幅增長，與我國耕地面積變化息息相關。在2008年以前，我國耕地面積下降趨勢較快，但未引起足夠的警覺，同年發布的《全國土地利用總體規劃綱要（2006—2020）》，提出“堅守18億畝耕地紅線”，在2017年發布的《全國國土規劃綱要（2016—2030年）》再次提出，“2030年耕地保有量保持在18.25億畝以上”。在此背景下，鹽堿地作為我國重要的后備耕地戰略資源，為提高耕地面積、加大土地利用率，鹽堿土改良成為當下研究的熱點。

特定植物種植領域專利申請量在2012年以后持續高速增長，這可能與現代化、精細化農業的發展密不可分，尤其是在政府提出大力發展有機農業、綠色農業的戰略號召后，使得科學種植成為農業的新風尚，根據特定植物不同時期生長特性開發針對性的土壤改良越來越受到關注。

2.2.3 技術生命周期 美國的研究員坎貝爾R.開發了一種技術生命周期圖，他把技術周期分為以下4個階段：新興、發展、成熟和老化[19-20]。可通過技術生長率系數、技術成熟系數、技術衰老系數和新技術特征系數來表示[21-22]，各系數計算公式及含義見表2。

通過計算獲得我國土壤改良專利申請的技術生長率、技術成熟系數、技術衰老系數和新技術特征系數，其結果見圖7。由于專利申請流程通常需要1～3年的時間，故2018年的數據比實際數據偏低，該年計算所得系數僅供參考，不與其他年份進行比較。由圖7可知，2014—2017年技術生長率呈逐漸增大上升的趨勢，顯示該領域正處于快速發展階段。技術成熟系數變化較小，但每年以小幅度增加，進一步顯示該領域處于發展階段。在檢索庫中，2014—2018年未檢索到我國土壤改良領域有外觀專利的申請，技術衰老系數為1，表明我國土壤改良領域技術未出現技術衰老的特征。新技術特征系數的變化趨勢與技術生長率一致，呈逐年增加的趨勢，這說明我國土壤改良領域技術屬于新技術范疇。

3 結論與建議

（1）近10年，我國土壤改良領域相關專利申請量較前10年呈快速增加的趨勢，尤其是2012年以后呈高速增長趨勢。這主要得益于我國民眾知識產權意識的提升及相關土壤政策的出臺。但專利申請中失效比例較大，在一定程度上造成了資源的浪費，因此，今后應注重申請專利的質量和后期維護及轉化應用。

（2）專利申請主體主要分為企業、個人、高校、科研單位、機關團體5種類型，其中以企業申請量最高，但有可能是申請高新技術企業專利數量要求導致的虛高。各省份土壤改良技術實力差距懸殊，發展不平衡，主要創新技術集中在我國華東地區，西北地區最為薄弱。

（3）目前，我國土壤改良領域關注的技術熱點為C05G3、C09K17及A01B79，但由于多功效肥料、土壤調節材料和應用后評估都缺乏相應的規范標準，為此，建議相關部門加大相應規范標準建立的力度。

（4）根據土壤改良所覆蓋的領域及改良土壤類型細分為酸堿土壤、鹽堿土壤、物理性質退化土壤、貧瘠土壤、沙漠化土壤及特定植物種植土壤6種，鹽堿土和特定植物種植為當前的主要研究領域。但由于我國土壤質量整體不容樂觀，今后還需加大其他領域的技術開發及應用。

（5）當前，我國土壤改良技術正處在蓬勃發展階段，技術生長率與新技術特征系數穩步上升，發展前景十分廣闊。各相關企業及單位應抓住機遇，制定合理有效的專利開發創新戰略，提升市場競爭力。

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（責編：張宏民）