基于專利數(shù)據(jù)的連作障礙防治技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析①

陳 香, 梁林洲, 李建剛，李 汛，李衛(wèi)民，沈仁芳

基于專利數(shù)據(jù)的連作障礙防治技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析①

陳 香, 梁林洲*, 李建剛，李 汛，李衛(wèi)民，沈仁芳

(土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所)，南京 210008)

連作障礙嚴(yán)重影響著作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，研發(fā)高效的連作障礙防治技術(shù)是實(shí)現(xiàn)集約化農(nóng)業(yè)可持續(xù)生產(chǎn)的關(guān)鍵。基于incoPat科技創(chuàng)新情報(bào)平臺(tái)，檢索并分析2000—2019年國(guó)內(nèi)外連作障礙防治技術(shù)的專利產(chǎn)出，對(duì)專利申請(qǐng)數(shù)量、技術(shù)構(gòu)成、區(qū)域分布、主要申請(qǐng)人、法律狀態(tài)等方面進(jìn)行分析，以揭示國(guó)內(nèi)外本領(lǐng)域的研發(fā)狀況、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和產(chǎn)學(xué)研情況。結(jié)果表明：近年來(lái)，專利數(shù)量急劇增加；結(jié)合現(xiàn)代生物和材料等新興技術(shù)發(fā)展，新的研發(fā)充分考慮了技術(shù)產(chǎn)品化和應(yīng)用的結(jié)合；我國(guó)的專利申請(qǐng)機(jī)構(gòu)多為企業(yè)和個(gè)人，高校和科研院所申請(qǐng)的專利轉(zhuǎn)化率低，高校/科研院所與企業(yè)合作申請(qǐng)的專利數(shù)量少。技術(shù)的應(yīng)用成為焦點(diǎn)，生物和材料新技術(shù)成果正引入技術(shù)研發(fā)；我國(guó)的產(chǎn)學(xué)研合作和專利技術(shù)質(zhì)量亟需加強(qiáng)。

連作障礙；土傳病害；重茬；專利分析；發(fā)展趨勢(shì)

連作障礙，是指連續(xù)在同一塊土壤上栽培同種作物或近緣作物引起的作物生長(zhǎng)發(fā)育異常，例如作物生長(zhǎng)狀況變差、產(chǎn)量降低、品質(zhì)變劣及病蟲(chóng)害發(fā)生加劇等現(xiàn)象的發(fā)生[1-2]。連作障礙是長(zhǎng)期困擾農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的復(fù)雜問(wèn)題，各國(guó)學(xué)者也對(duì)作物連作障礙形成機(jī)理與防治進(jìn)行了多方面研究。連作障礙現(xiàn)象普遍存在于糧食、蔬菜、果樹(shù)、藥材、花卉等作物，導(dǎo)致連作障礙的原因包括養(yǎng)分過(guò)度消耗、土壤理化性質(zhì)惡化、病蟲(chóng)害增加和有毒物質(zhì)(包括化感物質(zhì)等)的累積等[2]。研發(fā)綠色、有效的連作障礙防治技術(shù)或產(chǎn)品是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)集約化可持續(xù)發(fā)展的有力保障，國(guó)內(nèi)外許多科學(xué)家和企業(yè)投入大量的研究致力于尋求有效的解決方案。

專利文獻(xiàn)是技術(shù)信息的有效載體和重要表現(xiàn)形式，專利信息不僅能快速反映科學(xué)技術(shù)發(fā)展的最新前沿，也可以反映市場(chǎng)關(guān)注的技術(shù)和相關(guān)企業(yè)的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略布局[3-6]。通過(guò)專利文獻(xiàn)分析，可以獲取某一領(lǐng)域內(nèi)比較活躍的企業(yè)及其技術(shù)水平等信息，從而有助于預(yù)測(cè)技術(shù)研發(fā)和市場(chǎng)發(fā)展的趨勢(shì)。作物連作障礙防治保持著較高的研究熱度，國(guó)內(nèi)外相關(guān)專利數(shù)量呈顯著增加趨勢(shì)，多種防治技術(shù)被研發(fā)和利用，但系統(tǒng)總結(jié)其專利申請(qǐng)情況，挖掘技術(shù)、產(chǎn)業(yè)、法律、市場(chǎng)等信息，采用定量和定性相結(jié)合的分析方法進(jìn)行專利情報(bào)分析尚未見(jiàn)到相關(guān)報(bào)道。

本文基于2000—2019年國(guó)內(nèi)外連作障礙防治技術(shù)的專利申請(qǐng)趨勢(shì)、技術(shù)構(gòu)成、法律及運(yùn)營(yíng)等要素分析，揭示該領(lǐng)域的專利現(xiàn)狀和發(fā)展態(tài)勢(shì)，提出未來(lái)研發(fā)建議與展望，以期為我國(guó)連作障礙防治技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)科研人員開(kāi)展研發(fā)和國(guó)家產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新布局提供支撐。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與分析方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文以連作障礙防治技術(shù)為研究對(duì)象，利用連作障礙及相關(guān)概念與檢測(cè)關(guān)鍵詞相結(jié)合的檢索策略構(gòu)建檢索式，采用北京合享智慧科技有限公司開(kāi)發(fā)的incoPat科技創(chuàng)新情報(bào)平臺(tái)作為數(shù)據(jù)源(https://www.incopat.com/)。為保證專利文獻(xiàn)檢索的全面性，先分解檢索要素，后在檢索平臺(tái)中“申請(qǐng)日”項(xiàng)中設(shè)定檢索截止日為2020 年2 月29日，檢索式為“TIAB=((連作障礙) or (重茬) or ((continuous cropping or replant) and (disorder or obstacle or injury or injuries or problem or bacteria or fungi)))”，統(tǒng)計(jì)全球?qū)＠暾?qǐng)情況。通過(guò)逐次閱讀分析初步的檢索結(jié)果進(jìn)行人工去噪并標(biāo)引，最終獲得有效專利數(shù)據(jù)1 760件，其中中國(guó)專利申請(qǐng)1 572件。

1.2 分析方法

借助于incoPat數(shù)據(jù)庫(kù)的專利分析平臺(tái)以及Excel 2016分析軟件，對(duì)連作障礙防治技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)專利數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)量統(tǒng)計(jì)和可視化分析。分別以專利申請(qǐng)量、申請(qǐng)人、專利技術(shù)特征等為指標(biāo)進(jìn)行分析，揭示土壤連作障礙防治領(lǐng)域的專利文獻(xiàn)分布現(xiàn)狀、競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)、主要的技術(shù)特征、研究熱點(diǎn)和研究發(fā)展趨勢(shì)。

2 結(jié)果與分析

2.1 專利申請(qǐng)趨勢(shì)

分析作物連作障礙防治技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)趨勢(shì)，可反映該技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新和發(fā)展的變化趨勢(shì)，為在該技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的專利布局提供重要依據(jù)。圖1表明，2000—2008年，連作障礙防治技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)量處于較低水平，年均申請(qǐng)量為16件。2009年專利申請(qǐng)量為75件，是2008年申請(qǐng)量的2.7倍。2009—2012年，專利申請(qǐng)?zhí)幱诰徛l(fā)展期，該時(shí)期以企業(yè)和個(gè)人作為申請(qǐng)人類型的數(shù)量增多。2013—2016年，專利申請(qǐng)數(shù)量急劇上升，技術(shù)分布更為廣泛，處于成長(zhǎng)期，研發(fā)速度不斷加快，專利申請(qǐng)人以企業(yè)為主。2017年專利申請(qǐng)量稍有降低，但也保持在較高水平。由于專利從申請(qǐng)到公開(kāi)有18個(gè)月的滯后期，2018年、2019年的部分專利處于未公開(kāi)狀態(tài)，因此，2018年和2019年專利數(shù)據(jù)僅供參考。專利區(qū)域分布分析可以幫助了解各個(gè)國(guó)家或地區(qū)在作物連作障礙防治技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)實(shí)力、重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域等信息。1999年以前，日本是主要的專利申請(qǐng)國(guó)，占據(jù)全球一半以上的專利申請(qǐng)。2013年之后，中國(guó)專利申請(qǐng)量占全球?qū)＠偭康?5% 以上，中國(guó)在作物連作障礙防治領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量對(duì)全球?qū)＠暾?qǐng)量的變化起主導(dǎo)作用，其專利受理量高達(dá)1 572件，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)專利受理量位于第二的日本，表明中國(guó)在作物連作障礙防治技術(shù)領(lǐng)域的市場(chǎng)潛力較大。

2.2 專利申請(qǐng)主體

通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析作物連作障礙防治技術(shù)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)人可以了解主要技術(shù)擁有者，幫助識(shí)別追蹤競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手及其核心技術(shù)。表1顯示，連作障礙防治技術(shù)領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外專利申請(qǐng)人類型均以企業(yè)為主。中國(guó)企業(yè)申請(qǐng)專利的數(shù)量占總申請(qǐng)量的40.84%；其次是個(gè)人申請(qǐng)，占22.96%；高校和科研院所分別占17.24% 和18.89%。國(guó)外專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)顯示，企業(yè)的申請(qǐng)數(shù)量占其總申請(qǐng)量的57.98%；個(gè)人位于其次，占比為34.04%。對(duì)于中國(guó)專利而言，企業(yè)/個(gè)人與高校/研究所聯(lián)合申請(qǐng)的專利占2.61%，高校與研究所聯(lián)合申請(qǐng)的專利僅占0.51%。在國(guó)外專利中，個(gè)人間的合作以及企業(yè)和大專院校的合作較多，合作專利總數(shù)占國(guó)外專利總量的19.15%。

專利運(yùn)營(yíng)是實(shí)現(xiàn)專利資產(chǎn)資本化的重要途徑，可以反映專利與市場(chǎng)接軌的程度，專利許可、質(zhì)押、轉(zhuǎn)讓是專利運(yùn)營(yíng)的重要方式。據(jù)表1可知，在連作障礙防治技術(shù)領(lǐng)域中國(guó)有80件專利發(fā)生轉(zhuǎn)讓，發(fā)生實(shí)質(zhì)性專利轉(zhuǎn)讓的為57件。企業(yè)/個(gè)人和高校/研究機(jī)構(gòu)專利的轉(zhuǎn)讓率分別為3.75% 和1.27%。許可的專利有8件，其中2件發(fā)生許可的專利是南京農(nóng)業(yè)大學(xué)申請(qǐng)的。企業(yè)申請(qǐng)的專利有7件發(fā)生專利質(zhì)押。國(guó)外專利有11件發(fā)生轉(zhuǎn)讓，轉(zhuǎn)讓率為5.85%。專利被引證的數(shù)據(jù)顯示，52.67% 的中國(guó)專利被引證，引證次數(shù)≤5次、6 ～ 10次和11 ～ 20次的占比分別為35.37%、10.05% 和5.47%，被引證≥20次的中國(guó)專利僅為1.78%。國(guó)外專利被引證次數(shù)集中在≤5次，達(dá)到94件。

注：表中括號(hào)內(nèi)數(shù)字為國(guó)外專利申請(qǐng)量。

全球排名前10位的專利申請(qǐng)人均來(lái)自中國(guó)(圖2)，其中5家企業(yè)，4家高校，1家科研單位。國(guó)內(nèi)外申請(qǐng)的企業(yè)占比均較大，表明作物連作障礙防治技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。專利申請(qǐng)量居于首位的南京農(nóng)業(yè)大學(xué)以48項(xiàng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于其他機(jī)構(gòu)，表明南京農(nóng)業(yè)大學(xué)在連作障礙防治技術(shù)領(lǐng)域具有重要的研發(fā)實(shí)力。江蘇新天地生物肥料工程中心有限公司的專利申請(qǐng)量為24件，均為與南京農(nóng)業(yè)大學(xué)合作申請(qǐng)。圖2還統(tǒng)計(jì)了全球排名前10位的國(guó)外專利申請(qǐng)人，排名第一是的美國(guó)公司Adjuvants Unlimited LLC，專利申請(qǐng)量?jī)H為7件。申請(qǐng)人Ebara Corporation、Seiwa Co Ltd、Tanaka tomoji、Yamane motohiro、Ajinomoto KK、Asaoka hisatoshi、Fumakilla Ltd 、Chissoasahi Fertilizer Co., Ltd的國(guó)別均為日本。

2.3 專利技術(shù)領(lǐng)域

圖3展示了國(guó)內(nèi)外作物連作障礙防治技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。2000年之前，國(guó)外專利申請(qǐng)數(shù)量較多，主要防治技術(shù)為化學(xué)防治、改善種植制度。2001—2008年，各個(gè)防治技術(shù)均有專利申請(qǐng)且數(shù)量較低。2009年南京農(nóng)業(yè)大學(xué)集中申請(qǐng)生物技術(shù)防治領(lǐng)域?qū)＠?，生物防治技術(shù)呈現(xiàn)一個(gè)突出增長(zhǎng)點(diǎn)，申請(qǐng)量為19件；國(guó)外專利數(shù)量為14件。2015—2016年生物防治技術(shù)專利申請(qǐng)量超過(guò)40件，申請(qǐng)總量為315件，占中國(guó)專利總申請(qǐng)量的20.03%。2013年以后，改善種植制度技術(shù)領(lǐng)域的專利呈顯著增加趨勢(shì)，2017年專利申請(qǐng)量達(dá)95件，申請(qǐng)總量為586件，占中國(guó)專利總申請(qǐng)量的37.28%。國(guó)外專利在改善種植制度防治技術(shù)方面也保持較高的申請(qǐng)量，占國(guó)外專利總申請(qǐng)量的34.57%。改善種植制度是連作障礙防治的熱點(diǎn)技術(shù)。本文統(tǒng)計(jì)的新型肥料包括專用配方肥、水溶性肥料、微量元素肥料、緩控釋肥料，區(qū)別于技術(shù)中的生物防治和有機(jī)肥料。采用合理施肥(新型肥料和有機(jī)肥料)是重要的作物連作障礙防治手段，專利申請(qǐng)總量為420件，是重要的防治技術(shù)。2012—2017年合理施肥(新型肥料和有機(jī)肥料)防治作物連作障礙的專利申請(qǐng)量呈顯著增加，年均增長(zhǎng)率為34.79%，其中新型肥料防治技術(shù)在2014—2017年的專利申請(qǐng)均量超過(guò)40件。土壤管理防治技術(shù)主要涉及土壤改良、養(yǎng)分管理以及土地耕作方法，通過(guò)使用土壤改良劑或者改善作物施肥方法等達(dá)到防病增產(chǎn)的效果。土壤滅菌消毒，多數(shù)化學(xué)消毒劑雖然高效、安全、廉價(jià)，但是會(huì)帶來(lái)農(nóng)藥殘留，污染環(huán)境。高溫消毒，在殺死土壤中大量有害病菌的同時(shí)也殺死了有益微生物，生產(chǎn)上并不推行。2011年之后，化學(xué)防治、土壤管理和土壤消毒防治技術(shù)的專利申請(qǐng)緩慢增長(zhǎng)，申請(qǐng)總量相對(duì)較低。防治技術(shù)有涉及選育抗性品種，但專利申請(qǐng)總量低，可能受連作障礙在分子生物學(xué)研究水平上的限制，其工作難度大、耗時(shí)長(zhǎng)、制種成本高，具有穩(wěn)定抗性的優(yōu)良品種少。

圖4對(duì)連作障礙防治技術(shù)領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外申請(qǐng)專利的主要技術(shù)手段及其技術(shù)效果進(jìn)行了分析，意在掌握連作障礙防治技術(shù)的整體分布規(guī)律，了解關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)熱點(diǎn)。從中國(guó)專利來(lái)看，連作障礙防治手段以改善種植制度、生物防治、合理施肥為主，對(duì)于品種選育涉及較少。蔬菜、水果、藥用植物、經(jīng)濟(jì)作物的連作障礙的防治技術(shù)手段以種植制度為主，其中蔬菜最為突出。生物防治手段主要防治對(duì)象是其他綜合性的作物，防治對(duì)象不單一。合理施肥(有機(jī)肥料和新型肥料)等的連作障礙防治對(duì)象也不單一，范圍較為廣泛。從國(guó)外專利來(lái)看，改善種植制度、生物防治、化學(xué)防治是主要防治技術(shù)，品種選育、土壤消毒、合理施肥技術(shù)手段涉及較少。蔬菜、水果、經(jīng)濟(jì)作物的連作障礙防治手段以種植制度、生物防治為主?；ɑ艿倪B作障礙防治研究沒(méi)有涉及，菌類和藥用植物的連作障礙防治涉及較少。

3 討論

3.1 作物連作障礙防治技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

作物連作障礙防治領(lǐng)域?qū)＠募夹g(shù)分類主要包括種植制度、生物防治、化學(xué)防治、有機(jī)肥料、新型肥料、土壤管理、土壤消毒和品種選育(圖3 ～ 圖4)。改善種植制度和生物防治一直是作物連作障礙防治技術(shù)的主要研發(fā)方向。種植制度包括作物復(fù)種或休閑，作物的結(jié)構(gòu)與布局，輪作、連作，間作、單作、套作等種植方式，選擇合適的種植制度可以降低作物連作障礙帶來(lái)的危害，提高土地利用率。研究表明，許多作物連作會(huì)導(dǎo)致土壤理化性狀變差、養(yǎng)分失衡等問(wèn)題，而采用嫁接、施用微生物菌劑，以及合理的輪作、間作、填閑等栽培模式能夠提高土壤微生物種群多樣性和穩(wěn)定性，緩解連作障礙，促進(jìn)作物生長(zhǎng)、增加產(chǎn)量。輪間作處理可能通過(guò)提高土壤酶活性、改善辣椒土壤微生物區(qū)系進(jìn)而使得連作辣椒根際土壤得到一定程度的改良[7]。利用砧木嫁接是設(shè)施蔬菜提高抗性和防治連作障礙的重要措施[8]。

生物防治隨著分子生物學(xué)技術(shù)的運(yùn)用逐漸成為防治作物連作障礙的重要技術(shù)。健康土壤微生物組含有更多的根瘤菌科、芽孢桿菌科、鏈霉菌科等對(duì)植物病原菌有拮抗作用的微生物[9]，篩選分離對(duì)作物病原菌具有顯著拮抗效果的生防菌，直接接種生防菌，可能會(huì)受到生長(zhǎng)環(huán)境的制約，在土壤中無(wú)法長(zhǎng)期存活，但制成微生物菌劑或者微生物有機(jī)肥能夠有效防治作物土傳病害。生防菌可以通過(guò)在土壤中定殖，競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)和空間、促進(jìn)作物生長(zhǎng)等方式發(fā)揮生防作用。合理施肥(新型肥料和有機(jī)肥料)也是重要的防治技術(shù)，新型肥料相比于傳統(tǒng)肥料，提高了肥料利用率，環(huán)保無(wú)污染。加施有機(jī)肥可以調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分、改善土壤理化性質(zhì)、減輕土傳病蟲(chóng)害、促進(jìn)作物生長(zhǎng)。根據(jù)incoPat的合享價(jià)值度進(jìn)行排序，連作障礙防治技術(shù)領(lǐng)域受關(guān)注度較高的10件重點(diǎn)專利，均涉及生物防治技術(shù)。作物連作障礙是生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)多個(gè)因素相互作用所致，任何一項(xiàng)單獨(dú)措施或幾項(xiàng)措施的簡(jiǎn)單疊加都難以達(dá)到徹底克服連作障礙的理想效果，因此市場(chǎng)需要使用方便、環(huán)保、能夠全面且有效防治連作障礙的方法。同時(shí)，伴隨現(xiàn)代生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)科學(xué)研究等領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，運(yùn)用生物技術(shù)消減作物連作障礙必將是重要的發(fā)展趨勢(shì)。

3.2 作物連作障礙防治的植物健康管理技術(shù)

近年來(lái)，如何減緩和防治連作障礙已成為了生產(chǎn)上亟待解決的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。有些作物的連作障礙，通過(guò)特殊的栽培調(diào)控措施可以得到解決，但絕大多數(shù)作物的連作障礙至今還沒(méi)有切實(shí)可行的消減技術(shù)[2,10]。目前，作物抵御連作障礙的策略有兩大類:一是通過(guò)提升作物自身免疫系統(tǒng)，二是改變作物生長(zhǎng)的環(huán)境要素。化學(xué)刺激物添加、選育抗性品種和生物技術(shù)等方式均可以提升作物健康水平，以減緩連作障礙的發(fā)生。

通過(guò)外源化學(xué)物質(zhì)添加提高作物抗性進(jìn)而緩解連作障礙的技術(shù)是一類易于標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)品化的方法，一直受到高校、科研院所和產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注。云南農(nóng)業(yè)大學(xué)發(fā)現(xiàn)外源添加抗壞血酸和龍膽二糖均可增強(qiáng)三七的抗性，緩解三七連作障礙的發(fā)生(CN 201611114645.3[11]、CN201611113956.8[12])。近年來(lái)，出現(xiàn)了一些通過(guò)提取天然生物源的有機(jī)化合物作為植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑提高作物抗性以防治連作障礙的技術(shù)，這些物質(zhì)包括芹菜根系分泌物濃縮、黃芪水提物、苦參水提物和洋蔥餾分等(CN201610794031.8[13]、CN201810470342.8[14])。

在果蔬類栽培中，選用抗病品種或砧木可以有效緩解作物連作障礙問(wèn)題，通常采用嫁接將接穗品種的優(yōu)良性狀和砧木的有利特性進(jìn)行結(jié)合，從而達(dá)到品種改良的目的[2,10]。河北農(nóng)業(yè)大學(xué)公開(kāi)了以枯萎病菌毒素和自毒物質(zhì)對(duì)羥基苯甲酸混合液作為選擇壓力誘導(dǎo)草莓抗連作障礙突變體的篩選方法，該方法可篩選到分化率高、遺傳穩(wěn)定性強(qiáng)且能結(jié)實(shí)的3株抗性突變體(CN201210021686.3[15])。利用蘋(píng)果重茬園未經(jīng)改造的土地對(duì)多種蘋(píng)果砧木實(shí)生苗進(jìn)行原位抗性育種方法，可以提高抗重茬育種的專一性和育種效率，大大縮短抗重茬砧木選育的時(shí)間周期(CN201510012827.9[16])。沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)發(fā)現(xiàn)以番茄或野生茄子作為砧木接穗為茄子品種的方法，克服連作障礙效果顯著，且生產(chǎn)成本較低(CN201010279823.4[17])。雙穗一砧的嫁接方法，可以有效地防止瓜菜枯萎病的發(fā)生，嫁接苗成活率高，產(chǎn)量高(CN201710749614.3[18])。同時(shí)，脫毒苗繁育的方法也可以解決半夏不能連作的難題(CN201710101446.7[19])，編碼水稻耐鹽蛋白OsSRM的基因轉(zhuǎn)化蔬菜、花卉等植物可克服設(shè)施條件下因土壤返鹽或高溫引起的連作障礙(CN200810163815.6[20])。

通過(guò)在土壤中添加有益細(xì)菌和真菌的生物技術(shù)已成為改善土壤質(zhì)量而又不對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)造成不利影響的一種首選且可持續(xù)的方法[21-22]。叢枝菌根真菌(AMF，arbuscular mycorrhizal fungi)是最常見(jiàn)的共生微生物，可以在80% 以上的植物物種中找到[23]。AMF的定殖改善了植物的生長(zhǎng)，提高了農(nóng)作物對(duì)病原菌的抗性和對(duì)生物和非生物脅迫耐受性[24]。前人研究表明，接種AMF能減少由病原體引起的根系損傷，并明顯增加根系次生代謝物含量，從而抑制病原體的繁殖；同時(shí)，AMF還可以誘導(dǎo)植物產(chǎn)生防御性酶，有助于減少病原體引起的損傷[25-26]。Liu等[22]報(bào)道，AMF生物肥料通過(guò)提高AMF接種率、改善根際有益細(xì)菌和促進(jìn)植物吸收氮磷養(yǎng)分，克服連作障礙從而改善西洋參的生長(zhǎng)。為此，一些專利申請(qǐng)人利用菌根真菌與作物共生，侵占位點(diǎn)，提高作物抗逆性，從而減緩作物連作障礙。菌根真菌和發(fā)酵好的拮抗菌的菌液直接添加到無(wú)土栽培基質(zhì)醋糟中的方法，抑制了醋糟基質(zhì)中病原菌的生長(zhǎng)，降低了作物枯萎病的發(fā)生，能在一定程度上克服無(wú)土栽培基質(zhì)連作障礙的發(fā)生，延長(zhǎng)醋糟的使用壽命(CN201210144414.2[27])。辣椒(CN201710086068.X[28])、花生(CN201910124328.7[29]和牡丹(CN201010541757.3[30])通過(guò)AMF育苗栽培，可有效改善根際的微生態(tài)環(huán)境，克服連作障礙問(wèn)題，提高產(chǎn)量和品質(zhì)。

3.3 作物連作障礙防治的環(huán)境健康管理技術(shù)

維持作物生長(zhǎng)的土壤環(huán)境健康是解決連作障礙的有效方法[31]，作物連作障礙防治的環(huán)境健康管理技術(shù)主要包括土壤消毒(降解自毒物質(zhì)作用)和培育健康作物生長(zhǎng)環(huán)境兩部分。

土壤消毒有物理、化學(xué)和生物的方法。在土壤物理消毒方面，通過(guò)蒸汽鍋爐高溫蒸汽輸入，合理布置蒸汽管道，采用可移動(dòng)蒸汽金屬管架，對(duì)土壤進(jìn)行高溫消毒，殺滅土壤中的大量有害病菌，分解有害自毒物質(zhì)，從而解決三七連作障礙問(wèn)題(CN201410174938.5[32])。農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所公開(kāi)了一種遙控自走式土壤射頻處理機(jī)(CN201721402425.0[33])，該實(shí)用新型專利采用履帶式底盤(pán)，能適應(yīng)各種復(fù)雜地形和土壤，適應(yīng)性廣，操作簡(jiǎn)單、方便，可廣泛用于處理大田、果園、溫室大棚內(nèi)的土壤，能有效殺滅土壤中的各種蟲(chóng)、菌，預(yù)防土壤連作障礙。在土壤化學(xué)消毒方面，山東省花生研究所通過(guò)在播種前施用石灰氮和氯化銨、石灰氮和棉隆，提高了土壤消毒效果，補(bǔ)充了有益微生物，并能實(shí)現(xiàn)按需灌溉，有效緩解連作障礙，促進(jìn)了花生生長(zhǎng)發(fā)育(CN201310467952.X[34]、CN201711188283.7[35])。一種可消除作物連作障礙的微型栽培設(shè)施(CN201720824163.0[36])的實(shí)用新型發(fā)明將化學(xué)藥劑消毒滅菌、高溫悶棚、蒸氣熏蒸物理方法相結(jié)合，從而達(dá)到對(duì)土壤基質(zhì)的消毒滅菌作用，有效地消除了作物連作障礙；高溫加熱的同時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，設(shè)置在破碎輥軸外圓周上的擊打桿對(duì)基質(zhì)殺菌消毒皿內(nèi)的土壤進(jìn)行擊碎并均勻攪拌，以保證殺菌消毒徹底，消除連作障礙效果更佳。

土壤高溫滅菌是一種經(jīng)濟(jì)、有效且廣泛使用的物理方法，但在長(zhǎng)期連續(xù)種植的重度連作障礙土壤中，高溫滅菌的效果較差[37]?；瘜W(xué)方法是利用一些化學(xué)殺菌劑，抑制土壤中病蟲(chóng)害的傳染及發(fā)生，效果顯著，但存在極大的安全隱患，例如溴化甲基、溴化乙基等化學(xué)合成殺菌劑，對(duì)人體有害，且對(duì)臭氧層有破壞性影響，已經(jīng)被禁止使用[37-38]。接種有益微生物或拮抗菌的生物方法是通過(guò)與病原菌競(jìng)爭(zhēng)養(yǎng)分和生存空間而達(dá)到抑制病原菌的效果，但無(wú)法改良惡化的土壤環(huán)境[39]。這些傳統(tǒng)防治方法的作用通常較為單一，往往不能解決由多種因素引起的連作障礙問(wèn)題。因此急需一種方便、環(huán)保、能夠全面且有效防治連作障礙的方法[40]。為此，一些研究者開(kāi)始探索可持續(xù)的土壤消毒方法，Li 等[37]發(fā)現(xiàn)碳酸氫銨/甲酸鈉熏蒸加熱可減輕西瓜種植中的鐮刀菌枯萎病危害。同時(shí)，一種有效控制土壤中土傳病蟲(chóng)害的強(qiáng)還原土壤滅菌法(reductive soil disinfestation, RSD)被提出，該方法能夠有效地改善土壤的理化性質(zhì)，并且能夠通過(guò)厭氧還原環(huán)境殺滅病原菌，同時(shí)對(duì)人類和環(huán)境沒(méi)有毒害作用，也不會(huì)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品造成安全隱患[40,41-43]。南京師范大學(xué)在發(fā)生連作障礙或者香蕉枯萎病發(fā)病率較高的連作土壤中添加有機(jī)碳源并維持土壤厭氧狀態(tài)創(chuàng)造強(qiáng)還原環(huán)境，快速促進(jìn)土壤中厭氧微生物的生長(zhǎng)代謝，產(chǎn)生大量代謝產(chǎn)物，可有效降低病土中尖孢鐮刀菌的數(shù)量，不僅改善土壤微生物區(qū)系，還減少作物土傳病害的發(fā)生(CN201510026930.9[44])。

在土壤生物防治方面，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)分離得到一株促生菌株NJAUYL-25，并將其接種到腐熟的豬糞堆肥和菜粕的微生物分解混合物中進(jìn)行固體發(fā)酵制成微生物有機(jī)肥料，該產(chǎn)品施入連作土壤后可有效促進(jìn)香蕉生長(zhǎng)(CN201310360515.8[45])。中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所發(fā)現(xiàn)了一種產(chǎn)幾丁質(zhì)酶(降解病原菌菌絲細(xì)胞壁)活性較高的假單胞菌(CN201610475283.4[46])，該菌種對(duì)鐮刀菌、絲核菌、輪枝菌等多種土傳真菌性病原菌菌絲體均有顯著降解能力，能有效緩解土傳病害對(duì)連作地花生的影響。木霉菌(CN201910024769.X[47]、CN201910897806.8[48])、枯草芽孢桿菌(CN 201010608565.X[49])、解酚菌(CN201210021687.8[50])、小桿屬線蟲(chóng)(CN201010102744.6[51])等也被應(yīng)用于作物連作障礙防治。

在培育作物生長(zhǎng)健康環(huán)境方面，技術(shù)人員通過(guò)研發(fā)改善土壤養(yǎng)分狀況、物理結(jié)構(gòu)和有益微生物比例等參數(shù)以達(dá)到防治作物連作障礙的目標(biāo)。傳統(tǒng)的方法是改善土壤養(yǎng)分狀況和物理結(jié)構(gòu)，近年來(lái)，一些技術(shù)人員開(kāi)始關(guān)注以提高作物栽培土壤有益微生物比例減緩連作障礙的技術(shù)。南開(kāi)大學(xué)于2003年發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)植物根際的碳氮平衡能改善植物生長(zhǎng)的微生態(tài)環(huán)境，增強(qiáng)植物抵抗病原物，有效解決植物的連作障礙問(wèn)題(CN03144289.7[52])。小麥根系分泌物、小麥殘茬腐解液、三十烷醇和磷酸二氫鉀組合，能夠有效克服連作障礙，減輕土傳病害，提高黃瓜等蔬菜作物的產(chǎn)量和品質(zhì)CN200810209579.7[53])。在蘋(píng)果植株不同生長(zhǎng)階段土施不同劑量的麥芽糖，優(yōu)化土壤生態(tài)，增加土壤中細(xì)菌數(shù)量，降低真菌數(shù)量，同時(shí)增加放線菌的數(shù)量，可改善重茬條件下蘋(píng)果果樹(shù)長(zhǎng)勢(shì)(CN2016 10293857.6[54])。Liao等[31]報(bào)道，立體栽培技術(shù)能夠有效解決三七種植過(guò)程中的連作障礙問(wèn)題。調(diào)整土壤微生態(tài)環(huán)境是通過(guò)食物網(wǎng)的觀點(diǎn)，通過(guò)添加食物，調(diào)節(jié)有益微生物的比例進(jìn)而抑制連作障礙的發(fā)生，例如有報(bào)道指出，添加L-精氨酸可以顯著提高土壤中有益微生物的數(shù)量[55]。

3.4 我國(guó)作物連作障礙防治技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀

專利申請(qǐng)數(shù)量是技術(shù)產(chǎn)出的直接反映，作物連作障礙防治技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠娜虻赜蚍植硷@示，2009—2018年處于專利申請(qǐng)快速增長(zhǎng)期，說(shuō)明目前全球正處于連作障礙防治技術(shù)的發(fā)展期。中國(guó)是該領(lǐng)域?qū)＠闹饕暾?qǐng)國(guó)家，與全球?qū)＠鲩L(zhǎng)趨勢(shì)保持一致，充分表明該領(lǐng)域相關(guān)企業(yè)或戰(zhàn)略投資者加大研發(fā)投入并在中國(guó)進(jìn)行戰(zhàn)略布局。全球排名前10位的作物連作障礙防治技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)機(jī)構(gòu)均為中國(guó)的高校、研究所或企業(yè)，中國(guó)有5家企業(yè)進(jìn)入前10位(圖2)。專利運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)可以反映技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的狀態(tài)，我國(guó)作物連作障礙領(lǐng)域的專利轉(zhuǎn)讓數(shù)量較低，發(fā)生專利許可和專利質(zhì)押的專利數(shù)量更是屈指可數(shù)。專利技術(shù)產(chǎn)業(yè)化低的原因通常有兩個(gè)方面，一是市場(chǎng)不活躍，二是專利價(jià)值低。專利被引證的信息可以部分說(shuō)明技術(shù)的價(jià)值。被引證20次以上的專利很少，主要集中于引證次數(shù)少于5次的區(qū)段內(nèi)。高質(zhì)量的專利相對(duì)較少，其中被引證最多的專利是鎮(zhèn)江市京口區(qū)瑞京農(nóng)業(yè)科技示范園公開(kāi)的一種櫻桃番茄的栽培方法(CN201010521349.1[56])，被引證了51次，說(shuō)明此件專利所保護(hù)的技術(shù)方案為該技術(shù)領(lǐng)域的核心專利。根據(jù)引證分析和專利申請(qǐng)的結(jié)果，可以初步判斷缺乏高質(zhì)量的專利是影響連作障礙防治技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。

4 結(jié)論

近年來(lái)，我國(guó)作物連作障礙防治技術(shù)發(fā)展呈突破態(tài)勢(shì)，表明該技術(shù)處于生命周期的發(fā)展期。作物連作障礙防治技術(shù)研發(fā)正朝著操作簡(jiǎn)便、綜合、環(huán)保的方向發(fā)展，結(jié)合分子生物和材料等新興技術(shù)發(fā)展，新的研發(fā)充分考慮了連作障礙防治技術(shù)產(chǎn)品化和應(yīng)用的結(jié)合。該技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)全球排名前10位均為中國(guó)的機(jī)構(gòu)，其中企業(yè)占申請(qǐng)量的40.84%，表明該技術(shù)市場(chǎng)化前景廣闊。企業(yè)/個(gè)人與高校/研究所聯(lián)合申請(qǐng)的專利少，亟需加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合攻關(guān)及合作研發(fā)。專利轉(zhuǎn)讓和許可的比例低，因此提升專利質(zhì)量是連作障礙防治技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。

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Analysis on Development Trend of Continuous Cropping Obstacle Control Based on Patent Information

CHEN Xiang, LIANG Linzhou*, LI Jiangang, LI Xun, LI Weimin, SHEN Renfang

(State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008,China)

Continuous cropping obstacle seriously affects crop yield and quality.Research and development of efficient prevention technology is the key to achieve sustainable intensive agricultural production.By using the incoPat technology innovation information platform, we searched and analyzed home and abord patents of continuous cropping obstacle prevention technology from 2000 to 2019.From the number of patent applications, technical composition, regional distribution, main applicants, legal status and other aspects, we revealed the research and development status, technology development trend and production, education and research status.The results showed that in recent years, the number of patents had increased dramatically.Combined with the development of the modern biology and material technologies, new researches have fully considered the combination of the application of biological prevention and control technology.Patent applicants in China were mostly enterprises and individuals.The conversion rate of patents applied by universities and scientific research institutes was not very high, and the number of patent jointly applied by universities/scientific research institutes and enterprises was also small.Technology application has become the hotspot, and new biological and material technological achievements are introduced into the development of technology.The cooperation of industry-university-research and the quality of patented technology in China urgently need to be strengthened.

Continuous cropping obstacles; Soil-borne diseases; Continuous cropping; Patent analysis; Development trend

S156；G255.53

A

10.13758/j.cnki.tr.2021.05.011

陳香, 梁林洲, 李建剛, 等.基于專利數(shù)據(jù)的連作障礙防治技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析.土壤, 2021, 53(5): 969–976.

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃專項(xiàng) (2016YFD0200302)和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 (41977055)資助。

通訊作者(lzliang@issas.ac.cn)

陳香（1992—），女，江蘇泰州人，碩士，主要從事作物土傳病害的微生物防治研究。E-mail: xchen@issas.ac.cn