牧草领域技术创新态势

时间：2024-07-28

保继栋，党景丽

（甘肃省科学技术情报研究所 / 甘肃省科技评价监测重点实验室, 甘肃兰州 730000）

我国是农业大国，农业是安天下、稳民心的基础产业和战略产业，是国民经济和社会发展的基础。畜牧业的发展水平是一个国家农业发达程度的重要标志[1]。牧草是发展畜禽业特别是草食类家畜生产的基础。牧草中含有的各种营养物质和粗纤维，是其他饲料和粮食无法替代的[2-3]。

全球畜牧业发达的国家其畜牧业发展很大程度上依赖于粮食生产。我国虽然耕地面积多，粮食产量在全球名列前茅，但人口多，粮食消耗量大，传统耗粮型畜牧业对粮食有很大的依赖性，对我国粮食安全造成很大的压力，如果以“粮食转化”发展畜牧业不现实[4-5]。我国天然草地面积近4亿hm2，位居世界第二，天然草地是畜牧业重要的生产基地。近年来天然草地退化日益严重，导致草地畜牧业技术发展落后。但随着国内对肉蛋奶等相关产品需求的扩大，畜牧业整体发展良好。据国家统计局数据显示，2019年我国畜牧业产值达33 064.35亿元，较2018年增长15.22%，占农业总产值的27%[6-7]。自20世纪90年代我国实施退耕还草、退牧还草等政策以来，牧草产量逐年增加，牧草产业取得了较快发展，牧草领域的研究也不断完善[8-9]。

技术创新能力的高低和一个地区某个产业在某一个技术领域的科学技术发展水平，通常可以用专利来反映。专利作为知识产权的重要权项，在一定方面能够反映出该领域的技术创新能力和研发水平。近几年，利用专利数据分析各个行业或领域的评价或决策被学者们逐渐推崇[10]。为此，本研究从专利的视角出发，通过对我国牧草领域专利发展趋势、重点技术领域、地域分布、竞争机构等方面的相关信息进行分析，为提升我国牧草领域发展力、优化相关资源配置提供重要的产业技术情报，进而增强我国牧草领域整体竞争力。

1 研究对象和方法

根据本次研究目的需要，采用中国知识产权网(China Intellectual Property Right Net, CNIPR)和全球技术信息及运营平台(IncoPat)作为此次专利分析数据库的数据来源。按照我国牧草相关领域所涉及的技术要点，产业特点及技术发展路线，以技术为主题选择检索词，检索专利涵盖了公开日或公告日在1999年1月1日-2020年11月3日期间的相关中国专利。

共检索到相关专利9 870件。利用Excel进行数据筛选，去掉不符合主题的专利，合并同族专利，最终确定8 942件专利数据组成本研究所需专利数据库。并通过IncoPat、中国知网专利检索分析系统、Excel等工具进行全面分析[11]。

2 结果

2.1 全球牧草领域整体状况分析

通过对牧草领域检索到的专利分析，了解到全球牧草领域发展的总体趋势，对牧草领域相关技术的发展趋势、申请人、技术构成、核心专利及重点领域分布情况进行了整体分析[12]。

2.1.1全球牧草领域发展趋势分析

对专利数据发展趋势分析，结合同期政策法规，可以得出该领域某一时段的技术发展态势。由于专利公开的延时，2019和2020年的数据会出现波动。

近20年，牧草领域在全球和我国专利申请量的发展趋势大致分为3个阶段(图1)。

图1 1999-2020年牧草领域专利申请趋势Figure 1 Number of patent applications in pasture management technology from 1999 to 2020

第1阶段：1999-2006年。全球牧草领域专利申请总量为1 525件，平均每年保持在200件左右，申请量变化较小，处于专利申请的萌芽期。全球牧草领域专利主要分布在中国366件，日本200件，俄罗斯191件，美国159件，韩国102件。研发方向集中在牧草的种植方法和设备、牧草栅栏。

在此期间，我国专利申请量处于缓慢上升的阶段，增幅相对较为缓慢，处于专利申请的孕育期。孕育期的出现，与我国这一时期的政策密不可分。虽然相关退耕还草的政策在此阶段不断出台，但是同时期国家出台的关于粮食的补贴政策，使得牧草产业的发展被当时农民种粮的热潮远远抛在了后边，甚至还出现了破坏草地来种粮的局面。因此该时期我国在牧草领域发展相对比较缓慢[13]。

第2阶段：2007-2012年。全球牧草领域专利申请总量为1 830件，且每年以30%的幅度在增长，该阶段为专利发展的平稳期。这一时期的专利主要分布在中国730件，俄罗斯142件，日本119件，美国113件，德国74件。研发方向集中在牧草种植。

我国在2008-2015年，专利申请开始进入稳步发展阶段，从这一时期开始，我国在牧草领域专利申请数量稳居全球前列。

2008年，三鹿奶粉“三聚氰胺”问题出现后，人们开始认识到畜牧业及牧草产业对社会的重要性。自2011年国家发展改革委、农业部、财政部联合颁布了《关于完善退牧还草政策的意见》开始，我国开始新一轮的牧草政策，牧草种植面积也开始持续增长，牧草产业也出现多模式发展的局面[14-15]。

第3阶段：2013-2015年。全球牧草领域专利申请总量为2 168件，这一时期专利申请总体增长，但分布曲线处于上下波动状态。这一时期的牧草领域专利主要分布在中国1 121件，俄罗斯87件，美国79件，韩国71件，日本67件。研发方向集中在除草组合物、牧草饲料、青贮方法和种植等方面。

第4阶段：2016-2018年。全球牧草领域专利申请总量为2 664件，专利数量保持在每年900件左右，处于专利申请的成熟期。该阶段，全球牧草领域专利主要分布在中国2 137件，俄罗斯72件，美国56件、日本45件、德国43件。研发方向集中在牧草处理设备、种植、利用等方面。

该阶段，我国专利申请开始进入快速发展阶段。从2015年开始，中央“一号文件”中多次明确提到加快发展草牧业、扩大还林还草、退牧还草、粮改饲等规模。牧草产业呈现出蒸蒸日上的发展态势[16]。

在畜牧业发达的国家，牧草在作物生产中占重要比重。比如美国，农作物产值前3位为玉米、大豆和牧草。而我国，以儒家文化为主的农耕文化对中华文化的形成影响颇深，牧草产业受到影响没有得到长足发展。只是在20世纪90年代末，在需求和政策调整的大背景下，牧草产业才出现短暂的兴盛[17]，但尽管在国内起步较晚，发展时期较短，成长却较快。2017 年中国商品草的生产面积和总产量分别较2001年增长7.33倍和6.83倍。从专利数量来看，虽然近几年我国在牧草领域专利数量较国外要多，但是核心专利数量和国外相比，还有很大的差距。当前，我国牧草产业还非常落后，生产规模小，市场机制还不健全，所生产的大部分豆科牧草产品质量较低，缺乏在国际市场上的竞争能力[18]。

2.1.2全球牧草领域专利申请人排名

全球牧草领域申请人排名前10中，我国申请人占70% (图2)。排名第1位的是美国陶氏化学公司，专利数量为593件，其专利布局主要在2012-2015年；第2位是中国农业大学，专利数量为120件，其专利布局主要在2011-2016年；第3位是甘肃农业大学，专利数量为71件，其专利布局主要在2012、2013、2015年；第4位是中国农业机械化科学研究院呼和浩特分院，专利数量为70件，主要分布在2010年；第5位是兰州大学，专利数量为67件，主要分布在2014-2017年。以上分析表明，与国外相比，我国虽然在牧草领域发展较国外迟，但我国专利占有率居世界前列。

图2 全球牧草领域专利申请人排名TOP10Figure 2 Top 10 patent applicants in the global forage field

2.1.3全球牧草领域专利申请单位技术构成

按照国际专利分类号(International Patent Classification，IPC)中小类进行统计分析(图3)。美国陶氏化学公司主要技术分布在A01N和A01P，即除草剂或生长调节剂方面。我国排名前10的申请人中，牧草领域所涉及的专利技术较全面，涉及牧草的多个技术领域，其中，A01D (收获；割草)、A01C(种植；播种；施肥)、A01F (牧草成捆、打捆、粉碎的装置或工具)、A23K (利用牧草饲料及生产方法)、A01B (牧草相关器械)的科研成果较突出[19-20]。可以看出，国外专利布局主要在除草剂或生长调节剂方面，具有绝对的技术优势。反观我国，虽然专利布局面较多，但无明显核心技术布局，因此在某单一技术领域可能会缺少话语权。

图3 全球牧草领域专利申请人技术构成Figure 3 Technical composition of global patent applicants

2.2 我国牧草领域整体状况分析

2.2.1我国牧草领域专利申请人区域分布状况

专利申请区域分布在一定程度上能够反映我国牧草领域主要技术力量的来源分布情况以及该区域的研究水平和领先程度，对专利申请区域(来源地)分析有助于了解该领域专利技术的区域发展程度及该区域对牧草领域发展的重视程度[21]。分析发现，我国牧草领域专利申请数量排名前5的区域分别为甘肃、北京、内蒙古、山东、江苏(图4)。

图4 我国专利申请量区域分布Figure 4 Regional distribution of patent applications in China

教育部学位与研究生教育发展中心公布的全国第四轮草学学科评估排名结果[22](表1)可以看出，我国牧草领域专利数量的分布与所在区域高校的分布有很大的关联度，说明在该领域高校的研发力量对带动当地核心技术的研发和发展具有决定性的作用。

表1 我国草业科学专业大学排名Table 1 Chinese university ranking in pasture management research

2.2.2我国牧草领域专利申请人类型

我国牧草领域专利申请人类型分布(图5)显示，职务发明专利申请占72%，非职务发明专利申请占27%。本研究中牧草领域职务发明专利数量比重占到3/4，表明国内牧草领域研发机构的科研水平、知识产权的重视程度都在越来越强。同时，非职务发明专利的数量高于大专院校、科研单位和机关团体，说明我国的大专院校、科研单位及机关团体的研究能力和对知识产权的保护意识有待提高[23]。

图5 我国专利申请人类型分布Figure 5 Distribution of patent applicantions by type in China

2.2.3我国牧草领域专利类型

在各类专利中发明专利是最能反映技术创新活动的能力，实用新型专利主要体现该技术的实用性，外观设计专利相对而言技术创新水平较低[24-25]。

我国牧草领域专利类型以发明专利为主(图6)，发明专利2 856件，占全部专利的66%；实用新型专利1 426件，占全部专利的33%；外观专利72件，占全部专利的1%。因此，我国现阶段在牧草领域的技术创新能力较强。

图6 我国牧草领域专利类型分布图Figure 6 Distribution of patent types in pasture management granted by China

2.3 基于布拉德福定律的牧草核心专利研究

布拉德福定律，亦称“文献分散规律”，是英国学者布拉德福于1948年提出的[26]。该定律和洛特卡定律、Zipf定律一起并称为文献计量学的三大定律。本研究将在专利文献分析中应用到布拉德福定律。

2.3.1全球牧草领域核心专利研究

对检索到全球牧草领域1999-2018年的8 187件专利进行相关技术分析。按照布拉德福定律将8 187件专利按照IPC分类进行排序，然后按照IPC分类号所占数量将专利文献大致平分为3个部分。根据1999至2018年以来全球牧草领域专利IPC分类号TOP20(表2)可知，排名前7的IPC数量约占到了专利总量的1/3。3个部分相对应的专利文献数量分别为2 723、2 813、2 651件(表3)。

表2 全球牧草领域专利IPC分类前20Table 2 Top 20 IPC classification in pasture management patents

表3 全球牧草领域专利布拉德福定律分区表Table 3 Partition table of Bradford's law in global pasture management technology

计算得出，IPC分类号分布规律为8 : 15 : 840 ≈1 : 2 : 105，对比布拉德福定律关于这3个区域数量关系(1 :n:n2······)，该结果与之相差较大[25]。

2.3.2我国牧草领域核心专利研究

同全球牧草领域核心专利分析方法一样，将国内4 354件专利按照IPC分类进行排序，然后按照IPC分类号所占数量将专利文献大致平分为3个部分。

将1999-2018年我国牧草领域专利IPC (小组)分类排序，排名前4的IPC数量约占专利总量的1/3(表4)。3个部分相对应的专利文献数量为分别为1 512、1 510、1 332件(表5)。

表4 我国牧草领域专利IPC分类前20Table 4 Top 20 IPC classification of pasture management patents in China

表5 我国牧草领域专利布拉德福定律分区表Table 5 Partition table of Bradford's law in China for pasture management

计算得出，IPC分类号分布规律为4 : 8 : 779 ≈ 1 : 2 :195，同样，其结果对比布拉德福定律关于这3个区域数量关系，结果与之相差较大。

可以看出：1) 几乎所有牧草核心专利都集中在A01G (园艺；栽培等)、A23K (专门适用于动物的喂养饲料；其生产方法)、A01F (脱粒；禾秆、干草或类似物的打捆、设备和储藏)、A01D (收获；割草)、A01K (畜牧业；动物的管理及养殖)、A01C (种植；播种；施肥)[18]，说明牧草的种植、加工和利用是牧草技术领域中的核心。2) 占据首位的IPC分类小组A23K10/30，499件中的发明专利为432件。说明我国牧草领域专利还是以牧草饲料的加工和利用为主。

2.4 技术发展路线

技术发展路线分析是通过对各阶段专利的纵向和横向对比，研究技术的演进路线。本文结合全球和中国牧草领域各技术类别中的专利被引用次数情况和核心专利，构建了重点技术发展路线图[27]。

2.4.1全球牧草领域技术发展路线

牧草领域，杀虫剂、生长调节剂和相关加工设备为国外持续布局的技术点(表6、图7)。2016年以来，除上述技术点外，相关监测技术和管理系统为国外关注重点。2005年，美国孟山都公司申请的US10537393专利，提供了剪股颖ASR-368植物和种子，及在DNA检测方法中这些DNA序列作为分子标记物的用途。意大利菲亚特集团下属的纽荷兰(全球)有限公司申请的专利US10820467B2，提供了一种用于割草机的悬架，包括固定部分、可移动部分和至少一个切割单元，可移动部分通过液压致动器连接到固定部分。美国迪尔公司申请的专利US6843044B2，提供了一种用于检测收割机中的作物堵塞的检测装置，该装置限制收割作物在向上的方向上的流动，当农作物堵塞传感器检测到收获的农作物堵塞的情况下，自动升高压紧装置，以便在反向操作期间简化堵塞的收获的农作物的排出。美国陶氏杜邦公司申请的专利US20120190551A1，提供的吡啶甲酸化合物，可用于控制杂草，特别是水稻和小麦种植以及牧草种植中杂草处理的除草剂。

图7 全球牧草领域相关技术聚类分析Figure 7 Cluster analysis of the relative technology of global pasture management

表6 全球牧草领域技术专利发展情况Table 6 Technology development route of global pasture management

2.4.2我国牧草领域技术发展路线

我国牧草领域技术发展路线揭示了自1999年以来，我国在牧草饲料及其生产方法；加工、收获及割草设备；种植、播种、施肥等技术领域持续有专利布局(表7、图8)。如其中早期的牧草饲料，是以几种原料进行简单混合或添加复合剂来制造牧草饲料为主，这时期的牧草饲料虽然生产工艺简单，成本低，但其营养调配局限性较大。而目前饲料已经发展为利用发酵生产饲料，利用该方法制成的饲料具有营养高、易消化等特点。在相关设备方面，技术也从作用单一和机械化操作演变为功能齐全和轻量化操作。在种植方面技术则主要分布在套种和高产等方面。

图8 全球牧草领域相关技术聚类分析Figure 8 Cluster analysis of the relative technology of global pasture management

表7 我国牧草领域技术发展路线Table 7 Technology development route of pasture management in China

从以上技术可知，我国牧草领域的发展，已从种植和加工逐渐转变为种质资源的改良方面。国内牧草种质资源研发和应用进程不断推进，但国外在90年代就已经相关布局，澳大利亚联邦科学与工业研究组织申请的WO02066625A1专利，提供了一种可用于改变豆科类牧草质量多肽和核酸分子，具有增强营养价值以及抗病性或抗虫害性的能力。

目前，通过再审专利的分布可以看出，除了上述3个方面的技术布局外，我国在基因改良和种质资源评价鉴定等方面也开始出现相关专利技术，而这一领域的专利主要申请人为兰州大学。如专利CN110408627A提供了抗逆性相关蛋白质的编码基因及改良的抗逆性相关蛋白质编码基因在培育植物抗逆种中的应用；在专利CN107548915A中，从单纯的以产量或营养品质为目标的单一评价标准上升为以整个生态系统为视角的多元评价方法，在追求最大经济效益的同时兼顾生态效益；对牧草新种质资源、新品种进行土地-牧草-家畜-经济4个方面的评价鉴定，提供科学可靠的评价结果等。

3 研究结论

从专利的视角出发，通过对我国牧草领域1999年1月1日-2020年11月3日的专利发展趋势、地域分布、核心专利等方面的相关信息进行分析，利用聚类分析法和文献分散规律进行分析，得出：

1)牧草领域全球专利发展趋势分为萌芽期、平稳发展期、波动发展期、成熟期4个阶段，而我国专利发展趋势分为孕育期、稳步发展期、快速发展期3个阶段。

2)全球牧草领域申请人中，美国陶氏化学公司布局相对集中且较多，而我国排名前10的申请人中，对牧草领域所涉及的专利技术比较全面，涉及了牧草的多个技术领域。虽然国外专利布局主要在除草剂或生长调节剂方面，但极有可能在该领域方面国外具有绝对的技术优势。反观我国，虽然专利布局面比较多，但无明显针对性核心技术布局，无对单一领域的技术话语权。

3)对我国牧草领域申请人类型和区域分布等分析得出，我国牧草领域高校的研发力量对带动当地核心技术的研发和发展具有决定性的作用，同时产学研结合相对较好。同时，甘肃省在牧草领域的相关技术处于国内领先地位。

4)通过对牧草领域技术路线对比分析得出，我国牧草领域的发展已从种植和加工逐渐转变为种质资源的改良，但国外在90年代就已经相关布局。因此，如果国内对种质资源的研发不能尽快赶上甚至超过国外，那么未来我国在该领域的产业发展必然受到制约。

4 讨论与展望

4.1 讨论

1)我国牧草领域专利自2008年起，专利申请数量稳居全球前列。这可能主要是因为2008年三鹿奶粉因“三聚氰胺”问题大面积爆发后，人们开始真正认识到畜牧业及牧草产业对社会的重要性。自2011年国家发展改革委、农业部、财政部联合颁布了《关于完善退牧还草政策的意见》开始，我国开始新一轮的牧草政策，牧草种植面积也开始持续增长，牧草产业也出现多模式发展的局面[28]。

2)我国牧草领域核心IPC分类号分布规律于布拉德福定律比价之相差较大。可能有两方面的原因：一是，牧草领域专利数据体量较小，IPC分类和专业领域划分不够清晰和细致。二是，由于任何理论都有其片面性，布拉德福定律也是一样。因此说明牧草领域技术集中程度很高。但也反映出绝大部分专利的质量较低，商业价值小。