基于专利信息分析的农药雾滴行为调控研究现状

徐德进 徐广春 徐鹿 王聪博 胡双女 顾中言 邱白晶

摘要：從专利技术角度分析国内外有关农药雾滴行为调控的研究现状，明确农药雾滴行为调控研究领域热点及发展趋势。利用IncoPat 专利数据检索平台工具，从申请地域、申请人、专利类型及法律状态、申请年度、专利技术构成等多个层面对农药雾滴行为调控的专利信息进行分析。研究发现，美国、日本以及我国是申请量排名前3的国家，其中我国的专利申请量占有绝对优势，占全球专利申请总量的43%。专利申请量排名前5的申请人分别为江苏大学、山东农业大学、华南农业大学、阿克苏诺贝尔公司、农业农村部南京农业机械化研究所。农药雾滴行为调控技术相关专利主要集中在A01M7、A01N25、B05B1等技术类型，分别占全球专利申请总量的33.62%、24.57%、11.88%。雾滴沉积测量技术、基于图像和可视化分析的雾滴扩散分布测量装置和方法、农药喷雾雾滴性能检测方法、雾滴碰撞试验装置和方法类专利年申请量呈现连续的增加趋势，正成为该领域研究的新兴热点。农药雾滴行为调控技术在全球范围内和我国国内均处于快速发展阶段，但我国高校和科研院所偏向于理论方法研究，在产品创制及应用等方面与国外跨国公司还有较大差距。

关键词：农药;雾滴;行为;调控;专利信息;IncoPat

中图分类号：S491   文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2021）18-0001-06

收稿日期：2020-12-31

基金项目：江苏省自然科学基金（编号：BK20191240）。

作者简介：徐德进（1980—），男，江苏盐城人，硕士，副研究员，主要从事农药高效使用技术研究。Tel：（025）84390403;E-mail：jaasxdj@jaas.ac.cn。

对不同施药场景下农药剂量的传输规律和高效利用机制的认识不足是导致农药超量使用的重要原因[1]。叶面喷施农药是一个复杂过程，包括药液混合、药液雾化、雾滴向靶飞行、雾滴与靶面撞击、形成沉积、向作用部位运动和穿透、产生生物效应等多个环节[2]。对农药喷施过程的科学管理，是实现农药减量施用的关键途径，其中有关农药雾滴行为调控的研究现状和发展趋势备受关注。

农药雾滴撞击叶面后的细微界面行为属于雾滴群在气液两相流场中的界面追踪捕捉问题，撞击行为受雾滴的物化性质、撞击前雾滴的动力特性、靶标叶片的微结构以及雾滴沉积时环境影响等因素影响[3]。Cao等研究发现，溶液中吐温-80浓度增加，苯醚甲环唑纳米颗粒溶液的黏附力增加，并与液滴在水稻及甘蓝叶片上的弹跳高度呈显著负相关[4-5]。Williams等试验发现，添加高分子聚合物，液滴的拉伸黏度和弛豫时间增加，液滴在豌豆叶片表面的反弹距离明显减小[6]。利用2台高速数码摄像机，贾卫东等对喷雾液滴撞击大豆叶片表面的行为特性做了测试与分析，结果表明在同一粒径和撞击角度下，液滴撞击速度越高形成的雾滴铺展面积越大，消耗的铺展时间也越长[7]。Wise等比较了2种雾滴粒径喷头葡萄园喷雾的沉积效果，发现采用小雾滴粒径喷头喷雾葡萄叶片表面的农药沉积量更高，在相同农药剂量下的防治效果更理想[8]。王沛等的研究证实，蜡质和粗糙叶片表面的农药沉积量都是随着雾滴粒径增大而减小[9]。Lin等研究表明，黏度在0.9～397.8 mPa·s范围内的液滴在亲水界面、疏水界面及超疏水界面撞击行为有显著差异，尤其是在超疏水界面上，液滴撞击后的形态有多种变化[10]。研究人员通过研究农药雾滴撞击植物表面的微观行为，通过调节药液表面张力、黏度、雾滴撞击速度、角度及温湿度等因子，影响农药雾滴在植物叶片表面弹跳、铺展、黏附行为来增加农药沉积，提出了多种提高农药使用效率的技术和方法，并进行专利技术保护。

专利情报分析是通过技术手段对某个领域的专利信息进行跟踪查询、分类提取、组合汇总，分析该技术领域研究趋势及竞争对手现状，以获得研究优势的竞争性情报活动[11]。把公开渠道获得的专利数据转变为精练的专利情报能有效地提高科研机构及研发企业研究选题的针对性，为建立技术竞争优势奠定前期基础[12]。本研究通过对现有农药雾滴行为调控方面专利信息的分析，了解国内外研究态势、发展趋势、研究热点及优势研究机构，以期为农药减施增效技术的开发和相关产品的创制提供参考。

1 材料与方法

1.1 数据来源

本研究采用合享新创IncoPat[13]专利数据检索平台和各国知识产权局政府网站专利检索平台作为数据源，采集1910—2020年110年间的专利信息。需要说明的是实用新型专利和外观设计专利在申请后6个月左右公开，一般发明专利在申请后3～18个月公开，而PCT专利申请可能自申请日起30个月甚至更长时间之后才能进入国家阶段，所以2018—2020年间的专利申请量为不完全统计。

1.2 数据分析方法

以“雾滴行为调控”为主题，以“雾滴”“蒸发”“铺展”“展布”“漂移”“黏着”“弹跳”“碰撞”“变形”“破裂”“持留”“表面活性剂”“农药”等关键词进行检索，专利下载后再人工逐条检查专利内容，进行数据筛选，去除不符合研究目的的专利信息，保证专利分析检索信息的广度及精度。对采集的专利信息数据，利用 PIAS 专利信息分析系统（北京中献智泉信息技术有限公司）和 Excel 软件进行定性、定量统计分析，并对专利年、地区、机构、技术领域、专利类型、专利申请量、申请人、申请地域以及 IPC 技术分类信息等进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 农药雾滴行为调控研究专利来源地域及发展趋势分析

合享新创IncoPat专利数据检索平台收录了120个国家、组织或地区超过1.4亿件的专利信息。以“雾滴行为调控”为主题内容，共检索出相关专利1 632篇，申请号合并后确定为1 380篇。该领域的专利主要申请国家以及申请量如图1所示。从全球范围来看，在限定的植保领域内雾滴行为调控技术相关专利申请量最多的国家是中国，其次是美国和日本，分别有618、211、88件。我国在该领域的专利申请量占有绝对优势，是位于排名第2的美国的近3倍。 世界知识产权组织与日本的专利申请数量一样，为88件;欧洲专利局的专利申请数量为46件。

由图2可以进一步看出，近20年来我国在该领域的发展态势良好。结合全球专利申请趋势可以看出，虽然国外在农药雾滴行为调控领域起步较早，但近年来发展后劲不足，尤其是俄罗斯、英国、法国、德国和韩国，在近5年几乎都没有相关专利的申请。经进一步分析，我国申请人申请的专利约占全球专利申请总量的43%，我国已经成为该技术领域主要的目标市场国和技术来源国。专利申请量排名前10的其他地域中，美国在近20年有持续的相关专利申请，且年申请量在近几年也有增加趋势。

2.2 农药雾滴行为调控研究专利公开类型和当前法律状态分析

由图3可以看出，全球专利公开类型中，发明专利占85.22%，实用新型占13.48%，外观设计占014%。由图4可知，有效专利占22.46%，审中专利占15.94%，失效专利占45.72%，其中授权后失效占2.17%。对失效专利进行具体分析，授权后放弃专利权专利数量占比为21.55%，未交年费失效专利数量占比为17.27%，授权后失效专利数量占比为7.92%，因撤回失效的专利数量占比为777%，未授权失效专利数量占比为6.02%，因驳回失效的专利数量占比为5.23%，未授权放弃专利权专利数量占比为4.28%，避重放弃失效专利数量占比143%，期限届满失效专利数量占比为143%，其他原因失效专利数量占比为27.10%。

2.3 农药雾滴行为调控研究专利年度间申请趋势

由图5可以看出，农药雾滴行为调控技术研发起步时间较早，在1944年就有技术人员申请了相关专利。1940年至1970年间处于研究起步阶段，相关专利年申请量在10篇以下。1970年到2000年间，该领域的研究进入缓慢发展阶段，专利年申请量呈现起伏上升趋势。2000年以后，农药雾滴行为调控研究进入快速发展阶段。

由图6可以看出，农业和植保等领域内农药雾滴行为调控技术研发在中国的起步时间相对较晚，第1篇相关专利申请于1985年。1985年至2005年间，该技术在我国处于起步阶段;2010年之后，处于快速发展阶段;且在2013年之后， 专利申请数量急剧上升。

2.4 农药雾滴行为调控研究专利申请人分析

由图7可知，雾滴行为调控技术相关专利申请排名前15位的申请人中，我国申请人有10位，且10位申请人中有6家高校、4家研究院所，没有中国企业进入到排名中;其他5家国外申请人均为企业。专利申请量排名前5的申请人分别为江苏大学、山东农业大学、华南农业大学、阿克苏诺贝尔公司、农业农村部南京农业机械化研究所。结合图8可以看出，江苏大学和华南农业大学从2013年开始有相关专利的申请，且近年来年申请量呈增加趋势，上述2个申请人在该技术领域近年来有持续的研发投入，每年的研发投入还有所增加，该技术领域可能是2校的研发重点和热点之一。山东农业大学从2001年就有相关专利申请，从2011年开始有专利的连续产出，但每年的专利产出量变化不大。农业农村部南京农业机械化研究所在2014年到2018年间有较为密集的专利申请，但近3年专利申请量为0，可能是该申请人的专利公开存在延迟，也可能是该申请人近3年并没有相关专利申请，该技术已经不是该校的研发重点。

对江苏大学、阿克苏诺贝尔公司、温菲尔德解决方案公司专利申请情况进行进一步详细分析。江苏大学专利申请量排名第1，从2011年开始每年均有相关专利的申请，截至检索日共申请相关专利36件。该校36件相关专利均为中国专利，并没有进行专利地域布局。该校的36件专利中有30件专利为液体喷射装置和设备类技术，5件为雾滴行为检测类技术，1件为材料类技术。该校在该技术领域更关注设备类技术的研发，检测类技术和材料类技术研发相对薄弱。阿克苏诺贝尔公司是荷兰一家大型的跨国化工公司，相关专利申请总量排名第4，共申请29件。该公司从1961年开始就有相关专利的申请，但1992年到2010年近20年间相关专利申请量为零，2011年后又开始有相关专利申请出现，2011年到2020年专利申请并不连续。该公司在排名前15位的申请人中对该领域技术研发时间最长，是一家老牌企业;经过20年的沉寂，该公司从2011年开始对雾滴行为调控技术研发又重新有所投入，从目前的专利申请情况来看，投入不多，该技术领域可能还未成为其研发重点。经过对29件专利进一步统计分析发现，该公司在近10年内主要研发方向有防雾滴漂移助剂、防雾滴漂移组合物等，技术类型相对集中，且针对上述技术进行了较为完善的专利地域布局，主要布局地域有中国、美国、印度、巴西、澳大利亚、加拿大和欧洲等。颜色越深表示该地域专利布局数量越多，由图9可以看出，该公司在我国布局的专利数量最多，我国是其十分重要的目标市场国。

温菲尔德解决方案公司是美國最大的农药经销商，该公司自2013年开始有相关专利的申请，共申请了相关专利24件，2014年至2020年间年专利申请量持续增加，可以看出近年来该公司在该技术领域发展势头较猛。该公司相关专利同族合并后仅有9件，专利地域性布局情况更为明显，针对防雾滴漂移助剂、可视化喷雾系统、防漂移农药等技术进行了专利申请和中国、美国、欧洲、巴西、澳大利亚、南非、加拿大等地域的专利布局，相关专利地域布局情况如图10所示。

2.5 农药雾滴行为调控研究专利技术构成

由图11可知，在本次检索限定的技术领域内，雾滴行为调控技术相关专利主要集中在A01M7、A01N25、B05B1等技术类型， 上述3种分类中的专利数量分别占全球专利申请总量的33.62%、2457%和11.88%。上述3项技术分类中，A01M7和B05B1均涉及用于雾滴行为调控的喷雾装置设备;A01N25涉及杀虫剂、除草剂等农药以及用以减低有效成分对害虫以外的生物体的有害影响的物质，经进一步调查得知，该类专利中主要涉及在农药中添加的用于调控农药雾滴行为的助剂、添加剂等化学助剂以及制备方法等。

结合图12可以看出，A01M7和A01N25类专利申请起步时间较早，自20世纪50年代开始就有相关类型专利的申请，且近20年间上述类型专利年申请量呈连续增加趋势，可以推测这2种技术类型是本次检索限定领域中雾滴行为调控技术的研究热点和研究重点，近几年在这2个技术范围内也持续有技术突破产生，是比较合适的研发方向。B05B1类专利开始申请时间也较早，最早的专利申请于1948年，但从1985年开始才有连续的专利申请，且近10年内专利年申请量变化不大，此类技术在该技术领域中比较重要，但近年来可能没有新的技术突破产生。A01N43类专利年申请量在近几年有持续增加趋势，可能为该技术领域的研究热点之一。G01N15类专利年申请量呈现连续的增加趋势，是一项新兴热点技术类型。该类主要包括雾滴沉积测量技术、基于图像和可视化分析的雾滴扩散分布测量装置和方法、农药喷雾雾滴性能检测方法、雾滴碰撞试验装置和方法等技术方向。

3 结论及讨论

农药雾滴行为调控技术在全球范围内和中国国内均处于快速发展阶段，但尚未达到技术发展顶峰，比较适合新的研发机构进入。与全球技术发展趋势相比，我国在该技术领域起步时间较晚，但发展速度较快。全球技术发展经历了近30年的起步阶段和20多年的缓慢发展阶段;我国在该技术领域起步阶段仅用了15年，随即进入快速发展阶段。2013年之后，全球技术发展和我国技术发展均十分迅猛，且从专利申请情况来看，2013年后我国专利年申请量平均占全球的85%左右，我国成为全球专利申请的主力军。我国已经成为该技术领域的重要目标市场国和主要的技术来源国。

从技术构成来看，A01M7（液体喷雾设备的专门配置或布置）和A01N25（以其形态、有效成分或以其使用方法为特征的杀生剂、驱避剂、引诱剂，植物生长调节剂）类专利技术是该技术领域的研发重点和热点，而G01N15（测试颗粒的特性，测试多孔材料的渗透性，孔隙体积或者孔隙表面积）类技术是该技术领域的新兴研发热点。农药雾滴行为调控技术相关的发明专利占比远远超过实用新型。中国申请人的专利申请量约占总申请量的43%，而中国申请人目前的专利申请更偏向理论方法和研究性质的应用，这可能是造成发明专利占比较高的原因之一。除此之外，该技术领域较多的涉及到雾滴行为调控助剂等化学产品，此类技术多为方法类，比较适合使用发明专利进行保护。

国内江苏大学和华南农业大学在该技术领域近年来有持续的研发投入，该技术领域可能是2校的研发重点和热点之一;阿克苏诺贝尔公司是该技术领域的老牌企业，近年来重新对该领域技术有所投入，且其在近10年间在中国布局了多项专利。除此之外，温菲尔德解决方案公司和中国农业科学院植物保护研究所在近些年有明显增多的相关专利申请，相关研究取得了快速进展，值得参考借鉴。目前国内在农药雾滴行为调控领域的研发工作更偏重于理论方法研究，全球前15位的申请人中，中国申请人有10位，但这10位申请人没有一家属于企业，而排名前15位中的其他5家国外申请人均为企业。与国外相比，虽然我国在该技术领域的研发热度不断攀升，但在实施应用方面仍需加强技术研发和产品转化。

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