2022年，基础研究前沿在哪里

  2022年，有哪些基础研究备受科学家关注？对于科研管理者和政策制定者而言，了解前沿研究，洞察科研动向，尤其是跟踪新兴专业领域具有重大意义。日前，中国科学院科技战略咨询研究院、中国科学院文献情报中心和科睿唯安再次联合发布《2022研究前沿》分析报告。该报告已连续发布十年。今年的报告仍然以文献计量学中的共被引分析方法为基础，基于科睿唯安的Essential Science IndicatorsTM(ESI)数据库中的12610个研究前沿，遴选出了2022年自然科学和社会科学的11大学科领域排名最前的110个热点前沿和55个新兴前沿。

农业科学、植物学和动物学

  ■Top10热点前沿

  1.新型冠状病毒对家养动物的感染及其传播

  2.硫化氢在调控植物适应非生物胁迫中的作用

  3.油凝胶在食品脂肪替代中的应用研究

  4.乳酸发酵在新型果蔬功能饮料开发中的应用

  5.茶树基因组研究及功能基因分析

  6.植物NLR（核苷酸结合富含亮氨酸重复序列）免疫受体在免疫调控中的作用

  7.新一代植物基因组编辑系统CRISPR/Cpf1

  8.植物泛基因组研究与应用

  9.用于肉类新鲜度监测的基于植物抗氧化物的智能pH传感包装膜

  10.3D打印食品研究

  ■新兴前沿

  1.COVID-19对农业和粮食系统的影响

  2.缓解作物砷中毒的机理和方法研究

  解读：农业科学、植物学和动物学领域位居前十位的热点前沿主要分布在食品科学与工程、植物基因组、植物抗性机理和动物疫病传播研究等四个子领域。与往年相比，上述四个子领域均有多个研究主题多次入选Top10热点前沿。植物基因组子领域中，植物泛基因组研究在2021年入选，2022年又取得了新进展，更强调其应用。同样的，植物基因组编辑也曾在2018年、2021年入选，每年都有新进展。这表明该两项研究主题处于蓬勃发展阶段，突破性成果不断涌现。动物疫病传播子领域近两年也持续出现热点，去年入选的是猪圆环病毒3型研究，2022年入选的是新型冠状病毒的动物感染与传播。植物抗性机理研究子领域一直以来都是热点研究领域，在不同方向上不断产出新成果。在食品科学与工程子领域，2016年以来不断有相关热点前沿入选Top10，包括食品检测、食品污染防控、食品功能包装膜及果蔬食品加工等。

生态与环境科学

  ■Top10热点前沿

  1.COVID-19疫情带来的固体废物和医疗废物污染及管理

  2.废水中新型冠状病毒的检测及基于废水的流行病学监测

  3.COVID-19疫情期间的封锁隔离措施对空气质量的影响

  4.气候环境因素对COVID-19疫情的影响

  5.催化活化过硫酸盐降解有机污染物

  6.昆虫衰退现状、灭绝危机与驱动因素

  7.不同材料堆肥过程中腐殖质的形成机制及微生物的作用

  8.水环境中微塑料与微生物的互作及其结合的生态环境风险

  9.森林生境破碎化的全球模式及其对生物多样性的影响

  10.土壤重金属污染的空间分布、来源解析及健康风险评估

  ■新兴前沿

  1.经济、政策、能源、全球化等社会因素对环境可持续性的影响

  2.2019/2020年澳大利亚特大森林火灾对生态系统的影响及气候相关驱动因素

  解读：生态与环境科学领域的Top10热点前沿主要分布在生态科学和环境科学两个子领域，全球性的生态环境问题及新冠肺炎疫情相关的生态环境问题仍是本年度的主要关注点。具体来看，环境科学子领域的热点前沿主要涉及新冠肺炎疫情相关环境研究，及有机污染物、微塑料、重金属等污染物的环境特征、风险与控制研究。生态科学子领域的热点前沿主要涉及生物多样性、森林生境和土壤生态三个方面，其中，生物多样性相关研究持续多年成为研究热点，如“昆虫衰退现状、灭绝危机与驱动因素”是连续第二年入选热点前沿。

数学

  ■Top10热点前沿

  1.最佳子集选择研究

  2.Tau-Tilting有限代数

  3.基于深度学习的高维偏微分方程数值算法

  4.非线性时间分数阶反应-扩散方程

  5.无导数优化方法

  6.相场模型的高精度能量稳定数值格式

  7.深度神经网络的最优逼近

  8.8维及24维空间等体球体最密堆积问题

  9.稳定算子的正则理论

  10.维诺格拉多夫中值定理中主要猜想的证明

  ■新兴前沿

  1.用于时间序列预测的递归神经网络方法

  2.基于物理的概率学习方法

  解读：数学领域位居前十位的热点前沿主要集中于最佳子集选择、Tau-Tilting有限代数、基于深度学习的高维偏微分方程数值算法、非线性时间分数阶反应-扩散方程、无导数优化方法、相场模型的高精度能量稳定数值格式、深度神经网络的最优逼近、8维及24维空间等体球体最密堆积问题、稳定算子的正则理论、维诺格拉多夫中值定理中主要猜想的证明等研究方向。与往年相比，2022年Top10热点前沿既有延续又有发展。偏微分方程性质及求解研究以及非线性系统方向的多个热点前沿连续多年入选该领域的热点前沿或新兴前沿。几何学领域的8维及24维空间等体球体最密堆积问题首次入选。

信息科学

  ■Top10热点前沿

  1.长距离自由空间量子密钥分配与量子纠缠研究

  2.面向从头药物设计的深度学习方法研究

  3.面向人类活动识别的深度学习算法研究

  4.知识图谱与图嵌入技术研究

  5.多智能体强化学习研究

  6.区块链与物联网集成研究

  7.面向脑肿瘤分割的深度学习方法研究

  8.大规模机器学习优化方法

  9.无人机无线通信研究

  10.毫米波MIMO通信系统的混合预编码技术研究

  ■新兴前沿

  1.面向MISO、MIMO通信的可重构智能表面研究

  2.可解释人工智能

  解读：信息科学领域位居前十位的热点前沿主要包括面向从头药物设计、人类活动识别、脑肿瘤图像分割等领域的深度学习方法研究，长距离自由空间量子密钥分配与量子纠缠研究，知识图谱与图嵌入技术研究，多智能体强化学习研究，区块链与物联网集成研究，大规模机器学习优化方法，无人机无线通信和毫米波MIMO通信系统的信号处理等方向。“多智能体强化学习研究”在2020年热点前沿“AlphaGo Zero的强化学习算法”的基础上继续深化，“无人机无线通信研究”是2021年热点前沿“基于无人机的无线通信技术”的延续和扩展，“知识图谱与图嵌入技术研究”“大规模机器学习优化方法”“毫米波MIMO通信系统的混合预编码技术研究”前沿主题为首次入选。

地球科学

  ■Top10热点前沿

  1.放射性碳测年校正曲线研究、数据集分析与应用

  2.小行星地表特征和成分分析

  3.基于多种地球系统模型的气候敏感性评估

  4.太古代地球地质变化与板块构造研究

  5.华北克拉通金矿床时空演化与构造环境研究

  6.南极洲和格陵兰岛冰量损失对海平面变化的影响

  7.利用机器学习方法优化地震数据分析

  8.天然气水合物成藏机制与开采技术进展

  9.高亚洲冰川质量变化的水文响应

  10.北半球永久冻土融化对苔原水文和碳储存的影响

  ■新兴前沿

  1.埃及苏伊士湾油田储层多尺度表征

  解读：地球科学领域Top10热点前沿中有6个属于地质学相关研究，3个地理学研究和1个大气科学相关研究方向。放射性碳测年技术首次入围，凸显地球科学研究测试技术的重大进步。利用航天器对地外天体开展原位探测和采样返回分析相关主题自2017年起已经连续6年入选，体现出学术界对行星科学的持续关注和研究热情。值得注意的是，2022年小行星取代火星成为最受关注的探测对象。从地球系统科学视角开展气候变化相关研究持续升温，基于多种地球系统模型的气候敏感性评估以及南极洲和格陵兰岛冰量损失对海平面变化的影响研究连年上榜。华北克拉通金矿床时空演化与构造环境研究、天然气水合物成藏机制与开采技术进展等亦多年入选，再次印证地球科学为人类认知和利用地球作出源头贡献。

生物科学

  ■Top10热点前沿

  1.ACE2以外的多个新型冠状病毒受体研究

  2.多种新型冠状病毒疫苗的研制

  3.新型冠状病毒刺突糖蛋白的结构、功能和抗原性

  4.新型冠状病毒中和抗体的发现和药物研发

  5.新型冠状病毒引发的T细胞免疫

  6.新型冠状病毒主蛋白酶的结构解析和抑制剂发现

  7.新型冠状病毒PCR核酸检测

  8.COVID-19疫情的预测模型

  9.新型冠状病毒的进化起源和中间宿主

  10.新型冠状病毒表位肽疫苗的研制

  ■新兴前沿

  1.新型冠状病毒南非变异体B.1.351的抗体耐药性

  2.新型冠状病毒巴西变异株P.1的基因组学和流行病学

  3.AlphaFold等人工智能预测蛋白质结构

  4.Pfam等蛋白质家族数据库

  5.7种新型冠状病毒疫苗接种诱导的中和抗体应答

  6.新型冠状病毒纳米颗粒疫苗诱导的中和抗体应答

  7.小分子蛋白激酶抑制剂的理化性质

  8.槲皮素抑制剂对新型冠状病毒主蛋白酶(Mpro)的抗病毒作用

  9.内耳毛细胞和听觉神经元的再生和保护

  10.新型冠状病毒感染所需宿主因子的鉴定

  11.新型冠状病毒核衣壳蛋白的结构和功能

  解读：生物科学领域位居前十位的热点前沿集中于新型冠状病毒（SARS-CoV-2）相关研究，主题涉及新型冠状病毒致病机理、关键靶点、免疫反应、中和抗体、进化起源和中间宿主、新型冠状病毒PCR核酸检测、新冠肺炎疫情的预测模型以及新型冠状病毒疫苗研究等。“新型冠状病毒刺突糖蛋白的结构、功能和抗原性”在2021年就已经成为热点前沿，2022年又有了新的研究进展，并继续作为本领域的热点前沿。“新型冠状病毒主蛋白酶的结构解析和抑制剂发现”“新型冠状病毒引发的T细胞免疫”是2021年的新兴前沿，2022年发展成为热点前沿。“新型冠状病毒中和抗体的发现和药物研发”和“新型冠状病毒PCR核酸检测”成为生物科学领域新的热点前沿。此外还有两个与新型冠状病毒疫苗相关的研究热点：“多种新型冠状病毒疫苗的研制”和“新型冠状病毒表位肽疫苗的研制”。

化学与材料科学

  ■Top10热点前沿

  1.单原子催化

  2.自供电可穿戴织物

  3.用于水系电池的锌金属负极研究

  4.具有圆偏振发光性质的热激活延迟荧光材料

  5.用于锂硫电池的二维MXene材料

  6.纳米酶

  7.不对称催化合成轴手性化合物

  8.机械化学

  9.机器学习辅助的化学合成

  10.多金属氧簇研究

  ■新兴前沿

  1.钙钛矿太阳能电池关键核心基础问题及其商业化实现技术研究

  2.采用静电纺丝技术制备的纳米纤维材料在药物缓释和输送中的应用研究

  3.用于新型冠状病毒检测的电化学传感技术

  解读：化学与材料科学领域Top10热点前沿主要分布在催化、电池、材料、新兴交叉等研究方向。催化方向有3项，“不对称催化合成轴手性化合物”连续第二次入选，“单原子催化”和“纳米酶”都是中国学者率先提出并作出重要贡献的前沿方向。电池方向有2项，分别是水系锌离子电池和锂硫电池。水系锌离子电池第二次入选，2020年正极材料入选，2022年负极材料入选。材料方向有3项，分别是“自供电可穿戴织物”“具有圆偏振发光性质的热激活延迟荧光材料”“多金属氧簇研究”。新兴交叉方向有2项。数据科学与化学的交叉第二次进入Top10热点前沿，另一项是“机械化学”。

天文学与天体物理学

  ■Top10热点前沿

  1.利用早期暗能量解释哈勃常数危机

  2.基于“帕克太阳探测器”和“太阳轨道器”开展的日球层物理研究

  3.基于GW170817事件观测约束中子星性质

  4.快速射电暴的观测及性质研究

  5.原行星盘观测揭示行星系统形成机制

  6.原初黑洞观测及性质研究

  7.计算机数字宇宙模型研究恒星、星系及宇宙演化

  8.利用多个天基、地基天文台研究宇宙早期天体

  9.“盖亚”绘制最精确银河系三维地图

  10.对双中子星、双黑洞并合引力波事件的多信使观测

  ■新兴前沿

  1.基于NANOGrav观测数据开展宇宙学研究

  2.GW190814引力波事件中2.6倍太阳质量天体的性质研究

  解读：天文学与天体物理学领域位居前十位的热点前沿涉及引力波、快速射电暴，黑洞与暗物质关系，中子星性质，银河系地图，宇宙、恒星及行星系统形成演化等研究主题。总体来看，引力波的观测发现及其引发的相关研究在天文学与天体物理学领域产生了深远影响，众多热点前沿与此相关，如黑洞和中子星等致密天体观测及性质研究、双致密天体并和事件研究等。构建大规模数字宇宙模型模拟恒星、星系及宇宙演化已经成为天文学领域的研究热点。此外，近年来备受关注且神秘的快速射电暴事件的观测和理论研究再次上榜。大型科学任务平台继续发挥极高的影响力，“帕克太阳探测器”（PSP）、“太阳轨道器”（Solar Orbiter）等任务的阶段性和集中产出榜上有名。黑洞、暗物质、恒星及行星系统形成等“一黑两暗三起源”相关的研究主题依旧表现突出。

物理学

  ■Top10热点前沿

  1.笼目晶格金属的特性研究

  2.味对称性与轻子质量的研究

  3.量子场论中的散射振幅研究

  4.μ子反常磁矩的测量

  5.隐粲四夸克态和五夸克态研究

  6.磁性拓扑绝缘体MnBi2Te4

  7.非厄米系统的拓扑态研究

  8.高效金属卤化物钙钛矿发光二极管

  9.高压下富氢化物的高温超导电性研究

  10.绝对平行引力理论

  ■新兴前沿

  1.二维MoSi2N4材料的特性研究

  2.黑洞信息佯谬与纠缠熵研究

  解读：物理领域位居前十位的热点前沿主要集中于凝聚态物理、高能物理和理论物理。凝聚态物理方面的热点前沿有5个，笼目晶格金属、磁性拓扑绝缘体MnBi2Te4、高效金属卤化物钙钛矿发光二极管成了新出现的热点前沿，非厄米系统的拓扑态连续3年入选热点前沿，高压下富氢化合物的高温超导电性连续2年入选热点前沿。高能物理方面的热点前沿有3个，μ子反常磁矩的测量是新出现的热点前沿，味对称性与轻子质量的研究继续作为热点前沿，四夸克和五夸克态奇特强子继2017-2020连续4年入选之后、第5次入选热点前沿。理论物理方面的热点前沿有2个，分别聚焦量子场论中的散射振幅研究和绝对平行引力理论。

  作者为《2022研究前沿》课题组