科技导报杂志

科技导报杂志2025年第10期

• 空间遥感新方向：月基对地观测技术与应用

  郭华东

  1962年，第一届国际环境遥感会议首次提出“遥感”一词，揭开了人类利用空间遥感技术认识地球的序幕。60多年来，遥感技术得到长足发展，成功发射了各类遥感卫星、载人飞船、空间站、深空探测器、日地L1点卫星等，携带传感器波段覆盖了自可见光、红外至微波全波段范围，实施了大批综合性空间对地观测计划。

• 欧盟投入5亿欧元吸引外国科学家

  2025年5月5日，一场名为“为了科学选择欧洲”的大会在巴黎索邦大学召开。法国与欧盟委员会在会上宣布，在特朗普政府减少对科研领域的资助之际，欧盟将设立一项经费为5亿欧元的科研激励计划，吸引外国的科研人员，特别是来自美国的科研人员赴法工作。

• 地球最大核聚变装置的电磁系统完工

  2025年4月30日，国际热核聚变实验堆（ITER）组织在其官方网站正式宣布，历经数十年的攻关，这座汇集全球30余国科研力量打造的“人造太阳”取得关键突破：全球规模最大、性能最强的脉冲超导电磁体系统建造完成。

• 全球鸟类核心栖息地种群正加速衰退

  全球鸟类数量正在急剧衰减，由于缺乏关于鸟类种群变化趋势精细尺度的空间综合数据，人们难以确定保护工作的优先顺序。2025年5月1日，《Science》上的一项研究指出，北美鸟类种群数在那些鸟类数量仍属最多的地区正以最快的速度衰减。

• 软体机器人展现类生命自主运动能力

  传统机器人依赖中央处理器协调肢体运动，而自然界的动物却能通过身体与环境的动态耦合实现高效协作。受此启发，荷兰研究团队开发出自同步软体机器人，其四肢通过空气驱动产生自振荡，仅靠物理交互即可实现高速自主运动，为机器人设计开辟了全新路径。相关成果发表于2025年5月8日《Science》。

• 甜味受体结构解析有望解开嗜甜之谜

  长期以来，糖如何“诱惑”人们不断摄入一直是个谜。2025年5月7日，一项发表于《Cell》上的研究在解开上述谜团方面迈出了重要一步。美国哥伦比亚大学博士后张举恩等首次绘制了人类甜味受体的分子结构图，并展示了2种消费最广泛的人造甜味剂——三氯蔗糖和阿斯巴甜是如何与甜味受体结合并将其激活的。

• 极地持续升温加速海冰消融

  2025年4月28日，中国气象局发布的《极地气候变化年报（2024）》（以下简称《年报》）中指出，极地气温延续较常年略偏高趋势，2024年，南极大陆年均气温为-31.79℃，较1991—2020年均值略高0.05℃；北极地区持续增温，2024年北极地区年均气温为-6.89℃，较1991年—2020年均值高0.65℃。

• 玫瑰花瓣尖角源于独特的几何“阻挫”

  玫瑰花瓣那优雅的卷曲边缘和独特的尖角，长期以来被视为自然之美的象征。然而，2025年5月1日，《Science》发表的一项研究指出，这种美丽的形态源于一种前所未见的几何力学机制。

• 细胞形状决定分裂后的命运

  英国曼彻斯特大学的科学家发现了一种新的细胞分裂方式，能够利用自身细胞编码形状的信息来决定子细胞的发育类型。这对100多年来学校所教授的传统观念提出了挑战。相关研究发表于2025年5月1日《Science》。

• 金属首次稳定“入住”平面轮烯中心

  轮烯是一类双键完全共轭的单环多烯烃类物质。由于电子云在整个环上离域，轮烯具有一些特殊的化学性质。南方科技大学夏海平团队在轮烯化学领域取得突破性进展，首次将金属置于轮烯平面中心，制备了芳香性的金属轮烯。这一突破填补了金属轮烯领域长达70余年的空白，拓展了轮烯化学、芳香化学、金属有机化学的边界。相关研究发表于2025年4月30日《Nature》。

• 类脑几何感知框架实现具身导航新突破

  近年来，随着诺贝尔奖成果“组成大脑定位系统的细胞”的深入研究，哺乳动物大脑在空间感知和导航行为中的生物机制逐渐明晰。然而，如何将这一生物机制有效地应用于真实场景的具身导航任务，成为当前类脑导航工程应用的重要挑战。现有的具身智能体通常基于高性能计算设备和传统人工智能算法，在自主执行探索与导航任务时，往往会消耗大量的计算资源，无法实时模拟哺乳动物对空间环境的动态感知和策略调整，难以高效地完成复杂环境下的导航任务。

• 单个基因赋予水稻耐高温性

  新发现有望让水稻在高温天气下维持优质与稳产

• 中国公布获得珍贵月球样本的外国科学家名单

  来自6个国家的7个科研团队将获得由“嫦娥五号”带回地球的月球岩石与土壤样本

• DNA传感技术实现地下水中超痕量汞的原位精准监测

  精准测定地下水中不同形态汞（Hg）的浓度变化，对于解析汞的迁移转化机制与评估水体生态安全风险具有重要意义。然而，当前地下水中汞的现场/原位检测仍面临挑战，核心瓶颈在于缺乏兼具高灵敏度、高可靠性与现场适应性的监测手段，难以满足对超痕量Hg (Ⅱ)的高效、精确识别需求。

• 地球系统科学的发展过程与全球变化国际大科学计划

  符淙斌

  被称为“第二次哥白尼革命”的地球系统科学已经经历了半个多世纪的发展过程[1]。它已经成为当今世界最富挑战的前沿科学领域之一，并成为人类社会可持续发展的最重要科技支撑之一。

• 新一轮千亿斤粮食产能提升行动的路径研究

  文姝蓉, 王怡婷, 钟钰, 王榕*

  自2004年起，中国粮食消费量展现出强劲的增长态势，2004—2023年粮食表观消费量年均增长率达3%，高于同期粮食产量年均2.09% 的增长速度。习近平总书记强调，中国人的饭碗必须牢牢端在自己手中，碗里必须装中国粮。2022年，习近平总书记在中央农村工作会议上提出，要实施新一轮千亿斤粮食产能提升行动。2023年中央“一号文件”明确指出推进新一轮千亿斤粮食产能提升行动。随后农业农村部“一号文件”进一步细化了行动方案，强调加强农田设施建设，推进农业科技创新，从而夯实国家粮食安全基石。2024年3月12日，国务院常务会议通过了《新一轮千亿斤粮食产能提升行动方案（2024－ 2030年）》（以下简称《行动方案》）。2024年4月9日，国家发展和改革委员会明确阐述了即将开展的新一轮千亿斤粮食产能提升行动的总体要求与主要目标，还围绕粮食生产关键领域和薄弱环节，谋划部署了农业节水供水、农业机械化提升、粮食加工仓储及物流能力建设等9项支撑性重大工程，作为推动粮食产能显著提升的具体措施。由此可见，中央已把新一轮千亿斤粮食产能提升行动上升到战略高度，从决策提出到方案谋划再到具体环节细化，确保了新一轮千亿斤粮食产能提升行动落实落地。

• 水稻育种前沿技术及种质创新

  车怡帆, 王克剑, 饶玉春*, 黄勇*

  水稻（Oryza sativa L.）作为全球最重要的粮食作物之一，养育了世界上超过1/2的人口，尤其在亚洲地区更是主食的核心来源。其产量和品质直接关系到全球粮食安全和人类生存发展。然而，随着全球人口的迅速增长，预计到2050年，全球人口将超过90亿，对粮食的需求将进一步攀升[1]。与此同时，气候变化导致的极端天气频发、耕地资源的持续减少、病虫害的日益猖獗，以及对高品质和功能性水稻产品的市场需求不断提升，给水稻生产带来了前所未有的挑战。传统育种技术，如杂交育种、诱变育种和转基因育种，在过去的几十年中为水稻的品种改良做出了巨大贡献，培育出了一系列高产、优质、抗逆的水稻品种。然而，这些传统技术在应对当前和未来的挑战时，逐渐显现出自身的局限性。首先，传统育种周期长，通常需要多个世代的选择和回交，才能获得稳定的优良品种[2]。其次，传统育种的效率较低，主要依赖于表型选择，容易受到环境因素的干扰，难以实现对复杂数量性状的精准改良[3]。此外，传统育种手段在遗传多样性的创造上受限，难以快速引入新的有益基因，满足对抗逆性、品质和产量等多方面的改良需求。为应对上述挑战，探索和应用前沿育种技术已成为水稻育种领域的必然选择。近年来，随着分子生物学、基因组学和生物信息学等学科的迅猛发展，一系列新兴的前沿育种技术应运而生，如分子标记辅助选择（molecular marker assisted selection，MAS）、基因编辑（如CRISPR/Cas9）、分子设计育种（breeding by design）及双单倍体育种（doubled haploid breeding）等。这些前沿技术为水稻育种提供了更加精准、高效的手段，有望突破传统育种的瓶颈，显著提升育种效率和精准度。

• 中国油料增产：何以可能，何以为继—基于油料“十五连丰”的实证研究

  严茂林, 陈畅, 曾瑶, 苏梦薇, 周觉*, 张洋

  中国油料进口量始终居高不下，进口来源地集中度高，对国际市场的依赖性强[1]，与美国等主要油料贸易大国相比，中国油料产业在绝对优势、比较优势和企业竞争力3个方面均处于劣势[2]。在中美贸易摩擦、俄乌冲突等国际重大突发事件频发的背景下，保障油料贸易安全稳定固然重要，但如何推动中国油料产能提升更为关键。自2004年中国依靠粮食播种面积增加以保证粮食产量提升以来，油料的播种面积持续下降，直接导致2005—2007年中国油料总产量持续3年下跌[3]。即便如此，中国依然克服困难，在2007年油料总产触底后，迎来了2008—2021年的油料作物“十四连丰”[4]，连续14年油料（含大豆，下同）总产量稳定在4500万t以上，在保障国家油料供给安全方面发挥了重要作用。2022年中国油料总产量达到5682万t，实现了油料生产的“十五连丰”。那么，中国油料生产“十五连丰”究竟是如何产生的？能否延续这种丰产势头？这些问题引起了学术界的高度重视，专家学者也针对性地开展了系列研究。李维刚等分别利用省际面板模型、增产情景构建、宏观统计数据对照等方式，对中国大豆发展情况、现实困境和增产潜力进行了分析，并主要从“提单产、稳面积” 2个角度给出了大豆增产的对策建议[5−7]。冷博峰等分别利用微观调研数据构建理论模型，探讨了蜂农授粉、测土配方施肥、生长期气候变化对油菜增产的影响[8−10]。张俊等研究认为，种植模式、种下分层施用有机肥和化肥、成熟新技术的推广和机械化收获的进步是推动中国花生增产增效的有效途径[11−13]。

• 大豆‖玉米带状复合种植技术研究进展

  王满秀, 葛国龙, 张向前*, 陈宣伊, 马鹤逍, 王小象, 张健伟, 张德健*

  中国大豆和玉米生产在粮油兼用方面占据主导地位，然而耕地面积因城市化、工业化建设需求，使得部分耕地被占用，进而导致耕地总面积减少，大豆和玉米种植产出一直未能有效提升，使得中国在大豆和玉米供应上高度依赖进口，大豆对外依赖率持续超过80%[1]。根据国家统计局的数据，2010年中国进口玉米157万t，是2009年进口量的19倍[2]；2022年中国大豆产量仅为2028万t，相比之下，同年大豆进口量达到了9108万t[3]，国内大豆和玉米市场存在显著的供需矛盾，产量难以满足其大量需求[4]。2022年中央“一号文件”强调，实施大豆和油料产能提升工程，积极推动大豆油料产业规模化、专业化发展，有效扩大国内大豆油料生产规模[5]。有限耕地面积内，实现大豆和玉米自给率稳定供给的目标，仍然是中国面临的重要难题之一。近年来，大豆‖玉米带状复合种植模式陆续推广应用，该模式不仅有助于稳定玉米产量，还能有效提高大豆种植面积并展现出明显产量优势[6−7]，通过优化行比配置，利用玉米边行优势，有效缓解了作物种间竞争关系，显著提升农业系统整体生产能力。大豆‖玉米带状复合种植技术通过发挥2种作物生态位优势，有效提升光热资源和养分利用效率，实现大豆和玉米互补生长，协同促进两者产量提升[8−11]。

• 植物氮素信号途径研究进展及在作物育种中的应用

  白彦明, 汪军成, 陈明*, 王化俊*, 马有志*

  氮素是植物生长发育过程中必不可少的大量营养元素之一，作为核酸、氨基酸、蛋白质和叶绿素等生物大分子的核心成分，直接影响作物的生长、产量和品质[1]。自20世纪60年代以来，“绿色革命”（green revolution，GR）引入水稻的半矮化基因sd1（semi-dwarf1）[2]和小麦的Rht（Reduced height）[3]，显著增强作物抗倒伏与耐密种植能力，提升光合效率，进而实现全球主要粮食作物产量的跃升。然而，这些矮秆品种对土壤中氮素供应的敏感性降低，导致氮肥吸收和利用效率（nitrogen use efficiency，NUE）显著下降，产量提升依赖于氮肥的过量投入[4-5]。据统计，目前全球每年氮肥施用量约为1.18亿t，但是肥料利用率只有59%[6]。这种高氮肥投入生产模式不仅增加作物种植成本，而且造成氮素流失、资源浪费及环境污染等问题，对农业可持续发展和生态系统的平衡构成威胁[7]。因此，挖掘氮高效基因，系统解析植物氮素利用分子机制及调控途径，对于培育高产、氮高效作物新品种及减少氮肥投入具有重要意义。

• SDN中入侵检测方法研究进展

  刘瑞, 王海凤*, 郑承蔚, 武文红, 牛恒茂

  随着网络的爆炸式发展，网络安全成为当今最引人关注的问题之一，因为它直接影响到国家、企业、个人的利益。由于信息技术的迅速发展，现代网络中的软件定义网络（software defined networks，SDN）系统[1]需要每时每刻处理大量数据。根据文献[2]的预测，全球SDN市场的规模预计将从2020年的137亿美元增长到2025年的327亿美元。这一增长主要得益于SDN动态灵活的架构[3]使网络变得更便捷高效，SDN架构通过分离数据平面和控制平面展现出比传统网络架构更强大的灵活性和可控性。在传统的基于硬件的网络中，由于需要手动配置大量交换机以进行更新或更改，这不仅容易出错而且效率也低下，使得部署新的协议和服务成为一项挑战。相比之下，SDN不仅可以通过控制器自动配置所需的服务和协议，还引入了一个集中的身份验证过程，从而极大地简化了网络管理。此外，SDN还打破了传统网络静态配置的局限，为网络管理员提供了更灵活的编程机制。

• 调水调沙工程对黄河口海域叶绿素的影响—基于GOCI遥感影像

  张龙, 马深*

  近岸浅海作为大陆与海洋的过渡区域，尽管只占全球海洋面积的8%，但对全球海洋初级生产力的贡献却达到14%~25%[1]，因而，近岸浅海是全球海洋生态系统的重要组成部分。对于河口毗邻海域，区域内的初级生产力很大程度上受到河流输运的淡水及营养物质的影响。因此，河流水沙的改变容易引发河口生态系统的一系列响应[2]。引发河流水沙变化的因素主要有自然因素（如气候变化）和人类活动（如修建大坝、上游河道水沙治理等）[3−7]，人类在上游河道兴建各类蓄水工程会显著影响其河口海域浮游植物生物量及初级生产力。

• 氢储能参与调频辅助服务场景经济性分析

  万燕鸣, 张岩, 刘琦, 石振宇, 陈钥含, 许传博*, 刘建国

  根据国家“双碳”目标计划，到2030年，非化石能源消费比重达25% 左右；到2060年，非化石能源消费比重达到80% 以上[1]。中国在稳步推进以新能源为主体的新型电力系统建设，风/光发电占比不断攀升，但其具有间歇性和波动性，电网的调频压力日趋严峻，故亟需优质的调频资源，以确保电力系统稳定运行。氢能作为理想的新型能源载体，将其与电能复合形成氢储能系统具有明显的优越性，将可再生能源发电与氢能结合起来可以实现全过程二氧化碳零排放，故开展氢储能耦合新能源场景的研究十分重要[2]。为激励储能参与调频服务，国内外均已推出相应的政策以及市场机制[3]。在整体协调机制方面，中国市场主要采用现货电能量与调频辅助服务市场顺次出清机制[4]。现有学者研究集中于常规储能参与电力市场的机制[5−11]。但是，目前关于氢储能参与现货市场的交易策略及参与调频辅助服务等方面的研究较少。氢储能系统具有快速充放电的特性，能够快速响应电力系统的调频指令，有效应对新能源发电的间歇性和随机性带来的频率波动问题。因此对于氢储能参与调频辅助服务的研究具有重要意义。

• “卓有成效的合作”——杨振宁与谷超豪等关于规范场理论的研究

  丁兆君, 张鹏

  规范场理论又称杨−米尔斯场理论，由杨振宁和米尔斯（R.L. Mills）于1954年提出[1]，20世纪六七十年代在物理学领域引发了一系列重大进展，但其背后的数学结构却长期未得到很好的阐释。杨振宁曾表示，他在这一问题的理论上已经达到了他的“知识边缘”[2]。