黄河流域土壤修复专利技术发展现状与对策分析

2023-12-21李增贝何婷婷原鹏丽罗恒昌雍利云

中国农业文摘·农业工程 2023年6期

李增贝何婷婷原鹏丽罗恒昌雍利云

摘要：【目的】从专利视角对黄河流域九省区涉及的荒漠化修复、盐碱地治理、水土保持、重金属土壤污染修复、矿区地形地貌修复和常规土壤污染修复等土壤修复技术进行了梳理，剖析了黄河流域九省区在黄河流域土壤修复专利技术方面的发展现状、研究热点及存在问题，以期为黄河流域土壤修复和生态保护提供发展建议和对策。【方法】利用中国专利文摘数据库和incoPat分析软件作为数据检索分析平台，以黄河流域各省区专利申请在申请量年度变化趋势、申请人类型、专利法律状态、主要申请人及申请地域分布、黄河流域土壤修复技术分布和技术周期趋势等不同角度对黄河流域土壤修复技术进行梳理。【结果】黄河流域土壤修复专利技术申请量呈快速增加的趋势，专利申请中失效比例较大，企业申请量占比高，各省区土壤修复技术发展与地域环境有关，且各省份发展侧重点不同。【结论】黄河流域各省区土壤修复技术领域的关注热点为重金属土壤污染修复、盐碱地治理和常规污染土壤修复，各省区土壤修复专利技术已由新技术发展转向成熟技术的范畴，应重视从现有专利成果中寻找技术支撑，及时将专利成果进行转化应用。

关键词：黄河流域；生态保护；土壤修复；专利分析

前言

黄河发源于青藏高原巴颜喀拉山北麓，呈“几”字形流经青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西、河南、山东9省市，全长5464公里，是我国第二大河。黄河流域东临渤海、西接昆仑、南倚秦岭、北抵阴山，横跨东中西部，是我国经济发展和人口活动的重要地域，也是重要的生态屏障，其在国家发展大局和社会主义现代化建设全局中具有重要的战略地位。

黄河流域上游突出的生态环境问题是土地荒漠化严重，青海境内黄河流域位于黄河上游（本文将其简称为黄河流域河源区），土地荒漠化是影响其水源的涵养能力的一个主要因素。1970年至21世纪初，随着气候变化的影响和人类在该区域活动的加剧，黄河流域河源区土地荒漠化面积明显增加。据资料记载，1975-2000年期间黄河流域河源区土地荒漠化面积共增加了5768.95km2，其中沙质荒漠化土地的面积为5623.41km2，盐碱质荒漠化土地的面积为145.54km2 [1-3]。

黄河流域中游突出的生态环境问题是水土流失，导致黄河中游河段含沙量大大增加。黄土高原大部分地区处于干旱半干旱气候区，该地区土质较为疏松，且湿陷性强，同时加上人类活动的强烈干扰等因素，黄土高原成为我国甚至世界上水土流失最严重的区域，其平均侵蚀模数高达3720t/（a.km2），为长江的14倍。黄土高原的水土流失面积为45.4万km2，其中：侵蚀模数大于8000t/（a.km2）的极强烈水蚀面积8.5万km2，占全国同类面积的64%；侵蚀模数大于15 000t/（a.km2）的剧烈水蚀面积3.67万km2，占全国同类面积的89 % [4-5]。

黄河流域下游突出的土壤环境问题是土地盐碱化；中国盐渍土地总面积为14.87亿亩，其中现代盐渍化土壤为5.54亿亩，残余盐渍化土壤6.73亿亩，潜在盐渍化土壤为2.60亿亩。中国受盐碱化危害的耕地高达1.4亿亩，其主要分布在河西走廊（甘肃省）、新疆、河套平原（内蒙古西部和宁夏全境）、柴达木盆地（青海省）、黄淮海平原以及滨海地区[6-7]。

同时黄河流域还存在诸如矿区土壤污染等问题。以河南省为例，河南段的黄河流域有色金属矿产和石油资源都很丰富，已探明的有色金属矿区137个、矿产资源储量约7亿t，流域内中原油田是全国十大油气田之一。截止到2019年底，河南段的黄河流域共有建设用地各类土壤污染重点风险源1182个，占河南省重点风险源的40%，重点风险源密度是河南省平均密度的1.9倍，其中尾矿库数量为295个，占全省的67%，污染地块14个，占全省的47%，对人居环境安全造成了较大隐患，土地环境污染的风险较高[8-9]。2019年9月18日，习近平总书记在郑州主持召开的黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上提出：“黄河流域生态保护和高质量发展”是一项重大国家战略。以习近平同志为核心的党中央将黄河流域生态保护和高质量发展作为事关中华民族伟大复兴的千秋大计。2021年10月8日，中共中央、国务院印发的《黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要》发布，指出要提升科技创新支撑能力，聚焦生态环保、植被恢复等领域开展技术攻关，综合提升黄河上游“中华水塔”水源涵养能力、中游水土保持水平和下游湿地等生态系统稳定性，强化环境污染系统治理，加快构建坚实稳固、支撑有力的国家生态安全屏障[10]。而专利技术作为实用性和靶向性很强的专业技术集合，充分利用知识产权优势开展黄河流域的生态保护工作，缩短科技创新研发时间，是助力黄河流域生态环境保护工作得以顺利开展的一项重要舉措。

本文从专利视角对荒漠化修复、盐碱地治理、水土保持、重金属土壤污染修复、矿区地形地貌修复和常规土壤污染修复等方面进行梳理，剖析黄河流域九省区在这些方面专利申请的发展现状、研究热点及存在问题，以期为黄河流域生态保护和土壤修复提供技术支撑。

1 数据来源及研究方法

1.1 数据来源

本文以中国专利文摘数据库（CNABS）和incoPat分析软件作为数据检索分析平台，本文涉及专利仅指发明专利和实用新型专利，不包括外观设计，仅针对黄河流域的九省区专利数据进行分析，数据检索截止时间为2022年2月19日（由于专利公开通常存在18个月滞后期，2020-2021年中部分专利数据量并未完全公开，仅供参考），单位为项。

1.2 研究方法

对检索到的涉及黄河流域土壤修复专利技术数据进行批量和人工去噪，以此构建专利样本分析数据信息库，从黄河流域土壤修复专利技术申请趋势、黄河流域土壤修复专利技术分析两个方向进行数据处理分析，获得黄河流域土壤修复专利技术领域的目前的研究现状及发展趋势等信息。

2 结果与分析

2.1 黄河流域各省区专利分析总体趋势

2.1.1 黄河流域各省区专利申请数量年度变化趋势

在土壤修复技术领域，黄河流域各省区申请专利自2002-2021年期间共计4146项。由图1黄河流域各省区土壤修复专利技术相关技术申请数量的趋势可知，2002-2011年黄河流域各省区围绕土壤修复技术专利布局量并不多。虽然各省区对土壤修复技术一直保持着较高的重视程度，但相关技术保护和创新性不高，是专利申请量较少的原因。2012-2015年，土壤修复专利技术专利申请量出现小幅增长。2016-2020年，专利申请量呈快速增长并保持着较大的年均申请量。专利申请量快速增长的原因主要是2012年党的十八大将生态文明建设放在了治国理政的重要位置；之后的2019年《土壤污染防治法》颁布。在政策和立法的共同加持推动下，我国不同区域土壤污染防治与修复技术革新也就成为不同创新主体重点关注的方向，创新主体在土壤修复方面知识产权的创新能力和知识产权保护意识不断提高，使土壤修复专利技术申请量能够快速增长。由于专利公开通常存在18个月滞后期，2020-2021年中部分专利数据量并未完全公开，仅供参考。

2.1.2 黄河流域各省区专利法律状态

图2中黄河流域各省区土壤修复技术在审专利（包含实质审查专利1017项，公开专利80项）1097项，占比27%；失效专利1702项，占比42%；有效专利1243项，占比仅为31%。可以看出，黄河流域各省区土壤修复专利技术失效的专利占比相对偏大，且其中的驳回占比39%，撤回占比38%，权利终止（未缴年费）占比22%，放弃的专利占比1%。这在一定程度也表明黄河流域各省区土壤修复领域的整体创新发展相对乏力，已授权专利技术也未得到有效推广和应用。

2.1.3 黄河流域各省区专利申请人类型

黄河流域各省区土壤修复专利技术主要申请人类型见图3。由图3可知，企业申请所占比例最高，达到申请总量的44%；大专院校和科研单位的比例分别为 25%和12%，个人申请在该领域申请总量中所占比例为17%。土壤修复专利技术企业申请占比较多，说明企业自主创新发明是黄河流域各省区土壤修复专利技术的中坚力量，该领域的市场前景较为广阔，吸引着企业进行专利技术布局。

2.1.4 黄河流域各省区主要申请人及申请地域

黄河流域各省区土壤修复专利申请量排名前10的申请人如图4，其中来自于山东省的创新主体占到了6家，山东省也是黄河流域各省区中申请量居首的省份，这与山东作为农业大省盐碱地面积占比偏大有关。从主要申请人分布来看，前十名的申請人中，企业仅为两家，其余均为大专院校及科研院所；结合申请人类型，总体来看，企业申请量比较多，但土壤修复专利技术领域龙头企业并不多。

黄河流域各省区申请量差距也较为明显，山东省最多，四川和河南次之，青海最少。由此可见，黄河流域各省区土壤修复专利技术主要创新技术分布较为集中，黄河流域各省区土壤修复专利技术发展水平并不平衡，除与各省区的土壤环境具体状况密不可分，还与各地区创新主体的研发能力、知识产权保护意识和区域经济发展实际状况密切相关。

2.2 黄河流域各省区土壤修复专利技术分析

2.2.1 黄河流域各省区土壤修复专利技术分布

从图6黄河流域各省区土壤修复各类技术专利数量来看，重金属土壤污染修复是各省区重点关注方向，这主要由黄河流域各省区近些年的经济发展模式所决定的。人类在农业和工业发展的进程中产生大量重金属造成土壤重金属污染严重，黄河流域各省区对相关重金属土壤污染修复技术存在着普遍的需求，其中，四川大学申请了一种重金属污染土壤的菌-草修复技术（CN101088645B），该技术在污染土壤上种植蕈菌和草本植物富集重金属离子，并借助化学电泳等方法可彻底去除重金属污染离子，重金属污染清除效果明显。在土壤修复专利技术中，专利申请量排名第二的是盐碱地治理。我国盐碱地重点分布区域包括甘肃省所在河西走廊、陕西及山西所在河谷平原即黄河中上游半干旱盐碱区、河南及山东所在的黄淮海平原干旱半干旱洼地盐碱区等区域。由于黄河流域存在分布广泛的盐碱地分布区域，因此各省区对盐碱地治理的额外重视，其中山东胜伟园林科技有限公司申请了发明专利，涉及盐碱地苗木种植方法（CN102498837B）。该方法公开了通过种植坑的挖掘，隔阻层、蓄水层和滤渗层铺设，种植土回填和苗木栽植，对种植土壤进行部分区域修复，实现对盐碱的阻隔技术效果，达到治理盐碱地的目的。而对于常规污染土壤修复则主要涉及诸如有机物、畜牧养殖等所造成的污染，其中山西省环境科学研究院申请了一种用于有机类污染场地土壤修复的热处理设备（CN102527710B），将设备中产生的高温尾气全部被引入土壤预处理室，经过预处理后使土壤的水分降低、热量升高，进而达到有机类污染场地土壤修复的技术效果。荒漠化修复技术则主要针对黄河流域河源区的严重荒漠化问题，其中内蒙古蒙草生态环境（集团）股份有限公司申请了一种用于治理流沙地的方法（CN108323368B），通过在流沙地中种植自主设计的三组不同的种子组合物形成种群优势，进而达到抑制流沙土壤蔓延，提升土壤修复的效果。黄河流域中上游矿产资源的开发与利用过程中很容易造成如土地沉陷和侵占、地形结构和景观改变等负面影响，对人居环境安全存在较大隐患，土地环境污染风险较高，矿区地貌修复技术主要借助不同的土壤修复措施，实现生态系统的修复。例如，陕西省治沙研究所发明了采煤迹地生态修复系统（CN109168396B），该修复系统包括吸水纤维编织网层、空心固定螺钉和种植单元，实现了植物的稳定固定，使植物的根部可以深入土壤，保证了植物生长过程中水分和养分的需求，进而实现采煤区的生态修复。水土保持可以理解为用于预防和治理因自然和人为活动两方面因素造成的水土流失所采取的措施[17]，例如中铁二院工程集团有限责任公司发明的用于护坡的客土（CN101796913B），该成分自主设计的客土，具有良好的保水性、贮水性、保肥性和胶结能力，可稳固附于黄土坡面。

2.2.2 黄河流域各省区土壤修复各技术申请变化趋势

从图7黄河流域各省区土壤修复各技术申请变化趋势来看，在2011-2020年间，各技术分支专利申请量均有增加，其中，关于常规污染土壤修复、重金属污染修复、盐碱地治理三种技术申请量增加尤为明显，这也说明上述三种技术已成为黄河流域目前土壤修复的热点需求技术。其次，矿区地貌修复和荒漠化修复每年申请量变化虽然不是很大，但总体呈上升趋势，说明黄河流域各省区对矿区地貌修复和荒漠化现象的关注正在逐渐增加。而水土保持技术申请量变化较小，一方面由于近些年地方政府水土保持的治理能力得到有效提高，另一面在于该技术的创新空间不大。

2.2.3 黄河流域各省区土壤修复专利技术地域分布

从图8黄河流域各省区土壤修复专利技术地域分布来看，山东省对各技术的专利申请均保持着领先位置，这主要由于山东省的生态情况相对复杂，尤其是盐碱地治理。山东省滨海区域盐碱地分布尤为集中，同时也说明山东省关注相关土壤修复创新性治理，对相关技术的知识产权保护意识普遍较高。四川省的申请人则主要在重金属污染修复、常规土壤污染修复、矿区地貌修复方面专利布局较多，河南省的申请人则主要在重金属污染土壤修复、常规土壤污染修复专利布局较多，甘肃省的申请人对荒漠化修复专利技术的申请量较多，其余省份在土壤修复各个技术的专利申请量有限。

2.3 黄河流域各省区土壤修复专利技术专利申请技术周期趋势

技术生命周期源于美国的研究员坎贝尔R.设计的一种某一领域的技术的生命周期图，该生命周期图具体把某一领域的技术生命周期划分4个阶段：新兴、发展、成熟和老化[11-13]。借助技术生长率系数、技术成熟系数、技术衰老系数和新技术特征系数作为技术生命周期的表征[12-15]，四个系数计算对应公式及含义参见表1。

通过计算获得黄河流域各省区土壤修复技术专利申请的四个表征系数，获得的结果参见图9。2020-2021年的数据由于专利公开滞后期原因不与其他年份进行比较。可以看出，该技术生命周期图中，2010-2019年期间黄河流域各省区土壤修复技术生长率系数呈稳步上升的趋势，之后呈现相对稳定态势，这说明黄河流域各省区土壤修复技术领域正由快速成长阶段进入成熟稳固阶段。技术成熟系数在2016年前变化不大，从2017年有所减小，也说明黄河流域各省区土壤修复领域处于日趋成熟阶段。在专利数据检索库中，2010-2019年黄河流域各省区土壤修复未涉及外观专利，技术衰老系数的值为1，表明黄河流域各省区土壤修复专利技术在一定程度上发生衰落的现象。新技术特征系数的变化趋势与技术生长率系数变化相同，这说明黄河流域各省区土壤修复专利技术已由新技术发展转向成熟技术的范畴。

3 结论和建议

（1）近5年，我国黄河流域土壤修复专利技术相关专利的申请趋势表现为快速增加的态势，在2016年以后，快速增长的趋势更为明显。该趋势与各地出台的相关政策有关，也与相关公众对知识产权的了解加深有关。但专利申请中处于失效状态的专利申请占了较大比例。因此，各方人員在申请专利时要充分考虑专利申请的质量，并要注重专利后期的转化和维护。

（2）在所有专利申请主体中，企业的专利申请量最高，这与土壤修复专利技术的良好政策和巨大的市场效益息息相关。且各省区土壤修复专利技术专利申请量差距较大，专利申请分布不均衡，我国华东地区专利申请量较大，而西北地区申请量最少，也反映出了两个地区技术实力的差距。

（3）目前，黄河流域各省区土壤修复技术领域的关注热点为重金属土壤污染修复、盐碱地治理和常规污染土壤修复，这与当前经济发展模式导致的土壤污染和黄河流域各省区土地形态密切相关；而矿区地貌修复和荒漠化修复的申请量也呈上升趋势，这与国家近年来对生态保护的重视密不可分。

（4）黄河流域各省区在土壤修复技术领域的专利申请量差异巨大，一方面与各省区的具体土壤环境状况密不可分，还与各地区经济发展水平和研发能力密切相关；其中，盐碱地治理方面，山东省专利布局较多；重金属土壤修复、常规土壤污染修复方面，山东、四川、河南专利布局均较为可观；而矿区地貌修复方面，四川省申请量较多，荒漠化修复方面，甘肃省专利申请量较多，其他省份可借鉴这些省份在这些方面的专利技术进行相关土壤修复工作，并以这些专利技术为基础进行研发以缩短科技创新时间。

（5）黄河流域各省区土壤修复专利技术已由新技术发展转向成熟技术的范畴；在对黄河流域土壤修复和治理时，各省区应重视从现有专利成果中寻找技术支撑，及时将专利成果进行转化应用。

参考文献

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