基于專利分析的全球農藥殘留檢測技術發展態勢研究*

劉玉榮，周榮，強生軍

(白銀市農業農村局，甘肅白銀，730900)

0 引言

農藥是廣泛應用于農林牧業生產中的化學藥劑總稱，主要用于治理病蟲害(害蟲、害螨、線蟲、病原菌及鼠類)、去除雜草和調節作物生長[1-2]。受全球氣候變化影響，極端天氣及農作物病蟲害整體呈高發、頻發、重發態勢，加之現代農業機械化、規模化、智能化水平的不斷提高，我國農藥用量長期保持較高水平，國家統計局數據顯示[3-5]，2019年我國農藥原藥產量達2 120 kt、全年農藥使用量達1 391.7 kt。農藥的大規模使用盡管有助于農業發展、農民增收，但隨之而來的環境污染、農產品質量安全隱患也不容忽視，其中農藥殘留問題日益突出[6-9]。黨的十八大以來，圍繞質量興農、綠色興農，出臺了《中華人民共和國食品安全法》《加快完善我國農藥殘留標準體系化的工作方案(2015—2020年)》等多項政策措施以加強環境保護、保障農產品質量安全[10-12]。

農藥殘留(簡稱“農殘”)主要是指農藥使用后殘存于環境、生物體和作物中的農藥母體、衍生物、代謝物、降解物和雜質[13]，其中有機磷類與氨基甲酸酯類農藥(如氧化樂果、甲胺磷、水胺硫磷、丙溴磷等)對人體危害極大，已被國家嚴禁在任何農產品中使用。農藥殘留超標嚴重影響人民健康，因此準確、高效的農殘檢測成為了農業生產實踐中的重要課題。

發明創新是農殘檢測技術攻關與研發推廣的重要動力，作為知識產權的重要載體，專利可直接反應具體技術領域內的創新信息、發展態勢與技術優勢[14]。目前，國內關于農殘檢測的相關研究，多集中于其發展現狀總結、技術進展歸納、關鍵技術描述等[15-21]，而關于其國內外專利現狀的認識仍存在明顯不足。本文基于專利分析方法，著眼于農藥殘留檢測這一事關民生的基礎技術領域，梳理國內外農殘檢測專利現狀，分析其技術發展態勢，以期全面了解農殘檢測核心技術、熱門研究方向，為探索各類農殘檢測技術實施路徑提供參考。

1 專利技術來源與方法

專利文獻來源于Patsnap全球專利數據庫，該數據庫涵蓋了全球126個國家和地區的近1.4億條專利數據，通過初步檢索、擴展檢索與補充檢索方式獲取專利文獻及條目，兼顧了數據檢索的準確性與全面性。檢索策略中涉及的主要關鍵詞包括農藥殘留檢測技術、方法與設備(中英文)，檢索字段包括標題與摘要，采用IPC國際分類號與關鍵詞相結合的方式進行，檢索時間截止至2021年12月31日。

專利文獻提供了豐富的專利信息，包括技術主題、國別省市、專利發明人、分類號、申請(授權)日期、引證文獻等。專利分析方法主要包括定性分析、定量分析及圖表分析。其中定性分析主要針對上述專利信息進行總結歸納，通過分析、抽象其內在特征反應專利發展現狀；而定量分析主要采用統計學方法對專利信息進行科學計量，主要以專利件數或申請(授權)年份為自變量通過專利周期、頻次排序、時間序列等方式量化專利技術創新現狀；圖表則是定性分析與定量分析的具象化信息表達形式。

2 農殘檢測技術全球發展態勢分析

2.1 專利概況

農藥殘留是世界各國農業發展中面臨的共性問題，農殘檢測在世界各國也得到了廣泛應用與發展，相關專利申請數量十分龐大。截止2021年12月，全球116個國家和地區共申請農殘檢測技術專利23 281條，其中發明專利(含授權、失效、實審)共21 422條，占專利總申請量的92.01%，實用新型專利共1 859條，占專利總申請量的7.99%；從專利法律狀態而言，有效專利、失效專利、在審專利、PCT指定期內專利及PCT指定期滿專利分別為7 809條、9 363條、3 244條、163條與2 702條，分別占專利總申請量的33.54%、40.22%、13.93%、0.70%與11.61%。可以看出，農殘檢測技術專利中，發明專利遠多于實用新型專利，無軟件著作權及外觀，由此認為農殘檢測領域具備較強的研發能力，新技術、新方法、新設備層出不窮，相關技術的知識產權保護也深受國內外研究人員關注；失效及PCT指定期滿專利數量眾多，超過專利總量的一半，說明許多專利已脫離保護期，相關國家已完成前期技術積累，為落后國家的技術仿制提供了一定便利，但近期該領域的技術創新較為乏力，在審專利較為有限。專利授權率是衡量技術創新程度的重要指標，農殘檢測專利年度申請情況如表1所示。

由表1可知，除個別年份外，農殘檢測專利申請數量呈震蕩上升趨勢，2018年達到峰值(1 747條)，隨著全球經濟社會的長足發展，世界各國對于農產品質量安全給予了更多關注，各國人民對于農產品品質提出了更高期待，迫切的市場需求成為了推動農殘檢測技術創新發展的原始動力；農牧業身處第一產業，與世界經濟形勢存在廣泛聯系，2007—2009年及2020—2021年間，農殘檢測專利申請數量下降明顯，推測與上述時間段內美國次貸危機引發的全球經濟下滑以及新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)的全球流行存在正相關關系。農殘檢測專利授權率呈平穩震蕩趨勢，2013年達到峰值(64.55%)，授權率大體穩定在40%～65%的區間，是較為常見的授權比例；由于以中國為代表的新興知識產權大國逐漸提高專利授權質量，使得2013—2020年專利授權率持續下降；2021年授權率僅為26.94%，主要是由世界各國不同程度爆發的COVID-19疫情所致。

表1 農殘檢測專利年度申請情況

2.2 國別分布

農殘檢測技術來源國數量眾多，分布十分分散，全球共有116個國家和地區持有相關技術專利，專利數量排名前十的國家和地區如表2所示。

由表2可知，美國持有的農殘檢測專利數量居全球首位，超過全球農殘檢測專利總量的一半，說明在該領域無論是技術水平還是專利數量，美國均較其他國家具有明顯優勢。美國農牧業高度發達，機械化程度高，用2%的農業人口養活了3億多國民，同時還是最大的農產品出口國，農藥、物流、種子、化肥等相關配套產業均十分完善，而農殘檢測也是其高度關注的前沿問題，具有較強的技術儲備與創新能力，在高端檢測儀器、藥劑方面甚至具有壟斷性優勢。中國專利申請量僅次于美國，占全球農殘檢測專利總量的四分之一，盡管專利總量較為可觀，但技術水平距世界先進水平仍有較大差距，在部分高端檢測儀器等方面“卡脖子”問題依舊突出，這主要受國內技術發展現狀、產業鏈條布局及基礎學科研發投入不足所致。近年來我國對于薄弱技術領域加大科研投入，充分發揮后發優勢，加之龐大的市場規模與應用需求，農殘檢測技術開發、應用擁有廣闊的發展前景。除中、美外，農殘檢測專利多分布于歐盟、英國、澳大利亞等歐美國家，上述國家均為發達經濟體，農業發達且農牧產品出口量居世界前列，在農殘檢測領域具有扎實的技術儲備。印度作為世界第二大發展中國家，盡管農業發展水平不高，但得益于廣大的耕地面積與龐大的市場規模，對于農殘檢測具有較大需求，相關專利數量也較為可觀。

表2 農殘檢測專利國別分布

2.3 技術分支

農殘檢測作為生物、化學、物理等多學科交叉的系統性工程，涵蓋眾多技術領域，主要技術分支如表3所示。

表3 農殘檢測主要技術分支

農殘檢測主要技術分支涵蓋了農業、生物化學、獸醫學、醫學、測量物理等諸多學科，多為應用研究價值廣闊的尖端技術領域，其中C12N15、C07K14、G01N33占專利總申請量的前三位，份額分別為23.89%、13.98%與12.19%，是目前最為熱門的研究方向，相關的生物化學、醫學也是我國目前較為薄弱的領域，需要繼續加大科研投入，緊追世界前沿，縮小與世界先進水平的差距；C12N5、A01N43、A61K31是相對傳統的農藥、微生物工程領域，相關專利數量較少，推測上述研究方向可能進入某種瓶頸期或者相關技術已較為成熟，甚至在日益嚴格的環境保護政策下部分劇毒有機藥劑逐步退出市場，上述技術分支的創新潛力較為有限。以表3中前三類技術分支為例，農殘檢測主要技術分支申請情況如表4所示。

表4 全球農殘檢測主要技術分支申請情況

由表4可知，C12N15、C07K14、G01N33作為農殘檢測領域最為熱門的研究方向，持續保持較高的申請量，其中突變或遺傳工程(C12N15)與生長激素等氨基酸、多肽的合成與應用(C07K14)呈平穩震蕩趨勢，但自2014年之后申請量持續下滑，而借助于測定材料的物理、化學性質(G01N33)則呈現震蕩上升的趨勢，這主要得益于近年來世界各國對于農殘檢測給予了更為廣泛的關注，相關檢測儀器、方法、技術不斷推陳出新，成為了推動相關研究的重要動力。以表3中前三類技術分支為例，農殘檢測主要技術分支國別分布如表5所示。

表5 全球農殘檢測主要技術分支國別分布

由表5可知，歐美發達國家在C12N15與C07K14為代表的生物化學、有機合成領域給予了更多傾斜，專利持有量遠多于其他國家，具有壟斷性技術優勢，而我國在上述高科技尖端技術領域較為落后，專利持有量甚至不及美國同類專利的零頭，距離世界先進水平差距明顯，在“十四五”期間應給予上述研究方向更多支持與資源傾斜，加大研究力度，鼓勵更多的科研院所、高校開展相關研究，以期打破歐美在該領域的技術壟斷，同樣也是我國產業升級的客觀需求。中國在傳統的G01N33領域持有相對較多的專利，具有較強技術儲備，需在擴大國際合作的基礎之上進一步鞏固技術優勢。

3 農殘檢測技術國內發展態勢分析

3.1 國內專利概況

中國自古以來就是農業大國，農業人口、耕地面積、糧食產量等均位居世界前列，作為事關社會穩定、人民安康的基礎性產業，農業發展、農產品質量安全成為了深受重視的民生問題，黨的十八大以來，習近平總書記提出了“青山綠水就是金山銀山”的科學論斷，將環境、生態納入了生產力的范疇[22]。與此相適應，制定了多項政策措施加強食品安全監管，我國農殘檢測技術、產業也得到了長足發展，已基本形成擁有自主知識產權的技術體系，具備商業化與產業化發展條件。中國農殘檢測專利申請量與授權量均保持世界前列，技術儲備相對扎實，市場需求旺盛，具備較強的技術創新能力。截止2021年12月，檢索結果顯示中國共申請有關農殘檢測技術專利5 121條，其中發明專利(含授權、失效、實審)共3 289條，占專利總申請量的64.23%，實用新型專利共1 832條，占專利總申請量的35.77%；從專利法律狀態而言，有效專利、失效專利、在審專利、PCT指定期內專利及PCT指定期滿專利分別為2 479條、1 787條、824條、6條與25條，分別占專利總申請量的48.41%、34.90%、16.09%、0.12%與0.49%。可以發現，中國農殘檢測專利中，發明專利遠多于實用新型專利，無軟件著作權及外觀，具備較強的研發能力；有效專利占專利總量近一半，說明中國農殘檢測技術已相對成熟，且多數專利均在保護期內，是較為新穎的研究領域，具有較高的研究價值與潛力；但在審專利數量有限，存在近期該領域技術創新較為沉寂的突出問題，作為保證農產品質量安全的重要手段，同時也是我國產業發展的短板所在，需大力扶持農殘檢測技術創新與配套產業發展；此外，中國參與PCT體系的專利數量極少，共31條，說明我國的農殘檢測專利質量不夠高，核心技術創新性仍有待于加強，而現有專利在知識產權保護方面可能存在漏洞，不利于在PCT體系下實現第三國境內的專利權有效保護，提高專利總體質量、加強對PCT體系的合理應用、強化國際合作將是今后的重點問題。中國農殘檢測專利年度申請情況如表6所示。

表6 中國農殘檢測專利年度申請情況

由表6可知，中國農殘檢測專利申請數量持續攀升，2020年達到峰值(814條)，隨著我國國民經濟不斷發展，人民生活水平顯著提高，人民從吃飽、吃好逐步轉向吃出健康、吃出品位、吃出文化，這對農產品質量安全提出了更高要求，從而推動了農殘檢測技術的廣泛應用，國內相關領域的自主創新能力實現了跨越式發展，在不到20年內專利申請量提高了近70倍，為追趕世界先進水平、破除核心技術“卡脖子”難題奠定了堅實基礎，而2021年的專利申請數量大幅下降則主要是受到了新冠疫情的沖擊。除2021年外，中國農殘檢測專利授權率均保持在60%以上的較高水平，尤其是2016年出臺了《專利質量提升工程實施方案》[23]之后，專利授權率未出現明顯下降，一方面說明農殘檢測是較為新穎的研究領域，專利總體數量較少，仍有很多技術短板需要彌補，另一方面說明該領域技術創新程度相對較高，更易獲得專利授權。

3.2 省區分布

中國農殘檢測專利在32個省、市、自治區(含臺灣省)中均有分布，專利數量排名前十的省區如表7所示。

表7 中國農殘檢測專利省區分布

由表7可知，中東部省份持有較多的農殘檢測專利，尤其是位于東南沿海的山東、江蘇與廣東位居全國前三，上述省份均為農業大省，域內經濟發達，科研院所、高校數量眾多，客觀上為農殘檢測技術創新提供了豐富的物質基礎與智力準備。相較而言，南方省份專利數量多于北方省份，主要在于農殘檢測屬于專利密集型產業，技術研發主要受科研單位所主導，而南方省份經濟發展程度普遍優于中西部省份，科研單位分布較廣，“產學研”聯系緊密，促進了農殘檢測技術的創新發展。我國西部省區受制于自身區位因素、經濟發展現狀、科研單位研發熱情等不利因素，在知識產權保護領域較為滯后，甘肅、新疆、內蒙古、青海、寧夏與西藏6省區共持有農殘檢測專利144條，不及山東省的四分之一。2020年5月17日，《中共中央、國務院關于新時代推進西部大開發形成新格局的指導意見》[24]印發實施，意見明確提到加快形成西部大開發新格局應不斷提升創新發展能力，打造區域創新高地，加強知識產權保護、應用和服務體系建設，而西部省區農牧業分布廣泛，特色農產品資源豐富，農殘檢測是擴大農產品銷售及出口的基礎性環節，事關農民增收、鞏固脫貧攻堅工作成果，應在國家戰略指引下進一步給予政策、經費支持，大力促進需求導向型研發創新。

3.3 國內技術分支

中國農殘檢測主要技術分支如表8所示。

表8 中國農殘檢測主要技術分支

中國農殘檢測技術主要包括8項分支，專利數量居前三位的分別為G01N21、G01N33、G01N1，占專利總量份額分別為26.81%、22.94%與19.54%，專利同族化現象十分嚴重，基本均集中于應用范疇內的測定材料的物理、化學性質領域，而技術水平更高、存在明顯技術短板的生物化學、有機合成等技術領域幾乎是一片空白，上述領域是高附加值的尖端技術行業，中國與世界先進水平存在明顯差距，需要盡快調整產業布局，持續加大研發投入，力爭實現核心技術的國產化，打破國外壟斷，提高農殘檢測領域整體技術創新水平。

3.4 申請人分布

中國農殘檢測技術創新主要依托高校、科研院所、科技企業等，主要申請人排名如表9所示。

由表9可知，中國農殘檢測專利申請人中，多為行業內相關學科的高校、科研院所，其中山東理工大學、國家質量檢驗檢疫總局動植物檢疫實驗所、江蘇大學分別以79、69、55條專利位居前三，具有較強的研發能力；中國農業大學、浙江大學、江蘇大學、北京工商大學在農學、化學合成等領域具有較強的技術實力，也持有較多專利；業內專業的農產品質量檢測檢疫機構同樣具有較為雄厚的技術儲備。中國農殘檢測相關產業發展依托龐大的市場需求，產業化推廣基礎良好，需進一步加強“產學研”協同創新，優化高校、科研院所與一線農業監管部門的協調，強化校企合作，積極推動專利成果轉化，共同推進農殘檢測技術創新邁上更高水平。

表9 中國農殘檢測專利申請人分布

5 結論

針對農藥殘留檢測技術專利，開展了多維度的技術創新現狀與發展態勢評估，主要結論如下。

1) 近十年農殘檢測相關專利申請活動震蕩增長。2010年—2020年，全球農殘檢測相關專利申請整體呈震蕩上升的態勢，農產品質量安全是世界各國日益重視的共性問題，高效、準確的農藥殘留檢測成為了促進農業健康發展的關鍵環節，龐大、迫切的市場需求推動了該領域的技術創新，農殘檢測的新技術、新方法、新儀器是未來農業產業發展的重要引領。

2) 農殘檢測技術專利地域分布差異明顯。以歐美為代表的發達國家在農殘檢測領域具有雄厚的技術實力，專利申請量與持有量均較其他國家具有明顯優勢，且多集中在生物化學、醫學、有機合成等高附加值的尖端技術領域，在部分高端檢測儀器、藥劑方面具有壟斷性優勢。以中國、印度為代表的發展中國家在該領域發展較為滯后，甚至存在較多的技術空白，增加研發投入、優化產業結構、政策措施幫扶、擴大國際合作與技術轉移是提高落后國家農殘檢測技術創新發展的重要舉措。

3) 高新技術將是農殘檢測技術研發的主導。隨著含磷、含氯等劇毒有機農藥逐步退出市場，原有的農殘檢測技術與配套產業發生深刻變革，傳統的檢測技術面臨發展瓶頸，生物化學、基因及遺傳工程、有機合成將是農殘檢測技術發展的主導方向。我國應進一步優化對外開放格局，堅持自主研發與“引進消化吸收再創新”雙軌并進的思路，提高在高新技術領域的研發創新能力，追趕世界先進水平，助力產業升級。

4) 農殘檢測技術創新主要集中于高等院校及科研院所。專業科研院所、高等院校在相應技術領域具有豐富的科研經驗、堅實的智力支持，研發優勢明顯，將是農殘檢測技術創新的主力軍，依托現有技術儲備，促進科學研究與產業應用相結合，推動“產學研”一體化進程，加強知識產權轉化。

5) 中國是農殘檢測技術未來發展的重點區域。中國在農殘檢測領域具有較強的研發能力與廣闊的市場需求，專利申請量居世界前列，但距離世界先進水平仍有較大差距，部分尖端技術領域“卡脖子”問題依然突出，農業作為我國的基礎性產業關乎國家安全，農殘檢測技術發展迎來了關鍵機遇期，充分發揮后發優勢，統籌國內科研力量，推動相關學科、產業的創新發展，完善上下游全產業鏈條，力爭打破歐美技術壟斷，貢獻于“兩個一百年”奮斗目標的順利實現。