國內(nèi)外循環(huán)水養(yǎng)殖專利分析及啟示

孫龍啟，劉慧

（中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所，山東青島266071）

國內(nèi)外循環(huán)水養(yǎng)殖專利分析及啟示

孫龍啟，劉慧

（中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所，山東青島266071）

通過檢索分析Thomson Innovation（TI）專利數(shù)據(jù)庫中的國內(nèi)外循環(huán)水養(yǎng)殖專利數(shù)據(jù)和研討循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)發(fā)展趨勢，發(fā)現(xiàn)養(yǎng)殖水體凈化工藝、養(yǎng)殖池結(jié)構(gòu)設(shè)計、養(yǎng)殖水體溫度調(diào)控、生物濾器和過濾設(shè)備等為目前國際循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)的研究熱點，而國內(nèi)循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的主要研究熱點為魚池設(shè)計、生物濾器、水循環(huán)裝置、供氧、電機(jī)軸等；盡管部分國際研究熱點在我國仍處于起步階段，但近幾年我國循環(huán)水養(yǎng)殖專利在數(shù)量上具有明顯優(yōu)勢且增長較快，預(yù)計國內(nèi)循環(huán)水養(yǎng)殖技術(shù)在未來會有快速發(fā)展。本文圍繞我國“高效、優(yōu)質(zhì)、生態(tài)、健康、安全”的水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，對我國循環(huán)水養(yǎng)殖發(fā)展提出了對策建議。

循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)；專利分析；對策建議；Thomson Innovation

DOI 10.15302/J-SSCAE-2016.03.020

一、前言

當(dāng)今國際社會正面臨著從經(jīng)濟(jì)危機(jī)到全球氣候變化所帶來的嚴(yán)重自然災(zāi)害和極端天氣等多重挑戰(zhàn)。同時，國際社會還必須以有限的自然資源滿足日益增長的人口對糧食及營養(yǎng)的迫切需求[1]。水產(chǎn)

養(yǎng)殖業(yè)作為人類重要的蛋白質(zhì)和必需營養(yǎng)素來源，在解決全球糧食問題中發(fā)揮著越來越重要的作用，為國家糧食安全和經(jīng)濟(jì)增長做出了巨大的貢獻(xiàn)。在過去的50多年間，以中國為代表的水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展速度已超過全球人口增速[2]。但與此同時，傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)所帶來的諸如廢水和廢物排放問題、病害問題和漁藥濫用等問題也已引起國際社會的普遍關(guān)注。為此，聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織提出了“藍(lán)色增長”的概念，推廣高效集約式水產(chǎn)養(yǎng)殖模式，而以此為代表的循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)正是其核心和前沿領(lǐng)域。目前，循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)已成為國際水產(chǎn)養(yǎng)殖研究的熱點領(lǐng)域；圍繞養(yǎng)殖動物福利和提高養(yǎng)殖系統(tǒng)資源利用率的科學(xué)技術(shù)問題，我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)正朝著標(biāo)準(zhǔn)化、設(shè)施化、機(jī)械化、智能化和精細(xì)化的生態(tài)高效的養(yǎng)殖方向發(fā)展。

本研究以專利數(shù)據(jù)庫Thomson Innovation（TI）作為數(shù)據(jù)源，對循環(huán)水養(yǎng)殖專利信息進(jìn)行檢索和分析，以研討國內(nèi)外循環(huán)水養(yǎng)殖技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及其在產(chǎn)業(yè)中的作用，并將國內(nèi)外循環(huán)水養(yǎng)殖現(xiàn)狀進(jìn)行對比分析，從而為我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展提供參考。

二、國際循環(huán)水養(yǎng)殖概述

（一）循環(huán)水養(yǎng)殖發(fā)展歷史

國際循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)最早起步于20世紀(jì)60年代末，具有代表性的是日本的生物包靜水養(yǎng)殖系統(tǒng)（采用碎石為載體）和歐洲組裝式多級凈水養(yǎng)殖系統(tǒng)[3]。到了20世紀(jì)70年代，生物轉(zhuǎn)盤、生物轉(zhuǎn)筒得到研制開發(fā)，同時在生物凈化之前增加了前處理裝置，濾除顆粒污物，以降低生物濾器的負(fù)荷[4]。20世紀(jì)80年代，歐洲出現(xiàn)了“一元化”的工業(yè)化養(yǎng)殖模式，其特點為投資少、易于管理、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益較好，形成了以德國為代表的發(fā)達(dá)國家工業(yè)化養(yǎng)魚的主要養(yǎng)殖模式。從20世紀(jì)90年代開始，生物工程技術(shù)、微生物技術(shù)、膜技術(shù)和自動化控制技術(shù)等被逐步應(yīng)用在循環(huán)水系統(tǒng)的水體消毒、水質(zhì)凈化、池底排污、增氧及控溫等方面；現(xiàn)代循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)幾乎采用了所有可以利用的水處理工藝和技術(shù)[4]。

（二）循環(huán)水養(yǎng)殖發(fā)展現(xiàn)狀

循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)作為現(xiàn)代集約化水產(chǎn)養(yǎng)殖模式，已經(jīng)具備了養(yǎng)殖密度高、不受季節(jié)限制、節(jié)水省地、環(huán)境可控等優(yōu)勢，得到諸如日本、美國、丹麥、挪威、德國、英國等一些發(fā)達(dá)國家的重視。這些發(fā)達(dá)國家還從政策、立法、財政等方面給予支持，積極推進(jìn)其發(fā)展。較為成功的有英國漢德斯頓電站的溫流水養(yǎng)魚系統(tǒng)、德國的生物包過濾系統(tǒng)、挪威的大西洋鮭工廠化育苗系統(tǒng)、美國藍(lán)嶺公司魚蝦循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)和美國亞利桑納洲凡納濱對蝦良種場等[5]。在歐洲，高密度封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖已成為一個發(fā)展迅速的技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)。目前，世界各水產(chǎn)養(yǎng)殖強(qiáng)國正圍繞循環(huán)水養(yǎng)殖的生態(tài)工程化、水循環(huán)裝備、復(fù)合種養(yǎng)、分隔強(qiáng)化等高效養(yǎng)殖模式以及相應(yīng)的設(shè)施化、機(jī)械化、信息化等技術(shù)及裝備開展重點研究。

三、國際循環(huán)水養(yǎng)殖發(fā)展趨勢

（一）研究方法及數(shù)據(jù)來源

Thomson Innovation是由湯森路透集團(tuán)提供的數(shù)據(jù)庫。Thomson Innovation除了收錄德溫特世界專利索引(DWPI)數(shù)據(jù)以外，還收錄來自全球90多個國家和地區(qū)的8 000多萬篇專利信息，包含題錄信息、PDF全文、法律狀態(tài)信息等專利信息深加工的數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)[6]，可以完整覆蓋某一學(xué)術(shù)領(lǐng)域的專利情況。本研究根據(jù)關(guān)鍵詞和國際專利分類號(IPC)方式構(gòu)建以“循環(huán)水養(yǎng)殖”為主題的檢索策略，具體關(guān)鍵詞：recirculating aquaculture*，IPC號：A01K61/00 OR A01K61/02 OR A01K63/04 OR A01K63/00，時間范圍：2011—2015年；通過領(lǐng)域篩選及人工判讀后可確定有效數(shù)據(jù)，得到國際循環(huán)水養(yǎng)殖專利申請數(shù)量為1 864件，并在此基礎(chǔ)上繪制專利分布圖和數(shù)量趨勢圖。

（二）國際循環(huán)水養(yǎng)殖發(fā)展趨勢

2011—2015年，國際循環(huán)水養(yǎng)殖領(lǐng)域?qū)＠甓壬暾埩亢凸_量如圖1所示。從整體上看，國際循環(huán)水養(yǎng)殖專利申請數(shù)量在2012年達(dá)到最大值為474件，比2011年增加了11.7 %；2012年之后，年專利申請數(shù)量逐漸降低，2015年申請專利數(shù)量僅為164件。由于專利公開的時滯性，申請量和公開量有一定時差。2011—2015年，國際循環(huán)水養(yǎng)殖專利公開量呈快速增長，其中2011年公開量為100件；2015年公開量為584件，增長了約4.8倍。

分析專利申請數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，目前國際循環(huán)水

養(yǎng)殖專利申請的峰值期已過，專利的申請量和公開量將逐漸趨于平緩。這一現(xiàn)象表明目前各國在循環(huán)水養(yǎng)殖技術(shù)方面已趨于成熟，技術(shù)成果推廣和應(yīng)用將是今后一段時期的工作重點。

國外循環(huán)水養(yǎng)殖專利申請數(shù)量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示：韓國、日本、美國分別是近5年在該領(lǐng)域?qū)＠暾埩孔疃嗟膰?。?年韓國循環(huán)水養(yǎng)殖專利申請量達(dá)到506件，表明韓國近年來在該領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新方面有一定優(yōu)勢；而作為傳統(tǒng)循環(huán)水養(yǎng)殖強(qiáng)國的日本和美國，其循環(huán)水養(yǎng)殖專利申請量分別為320件和243件，仍位居世界前列。歐盟作為循環(huán)水養(yǎng)殖開展較早的地區(qū)，近5年專利申請量僅為73件，與美國、日本等國家在專利申請數(shù)量上存在顯著的差距，這說明歐洲循環(huán)水養(yǎng)殖相關(guān)技術(shù)的研發(fā)工作過了發(fā)展的高峰期，已經(jīng)形成了較為成熟的循環(huán)水養(yǎng)殖配套工藝和技術(shù)（數(shù)據(jù)來源于Thomson Innvation）。

圖1 2011—2015年國際循環(huán)水養(yǎng)殖專利年際申請量及公開量

圖2 2011—2015年國際循環(huán)水養(yǎng)殖熱點分布圖

（三）國際循環(huán)水養(yǎng)殖熱點分布

本研究利用Thomson Innovation軟件中的Theme Scape功能，通過德溫特標(biāo)題和摘要，為國際循環(huán)水養(yǎng)殖近5年來的專利數(shù)據(jù)構(gòu)建了主題全景圖（見圖2）。主題全景圖將包含通用概念詞（主題）的記錄分到一個組，并顯示不同記錄之間的相對關(guān)系，山峰的海拔高度代表特定主題文獻(xiàn)的密度大小[7]。圖2中的每一個黑點代表一件專利，等高線密集，海拔較高的區(qū)域為擁有相似技術(shù)主題的專利集合[8]。從圖2中可看出，近5年國際循環(huán)水養(yǎng)殖研究熱點主要為養(yǎng)殖水體凈化工藝、養(yǎng)殖池結(jié)構(gòu)設(shè)計、養(yǎng)殖水體溫度調(diào)控、生物濾器及過濾設(shè)備等，且前三者

之間的關(guān)聯(lián)和相互支撐較多。水過濾工藝雖然也是研究熱點， 但相對獨立，與其他研究熱點之間關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)。

四、國內(nèi)外循環(huán)水養(yǎng)殖發(fā)展?fàn)顩r比較

（一）我國循環(huán)水養(yǎng)殖發(fā)展現(xiàn)狀

我國循環(huán)水養(yǎng)殖研究起步較晚，于20世紀(jì)80年代引進(jìn)了第一批循環(huán)水養(yǎng)殖設(shè)施進(jìn)行鰻魚養(yǎng)殖；但由于高昂的投入和運(yùn)行成本，上述設(shè)施很快便處于荒廢狀態(tài)[3]。之后國家相繼啟動了一系列“863”和科技支撐計劃項目，并積極借鑒國際先進(jìn)技術(shù)，自主研發(fā)了一批適合我國國情的海水循環(huán)水養(yǎng)殖設(shè)施與裝備，如微濾機(jī)、臭氧發(fā)生器、蛋白分離器等，并逐步完善了養(yǎng)殖技術(shù)和工藝[9～13]。目前，我國工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖規(guī)模約為1×106m2，養(yǎng)殖種類包括海水魚類、對蝦等。近年來，我國自主研發(fā)了多功能蛋白質(zhì)分離器、多功能固液分離器裝置、模塊式紫外線殺菌裝置、高效溶氧器裝置、彈性刷狀生物凈化載體等設(shè)施裝備，循環(huán)水養(yǎng)殖水質(zhì)凈化處理工藝也得到進(jìn)一步完善。

圖3 2011—2015年我國循環(huán)水養(yǎng)殖專利年際申請量及公開量

（二）國內(nèi)外循環(huán)水養(yǎng)殖技術(shù)發(fā)展趨勢對比

利用Thomson Innovation專利數(shù)據(jù)庫對我國循環(huán)水養(yǎng)殖專利數(shù)據(jù)進(jìn)行搜索，時間范圍為2011—2015年，經(jīng)領(lǐng)域篩選和人工判讀后確定近5年我國循環(huán)水養(yǎng)殖專利申請數(shù)量共6 678件（見圖3）。

我國專利申請數(shù)量在2011—2014年逐年增長，2014年達(dá)到最高值，為1 647件，2015年有所降低。與國際循環(huán)水養(yǎng)殖專利申請數(shù)量相比，我國的申請高峰期推遲2年。這與我國循環(huán)水養(yǎng)殖起步較晚、發(fā)展相對滯后有關(guān)。但是，從專利申請數(shù)量上來看，我國遠(yuǎn)超國際同期水平；2011年我國循環(huán)水養(yǎng)殖專利申請數(shù)量占全球的1/3，2014年則占全球的2/3。這說明近年來我國循環(huán)水技術(shù)研發(fā)速度加快，為成果產(chǎn)業(yè)化創(chuàng)造了良好的條件。

我國循環(huán)水養(yǎng)殖專利公開量在2011—2015年總體呈快速增長，其中2011年和2015年公開量分別為836件和2 397件，增長近1.9倍。與國際同期水平相比，我國循環(huán)水養(yǎng)殖專利公開量遠(yuǎn)高于國際同期水平：2011年循環(huán)水養(yǎng)殖專利公開量為國際同期水平的8倍；2015年循環(huán)水養(yǎng)殖專利公開量為國際同期水平的4倍左右。

（三）國內(nèi)外循環(huán)水養(yǎng)殖熱點分布對比

通過構(gòu)建我國循環(huán)水養(yǎng)殖熱點分布圖（見圖4）得出我國近5年循環(huán)水養(yǎng)殖研究熱點為魚池設(shè)計、生物濾器、水循環(huán)裝置、供氧、電機(jī)軸等。生物濾器同時為國內(nèi)和國際研究熱點。但是，我國循環(huán)水養(yǎng)殖目前更加關(guān)注現(xiàn)代化養(yǎng)殖設(shè)施的研發(fā)及部分關(guān)鍵處理設(shè)備的可靠性及精確性的提升。我國循環(huán)水養(yǎng)殖裝備系統(tǒng)構(gòu)建和技術(shù)水平已與國際接近，但部分國際研究熱點在我國仍處于起步階段。這主要是由于我國工廠化養(yǎng)殖仍以流水養(yǎng)殖為主，循環(huán)水養(yǎng)殖比例仍然較低。以海水工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖為例，目前我國海水工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖面積接近8×106m2，而只有其中3 %的養(yǎng)殖水面實施了封閉式或半封閉

式循環(huán)水養(yǎng)殖模式[14]。流水養(yǎng)殖不僅浪費(fèi)水和能源，而且廢水未經(jīng)處理直排入海，也會對沿岸水域造成污染[15]。因此，我國應(yīng)加緊循環(huán)水養(yǎng)殖技術(shù)的系統(tǒng)化應(yīng)用與成果轉(zhuǎn)化，并結(jié)合實際需求進(jìn)一步開展熱點技術(shù)研發(fā)和工藝優(yōu)化。

圖4 2011—2015年我國循環(huán)水養(yǎng)殖熱點分布圖

五、我國循環(huán)水養(yǎng)殖發(fā)展的對策建議

通過對國內(nèi)外循環(huán)水養(yǎng)殖專利技術(shù)信息的對比分析，了解最新技術(shù)發(fā)展趨勢，揭示國內(nèi)外技術(shù)創(chuàng)新的優(yōu)勢與劣勢，可為我國循環(huán)水養(yǎng)殖的發(fā)展提供啟示與借鑒。本文從以下四個方面為我國循環(huán)水養(yǎng)殖發(fā)展提出了對策建議。

（一）改進(jìn)工藝裝備，推動循環(huán)水養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用

由于受到現(xiàn)有設(shè)施水平和生產(chǎn)成本等方面的制約，目前國內(nèi)陸基工廠化養(yǎng)殖系統(tǒng)仍以流水養(yǎng)殖為主，高效循環(huán)水養(yǎng)殖模式所占比例不高。與此同時，節(jié)能減排技術(shù)在基于生物膜硝化反應(yīng)的循環(huán)水系統(tǒng)中的潛能尚未被充分發(fā)揮。因此，我國有必要結(jié)合生物工程技術(shù)，針對經(jīng)濟(jì)價值相對較高、節(jié)水節(jié)能需求迫切、規(guī)模較大的養(yǎng)殖品種來構(gòu)建節(jié)能低耗、病原易控、高效凈化的循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)；結(jié)合數(shù)字化監(jiān)控以及完善的養(yǎng)殖工藝和專家管理系統(tǒng)使循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)達(dá)到節(jié)能、節(jié)水、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的最佳狀態(tài)[16]。開展高效低耗、節(jié)能減排、品質(zhì)可控的循環(huán)水養(yǎng)殖對降低生產(chǎn)成本、推動產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展具有重要的意義。為此，我國應(yīng)在國家層面上推動循環(huán)水養(yǎng)殖的工藝裝備升級和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

（二）加強(qiáng)科研投入，強(qiáng)化關(guān)鍵領(lǐng)域及熱點技術(shù)研發(fā)

由于我國循環(huán)水養(yǎng)殖發(fā)展時間短、科技研發(fā)基礎(chǔ)相對薄弱，且對國際熱點領(lǐng)域的研發(fā)投入尚顯不足，因此在生物濾器結(jié)構(gòu)與功能、養(yǎng)殖廢水和廢物綜合利用、水質(zhì)指標(biāo)控制和降低系統(tǒng)能耗等方面還需要較大提升。目前，國際循環(huán)水養(yǎng)殖的主要研究熱點為養(yǎng)殖水體凈化工藝、魚池結(jié)構(gòu)、養(yǎng)殖溫度傳感器及水體過濾裝備，這些工藝和裝備的改進(jìn)對未來循環(huán)水養(yǎng)殖的精細(xì)化和信息化發(fā)展十分重要。為此，我國應(yīng)兼顧國內(nèi)技術(shù)需求和國際研究熱點，加快循環(huán)水養(yǎng)殖關(guān)鍵領(lǐng)域和熱點技術(shù)研發(fā)；加大對高效養(yǎng)殖模式及其機(jī)械化、智能化的研發(fā)投入和政策支持，縮小與發(fā)達(dá)國家的科技差距，整體提升我國的循環(huán)水養(yǎng)殖科技水平。

（三）加強(qiáng)集成示范，構(gòu)建具有引領(lǐng)作用的循環(huán)水系統(tǒng)

目前我國循環(huán)水養(yǎng)殖研究成果較多，但科技成果產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用較少。主要原因在于設(shè)施轉(zhuǎn)型更新的成本和生產(chǎn)成本較高，多數(shù)企業(yè)難以承受。通過打造循環(huán)水養(yǎng)殖示范基地，可探清發(fā)展道路，確定技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而實現(xiàn)提質(zhì)增效和節(jié)本增收，從而

起到輻射帶動作用，促進(jìn)整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。為此，國家和地方應(yīng)遴選和扶持一批技術(shù)規(guī)范、規(guī)模較大的養(yǎng)殖示范企業(yè)，通過高效配置資源，有效整合產(chǎn)學(xué)研力量，加快科研成果轉(zhuǎn)化。

（四）優(yōu)化人才機(jī)制，構(gòu)建實用型循環(huán)水養(yǎng)殖工程科技隊伍

鑒于國內(nèi)循環(huán)水養(yǎng)殖技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的現(xiàn)狀，建議優(yōu)化人才機(jī)制，加快科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化，打通科技與經(jīng)濟(jì)結(jié)合的通道。為此，我國應(yīng)加強(qiáng)循環(huán)水養(yǎng)殖科研隊伍建設(shè)，改善科研團(tuán)隊結(jié)構(gòu)，形成覆蓋基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究領(lǐng)域、兼具科技研發(fā)和成果推廣能力的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的實用型人才隊伍。

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Patent Analysis on Recirculating Aquaculture System between Home and Abroad and Countermeasures for China

Sun Longqi, Liu Hui
(Yellow Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Qingdao 266071, Shandong, China)

Based on patent retrieval and analysis with the Thomson Innovation (TI) database, the international development trend of recirculating aquaculture system (RAS) is investigated. The current international research and development focus for RAS are purification technology, aquarium structure, water temperature control, and biological filters and filter devices. Meanwhile, China has focused on fish tank and pond design, biological filters, RAS devices, oxygen supply and motor shaft, etc. Though some of the international research focus in RAS are new for China, the number of Chinese patents is greater than the international average and has grown rapidly in recent years, indicating a positive developmental trend in the near future. This paper provides recommendations for improving efficiency, quality, safety, and environmental protection of sustainable aquaculture as well as further measures for the development of RAS in China.

recirculating aquaculture system; patent analysis; countermeasures; Thomson Innovation

S96

A

2016-04-20；

2016-05-08

孫龍啟，中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所，研究實習(xí)員，主要從事漁業(yè)信息與戰(zhàn)略研究；E-mail: sunlq@ysfri.ac.cn

中國工程院重點咨詢項目“水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)十三五規(guī)劃戰(zhàn)略研究”（2014-XZ-19-3）

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