基于專利視角的中國沙產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及限制因素*

寧寶英，馬建霞，姜志德

(1.中國科學(xué)院蘭州文獻情報中心，甘肅蘭州 730000；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院，陜西楊凌 712100)

0 引言

沙產(chǎn)業(yè)(Deserticulture)概念由著名科學(xué)家錢學(xué)森[1]于1984年在中國農(nóng)科院科技委組織的學(xué)術(shù)報告中首次提出，之后其本人[2]和多位學(xué)者，包括劉恕[3-7]、趙雪雁[8]、樊勝岳[9]、王力[10]、徐小玲[11]、朱俊鳳[12]、賀訪印[13]、常兆豐[14]、郝誠之[15]、陶明[16]、高德占[17]、金正道[18]、史振業(yè)[19]先后從多個角度對沙產(chǎn)業(yè)從理論層面進行了補充和發(fā)展，其內(nèi)涵隨著討論的逐步演進而日漸明確。

對于沙產(chǎn)業(yè)內(nèi)涵的認識，共同點是對其農(nóng)業(yè)、高科技的認識，地域上是在沙漠、半沙漠和戈壁，產(chǎn)業(yè)還可以包括工、貿(mào)、旅游、太陽能風(fēng)能利用。發(fā)展理念強調(diào)可持續(xù)、自我循環(huán)、生態(tài)環(huán)保、知識密集、高效益特點。王力[10]認為傳統(tǒng)的防沙、治沙以及對沙區(qū)傳統(tǒng)的生物產(chǎn)品進行的開發(fā)，嚴格地說只能是沙產(chǎn)業(yè)的一個前期階段，作為產(chǎn)業(yè)，它應(yīng)該是市場經(jīng)濟的一部分，其產(chǎn)品應(yīng)進入市場且具有高產(chǎn)值，所以防沙治沙的不作為沙產(chǎn)業(yè)的內(nèi)容。在實踐層面，目前國內(nèi)主要省份如內(nèi)蒙古、陜西、新疆、甘肅和寧夏已經(jīng)開展的沙產(chǎn)業(yè)主要包括經(jīng)濟林果藥種植與加工、設(shè)施農(nóng)業(yè)、旅游和可再生能源開發(fā)[19]，與理論層面的內(nèi)涵呼應(yīng)。

從這幾點上綜合來看，文章將沙產(chǎn)業(yè)的內(nèi)涵概括為：在沙漠、戈壁和沙漠化地區(qū)，以可持續(xù)發(fā)展為前提和目標(biāo)，以高科技知識密集生態(tài)環(huán)保高效益的農(nóng)業(yè)為基礎(chǔ)，發(fā)展起來的工、貿(mào)、旅游、可再生能源利用的產(chǎn)業(yè)體系。其利用的沙區(qū)自然資源包括沙區(qū)的水、土地、可再生能源(風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能)、綠色農(nóng)產(chǎn)品，不包括不可再生能源與礦產(chǎn)資源(煤、石油、天然氣、礦產(chǎn)等)。

沙產(chǎn)業(yè)屬于“知識密集型”產(chǎn)業(yè)，需要新技術(shù)、新材料、新工藝的支持。高技術(shù)是沙產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心和競爭力所在，技術(shù)的主要承載載體是專利，因此從專利角度分析沙產(chǎn)業(yè)相關(guān)技術(shù)，既是觀察沙產(chǎn)業(yè)高技術(shù)性的窗口，又可從專利的指標(biāo)及內(nèi)容分析中展望今后技術(shù)需要突破、沙產(chǎn)業(yè)得以更好發(fā)展的途徑。

1 檢索策略與數(shù)據(jù)分析方法

綜合考慮數(shù)據(jù)的可獲得性、完整性、可操作性，國內(nèi)專利自CNKI專利數(shù)據(jù)庫(《中國專利全文數(shù)據(jù)庫(知網(wǎng)版)》收集有自1985年至今的中國專利1 600余萬條)和智慧芽數(shù)據(jù)庫下載，合并去重，并根據(jù)中國國家知識產(chǎn)權(quán)局網(wǎng)站檢索部分字段信息補充。利用全文檢索方式構(gòu)建“沙產(chǎn)業(yè)專利技術(shù)”的檢索策略，數(shù)據(jù)更新時間為2017年11月16日，單獨使用沙產(chǎn)業(yè)作為檢索詞所得專利非常少，考慮到沙產(chǎn)業(yè)是荒漠化治理的途徑和目標(biāo)，構(gòu)建的專業(yè)檢索式為：FT=′荒漠化治理′ OR FT=′荒漠化防治′ OR FT=′沙漠化治理′ OR FT=′沙漠化防治′ OR FT=′防沙′ OR FT=′治沙′ OR FT=′阻沙′ OR FT=′固沙′ OR FT=′止漠′ OR FT=′攔沙′ OR FT=′防治風(fēng)沙′ OR FT=′沙產(chǎn)業(yè)′，共得到6 546個簡單同族專利，在下載之后對所得數(shù)據(jù)進行逐條閱讀，剔除不相關(guān)文獻時充分咨詢學(xué)科領(lǐng)域?qū)＜?，進行領(lǐng)域篩選結(jié)合人工判讀，最終確定進入分析范圍的是2 793組簡單同族專利。

該文采用分析方法包括：資料調(diào)研法、內(nèi)容分析法、統(tǒng)計分析法等。鑒于基本專利指標(biāo)(數(shù)量、地域分布、第一發(fā)明人、第一專利權(quán)人、類型、同族、法律狀態(tài)等)在揭示專利內(nèi)容、重要領(lǐng)域等方面的不夠直接和簡要，因此結(jié)果分析以專利內(nèi)容為對象，通過抽取有重要意義的關(guān)鍵詞和內(nèi)容進行深度分析，所用統(tǒng)計分析工具為Excel，繪圖工具為Origin。

2 結(jié)果分析

2.1 專利分類

為了便于對專利內(nèi)容進行分析，首先將專利做分類。陶明和黃高寶[16]將沙產(chǎn)業(yè)技術(shù)分為5大類11小類：植被建設(shè)技術(shù)(保護和恢復(fù)天然植被、建立人工植被)、設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)(溫室環(huán)境調(diào)控、無土栽培、作物貯藏)、生物技術(shù)(基因、細胞、發(fā)酵、植物繁育)、微藻管道化生產(chǎn)技術(shù)、資源利用技術(shù)(水資源最小化利用、光能最大化利用)。史振業(yè)[19]將沙產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)類型分為9大類：沙區(qū)中藥材開發(fā)、沙區(qū)生態(tài)經(jīng)濟林產(chǎn)業(yè)、沙區(qū)畜牧業(yè)、沙區(qū)瓜果業(yè)、沙區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)、沙漠砂料建材業(yè)、沙漠旅游休閑業(yè)、沙區(qū)新能源可再生能源開發(fā)、其他。于麗媛[20]從產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟的角度將沙產(chǎn)業(yè)分為4部類，并在部類下細分12大類31中類和109小類：種植繁育業(yè)(沙生植物種植、沙生動物繁育與利用、沙產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)輔助服務(wù))、加工制造業(yè)(沙生非木材農(nóng)林產(chǎn)品加工制造業(yè)、以沙生木材和藤草為原料的加工制造業(yè)、沙生動物產(chǎn)品的加工制造業(yè)、以沙生動植物為原料的混合加工制造業(yè)、沙的加工利用業(yè))、旅游生態(tài)服務(wù)(沙產(chǎn)業(yè)旅游與休閑服務(wù)、沙產(chǎn)業(yè)生態(tài)服務(wù))、科學(xué)技術(shù)服務(wù)與公共管理(沙產(chǎn)業(yè)科學(xué)技術(shù)服務(wù)、沙產(chǎn)業(yè)公共管理及其他組織服務(wù))。

在這些分類中，由于分類的著眼點和視角不同，所分出的產(chǎn)業(yè)類別既有共同點又存在區(qū)別，共同點是基本涵蓋了當(dāng)前沙產(chǎn)業(yè)實踐中涉及的產(chǎn)業(yè)，區(qū)別在于陶明和史振業(yè)的分類更著眼于從實際技術(shù)需要和應(yīng)用領(lǐng)域的角度，而于麗媛的分類則從產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟的宏觀角度。

在該研究中，參照前人的分類類目，通過閱讀專利摘要，將2 793組專利逐一先細分至小類，再歸納到中類，最后以一、二、三產(chǎn)業(yè)為大類，對于多用途綜合性利用的專利單設(shè)綜合性利用大類，即自下而上的聚類方法，雖然角度是自下而上，但呈現(xiàn)出的分類結(jié)果更接近于麗媛自上而下的宏觀產(chǎn)業(yè)分類結(jié)果。該分類方式不重復(fù)、不遺漏，產(chǎn)業(yè)界限清晰，這樣從當(dāng)前專利中體現(xiàn)出來的技術(shù)所涉及產(chǎn)業(yè)分類，農(nóng)業(yè)中類包括種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)，工業(yè)中類包括植物資源、建材加工、清潔能源利用、機械及配件、其他，第三產(chǎn)業(yè)中僅含旅游業(yè)，與當(dāng)前沙產(chǎn)業(yè)實踐所涵蓋的領(lǐng)域相符。專利類別與數(shù)量(表1)對應(yīng)表顯示，目前國內(nèi)沙產(chǎn)業(yè)的專利主要分布在種植(66.57%)及其產(chǎn)品加工(13.99%)、機械及配件(10.78%)、建材加工(4.58%)4個領(lǐng)域，占總量的95.92%，專利領(lǐng)域分布集中，在其他領(lǐng)域中只有零星分布，包括清潔能源利用(2.47%)和旅游業(yè)的開發(fā)(0.58%)。

表1 專利類別與數(shù)量

圖1 四大技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)量分布

從發(fā)展的時間上來看，4個主要領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)量呈現(xiàn)以下特點(圖1)：種植業(yè)和植物資源加工專利在1985年，即數(shù)據(jù)庫建立之年就已出現(xiàn)(各均1組)，建材加工直至1998年才出現(xiàn)。四大領(lǐng)域整體增長趨勢亦基本與總體趨勢趨同，除建材加工外，其他三大領(lǐng)域2000年之后專利即連續(xù)不間斷，建材加工則直至2009年才開始。種植業(yè)的專利數(shù)量大、增長迅速，可能因為它既是沙產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，又涉及領(lǐng)域眾多；機械及配件的專利數(shù)量在分析時間區(qū)間段僅有3年高于植物資源加工，近3年增幅明顯，可能說明隨著時間推移，機械化自動化受到更多重視；建材加工的專利量少，增長亦慢，除2015年達到50組的小高峰，其他年份均在15組以下，沙漠沙作為建材原材料的發(fā)展空間廣大。

2.2 專利內(nèi)容

(1)沙區(qū)植物種植。沙區(qū)植物種植是沙區(qū)生態(tài)環(huán)境保護和改善的需要，也是發(fā)展植物資源深度加工的基礎(chǔ)，沙區(qū)植物資源豐富獨特，種植業(yè)涉及的領(lǐng)域又寬廣，包括水、肥、土、病蟲害防治、設(shè)備設(shè)施，以及近10年發(fā)展起來的生命科學(xué)技術(shù)，因此該領(lǐng)域的專利數(shù)量最多。具體來講，種植業(yè)專利包括：水分利用(節(jié)水鎖水保水集水裝置、灌溉、保水劑吸水劑、吸水樹脂)、肥料、土壤改良、育苗栽培種植、生長劑、病蟲害防治、固沙植生設(shè)備(盒、格、塊、磚、壘、缽、桶、膜、毯)、設(shè)施、食用菌栽培、基因生物技術(shù)，涵蓋了從育種、擴繁、育苗、栽培、養(yǎng)護的各個環(huán)節(jié)。水是沙區(qū)種植業(yè)的限制因子，從多找水(吸水劑、吸水樹脂、集水裝置)、多留水(鎖水保水裝置、保水劑)、少用水(灌溉技術(shù)：噴灌、微灌、滲灌、滴灌、吸灌、針灌)3種途徑實現(xiàn)對水資源的高效利用。植物種植(包括育種、育苗、擴繁、栽培4個小類)是沙產(chǎn)業(yè)專利中分布最多的一個領(lǐng)域，占總量的近三成，其中460組專利涉及具體的某種植物的育苗栽培種植技術(shù)，共涉及169種植物，較多的有(表2)：桑、梭梭、肉蓯蓉、枸杞、甘草、菊芋、檉柳等。以梭梭為例，涉及的專利包括種子保存、育苗、移栽、矮化繁殖、平茬復(fù)壯、間作套種多個方面。

表2 育苗栽培種植技術(shù)涉及的主要植物

(2)沙區(qū)藥用食用植物資源的種植及精深加工利用。植物資源加工延長了種植業(yè)鏈條，提高了資源附加值，增強了產(chǎn)品的競爭力，是沙產(chǎn)業(yè)高效益的有力體現(xiàn)。沙區(qū)擁有豐富、特有的藥用食用植物資源，經(jīng)濟價值高，人工種植及加工利用的潛力大。在食用植物加工方面涉及的植物有24種，制成的食品有19種(表3)，主要植物有沙棘、歐李、菊芋、白刺，制成的主要食品類型有食用油、果汁、酒、醋、飲料等，例如使用歐李制作食用油、果汁、醋、酒等有9項專利，歐李果實所含營養(yǎng)豐富，尤其是維生素、微量元素和賴氨酸的含量均高于現(xiàn)有常見水果，成為制作果汁的好原料；歐李果仁中含有大量的油脂，具有很好的食用及保健功能。制作果汁的專利8項，涉及植物主要是白刺、沙棘、歐李和黃刺。在藥用、日化用品加工方面涉及的植物有46種(表4)，主要是白刺、沙棘、菊芋、苦豆子、文冠果、肉蓯蓉、枸杞(含黑果枸杞)、甘草、錦雞兒、砂生槐等，制成的用于保健和治療的中間提取物(主要有苦參堿、總黃酮、蛋白、多糖、酚類、苷類、生物堿、添加劑、著色劑)及制成品(蛋白粉、膠囊、口服液、片劑)80種，日化用品(化妝品、精油、洗護用品、可作為美容化妝品的原料油)12種。從加工制成品的種類分布看，以食品和保健品為主，在日化和藥用方面等相對更能體現(xiàn)精深加工價值的專利較少，使得植物資源價值沒有被充分挖掘。

表3 用于食品加工的植物及產(chǎn)品

表4 用于藥品日用品加工的植物

(3)沙生植物木材加工。制成品有纖維、紙張、人造密度板材、家俱，主要原材料是沙柳和檸條，羅布麻、棉稈也有少量應(yīng)用。檸條是耐旱耐沙的優(yōu)良防風(fēng)固沙樹種，同時又是人造板、造紙等原料。沙柳每3～5年需平茬1次，平茬既可促進沙柳的生長，所得材料又可為人造板或造紙?zhí)峁┰稀?/p>

(4)各種林機具、加工設(shè)備。包括農(nóng)用機械和加工制造機械兩大類。農(nóng)用機械中，覆蓋了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中種子采集、播種、種植、管理、收獲的各個環(huán)節(jié)。機械品種有：接種機、種子采收機、開溝機、刨穴機、翻耕機、旋播機、播種機、播種器、栽草機、灌木栽植機、(栽樹用)挖坑機和種植車、鉆坑機、植樹機器人、(造林用)填實機、覆膜機、灌木平茬機和切割機、修剪機、播種覆膜鎮(zhèn)壓一體機、收割機、采掘機、果實收獲機、果實采摘器、修井機。型式有自走式、履帶式，動力分手動式、電控式、全自動式。加工制造機械有：梳草分草機、原料鋪裝機、加工機、灌木揉絲機、果實去皮機、枝條破碎機、檸條鍘粉機、(建材)成型機。機械作為產(chǎn)業(yè)化的必備要素，21世紀(jì)以來受到持續(xù)關(guān)注，專利數(shù)量多，在農(nóng)用機械領(lǐng)域分布更多，但在加工制造領(lǐng)域相對較少。

(5)以沙漠沙為主要原材料的建材制造。包括改性風(fēng)積沙及其制品、憎水沙、(透水或滲水)磚、板材、水泥、陶瓷、玻璃板，具有環(huán)保、節(jié)能、經(jīng)濟、易普及的特點，既充分利用了沙區(qū)豐富低成本的沙子資源，節(jié)省了粘土和礦物資源，又間接起到了防沙治沙的目的。

(6)風(fēng)能和太陽能開發(fā)利用。包括風(fēng)能太陽能搜集、轉(zhuǎn)化、利用的設(shè)備、方法、配件等方面的專利，該領(lǐng)域?qū)＠?006年起才較多出現(xiàn)，太陽能光伏發(fā)電及綜合利用系統(tǒng)的專利較多，該系統(tǒng)可實現(xiàn)發(fā)電、儲電、照明、灌溉、栽培、固沙等多種功能。

由于沙產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷時短，仍有一些限制性因素需要進一步解決：①設(shè)施農(nóng)業(yè)專利技術(shù)缺乏。設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)包括溫室環(huán)境調(diào)控技術(shù)、無土栽培技術(shù)、作物貯藏技術(shù)、暖棚舍飼技術(shù)等。該次檢索結(jié)果在種植和養(yǎng)殖中分別有16、11組專利，基本為關(guān)于棚、圈和舍飼的技術(shù)，種植中僅有6組無土栽培技術(shù)，缺乏其他方面的專利。②生物技術(shù)僅涉及沙區(qū)種植業(yè)，沒有關(guān)于沙區(qū)養(yǎng)殖業(yè)的。主要在提高植物品質(zhì)與性狀(抗旱、抗逆、抗鹽堿)和繁育領(lǐng)域，涉及技術(shù)主要有基因提取、細胞或組織培養(yǎng)。在沙區(qū)動物育種、繁殖、疫苗等領(lǐng)域尚待突破。③植物資源的精深加工技術(shù)空間巨大，一種植物的不同部位可有多種加工用途，多種植物具有同種用途，拓展用途，發(fā)現(xiàn)新的可利用植物，延長加工產(chǎn)業(yè)鏈條，都可助力沙產(chǎn)業(yè)發(fā)展。例如，當(dāng)下已經(jīng)有白刺、歐李、沙棘、山杏、鎖陽、文冠果、長柄扁桃用來生產(chǎn)食用油，但作為新興油用作物“油用牡丹”，目前的專利集中在栽培方面(8組)，且起步晚，最早的專利出現(xiàn)在2015年，沒有加工方面的專利。

通過以上專利內(nèi)容分析，可以看出，中國沙產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀具有以下特點：①聚焦于沙區(qū)豐富、特有的自然資源，包括：特色植物資源(近170種特色植物的育苗、栽培、種植技術(shù)；藥用食用植物資源的精深加工技術(shù)；木材加工)、沙子、風(fēng)能、光能；②充分考慮了沙區(qū)限制性因子：水分利用(13.92%)是僅次于栽培(16.29)的專利分布小類，從找水、留水、節(jié)水3個維度盡量高效利用有限和寶貴的水資源；③重視機械在沙產(chǎn)業(yè)中的助推作用；④資源利用涵蓋面廣、深度高：專利在國民經(jīng)濟的一、二、三產(chǎn)業(yè)中均有分布，以第一產(chǎn)業(yè)為主；利用深度達到分子級，在醫(yī)藥產(chǎn)品、日化用品及中間體等領(lǐng)域多有分布；⑤已形成較完整體系。簡而言之，中國沙產(chǎn)業(yè)技術(shù)目前已形成聚焦于沙區(qū)豐富特有(植物、沙、風(fēng)能、光能)資源、充分考慮限制性因子(水分)、重視機械，資源利用涵蓋面廣、深度高的較完整技術(shù)體系。其發(fā)展的限制性因素包括：設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)、生物技術(shù)和植物精深加工技術(shù)。

沙產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，技術(shù)是重要因素，但除此之外的制度、政策、社會經(jīng)濟狀況、民眾意識、資金、地域資源稟賦等眾多社會經(jīng)濟因素也因時而異、因地而異地影響沙產(chǎn)業(yè)[21]，需多方因素協(xié)調(diào)配合，才能促進區(qū)域沙產(chǎn)業(yè)的興起和發(fā)展。

3 結(jié)論

(1)目前中國沙產(chǎn)業(yè)專利技術(shù)在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)三大產(chǎn)業(yè)分類中均有涉及，集中在沙區(qū)藥用食用植物資源的種植(66.57%)及精深加工利用(13.99%)、各種林機具加工機械及配件(10.78%)、建材加工(4.58%)4個領(lǐng)域，已形成聚焦于沙區(qū)豐富特有(植物、沙、風(fēng)能、光能)資源、充分考慮限制性因子(水分)、重視機械，資源利用涵蓋面廣、深度高的較完整技術(shù)體系。

(2)限制性因素包括：設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)、生物技術(shù)和植物精深加工技術(shù)。國內(nèi)專利在設(shè)施農(nóng)業(yè)(無土栽培、溫室覆蓋材料)、生命基因技術(shù)(尤其是關(guān)于養(yǎng)殖業(yè))等方面數(shù)量很少；我國沙區(qū)特有的植物資源眾多，但對其精深加工目前集中于少數(shù)植物品種、開發(fā)的產(chǎn)品類型以食品為主，發(fā)展空間巨大。

總之，從辯證的角度，一方面，快速發(fā)展的沙產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域技術(shù)已形成立足于充分利用沙區(qū)資源的較完整技術(shù)體系，一方面仍需在設(shè)施農(nóng)業(yè)、生物技術(shù)和植物精深加工技術(shù)等高精尖技術(shù)上大力突破。