温室内二氧化碳施肥专利技术

摘要：温室内增施CO2气肥是保障设施蔬菜、花卉等高产的重要措施。本文通过专利检索、统计，初步分析了国内外温室CO2施肥专利技术的概况，从而获得了申请量趋势及技术演进等信息，并对未来的专利申请进行了预测。

关键词：温室；气肥；二氧化碳；专利技术

中图分类号： S147 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2016.21.046

CO2是植物进行光合作用的基本原料，对光合速率影响很大。温室内栽培的植物，由于温室内空气流通很少，CO2得不到补充，植物进行光合作用又不断消耗CO2，使得温室内的CO2含量远远不能满足植物生长发育的需求。因此，在适宜浓度范围内进行CO2施肥，对提高作物产量十分重要。在塑料大棚和日光温室内增施CO2气肥作为棚、室蔬菜优质高产的措施之一，已在国内外广泛应用[1-3]。本文从温室中进行CO2施肥的专利申请角度，探讨CO2施肥技术的发展。

1申请量分析

有关专利文献的主要IPC分类号为A01G 9/18，分别在中国专利摘要库（CNABS）与德温特世界专利数据库（DWPI），通过IPC分类号与关键词联合检索，检索对象限定在全球公开日或公告日在1960年～2015之间的发明和实用新型专利申请，并对检索结果进行了统计分析。

从申请量来看，温室内CO2施肥技术专利申请量呈逐年上升趋势，1960年～1980年处于技术起步初期；1986年后专利申请量逐年增加，其中2006年～2015年专利申请总量大幅上升，技术进入良好的发展期。

20世纪60年代至80年代对温室内CO2施肥的专利技术主要集中在前苏联、日本、德国、美国等农业发达国家。从1990年开始，中国专利申请量呈现迅猛增长的趋势，从2005年开始，韩国的专利申请量也迅速增加，这与中韩两国设施农业在此期间迅速发展有关。另外我国各企业单位对专利制度的重视以及民众对知识产权的意识也在此期间逐渐增加，致使我国在此期间的专利申请量增加。同时，从上世纪80年代开始日本一直是本领域主要的专利申请国家之一，近年来其温室内CO2施肥的专利量也在快速增长。总体来说，中、日两国在温室内CO2施肥领域的专利申请量占有绝对的主导地位。

2技术功效分析

通过阅读专利文献，根据施用方式的区别，将检索到的專利进一步细分为6个技术分支：有机物燃烧、纯CO2施肥、废气利用、化学反应、微生物分解、种养结合。

其中，利用有机物燃烧法和纯CO2施肥法来增加棚温、加快产气速率、降低成本是目前研发的重点，专利布局较为密集，而环保、节省资源、安全可靠、操作简便也是重要的技术追求。

有机物燃烧法通过燃烧石油、丙烷气、煤、煤油、天然气等产生CO2，该方法除提供CO2外，还可增加棚温、增加光照。采用有机物燃烧法，对燃料要求严格，为避免产生有害气体，还需要额外设置空气过滤、尾气净化装置，增加成本投资，但由于其能增加棚温，因此使用较广泛。

纯CO2施肥法是该领域使用最多的一种施用方法，该方法便于控制时间和施用量，但成本较高。早在1972年，前苏联专利SU413914A就采用CO2气体通入温室内，以提高作物产量。随后几十年内，各申请人对施用的具体方式和气源进行了持续改进。例如采用液态CO2作为气源，并用风扇使CO2气体均匀扩散，这种方法有气体纯度高及扩散快的优点；使用干冰作为气源，产气量大，使用安全，但会降低温室内的温度，不利于作物生长。

废气利用法一般采用发电厂、锅炉等产生的废气净化后使用，具有环保、节省资源的优点。

化学反应法一般采用碳酸氢盐、碳酸钙等物质与酸反应或直接加热产生CO2气体，其成本低，操作简便，反应后的物质还可做为肥料，但产气量较少。

微生物分解法采用人畜粪便、杂草茎叶等有机物分解发酵时放出CO2气体，其成本低、环保且能增加棚温。在1968年，美国专利US357767A提出了采用垃圾、废水发酵产生CO2气体用于温室栽培的方法，但这种方法易产生有害物质污染农作物。其后更多的专利采用沼气发酵的方式产生CO2气体和甲烷气体，而甲烷燃烧后可以增加棚温，且产生CO2气体。采用人畜粪便等有机肥发酵也是一种理想的方式，例如东德1987年的专利DD266954A，采用堆肥的方式产生CO2气体，发酵腐熟后的有机肥可以直接施用。但这些方法都存在CO2释放量不易调节控制，且释放缓慢的缺陷。

种养结合法通过与养殖家畜、水产，栽培食用菌等相结合，利用动物、真菌产生的CO2浓度较高的空气输送到温室中，再将温室中CO2浓度较低的气体交换到相应的养殖、栽培区。这种方式CO2产量少，作用缓慢，且不易控制。

3结语

温室CO2施肥技术的专利申请量逐年增长，尤其是中国专利申请突飞猛进，研发迅速，这体现了国内设施农业技术的快速发展以及知识产权意识的逐渐加强，然而在具体技术改进上，与国外相比，国内施肥技术还有很大的发展空间。

虽然本领域近年来申请量急剧增加，但进入21世纪后有关施用方式和气源方面基本没有新突破，这主要是因为近年来，随着计算机技术的发展，自动化、智能化在温室中的应用越来越普遍，对温室内CO2施肥技术的改进也着重于装置以及控制系统上的改进。

目前CO2气肥种类较多，其中纯CO2增施法、化学反应法、施有机肥法和有机物燃烧法为常用方法。由于纯CO2增施法具有清洁卫生，便于控制时间和施用量等优点；化学反应法具有操作简单，反应后的生成物还可以直接用于肥料使用等优点。预测在将来，纯CO2增施法、化学反应法的温室CO2施肥装置专利申请量将进一步增加。

参考文献

[1]王精明，等.温室CO2施肥技术及研究进展 [J].惠州学院学报（自然科学版），2003，23（03）：63-67.

[2]曹红红，等.我国CO2气肥生成方法及发展趋势[J].长江蔬菜，2001（06）：25-27.

[3]曹红红，等.我国温室大棚增施CO2气肥有关问题分析[J].北方园艺，2001（03）：1-3.

作者简介：徐龙龙，硕士，国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，实习研究员，研究方向：专利审查。