堆肥过程中保氮措施专利概况

堆肥过程中保氮措施专利概况

王雪粉，陈丽霞（等同第一作者）

（国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心，天津，300304）

摘要：堆肥中的氮是作物生产中最重要的肥料元素之一。堆肥过程中氮素损失既降低堆肥质量，又污染环境。在农业废弃物堆肥过程中如何减少氮素损失，提高肥料质量，减少污染环境至关重要。本文从国内外历年申请趋势、地域分布、我国专利申请状况、专利有效性方面对堆肥过程中保氮措施的发展规律进行详细分析，并对技术分支发展脉络进行梳理，发掘该领域的发展方向和热点。

关键词：堆肥，保氮，氮素，专利分析

将一定比例的堆肥基料和填充料混合，在适当的温度、湿度、和通风条件下，使有机质被微生物降解形成稳定的腐殖质和矿物质，并放出热量的过程就是堆肥化。在堆肥过程中，氮素的转化顺序为氨化作用（含氮有机物的分解）、硝化作用（NH4+-N向NO3--N的转化）、反硝化作用（NO3--N还原成N2）和同化作用（NH4+-N通过微生物作用再转化为有机氮）[1]。堆肥过程中氮素损失的影响因素主要有C/N比、pH值、温度、含水率、通风量等，在堆肥过程中可以通过控制上述几种因素来进行保氮[2]。

本文从国内外历年申请趋势、地域分布、我国专利申请状况、专利有效性方面对堆肥过程中保氮措施的发展规律进行详细分析，并对技术分支发展脉络进行梳理，发掘该领域的发展方向和热点。

1 全球专利状况分析

1.1 全球专利申请趋势分析

从全球统计数据看，在1991年以前，我国相关专利申请为零，而早在1971年，国外针对堆肥过程中保氮措施已有相关专利记载，但是国外相关专利申请发展都较为平缓。我国堆肥过程中保氮措施专利申请起步于1991年，虽然在此之前世界各国已经开始共同解决环境问题，但我国的堆肥主要是农村传统的较为简单的堆肥，对环境的影响很小，还没有堆肥中保氮的意识。2005以前我国在堆肥过程总保氮措施上的专利申请较少，年均申请量仅为0.56件，可见，2005年以前处于技术萌芽期，此时，垃圾堆肥技术的研究应用得到了政府部门的重视，同时，堆肥过程中氮素损失导致的肥力减少以及环境问题开始凸显起来，我国开始了对堆肥过程中保氮措施的研究。2005年以后，我国对堆肥过程中保氮措施的专利申请平均水平超过国外专利申请量，且2006-2010年出现明显增长，此时，堆肥过程中氮素损失所导致的有机肥肥力减少以及环境污染问题越来越受到重视，通过保氮措施以减少农业废弃物堆肥过程中产生的环境污染问题和提高堆肥肥效问题，已经成为农业有机废弃物处理的方向之一。2015年以后，我国申请人对堆肥过程中保氮措施的专利申请出现快速增长，由此可见，近年来，针对堆肥过程中保氮措施的专利申请较多，人们的环保意识和废弃物综合利用意识逐渐增强，在堆肥过程中提高肥效的意识也逐渐增强，此外，国家也加大了环境保护力度，人们在农业有机废弃物的处理方面从简单堆肥化利用向提高堆肥肥效以及减少环境污染方向转变。

1.2 全球专利申请地域分析

堆肥保氮措施的专利申请主要来自国内，占全球该领域总申请量的83.7%。国外申请主要来自日本、美国、韩国、俄罗斯，分别占该领域总申请量的3%、3%、2.2%、1.9%。专利申请地区集中度较高，与各国农业废弃物堆肥工艺的成熟程度有关。国外在堆肥方面的研究起步较早，目前，国外在堆肥发酵工艺、技术和设备方面已日趋完善，基本上达到了规模化和产业化水平，如日本畜禽粪便堆肥已实现工厂化，他们研制的卧式转筒式和立式多层式快速堆肥装置，发酵时间约1-2周，具有占地少、发酵快、质地优等特点，俄罗斯研制的有机发酵装置每天可生产100t有机肥，最后每吨成品肥约含NPK45Kg，美国BIOTEC2120高温堆肥系统，由10个大型旋转生物反应器组成，通过微生物发酵在72h内可处理1300t畜禽粪便或垃圾，使之成为优质有机肥料，韩国采用槽式发酵和螺旋式搅拌在国际上属于较先进的粪便发酵技术，但是，欧美发达国家的这些先进的堆肥设施由于运行成本太高，在我国还没有普遍应用。然而，随着我国农业迅速发展，农业废弃物产量急剧增加，据统计，我国每年畜禽粪污产生量约38亿t，农作物秸秆产生量约9亿t，堆肥过程中产生的臭气导致的环境污染以及肥力下降问题也越来越引起重视，在政府的引导和推动下，堆肥过程中保氮措施的开发和相关专利申请逐渐得到重视。

2 我国专利申请状况分析

2.1 国内各省市申请量

从国内各省市专利申请量以及申请趋势数据看，申请量排名靠前的分别是江苏、北京、黑龙江、浙江、湖南、广东，其中，江苏的申请量占比达到了10%以上，排名第一。北京的申请量排名紧随其后，占比在10%左右，其它各省市占比均在4-5%左右，竞争力不相上下。北京对堆肥过程中保氮措施的研究起步较早，并在 2009-2011年提出了大量申请，2012年之后进入平缓期，申请量相对稳定。江苏省在堆肥过程中保氮措施的研究虽然较晚，但在2011-2019年出现了爆发式的申请。可见，江苏省在堆肥过程中保氮措施的研究较多，这可能是各省市科学技术发展不够均衡的结果。

2.2 国内主要申请人类型分析

国内堆肥过程中保氮措施专利申请主要来自大专院校和企业，分别占国内堆肥工艺保氮措施专利申请总量的36.94%和35.45%，其次依次是科研单位19.03%、个人10.07%和机关团体1.87%，其他类型申请占0.37%。本领域申请量最大的申请人为中国农业大学，属于大专院校，排名第二至第六的申请人也均为大专院校，排名第七的江苏省农业科学院是科研单位，排名第十的申请人中山市巴斯德农业科技有限公司是企业，主要申请人中并未出现个人申请人。可见，个人申请人较为分散，在堆肥过程中保氮措施研究中不够深入，研究不具备系统性。11个主要申请人的专利申请趋势差距较大。北京科技大学、中山市巴斯德农业科技有限公司、中南民族大学的专利申请分别集中在2008-2009年、2014年和2019年，其他申请人的专利申请分散度较大，而浙江大学、哈尔滨工业大学、东北农业大学、西北农林科技大学、南京农业大学、江苏省农业科学院的专利申请均集中起始于2007-2012年。

3 专利有效性分析

在268件国内专利申请中，13.81%的专利申请仍在维护专利的有效性。其中， 企业、大专院校和科研单位分别拥有43.24%、32.43%和21.62%。企业有效性专利占一半以上，尽管堆肥过程中保氮措施的大专院校专利申请占比最高，但维持有效性的专利案件相交于企业会少一些。

4 小结

    通过对国内外堆肥过程中保氮措施专利申请进行分析，全面呈现了该领域的专利布局情况，我国在本领域的专利申请量日益增大，但是国外在对堆肥发酵工艺、技术和设备方面更加完善，基本上达到了规模化和产业化水平，且我国的海外布局较少，技术的创新度、和专利意识以及产业化应用有待提高，企业可关注重点申请人在技术研发、专利布局以及海外市场之间的关系，根据目标市场来设计研发方向。

参考文献

[1] 丁文川 等，污泥好氧堆肥主要微生物类群及其生态规律，重庆大学学报，第6期，第113-116页，2002年6月30日

[2] 翁洵 等，堆肥过程中氮素转化及保氮措施研究进展，中国农学通报，第33卷第6期，第26-32页，2017年9月30日。