摘要:溫室內(nèi)增施CO2氣肥是保障設(shè)施蔬菜、花卉等高產(chǎn)的重要措施。本文通過專利檢索、統(tǒng)計,初步分析了國內(nèi)外溫室CO2施肥專利技術(shù)的概況,從而獲得了申請量趨勢及技術(shù)演進(jìn)等信息,并對未來的專利申請進(jìn)行了預(yù)測。
關(guān)鍵詞:溫室;氣肥;二氧化碳;專利技術(shù)
中圖分類號: S147 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A DOI編號: 10.14025/j.cnki.jlny.2016.21.046
CO2是植物進(jìn)行光合作用的基本原料,對光合速率影響很大。溫室內(nèi)栽培的植物,由于溫室內(nèi)空氣流通很少,CO2得不到補(bǔ)充,植物進(jìn)行光合作用又不斷消耗CO2,使得溫室內(nèi)的CO2含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足植物生長發(fā)育的需求。因此,在適宜濃度范圍內(nèi)進(jìn)行CO2施肥,對提高作物產(chǎn)量十分重要。在塑料大棚和日光溫室內(nèi)增施CO2氣肥作為棚、室蔬菜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的措施之一,已在國內(nèi)外廣泛應(yīng)用[1-3]。本文從溫室中進(jìn)行CO2施肥的專利申請角度,探討CO2施肥技術(shù)的發(fā)展。
1申請量分析
有關(guān)專利文獻(xiàn)的主要IPC分類號為A01G 9/18,分別在中國專利摘要庫(CNABS)與德溫特世界專利數(shù)據(jù)庫(DWPI),通過IPC分類號與關(guān)鍵詞聯(lián)合檢索,檢索對象限定在全球公開日或公告日在1960年~2015之間的發(fā)明和實用新型專利申請,并對檢索結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計分析。
從申請量來看,溫室內(nèi)CO2施肥技術(shù)專利申請量呈逐年上升趨勢,1960年~1980年處于技術(shù)起步初期;1986年后專利申請量逐年增加,其中2006年~2015年專利申請總量大幅上升,技術(shù)進(jìn)入良好的發(fā)展期。
20世紀(jì)60年代至80年代對溫室內(nèi)CO2施肥的專利技術(shù)主要集中在前蘇聯(lián)、日本、德國、美國等農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國家。從1990年開始,中國專利申請量呈現(xiàn)迅猛增長的趨勢,從2005年開始,韓國的專利申請量也迅速增加,這與中韓兩國設(shè)施農(nóng)業(yè)在此期間迅速發(fā)展有關(guān)。另外我國各企業(yè)單位對專利制度的重視以及民眾對知識產(chǎn)權(quán)的意識也在此期間逐漸增加,致使我國在此期間的專利申請量增加。同時,從上世紀(jì)80年代開始日本一直是本領(lǐng)域主要的專利申請國家之一,近年來其溫室內(nèi)CO2施肥的專利量也在快速增長??傮w來說,中、日兩國在溫室內(nèi)CO2施肥領(lǐng)域的專利申請量占有絕對的主導(dǎo)地位。
2技術(shù)功效分析
通過閱讀專利文獻(xiàn),根據(jù)施用方式的區(qū)別,將檢索到的專利進(jìn)一步細(xì)分為6個技術(shù)分支:有機(jī)物燃燒、純CO2施肥、廢氣利用、化學(xué)反應(yīng)、微生物分解、種養(yǎng)結(jié)合。
其中,利用有機(jī)物燃燒法和純CO2施肥法來增加棚溫、加快產(chǎn)氣速率、降低成本是目前研發(fā)的重點(diǎn),專利布局較為密集,而環(huán)保、節(jié)省資源、安全可靠、操作簡便也是重要的技術(shù)追求。
有機(jī)物燃燒法通過燃燒石油、丙烷氣、煤、煤油、天然氣等產(chǎn)生CO2,該方法除提供CO2外,還可增加棚溫、增加光照。采用有機(jī)物燃燒法,對燃料要求嚴(yán)格,為避免產(chǎn)生有害氣體,還需要額外設(shè)置空氣過濾、尾氣凈化裝置,增加成本投資,但由于其能增加棚溫,因此使用較廣泛。
純CO2施肥法是該領(lǐng)域使用最多的一種施用方法,該方法便于控制時間和施用量,但成本較高。早在1972年,前蘇聯(lián)專利SU413914A就采用CO2氣體通入溫室內(nèi),以提高作物產(chǎn)量。隨后幾十年內(nèi),各申請人對施用的具體方式和氣源進(jìn)行了持續(xù)改進(jìn)。例如采用液態(tài)CO2作為氣源,并用風(fēng)扇使CO2氣體均勻擴(kuò)散,這種方法有氣體純度高及擴(kuò)散快的優(yōu)點(diǎn);使用干冰作為氣源,產(chǎn)氣量大,使用安全,但會降低溫室內(nèi)的溫度,不利于作物生長。
廢氣利用法一般采用發(fā)電廠、鍋爐等產(chǎn)生的廢氣凈化后使用,具有環(huán)保、節(jié)省資源的優(yōu)點(diǎn)。
化學(xué)反應(yīng)法一般采用碳酸氫鹽、碳酸鈣等物質(zhì)與酸反應(yīng)或直接加熱產(chǎn)生CO2氣體,其成本低,操作簡便,反應(yīng)后的物質(zhì)還可做為肥料,但產(chǎn)氣量較少。
微生物分解法采用人畜糞便、雜草莖葉等有機(jī)物分解發(fā)酵時放出CO2氣體,其成本低、環(huán)保且能增加棚溫。在1968年,美國專利US357767A提出了采用垃圾、廢水發(fā)酵產(chǎn)生CO2氣體用于溫室栽培的方法,但這種方法易產(chǎn)生有害物質(zhì)污染農(nóng)作物。其后更多的專利采用沼氣發(fā)酵的方式產(chǎn)生CO2氣體和甲烷氣體,而甲烷燃燒后可以增加棚溫,且產(chǎn)生CO2氣體。采用人畜糞便等有機(jī)肥發(fā)酵也是一種理想的方式,例如東德1987年的專利DD266954A,采用堆肥的方式產(chǎn)生CO2氣體,發(fā)酵腐熟后的有機(jī)肥可以直接施用。但這些方法都存在CO2釋放量不易調(diào)節(jié)控制,且釋放緩慢的缺陷。
種養(yǎng)結(jié)合法通過與養(yǎng)殖家畜、水產(chǎn),栽培食用菌等相結(jié)合,利用動物、真菌產(chǎn)生的CO2濃度較高的空氣輸送到溫室中,再將溫室中CO2濃度較低的氣體交換到相應(yīng)的養(yǎng)殖、栽培區(qū)。這種方式CO2產(chǎn)量少,作用緩慢,且不易控制。
3結(jié)語
溫室CO2施肥技術(shù)的專利申請量逐年增長,尤其是中國專利申請突飛猛進(jìn),研發(fā)迅速,這體現(xiàn)了國內(nèi)設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展以及知識產(chǎn)權(quán)意識的逐漸加強(qiáng),然而在具體技術(shù)改進(jìn)上,與國外相比,國內(nèi)施肥技術(shù)還有很大的發(fā)展空間。
雖然本領(lǐng)域近年來申請量急劇增加,但進(jìn)入21世紀(jì)后有關(guān)施用方式和氣源方面基本沒有新突破,這主要是因為近年來,隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,自動化、智能化在溫室中的應(yīng)用越來越普遍,對溫室內(nèi)CO2施肥技術(shù)的改進(jìn)也著重于裝置以及控制系統(tǒng)上的改進(jìn)。
目前CO2氣肥種類較多,其中純CO2增施法、化學(xué)反應(yīng)法、施有機(jī)肥法和有機(jī)物燃燒法為常用方法。由于純CO2增施法具有清潔衛(wèi)生,便于控制時間和施用量等優(yōu)點(diǎn);化學(xué)反應(yīng)法具有操作簡單,反應(yīng)后的生成物還可以直接用于肥料使用等優(yōu)點(diǎn)。預(yù)測在將來,純CO2增施法、化學(xué)反應(yīng)法的溫室CO2施肥裝置專利申請量將進(jìn)一步增加。
參考文獻(xiàn)
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作者簡介:徐龍龍,碩士,國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心,實習(xí)研究員,研究方向:專利審查。