作者：《2022研究前沿》課題組

2022年，有哪些基礎研究備受科學家關注？對于科研管理者和政策制定者而言，了解前沿研究，洞察科研動向，尤其是跟蹤新興專業領域具有重大意義。日前，中國科學院科技戰略咨詢研究院、中國科學院文獻情報中心和科睿唯安再次聯合發布《2022研究前沿》分析報告。該報告已連續發布十年。今年的報告仍然以文獻計量學中的共被引分析方法為基礎，基于科睿唯安的Essential?Science?IndicatorsTM(ESI)數據庫中的12610個研究前沿，遴選出了2022年自然科學和社會科學的11大學科領域排名最前的110個熱點前沿和55個新興前沿。

農業科學、植物學和動物學

(相關資料圖)

■Top10熱點前沿

1.新型冠狀病毒對家養動物的感染及其傳播

2.硫化氫在調控植物適應非生物脅迫中的作用

3.油凝膠在食品脂肪替代中的應用研究

4.乳酸發酵在新型果蔬功能飲料開發中的應用

5.茶樹基因組研究及功能基因分析

6.植物NLR（核苷酸結合富含亮氨酸重復序列）免疫受體在免疫調控中的作用

7.新一代植物基因組編輯系統CRISPR/Cpf1

8.植物泛基因組研究與應用

9.用于肉類新鮮度監測的基于植物抗氧化物的智能pH傳感包裝膜

10.3D打印食品研究

■新興前沿

1.COVID-19對農業和糧食系統的影響

2.緩解作物砷中毒的機理和方法研究

解讀：農業科學、植物學和動物學領域位居前十位的熱點前沿主要分布在食品科學與工程、植物基因組、植物抗性機理和動物疫病傳播研究等四個子領域。與往年相比，上述四個子領域均有多個研究主題多次入選Top10熱點前沿。植物基因組子領域中，植物泛基因組研究在2021年入選，2022年又取得了新進展，更強調其應用。同樣的，植物基因組編輯也曾在2018年、2021年入選，每年都有新進展。這表明該兩項研究主題處于蓬勃發展階段，突破性成果不斷涌現。動物疫病傳播子領域近兩年也持續出現熱點，去年入選的是豬圓環病毒3型研究，2022年入選的是新型冠狀病毒的動物感染與傳播。植物抗性機理研究子領域一直以來都是熱點研究領域，在不同方向上不斷產出新成果。在食品科學與工程子領域，2016年以來不斷有相關熱點前沿入選Top10，包括食品檢測、食品污染防控、食品功能包裝膜及果蔬食品加工等。

生態與環境科學

■Top10熱點前沿

1.COVID-19疫情帶來的固體廢物和醫療廢物污染及管理

2.廢水中新型冠狀病毒的檢測及基于廢水的流行病學監測

3.COVID-19疫情期間的封鎖隔離措施對空氣質量的影響

4.氣候環境因素對COVID-19疫情的影響

5.催化活化過硫酸鹽降解有機污染物

6.昆蟲衰退現狀、滅絕危機與驅動因素

7.不同材料堆肥過程中腐殖質的形成機制及微生物的作用

8.水環境中微塑料與微生物的互作及其結合的生態環境風險

9.森林生境破碎化的全球模式及其對生物多樣性的影響

10.土壤重金屬污染的空間分布、來源解析及健康風險評估

■新興前沿

1.經濟、政策、能源、全球化等社會因素對環境可持續性的影響

2.2019/2020年澳大利亞特大森林火災對生態系統的影響及氣候相關驅動因素

解讀：生態與環境科學領域的Top10熱點前沿主要分布在生態科學和環境科學兩個子領域，全球性的生態環境問題及新冠肺炎疫情相關的生態環境問題仍是本年度的主要關注點。具體來看，環境科學子領域的熱點前沿主要涉及新冠肺炎疫情相關環境研究，及有機污染物、微塑料、重金屬等污染物的環境特征、風險與控制研究。生態科學子領域的熱點前沿主要涉及生物多樣性、森林生境和土壤生態三個方面，其中，生物多樣性相關研究持續多年成為研究熱點，如“昆蟲衰退現狀、滅絕危機與驅動因素”是連續第二年入選熱點前沿。

數學

■Top10熱點前沿

1.最佳子集選擇研究

2.Tau-Tilting有限代數

3.基于深度學習的高維偏微分方程數值算法

4.非線性時間分數階反應-擴散方程

5.無導數優化方法

6.相場模型的高精度能量穩定數值格式

7.深度神經網絡的最優逼近

8.8維及24維空間等體球體最密堆積問題

9.穩定算子的正則理論

10.維諾格拉多夫中值定理中主要猜想的證明

■新興前沿

1.用于時間序列預測的遞歸神經網絡方法

2.基于物理的概率學習方法

解讀：數學領域位居前十位的熱點前沿主要集中于最佳子集選擇、Tau-Tilting有限代數、基于深度學習的高維偏微分方程數值算法、非線性時間分數階反應-擴散方程、無導數優化方法、相場模型的高精度能量穩定數值格式、深度神經網絡的最優逼近、8維及24維空間等體球體最密堆積問題、穩定算子的正則理論、維諾格拉多夫中值定理中主要猜想的證明等研究方向。與往年相比，2022年Top10熱點前沿既有延續又有發展。偏微分方程性質及求解研究以及非線性系統方向的多個熱點前沿連續多年入選該領域的熱點前沿或新興前沿。幾何學領域的8維及24維空間等體球體最密堆積問題首次入選。

信息科學

■Top10熱點前沿

1.長距離自由空間量子密鑰分配與量子糾纏研究

2.面向從頭藥物設計的深度學習方法研究

3.面向人類活動識別的深度學習算法研究

4.知識圖譜與圖嵌入技術研究

5.多智能體強化學習研究

6.區塊鏈與物聯網集成研究

7.面向腦腫瘤分割的深度學習方法研究

8.大規模機器學習優化方法

9.無人機無線通信研究

10.毫米波MIMO通信系統的混合預編碼技術研究

■新興前沿

1.面向MISO、MIMO通信的可重構智能表面研究

2.可解釋人工智能

解讀：信息科學領域位居前十位的熱點前沿主要包括面向從頭藥物設計、人類活動識別、腦腫瘤圖像分割等領域的深度學習方法研究，長距離自由空間量子密鑰分配與量子糾纏研究，知識圖譜與圖嵌入技術研究，多智能體強化學習研究，區塊鏈與物聯網集成研究，大規模機器學習優化方法，無人機無線通信和毫米波MIMO通信系統的信號處理等方向。“多智能體強化學習研究”在2020年熱點前沿“AlphaGo?Zero的強化學習算法”的基礎上繼續深化，“無人機無線通信研究”是2021年熱點前沿“基于無人機的無線通信技術”的延續和擴展，“知識圖譜與圖嵌入技術研究”“大規模機器學習優化方法”“毫米波MIMO通信系統的混合預編碼技術研究”前沿主題為首次入選。

地球科學

■Top10熱點前沿

1.放射性碳測年校正曲線研究、數據集分析與應用

2.小行星地表特征和成分分析

3.基于多種地球系統模型的氣候敏感性評估

4.太古代地球地質變化與板塊構造研究

5.華北克拉通金礦床時空演化與構造環境研究

6.南極洲和格陵蘭島冰量損失對海平面變化的影響

7.利用機器學習方法優化地震數據分析

8.天然氣水合物成藏機制與開采技術進展

9.高亞洲冰川質量變化的水文響應

10.北半球永久凍土融化對苔原水文和碳儲存的影響

■新興前沿

1.埃及蘇伊士灣油田儲層多尺度表征

解讀：地球科學領域Top10熱點前沿中有6個屬于地質學相關研究，3個地理學研究和1個大氣科學相關研究方向。放射性碳測年技術首次入圍，凸顯地球科學研究測試技術的重大進步。利用航天器對地外天體開展原位探測和采樣返回分析相關主題自2017年起已經連續6年入選，體現出學術界對行星科學的持續關注和研究熱情。值得注意的是，2022年小行星取代火星成為最受關注的探測對象。從地球系統科學視角開展氣候變化相關研究持續升溫，基于多種地球系統模型的氣候敏感性評估以及南極洲和格陵蘭島冰量損失對海平面變化的影響研究連年上榜。華北克拉通金礦床時空演化與構造環境研究、天然氣水合物成藏機制與開采技術進展等亦多年入選，再次印證地球科學為人類認知和利用地球作出源頭貢獻。

生物科學

■Top10熱點前沿

1.ACE2以外的多個新型冠狀病毒受體研究

2.多種新型冠狀病毒疫苗的研制

3.新型冠狀病毒刺突糖蛋白的結構、功能和抗原性

4.新型冠狀病毒中和抗體的發現和藥物研發

5.新型冠狀病毒引發的T細胞免疫

6.新型冠狀病毒主蛋白酶的結構解析和抑制劑發現

7.新型冠狀病毒PCR核酸檢測

8.COVID-19疫情的預測模型

9.新型冠狀病毒的進化起源和中間宿主

10.新型冠狀病毒表位肽疫苗的研制

■新興前沿

1.新型冠狀病毒南非變異體B.1.351的抗體耐藥性

2.新型冠狀病毒巴西變異株P.1的基因組學和流行病學

3.AlphaFold等人工智能預測蛋白質結構

4.Pfam等蛋白質家族數據庫

5.7種新型冠狀病毒疫苗接種誘導的中和抗體應答

6.新型冠狀病毒納米顆粒疫苗誘導的中和抗體應答

7.小分子蛋白激酶抑制劑的理化性質

8.槲皮素抑制劑對新型冠狀病毒主蛋白酶(Mpro)的抗病毒作用

9.內耳毛細胞和聽覺神經元的再生和保護

10.新型冠狀病毒感染所需宿主因子的鑒定

11.新型冠狀病毒核衣殼蛋白的結構和功能

解讀：生物科學領域位居前十位的熱點前沿集中于新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）相關研究，主題涉及新型冠狀病毒致病機理、關鍵靶點、免疫反應、中和抗體、進化起源和中間宿主、新型冠狀病毒PCR核酸檢測、新冠肺炎疫情的預測模型以及新型冠狀病毒疫苗研究等。“新型冠狀病毒刺突糖蛋白的結構、功能和抗原性”在2021年就已經成為熱點前沿，2022年又有了新的研究進展，并繼續作為本領域的熱點前沿。“新型冠狀病毒主蛋白酶的結構解析和抑制劑發現”“新型冠狀病毒引發的T細胞免疫”是2021年的新興前沿，2022年發展成為熱點前沿。“新型冠狀病毒中和抗體的發現和藥物研發”和“新型冠狀病毒PCR核酸檢測”成為生物科學領域新的熱點前沿。此外還有兩個與新型冠狀病毒疫苗相關的研究熱點：“多種新型冠狀病毒疫苗的研制”和“新型冠狀病毒表位肽疫苗的研制”。

化學與材料科學

■Top10熱點前沿

1.單原子催化

2.自供電可穿戴織物

3.用于水系電池的鋅金屬負極研究

4.具有圓偏振發光性質的熱激活延遲熒光材料

5.用于鋰硫電池的二維MXene材料

6.納米酶

7.不對稱催化合成軸手性化合物

8.機械化學

9.機器學習輔助的化學合成

10.多金屬氧簇研究

■新興前沿

1.鈣鈦礦太陽能電池關鍵核心基礎問題及其商業化實現技術研究

2.采用靜電紡絲技術制備的納米纖維材料在藥物緩釋和輸送中的應用研究

3.用于新型冠狀病毒檢測的電化學傳感技術

解讀：化學與材料科學領域Top10熱點前沿主要分布在催化、電池、材料、新興交叉等研究方向。催化方向有3項，“不對稱催化合成軸手性化合物”連續第二次入選，“單原子催化”和“納米酶”都是中國學者率先提出并作出重要貢獻的前沿方向。電池方向有2項，分別是水系鋅離子電池和鋰硫電池。水系鋅離子電池第二次入選，2020年正極材料入選，2022年負極材料入選。材料方向有3項，分別是“自供電可穿戴織物”“具有圓偏振發光性質的熱激活延遲熒光材料”“多金屬氧簇研究”。新興交叉方向有2項。數據科學與化學的交叉第二次進入Top10熱點前沿，另一項是“機械化學”。

天文學與天體物理學

■Top10熱點前沿

1.利用早期暗能量解釋哈勃常數危機

2.基于“帕克太陽探測器”和“太陽軌道器”開展的日球層物理研究

3.基于GW170817事件觀測約束中子星性質

4.快速射電暴的觀測及性質研究

5.原行星盤觀測揭示行星系統形成機制

6.原初黑洞觀測及性質研究

7.計算機數字宇宙模型研究恒星、星系及宇宙演化

8.利用多個天基、地基天文臺研究宇宙早期天體

9.“蓋亞”繪制最精確銀河系三維地圖

10.對雙中子星、雙黑洞并合引力波事件的多信使觀測

■新興前沿

1.基于NANOGrav觀測數據開展宇宙學研究

2.GW190814引力波事件中2.6倍太陽質量天體的性質研究

解讀：天文學與天體物理學領域位居前十位的熱點前沿涉及引力波、快速射電暴，黑洞與暗物質關系，中子星性質，銀河系地圖，宇宙、恒星及行星系統形成演化等研究主題。總體來看，引力波的觀測發現及其引發的相關研究在天文學與天體物理學領域產生了深遠影響，眾多熱點前沿與此相關，如黑洞和中子星等致密天體觀測及性質研究、雙致密天體并和事件研究等。構建大規模數字宇宙模型模擬恒星、星系及宇宙演化已經成為天文學領域的研究熱點。此外，近年來備受關注且神秘的快速射電暴事件的觀測和理論研究再次上榜。大型科學任務平臺繼續發揮極高的影響力，“帕克太陽探測器”（PSP）、“太陽軌道器”（Solar?Orbiter）等任務的階段性和集中產出榜上有名。黑洞、暗物質、恒星及行星系統形成等“一黑兩暗三起源”相關的研究主題依舊表現突出。

物理學

■Top10熱點前沿

1.籠目晶格金屬的特性研究

2.味對稱性與輕子質量的研究

3.量子場論中的散射振幅研究

4.μ子反常磁矩的測量

5.隱粲四夸克態和五夸克態研究

6.磁性拓撲絕緣體MnBi2Te4

7.非厄米系統的拓撲態研究

8.高效金屬鹵化物鈣鈦礦發光二極管

9.高壓下富氫化物的高溫超導電性研究

10.絕對平行引力理論

■新興前沿

1.二維MoSi2N4材料的特性研究

2.黑洞信息佯謬與糾纏熵研究

解讀：物理領域位居前十位的熱點前沿主要集中于凝聚態物理、高能物理和理論物理。凝聚態物理方面的熱點前沿有5個，籠目晶格金屬、磁性拓撲絕緣體MnBi2Te4、高效金屬鹵化物鈣鈦礦發光二極管成了新出現的熱點前沿，非厄米系統的拓撲態連續3年入選熱點前沿，高壓下富氫化合物的高溫超導電性連續2年入選熱點前沿。高能物理方面的熱點前沿有3個，μ子反常磁矩的測量是新出現的熱點前沿，味對稱性與輕子質量的研究繼續作為熱點前沿，四夸克和五夸克態奇特強子繼2017-2020連續4年入選之后、第5次入選熱點前沿。理論物理方面的熱點前沿有2個，分別聚焦量子場論中的散射振幅研究和絕對平行引力理論。

《光明日報》（ 2022年12月29日?16版）