基于專利信息分析的農藥霧滴行為調控研究現狀

徐德進 徐廣春 徐鹿 王聰博 胡雙女 顧中言 邱白晶

摘要：從專利技術角度分析國內外有關農藥霧滴行為調控的研究現狀，明確農藥霧滴行為調控研究領域熱點及發展趨勢。利用IncoPat 專利數據檢索平臺工具，從申請地域、申請人、專利類型及法律狀態、申請年度、專利技術構成等多個層面對農藥霧滴行為調控的專利信息進行分析。研究發現，美國、日本以及我國是申請量排名前3的國家，其中我國的專利申請量占有絕對優勢，占全球專利申請總量的43%。專利申請量排名前5的申請人分別為江蘇大學、山東農業大學、華南農業大學、阿克蘇諾貝爾公司、農業農村部南京農業機械化研究所。農藥霧滴行為調控技術相關專利主要集中在A01M7、A01N25、B05B1等技術類型，分別占全球專利申請總量的33.62%、24.57%、11.88%。霧滴沉積測量技術、基于圖像和可視化分析的霧滴擴散分布測量裝置和方法、農藥噴霧霧滴性能檢測方法、霧滴碰撞試驗裝置和方法類專利年申請量呈現連續的增加趨勢，正成為該領域研究的新興熱點。農藥霧滴行為調控技術在全球范圍內和我國國內均處于快速發展階段，但我國高校和科研院所偏向于理論方法研究，在產品創制及應用等方面與國外跨國公司還有較大差距。

關鍵詞：農藥;霧滴;行為;調控;專利信息;IncoPat

中圖分類號：S491 ??文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）18-0001-06

收稿日期：2020-12-31

基金項目：江蘇省自然科學基金（編號：BK20191240）。

作者簡介：徐德進（1980—），男，江蘇鹽城人，碩士，副研究員，主要從事農藥高效使用技術研究。Tel：（025）84390403;E-mail：jaasxdj@jaas.ac.cn。

對不同施藥場景下農藥劑量的傳輸規律和高效利用機制的認識不足是導致農藥超量使用的重要原因[1]。葉面噴施農藥是一個復雜過程，包括藥液混合、藥液霧化、霧滴向靶飛行、霧滴與靶面撞擊、形成沉積、向作用部位運動和穿透、產生生物效應等多個環節[2]。對農藥噴施過程的科學管理，是實現農藥減量施用的關鍵途徑，其中有關農藥霧滴行為調控的研究現狀和發展趨勢備受關注。

農藥霧滴撞擊葉面后的細微界面行為屬于霧滴群在氣液兩相流場中的界面追蹤捕捉問題，撞擊行為受霧滴的物化性質、撞擊前霧滴的動力特性、靶標葉片的微結構以及霧滴沉積時環境影響等因素影響[3]。Cao等研究發現，溶液中吐溫-80濃度增加，苯醚甲環唑納米顆粒溶液的黏附力增加，并與液滴在水稻及甘藍葉片上的彈跳高度呈顯著負相關[4-5]。Williams等試驗發現，添加高分子聚合物，液滴的拉伸黏度和弛豫時間增加，液滴在豌豆葉片表面的反彈距離明顯減小[6]。利用2臺高速數碼攝像機，賈衛東等對噴霧液滴撞擊大豆葉片表面的行為特性做了測試與分析，結果表明在同一粒徑和撞擊角度下，液滴撞擊速度越高形成的霧滴鋪展面積越大，消耗的鋪展時間也越長[7]。Wise等比較了2種霧滴粒徑噴頭葡萄園噴霧的沉積效果，發現采用小霧滴粒徑噴頭噴霧葡萄葉片表面的農藥沉積量更高，在相同農藥劑量下的防治效果更理想[8]。王沛等的研究證實，蠟質和粗糙葉片表面的農藥沉積量都是隨著霧滴粒徑增大而減小[9]。Lin等研究表明，黏度在0.9～397.8 mPa·s范圍內的液滴在親水界面、疏水界面及超疏水界面撞擊行為有顯著差異，尤其是在超疏水界面上，液滴撞擊后的形態有多種變化[10]。研究人員通過研究農藥霧滴撞擊植物表面的微觀行為，通過調節藥液表面張力、黏度、霧滴撞擊速度、角度及溫濕度等因子，影響農藥霧滴在植物葉片表面彈跳、鋪展、黏附行為來增加農藥沉積，提出了多種提高農藥使用效率的技術和方法，并進行專利技術保護。

專利情報分析是通過技術手段對某個領域的專利信息進行跟蹤查詢、分類提取、組合匯總，分析該技術領域研究趨勢及競爭對手現狀，以獲得研究優勢的競爭性情報活動[11]。把公開渠道獲得的專利數據轉變為精練的專利情報能有效地提高科研機構及研發企業研究選題的針對性，為建立技術競爭優勢奠定前期基礎[12]。本研究通過對現有農藥霧滴行為調控方面專利信息的分析，了解國內外研究態勢、發展趨勢、研究熱點及優勢研究機構，以期為農藥減施增效技術的開發和相關產品的創制提供參考。

1 材料與方法

1.1 數據來源

本研究采用合享新創IncoPat[13]專利數據檢索平臺和各國知識產權局政府網站專利檢索平臺作為數據源，采集1910—2020年110年間的專利信息。需要說明的是實用新型專利和外觀設計專利在申請后6個月左右公開，一般發明專利在申請后3～18個月公開，而PCT專利申請可能自申請日起30個月甚至更長時間之后才能進入國家階段，所以2018—2020年間的專利申請量為不完全統計。

1.2 數據分析方法

以“霧滴行為調控”為主題，以“霧滴”“蒸發”“鋪展”“展布”“漂移”“黏著”“彈跳”“碰撞”“變形”“破裂”“持留”“表面活性劑”“農藥”等關鍵詞進行檢索，專利下載后再人工逐條檢查專利內容，進行數據篩選，去除不符合研究目的的專利信息，保證專利分析檢索信息的廣度及精度。對采集的專利信息數據，利用 PIAS 專利信息分析系統（北京中獻智泉信息技術有限公司）和 Excel 軟件進行定性、定量統計分析，并對專利年、地區、機構、技術領域、專利類型、專利申請量、申請人、申請地域以及 IPC 技術分類信息等進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 農藥霧滴行為調控研究專利來源地域及發展趨勢分析

合享新創IncoPat專利數據檢索平臺收錄了120個國家、組織或地區超過1.4億件的專利信息。以“霧滴行為調控”為主題內容，共檢索出相關專利1 632篇，申請號合并后確定為1 380篇。該領域的專利主要申請國家以及申請量如圖1所示。從全球范圍來看，在限定的植保領域內霧滴行為調控技術相關專利申請量最多的國家是中國，其次是美國和日本，分別有618、211、88件。我國在該領域的專利申請量占有絕對優勢，是位于排名第2的美國的近3倍。 世界知識產權組織與日本的專利申請數量一樣，為88件;歐洲專利局的專利申請數量為46件。

由圖2可以進一步看出，近20年來我國在該領域的發展態勢良好。結合全球專利申請趨勢可以看出，雖然國外在農藥霧滴行為調控領域起步較早，但近年來發展后勁不足，尤其是俄羅斯、英國、法國、德國和韓國，在近5年幾乎都沒有相關專利的申請。經進一步分析，我國申請人申請的專利約占全球專利申請總量的43%，我國已經成為該技術領域主要的目標市場國和技術來源國。專利申請量排名前10的其他地域中，美國在近20年有持續的相關專利申請，且年申請量在近幾年也有增加趨勢。

2.2 農藥霧滴行為調控研究專利公開類型和當前法律狀態分析

由圖3可以看出，全球專利公開類型中，發明專利占85.22%，實用新型占13.48%，外觀設計占014%。由圖4可知，有效專利占22.46%，審中專利占15.94%，失效專利占45.72%，其中授權后失效占2.17%。對失效專利進行具體分析，授權后放棄專利權專利數量占比為21.55%，未交年費失效專利數量占比為17.27%，授權后失效專利數量占比為7.92%，因撤回失效的專利數量占比為777%，未授權失效專利數量占比為6.02%，因駁回失效的專利數量占比為5.23%，未授權放棄專利權專利數量占比為4.28%，避重放棄失效專利數量占比143%，期限屆滿失效專利數量占比為143%，其他原因失效專利數量占比為27.10%。

2.3 農藥霧滴行為調控研究專利年度間申請趨勢

由圖5可以看出，農藥霧滴行為調控技術研發起步時間較早，在1944年就有技術人員申請了相關專利。1940年至1970年間處于研究起步階段，相關專利年申請量在10篇以下。1970年到2000年間，該領域的研究進入緩慢發展階段，專利年申請量呈現起伏上升趨勢。2000年以后，農藥霧滴行為調控研究進入快速發展階段。

由圖6可以看出，農業和植保等領域內農藥霧滴行為調控技術研發在中國的起步時間相對較晚，第1篇相關專利申請于1985年。1985年至2005年間，該技術在我國處于起步階段;2010年之后，處于快速發展階段;且在2013年之后， 專利申請數量急劇上升。

2.4 農藥霧滴行為調控研究專利申請人分析

由圖7可知，霧滴行為調控技術相關專利申請排名前15位的申請人中，我國申請人有10位，且10位申請人中有6家高校、4家研究院所，沒有中國企業進入到排名中;其他5家國外申請人均為企業。專利申請量排名前5的申請人分別為江蘇大學、山東農業大學、華南農業大學、阿克蘇諾貝爾公司、農業農村部南京農業機械化研究所。結合圖8可以看出，江蘇大學和華南農業大學從2013年開始有相關專利的申請，且近年來年申請量呈增加趨勢，上述2個申請人在該技術領域近年來有持續的研發投入，每年的研發投入還有所增加，該技術領域可能是2校的研發重點和熱點之一。山東農業大學從2001年就有相關專利申請，從2011年開始有專利的連續產出，但每年的專利產出量變化不大。農業農村部南京農業機械化研究所在2014年到2018年間有較為密集的專利申請，但近3年專利申請量為0，可能是該申請人的專利公開存在延遲，也可能是該申請人近3年并沒有相關專利申請，該技術已經不是該校的研發重點。

對江蘇大學、阿克蘇諾貝爾公司、溫菲爾德解決方案公司專利申請情況進行進一步詳細分析。江蘇大學專利申請量排名第1，從2011年開始每年均有相關專利的申請，截至檢索日共申請相關專利36件。該校36件相關專利均為中國專利，并沒有進行專利地域布局。該校的36件專利中有30件專利為液體噴射裝置和設備類技術，5件為霧滴行為檢測類技術，1件為材料類技術。該校在該技術領域更關注設備類技術的研發，檢測類技術和材料類技術研發相對薄弱。阿克蘇諾貝爾公司是荷蘭一家大型的跨國化工公司，相關專利申請總量排名第4，共申請29件。該公司從1961年開始就有相關專利的申請，但1992年到2010年近20年間相關專利申請量為零，2011年后又開始有相關專利申請出現，2011年到2020年專利申請并不連續。該公司在排名前15位的申請人中對該領域技術研發時間最長，是一家老牌企業;經過20年的沉寂，該公司從2011年開始對霧滴行為調控技術研發又重新有所投入，從目前的專利申請情況來看，投入不多，該技術領域可能還未成為其研發重點。經過對29件專利進一步統計分析發現，該公司在近10年內主要研發方向有防霧滴漂移助劑、防霧滴漂移組合物等，技術類型相對集中，且針對上述技術進行了較為完善的專利地域布局，主要布局地域有中國、美國、印度、巴西、澳大利亞、加拿大和歐洲等。顏色越深表示該地域專利布局數量越多，由圖9可以看出，該公司在我國布局的專利數量最多，我國是其十分重要的目標市場國。

溫菲爾德解決方案公司是美國最大的農藥經銷商，該公司自2013年開始有相關專利的申請，共申請了相關專利24件，2014年至2020年間年專利申請量持續增加，可以看出近年來該公司在該技術領域發展勢頭較猛。該公司相關專利同族合并后僅有9件，專利地域性布局情況更為明顯，針對防霧滴漂移助劑、可視化噴霧系統、防漂移農藥等技術進行了專利申請和中國、美國、歐洲、巴西、澳大利亞、南非、加拿大等地域的專利布局，相關專利地域布局情況如圖10所示。

2.5 農藥霧滴行為調控研究專利技術構成

由圖11可知，在本次檢索限定的技術領域內，霧滴行為調控技術相關專利主要集中在A01M7、A01N25、B05B1等技術類型， 上述3種分類中的專利數量分別占全球專利申請總量的33.62%、2457%和11.88%。上述3項技術分類中，A01M7和B05B1均涉及用于霧滴行為調控的噴霧裝置設備;A01N25涉及殺蟲劑、除草劑等農藥以及用以減低有效成分對害蟲以外的生物體的有害影響的物質，經進一步調查得知，該類專利中主要涉及在農藥中添加的用于調控農藥霧滴行為的助劑、添加劑等化學助劑以及制備方法等。

結合圖12可以看出，A01M7和A01N25類專利申請起步時間較早，自20世紀50年代開始就有相關類型專利的申請，且近20年間上述類型專利年申請量呈連續增加趨勢，可以推測這2種技術類型是本次檢索限定領域中霧滴行為調控技術的研究熱點和研究重點，近幾年在這2個技術范圍內也持續有技術突破產生，是比較合適的研發方向。B05B1類專利開始申請時間也較早，最早的專利申請于1948年，但從1985年開始才有連續的專利申請，且近10年內專利年申請量變化不大，此類技術在該技術領域中比較重要，但近年來可能沒有新的技術突破產生。A01N43類專利年申請量在近幾年有持續增加趨勢，可能為該技術領域的研究熱點之一。G01N15類專利年申請量呈現連續的增加趨勢，是一項新興熱點技術類型。該類主要包括霧滴沉積測量技術、基于圖像和可視化分析的霧滴擴散分布測量裝置和方法、農藥噴霧霧滴性能檢測方法、霧滴碰撞試驗裝置和方法等技術方向。

3 結論及討論

農藥霧滴行為調控技術在全球范圍內和中國國內均處于快速發展階段，但尚未達到技術發展頂峰，比較適合新的研發機構進入。與全球技術發展趨勢相比，我國在該技術領域起步時間較晚，但發展速度較快。全球技術發展經歷了近30年的起步階段和20多年的緩慢發展階段;我國在該技術領域起步階段僅用了15年，隨即進入快速發展階段。2013年之后，全球技術發展和我國技術發展均十分迅猛，且從專利申請情況來看，2013年后我國專利年申請量平均占全球的85%左右，我國成為全球專利申請的主力軍。我國已經成為該技術領域的重要目標市場國和主要的技術來源國。

從技術構成來看，A01M7（液體噴霧設備的專門配置或布置）和A01N25（以其形態、有效成分或以其使用方法為特征的殺生劑、驅避劑、引誘劑，植物生長調節劑）類專利技術是該技術領域的研發重點和熱點，而G01N15（測試顆粒的特性，測試多孔材料的滲透性，孔隙體積或者孔隙表面積）類技術是該技術領域的新興研發熱點。農藥霧滴行為調控技術相關的發明專利占比遠遠超過實用新型。中國申請人的專利申請量約占總申請量的43%，而中國申請人目前的專利申請更偏向理論方法和研究性質的應用，這可能是造成發明專利占比較高的原因之一。除此之外，該技術領域較多的涉及到霧滴行為調控助劑等化學產品，此類技術多為方法類，比較適合使用發明專利進行保護。

國內江蘇大學和華南農業大學在該技術領域近年來有持續的研發投入，該技術領域可能是2校的研發重點和熱點之一;阿克蘇諾貝爾公司是該技術領域的老牌企業，近年來重新對該領域技術有所投入，且其在近10年間在中國布局了多項專利。除此之外，溫菲爾德解決方案公司和中國農業科學院植物保護研究所在近些年有明顯增多的相關專利申請，相關研究取得了快速進展，值得參考借鑒。目前國內在農藥霧滴行為調控領域的研發工作更偏重于理論方法研究，全球前15位的申請人中，中國申請人有10位，但這10位申請人沒有一家屬于企業，而排名前15位中的其他5家國外申請人均為企業。與國外相比，雖然我國在該技術領域的研發熱度不斷攀升，但在實施應用方面仍需加強技術研發和產品轉化。

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