农业温室气体监测与减排技术专利分析

熊 晶

( 国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，广东 广州 511363）

气候变化是全球农业发展面临的重大挑战之一。据估计，全球范围内农业排放甲烷占人类活动甲烷排放总量的50%，一氧化二氮占60%。预计到2030年，农业源甲烷和一氧化二氮排放量将比2005年分别增加60%和35%～60%。农业生态系统对温室气体具有“源”和“汇”的双重作用。一方面，农作物通过光合作用利用大气中的二氧化碳合成碳水化合物和能量，农田土壤也有巨大的固碳潜力；另一方面，农业生产中土壤呼吸、化肥的施用、畜禽养殖、农业废弃物的处理等环节又会产生温室气体。因此，大量研究团队一直在探索农业温室气体监测与减排方法，相关专利申请量也大幅上升。本文以国家知识产权局专利数据库为基础，结合世界专利索引数据库、世界专利摘要数据库等权威数据库，进行充分检索、筛选和去重，汇总得到相关专利98条。通过对该技术专利在不同地区、年份、申请人和技术发展特点等方面特点的分析，为相关人员技术创新提供参考。

1 历年申请量分析

2010年之后相关领域专利逐步出现，在2011年出现第一件相关专利。之后的10年，相关专利年申请量基本上呈增长趋势。2019年，该领域专利的申请数量为17件，相比2011年增长160%。与此同时，相关领域的发明专利申请在10年之间表现出明显的“两阶段”发展特征。第一阶段是2011～2013年，年平均申请量为3件。第二阶段为2014～2019年，申请量达到年均13.67件，相比第一阶段提高355.6%。总体来看，截至2020年7月1日，相关领域的发明专利申请共达到94件。该领域的专利研究在近些年开始进入热点期。

2 专利申请区域分析

除未明确表明申请地区的23项专利申请以外，北京申请该项专利最多，达到21件，占全部申请数量的61.8%，这是因为北京高水平科研院所较多，而通过农业措施应对气候变化具有明显的公益性，因此，北京成为相关领域专利申请的主要区域。

3 申请人分析

表1为排名前10的申请人相关专利申请数量。其中，中国农业大学申请量为12件，排名第一。除中国科学院亚热带农业生态研究所的申请数量为7件以外，其他申请人的申请数量都为在5件以下。这说明，我国国家级研究院校是农业温室气体监测与减排技术领域的主要研发力量。地方院所中，仅有华中农业大学、江苏省农业科学院、山东省农科院和华南农业大学在该领域的专利申请较多。

4 专利发展重点领域分析

目前，我国农业温室气体监测与减排技术发明专利申请的重点领域主要为低碳种植技术、低碳养殖技术和新型农业温室气体测定装置等方面。

4.1 低碳种植技术

由于农田生态系统具有碳源和碳汇的双重功能，因此，部分专利申请针对这一问题开展了我国低碳种植制度的研发。专利CN102919026A发明了一种茶园温室气体氧化亚氮减排的方法，达到茶园氧化亚氮减排的目标，改善了茶区生态环境。专利CN102910956A根据玉米生长特性和养分需求，将以玉米秸秆为原料的生物质发电废弃物灰渣、养殖废弃物牛粪和无机化肥按照一定的比例配制成有玉米专用有机无机复混肥，实现了农业领域节能减排及废弃物资源化利用。专利CN103975811B则发明了一种水稻浸润灌溉栽培方法， 通过将免耕直播和浸润灌溉技术有机结合，解决了传统水稻栽培技术存在育苗移栽、温室气体排放量高、肥料和水分利用效率较低的问题。专利CN105830833A则公开了一种适用于黑龙江水稻主产区的水稻低碳高产水肥管理栽培方法，通过低碳高产品种选用、育苗、整地、泡田、打浆、插秧、本田管理及收获等步骤优化，实现温室气体综合减排8%以上。总体上，这些专利都在探讨如何通过优化农田生产过程的农艺环节，在增加有效产出的同时，减少物能投入和温室气体排放，构建适用于不同地区的低碳种植技术。

表1 排名前9的申请人相关专利申请数量

4.2 低碳养殖技术

养殖业是农业温室气体的重要排放源，目前也已经有部分发明专利针对此领域开展研究。专利CN101234840A提供一种猪场粪污处理新工艺，使酸化的粪污直接经过沼气池发酵、产气后，再进入固液分离机分离，提高沼气产气量，避免了堆肥处理中恶臭以及甲烷等温室气体排放。专利CN104186368B发明了一种环保、卫生和节约型肉种鸭发酵床饲养舍，提高了发酵床垫料对种鸭粪便的有氧降解能力，减少了恶臭气体和温室气体的排放。专利CN105523804A通过在新鲜猪粪和玉米秸秆的混合物中添加过磷酸钙，在养殖场堆肥过程控制了温室气体排放。专利CN105030240B则发明了一种牛的呼吸代谢装置，测定牛代谢过程中产生的温室气体。专利CN109650957A则通过调节养殖场堆肥水分、温度、时间等因素，发明了一种实现畜禽粪快速腐熟、减少堆肥过程中温室气体排放的方法。总体而言，目前针对低碳养殖技术开展研发的专利日渐增多，特别是对反刍动物的养殖过程、动物粪便管理和新型饲料开发已经成为该领域的发明热点。

4.3 新型农业温室气体测定装置研发

农业源温室气体的监测关系到我国农业温室气体排放水平核算和低碳技术的开发，因此，一直都是该领域开展发明创造的重点方向。2011年，专利CN102252876B就发明了一种缓冲式土壤气体取样装置，防止了目前常用的静态箱法测定过程中箱体向外或向内的漏气，保持了箱体内贮存气体的质量，也克服了土壤气体自然释放受抑制的难题，提高了对土壤释放气体测定数据的可靠性。专利CN102787067A开发了一种体外厌氧发酵温室气体实时检测装置，有效提高了厌氧发酵温室气体产量监测的准确性。专利CN103308664A专门针对垄作农田，发明了一种垄体土壤温室气体的取样检测装置，该装置对垄体、土壤环境及作物生长干扰小，密封性好，可移动或固定监测，节省时间和劳动强度，且可随着作物的生长随时调整高度，具有较好的实际应用价值。专利CN104133005A则公开了一种测量稻田温室气体排放的室内模拟试验方法，一定程度上克服了田间温室气体测定干扰因素较多的问题。专利CN104833739A则针对稻田水稻、水稻根际与非根际呼吸难以区分监测的问题，发明了一种区分三者的田间温室气体监测装置及测定方法，能够准确地测定并区分不同的温室气体来源。总体上，从目前该领域所申请的发明专利来看，针对农业温室气体测定装置的研发已经成为重点领域，且研发目标明确，发明的实用性强，对该领域科研和生产方面都有较好的促进作用。

5 结论

通过对我国农业温室气体监测与减排技术发明专利的分析，初步得到以下结论。第一，该领域专利申请数量近年来日益增多，随着未来全球对于农业节能减排问题的更深入认识，该领域专利发明的需求将会增加。第二，目前该领域的相关发明仍然以国家级科研单位为主，各地方因地制宜，发明满足本地区农业生产特点、自然地理特征的农业温室气体监测与减排技术，将成为未来该领域研究进一步深化并与地方生产实践相结合的重要方向。最后，我国在该领域的研发过程中，应该着力深化创新强度，增加发明性专利的创造力度，拓宽研发领域涉及面，早日形成我国农业领域全产业链温室气体监测与减排专利体系，占据全球低碳农业发展领域的高地。