基于专利的禾谷类作物种子技术创新分布结构研究*

崔遵康，赵 星，郜向荣，李丹阳，左文革*

（1.中国农业大学图书馆，北京 100193；2.北京奥凯知识产权服务有限公司，北京 100086；3.中国农业大学经济管理学院，北京 100083）

种子技术是种业科学的核心内容[1]。禾谷类作物作为最重要的粮食作物，对其种子技术进行有效管理和保护对于提高我国种业发展水平、保障国家粮食安全具有重要意义。专利作为科研创新成果主要的表现形式之一，包含着丰富的技术信息、市场信息和法律信息，已成为各国提升竞争力的核心资源之一。当前，我国种业面临严峻挑战，对禾谷类作物种子技术创新分布结构进行研究，有助于了解不同国家和机构的技术布局特征，定位自身优势领域、回避竞争陷阱、缩小技术差距，最终实现技术赶超。

关于种子具体技术的研究多有报道，但鲜见从专利角度研究种子技术创新的文献。既有研究集中关注转基因农作物育种技术的专利分析：任欣欣等（2012）[2]从年度申请变化、专利法律状态情况、申请人情况以及专利集中技术领域等方面对中国转基因小麦的专利情况进行了分析；吴学彦等（2013）[3]利用DII的数据信息分析了转基因玉米领域技术的研发现状与态势、研发热点和技术分布；赵霞等（2014）[4]从专利整体趋势、核心专利申请国和机构分布、专利技术生命周期以及技术热点等方面研究了转基因农作物的技术布局；刘萍萍等（2015）[5]从年度申请态势、区域分布、专利申请人、技术热点领域等方面对比了国内外转基因小麦的研究现状；王戴尊等（2016）[6]对转基因大豆的专利信息进行了分析。未见从专利角度整体分析禾谷类作物种子技术创新分布结构的研究。本文综合运用专利计量和专利地图的研究方法，对禾谷类作物种子技术发展趋势和技术创新地域分布、技术研发热点与创新分布特征、创新机构竞争态势和核心专利布局等进行多维分析，旨在为该领域的技术创新和科学决策提供有价值的参考。

1 研究对象和数据来源

1.1 研究对象

本文以禾谷类作物的种子技术专利作为研究对象。种子技术是指以种子为对象的各类技术，本文将其归纳三个大类：种子选育与生产技术、种子加工与处理技术和种子贮藏与检验技术。其中，种子选育与生产技术是育种者利用农作物种质资源，培育筛选具有符合需要特征特性的品种，并进行播种繁殖和再生产以满足规模化推广的过程中的各类技术；种子加工与处理技术是包含种子脱粒、干燥、清选分级、浸种、拌种、催芽、药物处理、肥料处理和包衣技术等在内的综合性种子处理技术；种子贮藏与检验技术是指从种子成熟到播种的过程中，在收获、运输、贮藏和播种前检验种子纯度、净度、发芽率、水分、健籽率、千粒重和病虫害等并进行有效贮藏以保证种子生活力的各类技术。

1.2 数据来源

本文选取Innography专利数据库作为数据来源，对全球禾谷类作物种子技术专利进行检索。检索时间为2017年12月31日，专利数据范围为2000年至2017年公开的全球专利文献。检索策略为关键词和IPC分类号（国际专利分类）相结合进行限定。经过专利检索和数据清洗，得到相关专利总量为67 290件（专利申请量为40 957件），专利同族46 343项。（注：由于专利审查公开前有18个月的保密期，且数据库更新存在时滞，因此2016和2017年的数据存在较大缺漏，仅作参考，不予分析。）

2 结果与分析

2.1 禾谷类作物种子技术发展趋势

专利技术生命周期是指在专利技术发展的不同阶段中，专利申请量与专利申请人数量的一般性的周期性规律，能够反映出当前技术所处的技术发展阶段。通过专利技术生命周期分析发现（图1），2000～2017年的禾谷类作物种子技术的发展大致分为三个阶段：2000～2003年，专利总量及参与研发的机构不多，此时的专利多是领域内基础性专利，技术市场尚不明确，处于初步发展期；2004～2010年，技术进一步发展，专利申请量逐年增加，进入机构增多，处于由初步发展到快速成长的过渡期；2011年以后，相关专利申请持续大幅增加，专利申请人激增，介入的企业和研发机构增多，技术市场活跃。目前，禾谷类作物种子技术正处于技术活跃期。

图1 禾谷类作物种子技术专利技术生命周期图

2.2 禾谷类作物种子技术创新地域分布

专利应用国家或地区的分布，反映地区技术市场的重要性，专利布局较多的国家和地区，通常在该技术领域的市场活动较多[7]。专利来源国家或地区可以根据专利第一发明人的国别信息进行判断，它反映技术创新和研发的产出地信息。从表1可知，中国和美国既是禾谷类作物种子技术专利的主要技术应用国，也是主要的技术来源国，两国均拥有规模庞大的种子技术市场，专利布局数量远高于其他国家或地区。日本、德国、韩国、法国、英国和中国台湾均处在专利应用和来源国家或地区的前10名。

表1 禾谷类作物种子技术专利主要应用和来源国家/地区

图2是主要技术来源国的专利布局情况，从中可以看出，中国、美国、日本和韩国在本国进行的专利申请量所占份额分别高达92.3%、75.8%、80.4%和63.9%，本国市场仍然是上述各国专利布局的重点。美国在其他国家的专利申请也占有较大比例，其在德国、韩国、日本和中国占比分别为35.9%、12.7%、10.0%和3.4%；中国、韩国、德国三国在其他国家的布局相对较少，特别是中国，在美国、日本、德国、韩国的专利申请占比分别仅为0.75%、0.55%、1.1%和1.0%。

图2 主要技术来源国的专利布局情况

2.3 禾谷类作物种子技术研发热点与创新分布特征

2.3.1 技术研发热点

国际专利分类法是国际上通用的专利文献分类法，它将科学发明和专利的技术主题作为整体进行技术主题归类。通过分析禾谷类作物种子技术的IPC分布可以发现该技术领域的研发热点（表2），研究最多的是突变或遗传工程（C12N15），占比16.1%；其次为播种技术（A01C7），占比12.4%；占比5%以上的技术主题还包括改良基因型的方法（A01H1）、移栽机械（A01C11）、杀虫剂或植物生长调节剂（A01N43）、在播种或种植前测试或处理种子或根茎或类似物的设备或方法（A01C1）以及在容器、促成温床或温室里的栽培技术（A01G9）等。少量研究关注水培和无土栽培（A01G31）、通过组织培养技术的植物再生（A01H4）、联合作业机械（A01B49）、稻的种植（A01G16）以及与脱粒装置联合的收割机（A01D41）等主题。

根据禾谷类作物种子技术主要研发热点所属技术领域的时间变化趋势（图3），可以发现主要研究领域为变异或遗传工程（C12N）、植物获得新方法及组织培养技术（A01H）、种植播种和施肥技术（A01C）、栽培技术（A01G）、农药制剂（A01N）、农业机械或农具部件（A01B）、收获或收割技术（A01D）和脱粒技术（A01F）等。这些领域的技术研发和专利申请自2004年前后开始进入波动上升期，除技术积累因素外，可能与各国的政策变化有关，如中国于2000年末开始施行《种子法》，彻底打破了计划经济时代国有种子公司垄断经营的局面；于2001年末加入世界贸易组织，放开种子市场，确立品种权的法律地位，开创了种业市场竞争和产业发展的新局面[8]。2015年个别技术领域专利数量虽然有所回落，但依然居于高位，相关研究处于活跃期。

表2 禾谷类作物种子技术的研发热点

图3 技术热点领域的时间变化趋势

2.3.2 创新分布特征

通过专利总量-相对增长率和相对增长率-变异系数的指标组合分析，可以研究各技术的创新能力分布特点[9]。相对增长率是考察期内某技术领域专利数量复合增长率与所有技术领域专利数量复合增长率的比值，反映技术领域相对于技术整体创新成长的情况，相对增长率大于1，说明这一技术领域创新能力增长快于技术整体创新能力的增长；反之，说明这一领域相对于技术整体创新能力发展处于落后状态。复合增长率（CAGR）通过总增长率百分比的n次方根求得，具体公式如下：

CAGR=（现值/起始值）（1/n）-1现值为所计算指标的本年度数目（即2015年专利量），起始值为所计算指标起始年的数目（即2000年专利量），n为计算期内的年数。

变异系数是标准差与平均数的比值，用于表示技术领域各年份专利数量之间的偏差，表征技术成长在时间维度上的稳定性。变异系数越大，说明该领域的技术成长越不稳定；反之，说明该领域越稳定。

根据禾谷类作物种子技术热点的专利数据绘制专利总量-相对增长率组合散点图（图4），以专利总量和相对增长率的平均值作为坐标轴中线，将散点图分为四个象限。其中，变异或遗传工程是唯一位于高总量-高增长象限的技术，该技术领域具有丰富的专利积累，并且能够持续研发创新，是领域内的“主导-成长型”技术。脱粒技术、栽培技术和收获或收割技术位于低总量-高增长象限，此类技术虽然专利量较少，但是技术创新的速度高于领域整体水平，属于“新兴-成长型”技术，具有较大的成长空间，可能成为领域内技术研发的主导方向；农业机械或农具部件技术位于低总量-低增长象限，技术创新成果较少，且滞后于技术领域的整体发展水平。一方面可能因为此类技术的研发创新处于初步发展阶段，专利成果少，有待进一步的技术突破；另一方面可能因为技术已趋于成熟，属于领域内的“夕阳技术”，居于从属地位。农药制剂和植物生长调节剂技术，种植播种和施肥技术以及新植物获得方法和组织培养技术均位于高总量-低增长象限，可视为“主导-成熟型”技术，技术趋于成熟，但是由于没有出现变革型的重大技术，所以技术增长速度稍显不足。

图4 热点领域专利总量-相对增长率组合分布

利用相对增长率-变异系数的组合分析可以进一步研究禾谷类作物种子技术各分支技术领域的创新分布特征（图5）。可以看到，脱粒技术、栽培技术和收获或收割技术位于高增长-不稳定象限，这三类技术的专利总量相对较少，说明“新兴-成长型”技术的发展速度虽然较快，但面临着不确定性，技术的波动起伏较大；变异或遗传工程技术是位于高增长-稳定象限的“主导-成长型”技术，表现出技术的稳定性，是引导领域整体技术创新的坚实力量；农药制剂和植物生长调节剂技术、种植播种和施肥技术以及植物获得新方法和组织培养技术均位于低增长-稳定象限，这些技术趋于成熟，由于缺乏技术创新，增长动力不足，这与其“主导-成熟型”技术的分析也相吻合；农业机械或农具部件相关技术也位于低增长-稳定象限，结合上文其位于低总量-低增长象限的分析，可知该领域的技术积累相对较少，成果产出缓慢，研发创新不足。

图5 热点领域专利相对增长率—变异系数组合分布

2.4 禾谷类作物种子技术的全球创新机构竞争态势

通过对专利申请人（创新机构）进行统计分析得到的全球创新机构竞争态势气泡图（图6）和全球创新机构专利布局气泡图（图7），可以了解创新机构之间的竞争态势。竞争者气泡图的横坐标代表创新机构的技术实力（包含专利数量、专利分类情况和专利引证情况等），纵坐标代表创新机构的综合实力（包含财务实力、诉讼情况、位置因素等）。气泡在横轴上位置越靠右，机构的技术创新能力越强；在纵轴上位置越高，机构的综合实力越强，利用专利的能力越强。图8中的中线将气泡图分为ABCD四个象限，A象限机构的综合实力和技术创新实力雄厚，是领域内的领导者；B象限机构的综合实力强大，但技术创新实力稍显不足，是潜在的技术收购方；C象限机构的技术创新实力强大，具备潜在的高盈利能力，但综合实力稍弱，存在被收购的风险；D象限机构的综合实力和技术创新实力都相对较弱，处于竞争劣势，是技术领域内的跟踪效仿者。

根据对图6和图7的综合分析可以得出，杜邦是禾谷类作物种子技术领域内的领导者，综合实力和技术创新实力雄厚，在全球范围内广泛布局，除本国之外，在中国、澳大利亚、加拿大、日本和印度等国有较多的专利申请；孟山都是世界上最大的种子生产企业之一，技术创新能力强大，但在经济危机之后企业效益欠佳，综合实力不足[10]；拜耳作为世界第二大作物保护产品生产公司，在2016年开始发起对孟山都公司的660亿美元的收购[10]，充分反映了其强大的综合实力；巴斯夫及其子公司Cropdesign也占据重要地位，综合实力尤为突出，技术创新实力也相对较强，在中国的专利布局量超过了美国，反映了它对中国市场的关注；先正达、久保田、住友化学和洋马公司以及以中国农业大学为代表的中国机构技术创新实力和综合实力都相对较弱，是该技术领域内的跟踪效仿者。

图6 主要创新机构竞争态势

从国家间的对比来看，美国占据技术创新的绝对优势地位，杜邦和孟山都是领域内的技术领导者；德国的技术创新实力相对美国稍逊一筹，但其综合实力雄厚，拜耳收购孟山都的行为，可能重塑行业的技术竞争格局；日本相对美国、德国无论综合实力还是技术创新实力都处于劣势，但其技术创新实力与德国差距不大；瑞士先正达是全球第一大农药、第三大种子农化高科技公司，农药和种子分别占全球市场份额的20%和8%，其技术创新实力仅次于美国和德国，但公司债务高企、综合实力受损，2015年、2016年孟山都和中国化工曾先后向先正达发起收购案[11]；中国在竞争中明显处于劣势，海外市场布局十分欠缺，且机构实力弱，类型多为高校和科研院所，如中国农业大学、浙江理工大学、浙江大学、中国水稻研究所和华中农业大学等，企业在技术创新中存在缺位，尚未成为技术创新的主导。

结合上文技术创新分布特征的分析不难发现，主要创新机构在全球竞争中所处的地位受到技术创新类型的影响。美国杜邦、孟山都作为世界种子巨头，其在农化技术、转基因技术领域的创新实力占据绝对的优势地位，业务布局集中在“主导-成长型”技术方面；德国巴斯夫和拜耳的业务构成则更趋多元化，基因生物技术在公司的业务构成中所占比例相对美国公司较小；住友化学、洋马和井关农机等日本公司的业务重心分别在农药原料和制剂、农业机械领域，而这些领域的技术多属于“成熟型”或“从属型”技术，研发创新较少；中国机构在整体技术领域内的创新能力有待进一步提升。

2.5 禾谷类作物种子技术核心专利布局

本文利用Innography的专利强度（Patent Strength）数据进行核心专利的布局分析。专利强度是一个包含十余个专利价值相关参数的复合指标，通常认为专利强度在80th以上的专利为核心专利。

图7 主要创新机构专利布局

根据统计，在禾谷类作物种子技术领域专利强度在80th～100th区间的专利共有1 474件，占总量的2.2%。其中，根据核心专利的布局国家统计情况，美国核心专利（1 194件）占美国专利布局总量的10.9%，中国核心专利（122件）占比0.3%，德国核心专利（35件）占比1.6%，法国核心专利（30件）占比1.4%，英国核心专利（24件）占比1.3%，日本核心专利（21件）占比0.4%等。可见美国是核心专利的集中布局地，核心专利占比远高于世界其他国家；中国虽然专利布局总量远高于其他国家，但是核心专利布局占比极低，高水平技术占比不高。

图8 创新机构核心专利的全球布局情况

通过对核心专利第一发明人的国别统计发现，美国研发的数量高达1 164件，占据本国核心专利布局总量的97.5%，在核心技术领域几乎处于垄断地位；加拿大拥有4.6%的自主研发的核心专利；德国、日本和中国自主研发的核心专利占比均为3.0%左右；法国和英国两国占比稍低，均在1.0%上下。根据图8中创新机构核心专利的全球布局情况，可以发现，核心专利大多掌握在孟山都、杜邦、先正达、拜耳、巴斯夫、利马格兰和迪尔等跨国公司手中，其中又以美国公司掌握的数量为最多，充分说明了美国在该技术领域内的主导地位；同时德国、法国、瑞士以及日本的大型企业集团也掌握着部分核心专利；中国欠缺位居全球前列的核心技术创新机构，在该技术领域的核心技术创新能力距世界水平尚有较大差距，但巴斯夫、孟山都、杜邦、拜耳以及先正达等国际种业和农化科技巨头已经纷纷在中国进行核心技术布局，我国在禾谷类作物种子技术领域面临着极大的市场压力和巨大的技术壁垒。

3 结论与建议

通过对禾谷类作物种子技术发展趋势和技术创新地域分布、技术研发热点与创新分布特征、创新机构竞争态势和核心专利布局，得出以下结论和建议：

a.2000年以来的禾谷类作物种子技术的发展大致可以分为三个阶段：2000～2003年，技术处在初步发展期；2004～2010年，技术处在由初步发展到快速成长的过渡期；2011以后，技术进入活跃期，研发机构大幅增多。我国应该因势利导，加大政策扶持和研发投入，推动技术创新升级。

b.美国在禾谷类作物种子技术领域内的专利布局和市场活动具有鲜明的全球化特征，技术实力强大；中国的专利规模庞大，自主技术主要布局在国内，参与国际技术市场竞争的程度不高。我国应该加大对国际市场的关注，积极参与国际竞争，在竞争中找差距，谋发展，促保护。

c.禾谷类作物种子技术的研发主题多元，但多集中在生产和选育环节。基因工程是该领域内技术创新的主导方向；脱粒、栽培和收获收割技术具有较大成长空间；农业机械或农具部件技术研发创新活动较少，处于从属地位；农药制剂和植物生长调节剂技术、种植播种和施肥技术以及植物获得方法和组织培养技术趋于成熟，增长动力不足。我国应该制定科学的种子技术发展规划，瞄准新兴成长型技术，培育优势技术，规避“夕阳技术”。

d.美国在全球技术创新竞争中处于绝对优势地位，杜邦和孟山都是领域内的技术领导者；德国公司技术创新实力相对美国稍逊一筹，但财力雄厚，拜耳收购孟山都可能重塑行业技术竞争格局。我国处于明显竞争劣势，创新机构多为高校和科研院所，欲追赶国际先进水平，需要大力推动技术创新，练好“内功”；同时要采取措施护航本土企业成长，推动产研结合，培育龙头企业，让企业成为开展技术创新和国际市场竞争的主导力量。

e.美国在核心技术领域处于主导地位。我国核心专利布局占比较低，缺少位居全球前列的技术创新机构，核心技术能力距世界水平尚有较大差距。同时巴斯夫、孟山都、杜邦、拜耳以及先正达等国际种业和农化科技巨头纷纷在中国进行核心技术布局，我国在禾谷类作物种子技术领域面临着极大的市场压力和巨大的技术壁垒，急需建立相关的专利预警机制，保护种业安全，导航种业技术发展。

[1] 钱虎君，丁丹，梅彭新，等.种业科学的核心内容是种子科学与技术[J].种子科技，2012（5）：3-5.

[2] 任欣欣，宋敏，刘丽军.中国转基因小麦的专利保护状况分析[J].中国农学通报，2012，28（32）：300-305.

[3] 吴学彦，韩雪冰，孙琳，等.基于DII的转基因玉米领域专利计量分析[J].情报杂志，2013，32（5）：99-102+83.

[4] 赵霞，王玉光，胡瑞法.基于专利分析的转基因农作物技术布局态势研究.情报杂志，2014，33（9）：51-55+92.

[5] 刘萍萍，吕彬.基于专利图谱的国内外转基因小麦研究现状分析[J].农业图书情报学刊，2015，27（3）：69-74.

[6] 王戴尊，魏阙，单美玉，等.基于Innography的转基因大豆专利分析[J].农业图书情报学刊，2016，28（9）：40-45.

[7] 吕一博，康宇航.基于可视化的专利布局研究及其应用[J].情报学报，2010，29（2）：300-304.

[8] 佟屏亚.简述1949年以来中国种子产业发展历程[J].古今农业，2009（1）：41-50.

[9] 刘凤朝，傅瑶，孙玉涛.基于专利的美国技术创新领域分布结构演变[J].科学学研究，2013，31（7）：1086-1092.

[10] 财新网.拜耳660亿美元收购孟山都，全球农化市场或洗牌[EB/OL].[2016-9-15].http：//companies.caixin.com/2016-09-15/100988697.html.

[11] 第一财经.中国最大海外并购今日完成，中国化工完成先正达股份交割[EB/OL].[2017-6-8]. http：//www.yicai.com/news/5297481.html.

[12] 刘云，闫哲，程旖婕.基于专利计量的集成电路制造技术创新能力分布研究[J].研究与发展管理，2016，28（3）：47-54.

[13] 张曙，张甫，许惠，等.基于Innography平台的核心专利挖掘、竞争预警、战略布局研究[J].图书情报工作，2013，57（19）：127-133.

[14] 郭倩倩.国内外种子企业竞争力比较研究[D].北京：中国农业科学院，2015.

[15] 李向辉，李艳茹，金福兰.美国孟山都公司在华专利布局战略分析[J].江苏农业科学，2015，43（5）：462-468.

[16] 许家宁.商业全球化背景下孟山都公司转基因种子专利布局分析——从专利家族规模角度[J].知识经济，2017（11）：92-93.

[17] 任静.跨国种业公司在我国的技术垄断策略分析[D].北京：中国农业科学院，2011.

[18] 张哲.企业技术创新行为的演化博弈及对种业创新困境的解释[J].科技管理研究，2015，35（24）：158-164.

[19] Mark Neff，Ehizabeth Corley.35 years and 16000 articles：A bibliometric exploration of the evolution of ecology[J].Scientometrics，2009，80（3）：657-682.

[20] Furman L J，Porter E M，Stern S. The determinants of national innovative capacity[J].Research Policy，2002，31（6）：899-933.

[21] Hu M，Mathews A J. China’s national innovative capacity[J].Research Policy，2008，37（9）：1465-1479.

[22] 党晓捷.我国高铁技术专利预警分析[D].北京：北京理工大学，2016.

[23] 杨曦，余翔，刘鑫.基于专利情报的石墨烯产业技术竞争态势研究[J].情报杂志，2017，36（12）：75-81+89.

[24] 刘云，刘璐，闫哲，等.基于专利计量的全球碳纳米管领域技术创新特征分析[J].科研管理，2016（s1）：337-345.

[25] Pavitt K. Patent statistics as indicators of innovative activities：possibilities and problems[J].Scientometrics，1985.7（1-2）：77-99.

[26] Xiao Zhou，Yi Zhang，Alan L.Porter，et al. A patent analysis method to trace technology evolutionary pathways[J].Scientometrics，2014，100（3）：705-721.

[27] Khanal N P，Maharjan K L.Institutionalization of community seed production//Khanal P N，Maharjan L K.Community Seed ProductionSustainability in Rice-Wheat Farming.Springer，2015：163-172.

[28] Araus J L，Cairns J E.Field high-throughput phenotyping：The new crop breeding frontier.Trends in Plant Science，2014，19（1）：52-61.