基于專利和產品登記的酸性土壤調理劑創新計量分析①

任韜宇，王朋順，袁水含，劉麗芬，朱齊超*

基于專利和產品登記的酸性土壤調理劑創新計量分析①

任韜宇1，王朋順1，袁水含1，劉麗芬2，朱齊超1*

(1中國農業大學資源與環境學院，北京 100193；2 云南磷化集團有限公司，昆明 650600)

為明確酸性土壤調理劑產業科技創新現狀及未來發展趨勢，本文以德溫特專利數據庫與國家農業農村部肥料登記與備案公開信息為數據源，共獲取300篇專利與158個產品登記信息，借助Excel及R語言對年授權專利量/登記量、研究機構/登記機構、原料信息等進行計量與關聯性可視化分析。結果顯示，2014年以來，酸性土壤調理劑專利授權及產品登記數量快速增加，高校和企業酸性土壤調理劑專利申請占比分別為32.7% 和67.3%。從物料信息上來看，23.4% 的登記產品組成物料為3種及以上，且物料以礦產資源以及工農廢棄物利用為主，礦物類物料出現頻率高達96.2%；專利物料組成多樣化，66.3% 專利組成物料為5種及以上，多以2 ～ 3種工藝聯產，且高分子材料、微生物菌劑等出現頻率明顯提升。從產品形態來看，授權專利與登記產品形態以粉劑為主，顆粒型產品占比呈現明顯上升趨勢。從功能來看，酸性土壤調理劑專利創新注重調酸與養分補充、結構改良等功能結合，而登記產品注重酸度改良效果與廢棄物資源化利用。未來應強化專利技術向產品的應用轉化，注重顆粒型多功能酸性土壤調理劑產品，切實推動我國酸性耕地改良及可持續利用。

酸性土壤調理劑；專利；產品登記；計量分析；可視化分析

土壤酸化是指土壤pH不斷降低、土壤交換性酸不斷增加的過程[1]。土壤的自然酸化過程比較緩慢，近年來受過量氮肥施用以及酸沉降的影響，土壤酸化已成為我國中低產田最重要的障礙因素之一[2-4]。目前，我國強酸性耕地(pH≤5.5)達2.93億畝(15畝= 1 hm2)，約占耕地總面積的15.28%[1]。土壤酸化會致使土壤中K+、Ca2+、Mg2+大量淋失，養分有效性降低[5]，土壤嗜酸性細菌增加，擾亂土壤功能[6]；Al3+、Mn2+、Cd2+等金屬離子活化，造成作物毒害、增加重金屬污染風險[7]。有研究表明，若持續當前田間管理，不采取有效土壤酸化治理，未來我國土壤酸化導致的糧食損失將達到16% 以上[8]?？茖W有效地進行酸化土壤改良已成為我國耕地質量提升與國家糧食安全的迫切需求。

施用土壤調理劑是緩解土壤酸化、治理酸性土壤的有效措施[9]。土壤調理劑是指能改善土壤物理、化學和生物特性的一類化合物，通常具有提升土壤pH、改善土壤結構、減少養分流失等功能。目前適用于酸性土壤的調理劑主要包括：石灰類、礦物類、有機物料、工業廢棄物等[10]。石灰是傳統易得的酸性改良材料，包括石灰石粉、白云石粉、生石灰和熟石灰，目前已在不同國家和地區作為參考改良劑被廣泛使用[11-12]。礦物類土壤調理劑一般由富含Ca、Mg、Si的礦物經標準化工藝或無害化處理加工而成，如陳敏余[13]使用含K礦物、含Ca礦物、沸石等通過煅燒制備酸性土壤調理劑，施用一季后可使土壤pH由4.96提升至6.31，水稻產量增加43%。有機物料主要為各類畜禽糞便與秸稈等農業廢棄物。解曉梅等人[14]將生物質炭、草木灰、甘蔗渣等物料堆肥發酵制備土壤調理劑，施用一季后土壤pH提升了2.08個單位，并具有改善土壤結構、增加土壤肥力的作用。近十幾年來，一些工業廢棄物也被用于酸性土壤調理劑開發。如Firmano等人[15]研究表明，磷石膏與石灰配施可使表層土壤pH提高1.8個單位，大豆產量提升30%。

然而，土壤調理劑科技創新仍面臨諸多挑戰。首先，土壤調理劑產品價格偏高，每噸售價約2 000 ～ 4 000元，農戶接受度較低，推廣應用受限。其次，土壤調理劑產品物料組成多樣，田間應用效果差異大，關鍵技術創新不足。因此，為明確酸性土壤調理劑科技創新方向，支撐我國酸性土壤改良，本文從專利及產品兩端入手，結合計量及關聯性可視化分析，研究酸性土壤調理劑產品科技創新現狀與趨勢，為我國酸性土壤調理劑開發及調理劑產業發展提供有效支撐。

1 材料與方法

1.1 數據來源

酸性土壤調理劑專利計量分析數據庫利用美國湯森路透公司的Web of Science的德溫特數據庫，檢索時間段為1966年1月1日至2022年4月9日，以TS=("soil acid*" OR "acid* soil" OR aluminum ) And TI=(soil) And TI=(condition* OR amendment* OR Modif* OR improve* OR Alleviat* OR Neutraliz* )為檢索式，結合人工判斷，最終獲取酸性土壤調理劑專利數量300個，用于后續的計量分析。

酸性土壤調理劑產品計量分析以農業農村部種植業管理司肥料登記與備案公開信息為來源，產品通用名稱為土壤調理劑，產品形態為全部種類，經過篩選共獲取酸性土壤調理劑產品數量158個，用于產品信息的計量分析。

1.2 統計分析

運用Microsoft Excel對年度發表量/登記量、研究機構/登記機構、原料來源等進行計量分析；利用Rstudio軟件的arules包，基于Apriori算法對專利及產品物料組成進行交互式探索關聯規則可視化分析，總結土壤酸化改良劑專利與產品的高產機構及創新趨勢，并使用R語言與Origin 2018進行作圖。其中，Apriori算法是一種挖掘頻繁項集和關聯規則的數據挖掘算法，通過限制候選產生發現頻繁項集，由頻繁項集產生關聯規則，是定量分析物料搭配關聯規則的常用方法[16]。

Apriori 算法步驟如下：

1) 挖掘頻繁項集。通過候選集產生與篩選的迭代過程獲取頻繁項集。本研究中每次迭代包括兩個步驟，首先找到頻繁出現的物料集，然后通過最小支持度閾值進行剪枝操作，確定頻繁項集。

2) 產生關聯規則。首先由頻繁出現的物料集進行搭配組合生成簡單關聯規則，之后根據給定的最小置信度閾值再次進行篩選，留下的即為關聯規則。

式中：Count(D)為專利/產品數；Count(A∪B)為專利/產品中物料A和B同時出現的次數。

為避免偶然事件發生的影響，關聯規則分析需要從數據庫中提取出有效的關聯規則，即，同時大于支持度和置信度的閾值[16]。本研究閾值設定支持度≥0.1，置信度≥0.7。

2 結果與分析

2.1 專利授權及產品登記數量分析

在文獻計量學中，年度發文量是反映研究領域發展歷程與現狀的重要指標[17]。整體來看，酸性土壤調理劑專利發展可大致分為3個階段，如圖1所示，1978—2001年為緩慢發展期，專利發表量較少，93.8% 的專利集中于日本等國家，國際上每年平均僅有0.67件專利被授權；第二階段在2002—2014年，為技術積累期，這一階段專利數量呈緩慢上升趨勢，同時國內相關研究也逐漸興起，該階段我國專利授權數量占國際總量的39.5%；2014年至今為技術爆發期，專利授權量在2017年達到最高值44件，該階段，我國專利授權數量占國際總量的86.6%，成為國際酸性土壤調理劑創新的主力軍。

圖1 酸性土壤調理劑專利授權及我國酸性土壤調理劑產品數量變化趨勢

從農業農村部酸性土壤調理劑產品登記結果來看，我國酸性土壤調理劑產品的發展則可分為兩個階段。2012—2016年為產業萌芽期，2012年廣州大眾農業科技股份有限公司登記了以堿渣為主要原料的首個酸性土壤調理劑產品。這一階段產品登記量較少，每年平均僅有2.6件產品登記。2017年以后產品登記數量快速增長，其中2018年登記產品量最高，達77件，每年平均登記29.0件產品，是2016年前的11.2倍。這一階段酸性土壤調理劑產品登記量快速增長，一方面是受2017年農業部第8號部令影響，取消了肥料臨時登記證，即2018年公布的登記證數量包含了2017年及之前的臨時登記證數量；另一方面是土壤調理劑產業對我國土壤酸化問題的突出性及重視程度的響應，尤其是2018年8月31日《中華人民共和國土壤污染法》正式出臺以后，土壤調理劑市場迎來了新的發展機遇。

2.2 高產機構分析

表1和表2分別為1966—2022年酸性土壤調理劑專利授權量前10位的機構和2012—2022年農業農村部酸性土壤調理劑產品登記量前10位的企業。統計發現，在專利授權量前10位的機構中，6所為科研院所和高校，4所為企業。其中，江西省農業科學院土壤肥料與資源環境研究所、中國科學院南京土壤研究所、寧夏大榮化工冶金有限公司授權專利數量最多，達5項；營口雷邦斯中微量元素有限公司登記產品數量最多，為8件，其次是福建瑪塔生態科技有限公司及福建家鄉美環境工程有限公司等。從區位上看，酸性土壤改良劑創新與生產相關機構主要分布在江西、湖南、福建等地，與我國酸性土壤空間分布較吻合。整體來看，排行前10位的機構/企業分別占專利授權及產品登記的10.7% 和25.3%，且機構/企業間專利/產品數量差異相對較小。即，土壤調理劑科技創新優勢單位不突出，產業創新集中度相對較低，土壤調理劑產業創新呈現少而散的狀況。

表1 1966—2022 年酸性土壤調理劑專利授權量前 10 位機構

表2 2012—2022 年酸性土壤調理劑產品登記量前10位企業

2.3 基于專利數據庫的酸性土壤調理劑物料組成及其關聯性分析

從專利授權信息來看，酸性土壤調理劑專利的物料組成呈多樣化，66.3% 專利物料組成超過5種以上。該研究基于主要物料來源將酸性土壤調理劑的原材料分為以下6類：有機物料、微生物菌劑、礦物類、工業廢棄物、養分補充劑、高分子材料進行解析。

2.3.1 有機物料類 由表3可知，有機物料類在酸性土壤調理劑專利中出現頻率最高，73.7% 的專利都使用了有機物料，主要包括草木灰、畜禽糞便、作物秸稈、生物質炭等，最常見的有機物料搭配為畜禽糞便與稻糠(圖2，Rule 3)。這是因為稻糠含有約80% 的纖維素、木質素及豐富的植物蛋白與淀粉類多糖，其作為堆肥的底物，可以促進一些功能性微生物在堆肥過程發揮作用[18-19]；另一方面，與其他作物秸稈相比，稻糠碳氮比較高，在79.4左右，而雞糞等畜禽糞便碳氮比只有7.7，能夠有效調節堆體碳氮比(25 ～ 30為最佳范圍)，提高堆肥效率[20]；此外，水稻廣泛種植于我國南方地區，稻糠作為稻谷制米過程中的副產物，易于獲得、成本低廉。

利用畜禽糞便與作物秸稈等農業廢棄物開發酸性土壤調理劑，一方面可以利用其富含的堿性物質中和土壤酸度，降低土壤中可溶性鋁和交換態鋁含量，另一方面可以提高碳和其他營養物質投入，降低化肥用量，協同實現土壤培肥及土壤酸化緩解[21]。其主要作用機制在于這些物料中攜帶大量的羧基、醇羥基、酚羥基等官能團，通過這些官能團的質子化形成中性分子中和游離酸，同時釋放鹽基陽離子與土壤溶液中的H+進行交換吸附，從而提高土壤pH和土壤酸緩沖容量，提升土壤抗酸能力[22-23]。但由于不同秸稈/有機物料的碳氮比、堿度變異較大，不同物料的改良效果差異較大，且有機物料一般施用量較大，加之施用勞動力成本偏高，是限制有機物料作為土壤改良劑原料及有機酸性土壤調理劑產品開發的主要難點[24]。

在無氧或厭氧條件下熱解生物質原料(例如木材和作物秸稈等)制備而成的生物質炭，其自身含有碳酸鹽、硅酸鹽等成分，表面富含帶有負電荷的官能團，具有降低土壤酸度、減輕鋁毒害、提高土壤酸緩沖能力等積極作用[25-26]，近年來受到廣泛關注[27-28]。研究表明，小麥秸稈在600 ℃下無氧熱裂解下制備而成生物質炭后，物料pH可提高3.1個單位[29]，與秸稈直接還田相比，同等用量的生物質炭還田土壤pH改良效果可顯著增加0.4個單位[30]。但由于生物質炭價格較高，用量偏大，導致其較難在酸性土壤調理劑市場應用。因此，目前有機類酸性土壤調理劑專利及產品登記的有機物料仍以畜禽糞便與作物秸稈等農業廢棄物為常見原料。

表3 酸性土壤調理劑專利材料組成及其功能特點

注：原料出現頻率(%)=應用某原料的酸性土壤調理劑數量/酸性土壤調理劑總量×100。

(圖例表示一組常見物料組合規則，紅色箭頭指向項集B(核心物料)；藍色箭頭連接項集A(常用組合物料)。rule顏色表示提升度(lift)，顏色越深提升度越高，物料之間的正向關聯性越強；下圖同)

2.3.2 微生物菌劑 專利分析結果顯示，微生物菌劑在酸性土壤調理劑專利中出現頻率達到32.3% (表3)，主要包括：枯草芽孢桿菌、酵母菌、乳酸菌、光合菌、放線菌等?？莶菅挎邨U菌是一種植物根際促生細菌，可通過產生次生代謝物與生長激素等促進作物生長與土壤改良[31]?？莶菅挎邨U菌與巨大芽孢桿菌、膠凍樣芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌是一組常用搭配(圖2，Rule 1、2、4)，其作用功效分別為固氮、解磷、解鉀、抗病等，這些菌種組合搭配可有效釋放土壤中養分，增加植物抗性，達到作物提質增效的目的[32-33]。酵母菌和乳酸菌組合也是酸性土壤調理劑常用的搭配方式(圖2，Rule 5)，乳酸菌是一類可發酵碳水化合物產乳酸的無芽胞革蘭氏陽性菌，而酵母菌是一類典型單細胞微生物，能將糖發酵成酒精和二氧化碳，在有氧和無氧環境下都能生存，屬于兼性厭氧菌。二者主要應用于有機物料的發酵過程，通過代謝產物互補以及群體感應現象等機制互補，加快有機物料發酵[34]。酵母菌、乳酸菌等菌種施入土壤中均可以起到分解有機物、疏松土壤等目的[35-36]。此外，EM菌劑是由光合菌、酵母菌、乳酸菌等80多種微生物復合培養而成的復合功能菌群，在國際上已經得到廣泛應用[37]，其具有降低重金屬危害、修復微生物群落、提高作物品質等功能[38-39]。

2.3.3 礦物類 采用石灰石、白云石、貝殼粉等礦物類原料開發酸性土壤改良劑具有較長的歷史。日本學者在1978年利用石灰以及貝殼粉制備商品酸性土壤調理劑，澳大利亞、英國、巴西等均開展過以石灰改良為主的酸化防控行動[11]，這些物料中富含Ca、Mg元素，能夠中和土壤酸度，降低鋁毒、錳毒，增加有益微生物和酶活性[40]。但連續大量施用Ca質原料容易導致土壤Ca/Mg拮抗，降低土壤有效Mg含量，誘發作物缺Mg現象[41]，此外過量施用石灰還會導致土壤板結[4]。

除鈣鎂礦物外，硅藻土、膨潤土、凹凸棒石等黏土礦物也經常應用于酸性土壤調理劑中。硅藻土主要成分為無定形SiO2，比表面積在13.70 ～ 35.06 m2/g，且能吸收其本身重量1.5 倍 ～ 4倍的水，具有性質穩定、電荷量低、吸附性強的特點[42]，但單獨施用效果較小，通常以輔料的形式出現，如活性劑的載體或復配添加劑[43]。膨潤土和凹凸棒石作為硅酸鹽類黏土礦物，比表面積較大(膨潤土為57.56 m2/g，凹凸棒石為30.31 m2/g[44])，陽離子交換量高(膨潤土為47 ～ 140 cmol/kg[45]，凹凸棒石為30 ～ 50 cmol/kg[46])，且具有一定的吸附性和膨脹性，施入土壤中可中和土壤酸度，提高土壤酸緩沖容量[46]，還可改良土壤物理結構，吸附土壤重金屬[47]。研究表明，1% 添加量下的凹凸棒石可使土壤pH提升約1.5個單位，并可使土壤中的Cr、Pb等重金屬有效含量降低約50% 與13%[46]。但也有研究顯示，過量施用黏土礦物會存在降低土壤團聚體穩定性的風險[48]。

石灰石、膨潤土、磷酸鉀、磷酸二氫鉀、硫酸鋅這5種物料是酸性土壤調理劑的最常用搭配之一，其通過不同組合可形成近50條搭配規則(圖2 Rule 6 ～ 54)。其中，磷酸鉀、磷酸二氫鉀等主要以養分補充劑形式出現，以滿足作物對P、K的需求。膨潤土等硅酸鹽類黏土礦物由于其獨特的表面性狀及較強的吸附能力[49]，可通過增加土壤中交換性鹽基離子含量提高土壤抗酸化能力，能夠一定程度上降低土壤復酸化效應，實現酸化土壤改良速效與長效的結合[50]。

2.3.4 工業廢棄物 含Ca、Mg、Si等元素的工業廢棄物可在調節土壤酸度的同時補充中量營養元素[51-52]。如堿渣作為氨堿法制堿工藝的副產物，其主要化學組成為碳酸鈣、硫酸鈣和氯化鈣，pH為8.5左右，含有大量的Ca、Mg和S，酸中和能力約為碳酸鈣的45% 左右，目前在酸性土壤調理劑中應用較多[53]。磷石膏是磷酸生產的副產物，其pH較低，一般在5左右，但施入土壤后，由于其移動性比石灰更強，對改良高度風化的熱帶、亞熱帶地區的亞表層和底層土壤效果較為顯著，每畝施用140 kg磷石膏可以使土壤pH顯著提高0.5個單位[15]。但工業廢棄物普遍含有一定量的重金屬元素，長期大量施用可能會導致土壤重金屬污染風險增加。因此，以工業廢棄物為原料開發土壤調理劑產品需重點關注其重金屬污染風險，必要時應采取重金屬去除等工藝，并強化風險評估，以保證其農業應用的安全性[54]。

2.3.5 養分補充劑 養分補充劑一般為常用化學肥料或含Ca、Mg無機化合物，主要包括鈣鎂磷肥、硫酸鋅、尿素、硫酸鉀、硫酸鎂、氯化鈣等。以鈣鎂磷肥為例，當其用量為1‰ ～ 4‰ 時，土壤pH可提高0.23 ～ 1.19個單位[55]。此外，施用鈣鎂磷肥還能補充交換性鹽基離子和有效磷等營養元素，在實際田間應用時效果較為突出[56-57]。硫酸鋅等微量元素肥料，在補充作物生長所需的Zn元素同時，還可降低土壤Cd有效性，有效緩解因土壤酸化導致的重金屬污染風險[58]。研究表明，施用硫酸鋅可以提高葡萄抗凍性[59]，還可顯著增加谷物內氨基酸含量[60]。其余原料，如硫酸鉀、硫酸鎂等也主要通過補充土壤K、Mg、S等有效養分，增加土壤鹽基離子含量以及滿足作物養分需求等途徑實現土壤改良目的。

2.3.6 高分子材料 高分子材料根據其不同來源與制備方法又可分為天然類高分子材料和合成類高分子材料。天然類主要為腐殖酸、纖維素、黃腐酸鉀等物料；合成類主要為聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚天冬氨酸等物料[61]。這些物料一般都具有長鏈結構，有較多的反應活性位點，比如羥基、氨基、羧基基團等，在土壤中可以發生吸附、絡合等作用，消耗土壤中H+，緩解土壤酸化程度；另一方面，高分子材料具有較大的比表面積，施入土壤后可增加土壤對陽離子的吸附能力，進而提高土壤的酸緩沖容量[62]。國際上已經廣泛將聚丙烯酰胺作為土壤調理劑使用[63]。此外，張宏偉和陳志泉[64]采用腐殖酸共聚物作為改良劑，在施用量為0.05% 時，土壤pH由4.56提高到了5.38，土壤電荷量和陽離子交換量也分別提高了92.4% 與50.2%。

2.4 基于產品登記數據庫的酸性土壤調理劑原料組成及其關聯性分析

與專利相比，我國已登記的酸性土壤調理劑產品物料來源較為單一，同質化較嚴重。96.2% 的產品以礦物類作為主要原料，包括生石灰、白云石、鉀長石、麥飯石、磷礦石、牡蠣殼等。這些礦物成本較低，獲取來源廣泛，且含有作物生長所需P、K等大量營養元素及Ca、Mg、Si等多種中微量元素；另一方面礦物類原料堿度高，酸中和能力較強，可以提高土壤交換性鹽基離子含量，緩解土壤酸化。由圖3(Rule 3 ～ 9)可知，石灰石、鉀長石、白云石是酸性土壤調理劑產品常見的原料搭配，一方面是這些礦石資源較為豐富，成本較低，且pH提升效應較好，符合企業效益需求。此外，鉀長石疏松多孔，有著較高的離子交換能力，除補充植物生長所需K元素外，還可提高土壤酸緩沖容量并降低土壤重金屬活性[65]。鉀長石與白云石、石灰石等配施，可以實現Ca、Mg、K多養分同時補充，在緩解土壤酸化的同時實現改良效果最大化。

牡蠣殼與輕燒鎂、硅砂等物料也是一組常見搭配(圖3，Rule 1 ～ 2)，生產這類產品的企業多集中在福建等東南沿海地區。牡蠣殼成分與白云石類似，具有良好的改酸效果[66]，搭配輕燒鎂或硅砂可以提高產品的pH與中微量元素含量，進而提高其在酸性土壤的田間效果。

圖3 酸性土壤調理劑產品物料關聯性分析

2.5 物料組成變化趨勢

因酸性土壤調理劑登記產品部分物料組成信息保密限制，難以代表產品全部物料組成。因此，本研究著重對專利物料組成趨勢進行分析(圖4)?？偟膩砜?，近十年來，有機物料類始終占有較大比例，平均占比35%；養分補充劑和礦物類占比也相對穩定，保持在15% 左右；但工業廢棄物類占比下降趨勢明顯，由2012年的50% 占比跌至2021年的5%；微生物菌劑出現頻次由2015年的11% 迅速上升到了2021年的28%，其應用程度越發普遍；高分子材料在2012年之前曾短暫出現在酸性土壤調理劑專利中，但其廣泛應用是在2015年后，高分子材料年度出現頻次穩定在8% 左右?？傮w來說，有機物料和礦物類仍是酸性土壤調理劑專利的重要材料組成，而隨著研究的不斷深入，以高分子材料與微生物菌劑等為原料的新型酸性土壤調理劑正逐漸成為發展趨勢，與前人的研究結果[67]基本一致。

圖4 酸性土壤調理劑專利原料組成變化趨勢

2.6 產品形態分析

由圖5A與圖5B可知，酸性土壤調理劑授權專利與登記產品的形態分布規律基本一致。69.7% 的專利形態為粉劑，其余為顆粒和水劑，分別占20.3% 和10.0%，其中，水劑多為微生物菌劑；登記產品中粉劑同樣為主要形態，占比達69.0%，剩余全部為顆粒。由于酸性土壤調理劑材料來源不同，造粒的難度也不盡相同，粉劑形態可以降低生產成本，同時降低了調理劑生產技術門檻。但由于粉劑撒施不便以及易吸濕結塊等問題，因此出于產品效果以及用戶需求考慮，部分企業對同款酸性土壤調理劑分別推出了粉劑與顆粒兩種形態。產品登記數據庫同樣顯示，自2015年以來，顆粒態的酸性土壤調理劑登記產品數量出現明顯增加趨勢(圖5D)。

2.7 制備工藝分析

由于產品來源不同，酸性土壤調理劑的制備工藝也不盡相同。如添加有機物料的調理劑，一般采用堆肥腐熟工藝[68]；微生物菌劑大部分采用培養發酵工藝[69]；礦物類主要采用粉碎復配或煅燒工藝[13,70]；工業廢棄物原料與礦物原料類似，大多采用粉碎復配工藝[71]；養分補充劑與高分子材料類由于其自身性質特殊，一般采用復配工藝，以減少加工影響[72-73]。整體來看，專利由于所用物料多樣，制備工藝相對比較復雜，通常需要2 ～ 3種工藝聯合生產；而登記產品出于材料來源以及制備成本考慮，工藝大多為簡單的比例復配，部分產品會通過煅燒來提高效果，但所用工藝整體相對簡單。

圖 5 酸性土壤調理劑專利授權(A，C)與登記(B，D)產品形態及變化趨勢

3 結論

2014年以來，酸性土壤調理劑專利授權及產品登記數量快速增加，產業科技創新快速發展。從產品劑型來看，授權專利與登記產品均以粉劑為主，但顆粒狀產品占比呈現上升趨勢。從物料組成的計量分析來看，僅有23.4% 的登記產品組成物料為3種及以上，更偏向于對低價/廢棄資源的高效利用，礦物類出現頻率高達96.2%，其中白云石出現頻率為38.6%，其次為鉀長石33.5% 和牡蠣殼31.6%；而在專利計量分析中，有機物料出現頻率達73.7%，且66.3% 組成物料為5種及以上，多以2 ～ 3種工藝聯產，高分子材料和微生物菌劑等新型物料出現頻率明顯提升，即專利創新更突出改酸與增效等功能的耦合。整體而言，登記產品與授權專利均注重速效與長效改酸的結合，顆粒狀劑型、添加高分子材料、微生物菌劑等增效物料的酸性土壤調理劑開發成為該領域的主要發展趨勢。

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Bibliometric Analysis of Acid Soil Conditioners Based on Patents and Products Database

REN Taoyu1, WANG Pengshun1, YUAN Shuihan1, LIU Lifen2, ZHU Qichao1*

(1 School of Resources and Environment, China Agricultural University, Beijing 100193, China; 2 Yunnan Phosphate Chemical Group Co., Ltd., Kunming 650600, China)

Bibliometric and correlation visualization analysis were carried out to clarifies the current innovation status and the future trend of acid soil conditioner industry. The database includes 300 patents, 158 products and related institution, raw material information etc., and established from Derwent patent database and registered product in the Ministry of Agriculture and Rural Affairs. Results show that the number of granted patents and registered products has increased rapidly since 2014, universities and enterprises are dominating in acid soil conditioner patents, accounting for 32.7% and 67.3% respectively. As from the perspective of composition, only 23.4% of the registered products consist more than 3 kinds of materials, and mainly produced from mineral resources, industrial and agricultural wastes, with a frequency of 96.2% for minerals. While, the granted patents show great diversification in composition, 66.3% of the patents contain more than 5 kinds of materials and matching with 2-3 kinds of process technologies. Moreover, the frequency of polymer materials and microbial bacterium are obvious increased in granted patents. The dosage forms are mainly powders in granted patents and in registered products, but the proportion of granular products shows a clearly increasing trend. As from the function perspective, the patents innovation of acid soil conditioners prefers the combination of soil acidity regulation, nutrient supplementation and structural improvement, while registered products focus more on soil acidity neutralization and waste resource re-utilization. Therefore, we suggest to strengthen the transformation from patents into products and encourage the development of granular, multi-functional acid soil conditioner to promote the sustainable utilization of acidic arable land in China.

Acid soil conditioner; Patents; Products registration; Bibliometric analysis; Visualization analysis

S126；G255

A

10.13758/j.cnki.tr.2023.04.020

任韜宇, 王朋順, 袁水含, 等. 基于專利和產品登記的酸性土壤調理劑創新計量分析. 土壤, 2023, 55(4): 860–870.

云南省重大科技專項計劃(202102AE090053，202102AE090030)和海南省自然科學基金項目(422MS095)資助。

(qichaozhu@126.com)

任韜宇(1998—)，男，山西晉中人，博士研究生，主要研究方向為土壤酸化和改良。E-mail: renty1225@163.com