黃河流域土壤修復專利技術發展現狀與對策分析

李增貝 何婷婷 原鵬麗 羅恒昌 雍利云

摘要：【目的】從專利視角對黃河流域九省區涉及的荒漠化修復、鹽堿地治理、水土保持、重金屬土壤污染修復、礦區地形地貌修復和常規土壤污染修復等土壤修復技術進行了梳理，剖析了黃河流域九省區在黃河流域土壤修復專利技術方面的發展現狀、研究熱點及存在問題，以期為黃河流域土壤修復和生態保護提供發展建議和對策?！痉椒ā坷弥袊鴮＠恼獢祿旌蚷ncoPat分析軟件作為數據檢索分析平臺，以黃河流域各省區專利申請在申請量年度變化趨勢、申請人類型、專利法律狀態、主要申請人及申請地域分布、黃河流域土壤修復技術分布和技術周期趨勢等不同角度對黃河流域土壤修復技術進行梳理?！窘Y果】黃河流域土壤修復專利技術申請量呈快速增加的趨勢，專利申請中失效比例較大，企業申請量占比高，各省區土壤修復技術發展與地域環境有關，且各省份發展側重點不同?！窘Y論】黃河流域各省區土壤修復技術領域的關注熱點為重金屬土壤污染修復、鹽堿地治理和常規污染土壤修復，各省區土壤修復專利技術已由新技術發展轉向成熟技術的范疇，應重視從現有專利成果中尋找技術支撐，及時將專利成果進行轉化應用。

關鍵詞：黃河流域；生態保護；土壤修復；專利分析

前言

黃河發源于青藏高原巴顏喀拉山北麓， 呈“幾”字形流經青海、四川、甘肅、寧夏、內蒙古、陜西、山西、河南、山東9省市，全長5464公里，是我國第二大河。黃河流域東臨渤海、西接昆侖、南倚秦嶺、北抵陰山，橫跨東中西部，是我國經濟發展和人口活動的重要地域，也是重要的生態屏障，其在國家發展大局和社會主義現代化建設全局中具有重要的戰略地位。

黃河流域上游突出的生態環境問題是土地荒漠化嚴重，青海境內黃河流域位于黃河上游（本文將其簡稱為黃河流域河源區），土地荒漠化是影響其水源的涵養能力的一個主要因素。1970年至21世紀初，隨著氣候變化的影響和人類在該區域活動的加劇，黃河流域河源區土地荒漠化面積明顯增加。據資料記載，1975-2000年期間黃河流域河源區土地荒漠化面積共增加了5768.95km2，其中沙質荒漠化土地的面積為5623.41km2，鹽堿質荒漠化土地的面積為145.54km2 [1-3]。

黃河流域中游突出的生態環境問題是水土流失，導致黃河中游河段含沙量大大增加。黃土高原大部分地區處于干旱半干旱氣候區，該地區土質較為疏松，且濕陷性強，同時加上人類活動的強烈干擾等因素，黃土高原成為我國甚至世界上水土流失最嚴重的區域，其平均侵蝕模數高達3720t/（a.km2），為長江的14倍。黃土高原的水土流失面積為45.4萬km2，其中：侵蝕模數大于8000t/（a.km2）的極強烈水蝕面積8.5萬km2，占全國同類面積的64%；侵蝕模數大于15 000t/（a.km2）的劇烈水蝕面積3.67萬km2，占全國同類面積的89 % [4-5]。

黃河流域下游突出的土壤環境問題是土地鹽堿化；中國鹽漬土地總面積為14.87億畝，其中現代鹽漬化土壤為5.54億畝，殘余鹽漬化土壤6.73億畝，潛在鹽漬化土壤為2.60億畝。中國受鹽堿化危害的耕地高達1.4億畝，其主要分布在河西走廊（甘肅?。?、新疆、河套平原（內蒙古西部和寧夏全境）、柴達木盆地（青海?。?、黃淮海平原以及濱海地區[6-7]。

同時黃河流域還存在諸如礦區土壤污染等問題。以河南省為例，河南段的黃河流域有色金屬礦產和石油資源都很豐富，已探明的有色金屬礦區137個、礦產資源儲量約7億t，流域內中原油田是全國十大油氣田之一。截止到2019年底，河南段的黃河流域共有建設用地各類土壤污染重點風險源1182個，占河南省重點風險源的40%，重點風險源密度是河南省平均密度的1.9倍，其中尾礦庫數量為295個，占全省的67%，污染地塊14個，占全省的47%，對人居環境安全造成了較大隱患，土地環境污染的風險較高[8-9]。2019年9月18日，習近平總書記在鄭州主持召開的黃河流域生態保護和高質量發展座談會上提出：“黃河流域生態保護和高質量發展”是一項重大國家戰略。以習近平同志為核心的黨中央將黃河流域生態保護和高質量發展作為事關中華民族偉大復興的千秋大計。2021年10月8日，中共中央、國務院印發的《黃河流域生態保護和高質量發展規劃綱要》發布，指出要提升科技創新支撐能力，聚焦生態環保、植被恢復等領域開展技術攻關，綜合提升黃河上游“中華水塔”水源涵養能力、中游水土保持水平和下游濕地等生態系統穩定性，強化環境污染系統治理，加快構建堅實穩固、支撐有力的國家生態安全屏障[10]。而專利技術作為實用性和靶向性很強的專業技術集合，充分利用知識產權優勢開展黃河流域的生態保護工作，縮短科技創新研發時間，是助力黃河流域生態環境保護工作得以順利開展的一項重要舉措。

本文從專利視角對荒漠化修復、鹽堿地治理、水土保持、重金屬土壤污染修復、礦區地形地貌修復和常規土壤污染修復等方面進行梳理，剖析黃河流域九省區在這些方面專利申請的發展現狀、研究熱點及存在問題，以期為黃河流域生態保護和土壤修復提供技術支撐。

1 數據來源及研究方法

1.1 數據來源

本文以中國專利文摘數據庫（CNABS）和incoPat分析軟件作為數據檢索分析平臺，本文涉及專利僅指發明專利和實用新型專利，不包括外觀設計，僅針對黃河流域的九省區專利數據進行分析，數據檢索截止時間為2022年2月19日（由于專利公開通常存在18個月滯后期，2020-2021年中部分專利數據量并未完全公開，僅供參考），單位為項。

1.2 研究方法

對檢索到的涉及黃河流域土壤修復專利技術數據進行批量和人工去噪，以此構建專利樣本分析數據信息庫，從黃河流域土壤修復專利技術申請趨勢、黃河流域土壤修復專利技術分析兩個方向進行數據處理分析，獲得黃河流域土壤修復專利技術領域的目前的研究現狀及發展趨勢等信息。

2 結果與分析

2.1 黃河流域各省區專利分析總體趨勢

2.1.1 黃河流域各省區專利申請數量年度變化趨勢

在土壤修復技術領域，黃河流域各省區申請專利自2002-2021年期間共計4146項。由圖1黃河流域各省區土壤修復專利技術相關技術申請數量的趨勢可知，2002-2011年黃河流域各省區圍繞土壤修復技術專利布局量并不多。雖然各省區對土壤修復技術一直保持著較高的重視程度，但相關技術保護和創新性不高，是專利申請量較少的原因。2012-2015年，土壤修復專利技術專利申請量出現小幅增長。2016-2020年，專利申請量呈快速增長并保持著較大的年均申請量。專利申請量快速增長的原因主要是2012年黨的十八大將生態文明建設放在了治國理政的重要位置；之后的2019年《土壤污染防治法》頒布。在政策和立法的共同加持推動下，我國不同區域土壤污染防治與修復技術革新也就成為不同創新主體重點關注的方向，創新主體在土壤修復方面知識產權的創新能力和知識產權保護意識不斷提高，使土壤修復專利技術申請量能夠快速增長。由于專利公開通常存在18個月滯后期，2020-2021年中部分專利數據量并未完全公開，僅供參考。

2.1.2 黃河流域各省區專利法律狀態

圖2中黃河流域各省區土壤修復技術在審專利（包含實質審查專利1017項，公開專利80項）1097項，占比27%；失效專利1702項，占比42%；有效專利1243項，占比僅為31%?？梢钥闯?，黃河流域各省區土壤修復專利技術失效的專利占比相對偏大，且其中的駁回占比39%，撤回占比38%，權利終止（未繳年費）占比22%，放棄的專利占比1%。這在一定程度也表明黃河流域各省區土壤修復領域的整體創新發展相對乏力，已授權專利技術也未得到有效推廣和應用。

2.1.3 黃河流域各省區專利申請人類型

黃河流域各省區土壤修復專利技術主要申請人類型見圖3。由圖3可知，企業申請所占比例最高，達到申請總量的44%；大專院校和科研單位的比例分別為 25%和12%，個人申請在該領域申請總量中所占比例為17%。土壤修復專利技術企業申請占比較多，說明企業自主創新發明是黃河流域各省區土壤修復專利技術的中堅力量，該領域的市場前景較為廣闊，吸引著企業進行專利技術布局。

2.1.4 黃河流域各省區主要申請人及申請地域

黃河流域各省區土壤修復專利申請量排名前10的申請人如圖4，其中來自于山東省的創新主體占到了6家，山東省也是黃河流域各省區中申請量居首的省份，這與山東作為農業大省鹽堿地面積占比偏大有關。從主要申請人分布來看，前十名的申請人中，企業僅為兩家，其余均為大專院校及科研院所；結合申請人類型，總體來看，企業申請量比較多，但土壤修復專利技術領域龍頭企業并不多。

黃河流域各省區申請量差距也較為明顯，山東省最多，四川和河南次之，青海最少。由此可見，黃河流域各省區土壤修復專利技術主要創新技術分布較為集中，黃河流域各省區土壤修復專利技術發展水平并不平衡，除與各省區的土壤環境具體狀況密不可分，還與各地區創新主體的研發能力、知識產權保護意識和區域經濟發展實際狀況密切相關。

2.2 黃河流域各省區土壤修復專利技術分析

2.2.1 黃河流域各省區土壤修復專利技術分布

從圖6黃河流域各省區土壤修復各類技術專利數量來看，重金屬土壤污染修復是各省區重點關注方向，這主要由黃河流域各省區近些年的經濟發展模式所決定的。人類在農業和工業發展的進程中產生大量重金屬造成土壤重金屬污染嚴重，黃河流域各省區對相關重金屬土壤污染修復技術存在著普遍的需求，其中，四川大學申請了一種重金屬污染土壤的菌-草修復技術（CN101088645B），該技術在污染土壤上種植蕈菌和草本植物富集重金屬離子，并借助化學電泳等方法可徹底去除重金屬污染離子，重金屬污染清除效果明顯。在土壤修復專利技術中，專利申請量排名第二的是鹽堿地治理。我國鹽堿地重點分布區域包括甘肅省所在河西走廊、陜西及山西所在河谷平原即黃河中上游半干旱鹽堿區、河南及山東所在的黃淮海平原干旱半干旱洼地鹽堿區等區域。由于黃河流域存在分布廣泛的鹽堿地分布區域，因此各省區對鹽堿地治理的額外重視，其中山東勝偉園林科技有限公司申請了發明專利，涉及鹽堿地苗木種植方法（CN102498837B）。該方法公開了通過種植坑的挖掘，隔阻層、蓄水層和濾滲層鋪設，種植土回填和苗木栽植，對種植土壤進行部分區域修復，實現對鹽堿的阻隔技術效果，達到治理鹽堿地的目的。而對于常規污染土壤修復則主要涉及諸如有機物、畜牧養殖等所造成的污染，其中山西省環境科學研究院申請了一種用于有機類污染場地土壤修復的熱處理設備（CN102527710B），將設備中產生的高溫尾氣全部被引入土壤預處理室，經過預處理后使土壤的水分降低、熱量升高，進而達到有機類污染場地土壤修復的技術效果?；哪迯图夹g則主要針對黃河流域河源區的嚴重荒漠化問題，其中內蒙古蒙草生態環境（集團）股份有限公司申請了一種用于治理流沙地的方法（CN108323368B），通過在流沙地中種植自主設計的三組不同的種子組合物形成種群優勢，進而達到抑制流沙土壤蔓延，提升土壤修復的效果。黃河流域中上游礦產資源的開發與利用過程中很容易造成如土地沉陷和侵占、地形結構和景觀改變等負面影響，對人居環境安全存在較大隱患，土地環境污染風險較高，礦區地貌修復技術主要借助不同的土壤修復措施，實現生態系統的修復。例如，陜西省治沙研究所發明了采煤跡地生態修復系統（CN109168396B），該修復系統包括吸水纖維編織網層、空心固定螺釘和種植單元，實現了植物的穩定固定，使植物的根部可以深入土壤，保證了植物生長過程中水分和養分的需求，進而實現采煤區的生態修復。水土保持可以理解為用于預防和治理因自然和人為活動兩方面因素造成的水土流失所采取的措施[17]，例如中鐵二院工程集團有限責任公司發明的用于護坡的客土（CN101796913B），該成分自主設計的客土，具有良好的保水性、貯水性、保肥性和膠結能力，可穩固附于黃土坡面。

2.2.2 黃河流域各省區土壤修復各技術申請變化趨勢

從圖7黃河流域各省區土壤修復各技術申請變化趨勢來看，在2011-2020年間，各技術分支專利申請量均有增加，其中，關于常規污染土壤修復、重金屬污染修復、鹽堿地治理三種技術申請量增加尤為明顯，這也說明上述三種技術已成為黃河流域目前土壤修復的熱點需求技術。其次，礦區地貌修復和荒漠化修復每年申請量變化雖然不是很大，但總體呈上升趨勢，說明黃河流域各省區對礦區地貌修復和荒漠化現象的關注正在逐漸增加。而水土保持技術申請量變化較小，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，另一面在于該技術的創新空間不大。

2.2.3 黃河流域各省區土壤修復專利技術地域分布

從圖8黃河流域各省區土壤修復專利技術地域分布來看，山東省對各技術的專利申請均保持著領先位置，這主要由于山東省的生態情況相對復雜，尤其是鹽堿地治理。山東省濱海區域鹽堿地分布尤為集中，同時也說明山東省關注相關土壤修復創新性治理，對相關技術的知識產權保護意識普遍較高。四川省的申請人則主要在重金屬污染修復、常規土壤污染修復、礦區地貌修復方面專利布局較多，河南省的申請人則主要在重金屬污染土壤修復、常規土壤污染修復專利布局較多，甘肅省的申請人對荒漠化修復專利技術的申請量較多，其余省份在土壤修復各個技術的專利申請量有限。

2.3 黃河流域各省區土壤修復專利技術專利申請技術周期趨勢

技術生命周期源于美國的研究員坎貝爾R.設計的一種某一領域的技術的生命周期圖，該生命周期圖具體把某一領域的技術生命周期劃分4個階段：新興、發展、成熟和老化[11-13]。借助技術生長率系數、技術成熟系數、技術衰老系數和新技術特征系數作為技術生命周期的表征[12-15]，四個系數計算對應公式及含義參見表1。

通過計算獲得黃河流域各省區土壤修復技術專利申請的四個表征系數，獲得的結果參見圖9。2020-2021年的數據由于專利公開滯后期原因不與其他年份進行比較?？梢钥闯?，該技術生命周期圖中，2010-2019年期間黃河流域各省區土壤修復技術生長率系數呈穩步上升的趨勢，之后呈現相對穩定態勢，這說明黃河流域各省區土壤修復技術領域正由快速成長階段進入成熟穩固階段。技術成熟系數在2016年前變化不大，從2017年有所減小，也說明黃河流域各省區土壤修復領域處于日趨成熟階段。在專利數據檢索庫中，2010-2019年黃河流域各省區土壤修復未涉及外觀專利，技術衰老系數的值為1，表明黃河流域各省區土壤修復專利技術在一定程度上發生衰落的現象。新技術特征系數的變化趨勢與技術生長率系數變化相同，這說明黃河流域各省區土壤修復專利技術已由新技術發展轉向成熟技術的范疇。

3 結論和建議

（1）近5年，我國黃河流域土壤修復專利技術相關專利的申請趨勢表現為快速增加的態勢，在2016年以后，快速增長的趨勢更為明顯。該趨勢與各地出臺的相關政策有關，也與相關公眾對知識產權的了解加深有關。但專利申請中處于失效狀態的專利申請占了較大比例。因此，各方人員在申請專利時要充分考慮專利申請的質量，并要注重專利后期的轉化和維護。

（2）在所有專利申請主體中，企業的專利申請量最高，這與土壤修復專利技術的良好政策和巨大的市場效益息息相關。且各省區土壤修復專利技術專利申請量差距較大，專利申請分布不均衡，我國華東地區專利申請量較大，而西北地區申請量最少，也反映出了兩個地區技術實力的差距。

（3）目前，黃河流域各省區土壤修復技術領域的關注熱點為重金屬土壤污染修復、鹽堿地治理和常規污染土壤修復，這與當前經濟發展模式導致的土壤污染和黃河流域各省區土地形態密切相關；而礦區地貌修復和荒漠化修復的申請量也呈上升趨勢，這與國家近年來對生態保護的重視密不可分。

（4）黃河流域各省區在土壤修復技術領域的專利申請量差異巨大，一方面與各省區的具體土壤環境狀況密不可分，還與各地區經濟發展水平和研發能力密切相關；其中，鹽堿地治理方面，山東省專利布局較多；重金屬土壤修復、常規土壤污染修復方面，山東、四川、河南專利布局均較為可觀；而礦區地貌修復方面，四川省申請量較多，荒漠化修復方面，甘肅省專利申請量較多，其他省份可借鑒這些省份在這些方面的專利技術進行相關土壤修復工作，并以這些專利技術為基礎進行研發以縮短科技創新時間。

（5）黃河流域各省區土壤修復專利技術已由新技術發展轉向成熟技術的范疇；在對黃河流域土壤修復和治理時，各省區應重視從現有專利成果中尋找技術支撐，及時將專利成果進行轉化應用。

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