农田残膜捡拾设备专利技术分析

罗恒昌

（国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心，河南郑州 450046）

0 引言

地膜覆盖具有保温、保湿、保肥效果，因而获得广泛应用。但地膜难以降解，破损、风化后土壤中会留存大量残膜。由残膜造成的“白色污染”己成为当前农业生产中的突出问题之一[1]，因而有效清除土壤中的残膜显得尤为重要。目前，国内外普遍采用机械化捡拾设备来清理残膜[2，3]，因此分析国内外残膜捡拾设备专利技术，能理清该技术的专利申请整体态势，梳理其中的技术热点和发展方向，从而为相关单位的技术研发提供建议和依据。

为了对残膜捡拾设备专利申请情况进行完整的分析，全面了解全球范围内的专利申请情况，本文采用中国专利文摘数据库(CNABS)进行中文专利检索，并采用外文数据库（VEN）进行外文专利检索，检索截止时间为2020年4月17日。

1 国内残膜捡拾设备专利申请态势分析

1.1 国内专利申请量趋势分析

根据图1，国内残膜捡拾设备专利申请趋势分为两个阶段：一是起步阶段，在该阶段，直到2012年国内残膜捡拾设备的专利申请量一直维持在较低的水平，这与当时我国的知识产权事业以及国内农机化发展较慢有关。二是快速发展期，从2013年至今，我国残膜捡拾设备的专利申请量呈直线增长，其原因在于：一方面，中央各部委从2012年开始相关政策试点工作，明确要求加强残膜防治工作，在政策支持下，相关单位加大了对残膜捡拾的研究；另一方面，该时期由于政府大力支持和宣传知识产权，公众充分认识到专利的重要性，专利申请积极性显著提高。

另外，根据专利文本公开的特点及检索截止时间，2019—2020年的数据不完整，虽然本文中的国内专利申请在这两个年份呈现下降趋势，但这并不意味着该领域专利申请量进入衰减阶段。

1.2 国内主要省份以及申请人专利申请量分析

根据图2，国内关于残膜捡拾设备专利申请量最多的地区是新疆，共687件；第二名是甘肃，共282件。这两个地区的申请量远高于其他地方，原因主要有两点：第一，从政策层面看，近年来新疆和甘肃先后出台优惠政策，引导企业和农民开展残膜捡拾与资源化利用。第二，从应用层面看，新疆、甘肃的种植面积大，大量种植棉花等需要覆盖地膜的作物，且使用的地膜厚度薄、易破损、人工捡拾强度大，因此对机械化捡拾的需求大。其中，国内申请量靠前的申请人主要有：新疆农垦科学院128件、石河子大学84件、甘肃农业大学53件、中国农业大学50件，而新疆农垦科学院、石河子大学共计212件，明显多于其他地区，显示新疆对该类设备的需求更高。

图2 国内主要地区残膜捡拾设备申请量

1.3 国内残膜捡拾设备技术分布

国内采用的地膜通常厚度薄、强度低、易破损，导致捡拾部件的结构不尽相同。根据捡拾原理可将残膜捡拾设备分为：拨杆式、铲式、卷绕式、轮齿式、搂膜式和其他。

根据图3，国内铲式残膜捡拾设备的专利申请最多，达到554件，其次是轮齿式353件，然后是搂膜式285件、拨杆式194件、卷绕式164件。可见，国内应用最多的是铲式和轮齿式捡拾设备，这与铲式、轮齿式的结构特点存在密切关系[4]：铲式捡拾设备的工作铲后面一般配套有齿链或者筛选装置进行残膜分离，结构简单、作业效率高；轮齿式捡拾设备对于风化程度不高且较完整的残膜拾净率较高。上述设备的结构特点与我国大面积采用超薄地膜导致回收利用率低等因素相匹配，从而使得上述两种类型的捡拾设备被广泛应用。搂膜式捡拾部件大都使用弹齿组成的回收耙，创新的余地相对较少。拨杆式又分为伸缩杆式和弹齿式，其中伸缩杆式适用于超薄地膜的回收，其在工作中搅土作用大，动力消耗也大，而弹齿式具有较好的运输性能，动力消耗较小。卷绕式设备的特点是可从地表卷起收膜，主要用于国外和我国苗期地膜回收，并不适用于超薄地膜，这限制了其在国内的应用和改进。

图3 国内残膜捡拾设备各技术分支的申请量

2 国外残膜捡拾设备专利申请态势分析

2.1 国外主要地区和申请人专利申请量分析

根据图5，国外残膜捡拾设备申请量靠前的是日本、法国、韩国。日本的申请量为72件，占申请总量的61.5%，其次是法国和韩国，申请量为12-14件，占比10%左右。根据图6，国外专利申请量排名前7的申请人主要来自日本和法国，其中排名前3的申请人均来自日本，分别为久保田、井关和明纳，申请量分别为30件、13件、10件。可见，日本在残膜捡拾设备领域的技术创新优势明显，这与日本耕地面积少、精耕细作等因素有关。

图5 国外各国家/地区专利申请量排名

图6 国外主要申请人专利申请量排名

2.2 国外残膜捡拾设备技术分布

根据图4，外国专利申请中卷绕式残膜捡拾设备最多，达到62件，占比64%；其次是铲式和其他类，均为13件，占比13.4%；然后是拨杆式5件，占比5.2%；轮齿式4件，占比4%。可见，国外应用最多的是卷绕式残膜捡拾设备，这与国外应用的地膜性质存在密切关系：地膜较厚，抗拉强度好、不易破坏，形状完整的地膜可通过机具收卷后再利用，通常可使用2～3年。

3 专利技术功效分析

技术/功效矩阵图是专利地图的一种，通过技术/功效图的研究，可以一目了然地掌握“专利雷区”和“专利空白区”分布情况，可有效加强专利部署，在了解技术现状、分析竞争对手和协助制定技术发展战略方面具有重要作用[5]。

根据各类残膜捡拾设备的特点，确定其技术效果如下：成本低、捡拾率高、适应性强、工作效率高；其中成本低包含两部分，一部分是制造成本低，一部分是回收方式带来的残膜可再利用而使得地膜制造成本低。

根据专利统计分析，在残膜捡拾设备的国内专利中，涉及成本低和捡拾率高的专利数量最多，且其中多数采用铲式和轮齿式。卷绕式捡拾设备专利申请量较少，这与我国使用的地膜厚度薄、抗拉强度不高有很大关系。搂膜式捡拾设备结构简单，但捡拾效果不理想，特别是对于碎片较小的残膜。虽然，拨杆式捡拾设备的申请量不是很多，但其捡拾率高的优点比较突出，故其可以作为科研院所、企业未来的技术研发的主攻方向之一。另外，在残膜捡拾设备的国外专利中，也是涉及成本低和捡拾率高的专利数量最多，且基本集中在卷绕式捡拾设备中，这与国外使用的地膜性质有很大关系。考虑到国外使用的地膜性质，卷绕式捡拾设备依然是国外企业的研究重点。

4 结语

残膜捡拾设备是应用与研究结合非常紧密的领域，国内的新疆、甘肃等相对寒冷的地区对残膜捡拾设备的研究和应用相对较多。其中，国内研究和应用最多的是铲式和轮齿式残膜捡拾设备，而国外对卷绕式残膜捡拾设备的研究最多，这与国内外所使用的地膜结构存在密切关系。对于卷绕式捡拾设备，建议重点研究如何提高卷绕地膜的卸膜便利性以及如何使卷膜速度与作业机具行进速度相匹配。最后应当注意，日本在卷绕式残膜捡拾设备领域的技术创新能力明显，建议我国企业在研发和申请专利时注意规避日本相关企业的专利技术。