農(nóng)業(yè)溫室氣體監(jiān)測(cè)與減排技術(shù)專利分析

熊晶

氣候變化是全球農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨的重大挑戰(zhàn)之一。據(jù)估計(jì)，全球范圍內(nèi)農(nóng)業(yè)排放甲烷占人類活動(dòng)甲烷排放總量的50%，一氧化二氮占60%。預(yù)計(jì)到2030年，農(nóng)業(yè)源甲烷和一氧化二氮排放量將比2005年分別增加60%和35%～60%。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)對(duì)溫室氣體具有“源”和“匯”的雙重作用。一方面，農(nóng)作物通過光合作用利用大氣中的二氧化碳合成碳水化合物和能量，農(nóng)田土壤也有巨大的固碳潛力;另一方面，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中土壤呼吸、化肥的施用、畜禽養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)廢棄物的處理等環(huán)節(jié)又會(huì)產(chǎn)生溫室氣體。因此，大量研究團(tuán)隊(duì)一直在探索農(nóng)業(yè)溫室氣體監(jiān)測(cè)與減排方法，相關(guān)專利申請(qǐng)量也大幅上升。本文以國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，結(jié)合世界專利索引數(shù)據(jù)庫、世界專利摘要數(shù)據(jù)庫等權(quán)威數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行充分檢索、篩選和去重，匯總得到相關(guān)專利98條。通過對(duì)該技術(shù)專利在不同地區(qū)、年份、申請(qǐng)人和技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)等方面特點(diǎn)的分析，為相關(guān)人員技術(shù)創(chuàng)新提供參考。

1歷年申請(qǐng)量分析

2010年之后相關(guān)領(lǐng)域?qū)＠鸩匠霈F(xiàn)，在2011年出現(xiàn)第一件相關(guān)專利。之后的10年，相關(guān)專利年申請(qǐng)量基本上呈增長趨勢(shì)。2019年，該領(lǐng)域?qū)＠纳暾?qǐng)數(shù)量為17件，相比2011年增長160%。與此同時(shí)，相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)明專利申請(qǐng)?jiān)?0年之間表現(xiàn)出明顯的“兩階段”發(fā)展特征。第一階段是2011～2013年，年平均申請(qǐng)量為3件。第二階段為2014～2019年，申請(qǐng)量達(dá)到年均13.67件，相比第一階段提高355.6%?？傮w來看，截至2020年7月1日，相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)明專利申請(qǐng)共達(dá)到94件。該領(lǐng)域的專利研究在近些年開始進(jìn)入熱點(diǎn)期。

2專利申請(qǐng)區(qū)域分析

除未明確表明申請(qǐng)地區(qū)的23項(xiàng)專利申請(qǐng)以外，北京申請(qǐng)?jiān)擁?xiàng)專利最多，達(dá)到21件，占全部申請(qǐng)數(shù)量的61.8%，這是因?yàn)楸本└咚娇蒲性核^多，而通過農(nóng)業(yè)措施應(yīng)對(duì)氣候變化具有明顯的公益性，因此，北京成為相關(guān)領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)的主要區(qū)域。

3申請(qǐng)人分析

表1為排名前10的申請(qǐng)人相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量。其中，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)申請(qǐng)量為12件，排名第一。除中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所的申請(qǐng)數(shù)量為7件以外，其他申請(qǐng)人的申請(qǐng)數(shù)量都為在5件以下。這說明，我國國家級(jí)研究院校是農(nóng)業(yè)溫室氣體監(jiān)測(cè)與減排技術(shù)領(lǐng)域的主要研發(fā)力量。地方院所中，僅有華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院、山東省農(nóng)科院和華南農(nóng)業(yè)大學(xué)在該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)較多。

4專利發(fā)展重點(diǎn)領(lǐng)域分析

目前，我國農(nóng)業(yè)溫室氣體監(jiān)測(cè)與減排技術(shù)發(fā)明專利申請(qǐng)的重點(diǎn)領(lǐng)域主要為低碳種植技術(shù)、低碳養(yǎng)殖技術(shù)和新型農(nóng)業(yè)溫室氣體測(cè)定裝置等方面。

4.1低碳種植技術(shù)

由于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)具有碳源和碳匯的雙重功能，因此，部分專利申請(qǐng)針對(duì)這一問題開展了我國低碳種植制度的研發(fā)。專利CN102919026A發(fā)明了一種茶園溫室氣體氧化亞氮減排的方法，達(dá)到茶園氧化亞氮減排的目標(biāo)，改善了茶區(qū)生態(tài)環(huán)境。專利CN102910956A根據(jù)玉米生長特性和養(yǎng)分需求，將以玉米秸稈為原料的生物質(zhì)發(fā)電廢棄物灰渣、養(yǎng)殖廢棄物牛糞和無機(jī)化肥按照一定的比例配制成有玉米專用有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)領(lǐng)域節(jié)能減排及廢棄物資源化利用。專利CN103975811B則發(fā)明了一種水稻浸潤灌溉栽培方法，通過將免耕直播和浸潤灌溉技術(shù)有機(jī)結(jié)合，解決了傳統(tǒng)水稻栽培技術(shù)存在育苗移栽、溫室氣體排放量高、肥料和水分利用效率較低的問題。專利CN105830833A則公開了一種適用于黑龍江水稻主產(chǎn)區(qū)的水稻低碳高產(chǎn)水肥管理栽培方法，通過低碳高產(chǎn)品種選用、育苗、整地、泡田、打漿、插秧、本田管理及收獲等步驟優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)溫室氣體綜合減排8%以上?？傮w上，這些專利都在探討如何通過優(yōu)化農(nóng)田生產(chǎn)過程的農(nóng)藝環(huán)節(jié)，在增加有效產(chǎn)出的同時(shí)，減少物能投入和溫室氣體排放，構(gòu)建適用于不同地區(qū)的低碳種植技術(shù)。

4.2低碳養(yǎng)殖技術(shù)

養(yǎng)殖業(yè)是農(nóng)業(yè)溫室氣體的重要排放源，目前也已經(jīng)有部分發(fā)明專利針對(duì)此領(lǐng)域開展研究。專利CN101234840A提供一種豬場(chǎng)糞污處理新工藝，使酸化的糞污直接經(jīng)過沼氣池發(fā)酵、產(chǎn)氣后，再進(jìn)入固液分離機(jī)分離，提高沼氣產(chǎn)氣量，避免了堆肥處理中惡臭以及甲烷等溫室氣體排放。專利CN104186368B發(fā)明了一種環(huán)保、衛(wèi)生和節(jié)約型肉種鴨發(fā)酵床飼養(yǎng)舍，提高了發(fā)酵床墊料對(duì)種鴨糞便的有氧降解能力，減少了惡臭氣體和溫室氣體的排放。專利CN105523804A通過在新鮮豬糞和玉米秸稈的混合物中添加過磷酸鈣，在養(yǎng)殖場(chǎng)堆肥過程控制了溫室氣體排放。專利CN105030240B則發(fā)明了一種牛的呼吸代謝裝置，測(cè)定牛代謝過程中產(chǎn)生的溫室氣體。專利CN109650957A則通過調(diào)節(jié)養(yǎng)殖場(chǎng)堆肥水分、溫度、時(shí)間等因素，發(fā)明了一種實(shí)現(xiàn)畜禽糞快速腐熟、減少堆肥過程中溫室氣體排放的方法?？傮w而言，目前針對(duì)低碳養(yǎng)殖技術(shù)開展研發(fā)的專利日漸增多，特別是對(duì)反芻動(dòng)物的養(yǎng)殖過程、動(dòng)物糞便管理和新型飼料開發(fā)已經(jīng)成為該領(lǐng)域的發(fā)明熱點(diǎn)。

4.3新型農(nóng)業(yè)溫室氣體測(cè)定裝置研發(fā)

農(nóng)業(yè)源溫室氣體的監(jiān)測(cè)關(guān)系到我國農(nóng)業(yè)溫室氣體排放水平核算和低碳技術(shù)的開發(fā)，因此，一直都是該領(lǐng)域開展發(fā)明創(chuàng)造的重點(diǎn)方向。2011年，專利CN102252876B就發(fā)明了一種緩沖式土壤氣體取樣裝置，防止了目前常用的靜態(tài)箱法測(cè)定過程中箱體向外或向內(nèi)的漏氣，保持了箱體內(nèi)貯存氣體的質(zhì)量，也克服了土壤氣體自然釋放受抑制的難題，提高了對(duì)土壤釋放氣體測(cè)定數(shù)據(jù)的可靠性。專利CN102787067A開發(fā)了一種體外厭氧發(fā)酵溫室氣體實(shí)時(shí)檢測(cè)裝置，有效提高了厭氧發(fā)酵溫室氣體產(chǎn)量監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。專利CN103308664A專門針對(duì)壟作農(nóng)田，發(fā)明了一種壟體土壤溫室氣體的取樣檢測(cè)裝置，該裝置對(duì)壟體、土壤環(huán)境及作物生長干擾小，密封性好，可移動(dòng)或固定監(jiān)測(cè)，節(jié)省時(shí)間和勞動(dòng)強(qiáng)度，且可隨著作物的生長隨時(shí)調(diào)整高度，具有較好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。專利CN104133005A則公開了一種測(cè)量稻田溫室氣體排放的室內(nèi)模擬試驗(yàn)方法，一定程度上克服了田間溫室氣體測(cè)定干擾因素較多的問題。專利CN104833739A則針對(duì)稻田水稻、水稻根際與非根際呼吸難以區(qū)分監(jiān)測(cè)的問題，發(fā)明了一種區(qū)分三者的田間溫室氣體監(jiān)測(cè)裝置及測(cè)定方法，能夠準(zhǔn)確地測(cè)定并區(qū)分不同的溫室氣體來源?？傮w上，從目前該領(lǐng)域所申請(qǐng)的發(fā)明專利來看，針對(duì)農(nóng)業(yè)溫室氣體測(cè)定裝置的研發(fā)已經(jīng)成為重點(diǎn)領(lǐng)域，且研發(fā)目標(biāo)明確，發(fā)明的實(shí)用性強(qiáng)，對(duì)該領(lǐng)域科研和生產(chǎn)方面都有較好的促進(jìn)作用。

5結(jié)論

通過對(duì)我國農(nóng)業(yè)溫室氣體監(jiān)測(cè)與減排技術(shù)發(fā)明專利的分析，初步得到以下結(jié)論。第一，該領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)數(shù)量近年來日益增多，隨著未來全球?qū)τ谵r(nóng)業(yè)節(jié)能減排問題的更深入認(rèn)識(shí)，該領(lǐng)域?qū)＠l(fā)明的需求將會(huì)增加。第二，目前該領(lǐng)域的相關(guān)發(fā)明仍然以國家級(jí)科研單位為主，各地方因地制宜，發(fā)明滿足本地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)、自然地理特征的農(nóng)業(yè)溫室氣體監(jiān)測(cè)與減排技術(shù)，將成為未來該領(lǐng)域研究進(jìn)一步深化并與地方生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合的重要方向。最后，我國在該領(lǐng)域的研發(fā)過程中，應(yīng)該著力深化創(chuàng)新強(qiáng)度，增加發(fā)明性專利的創(chuàng)造力度，拓寬研發(fā)領(lǐng)域涉及面，早日形成我國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域全產(chǎn)業(yè)鏈溫室氣體監(jiān)測(cè)與減排專利體系，占據(jù)全球低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展領(lǐng)域的高地。