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1、研究前沿 2019 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 科睿唯安 Contents目录 一、方法论和数据说明 1. 背景介绍 .02 2. 方法论 .03 2.1 研究前沿的遴选 .03 2.2 研究前沿的分析及重点研究前沿的遴选和解读 .03 二、农业、植物学和动物学 1. 热点前沿及重点热点前沿解读 .06 1.1 农业、植物学和动物学领域 Top10 热点前沿发展态势 06 1.2 重点热点前沿“调控植物生长和抗性的茉莉酸信号传导机制” .08 1.3 重点热点前沿“无人机系统在作物表型分析中的应用” .09 2. 新兴前沿及重点新兴前沿解读 12 2.1 新兴前沿概述
2、 .12 2.2 重点新兴前沿“水稻 OsAUX1 基因低磷条件下促进根毛伸长的机理研究” .12 三、生态与环境科学 1. 热点前沿及重点热点前沿解读 .14 1.1 生态与环境科学领域 Top 10 热点前沿发展态势 .14 1.2 重点热点前沿“内分泌干扰物的环境特征、人体暴露与健康风险” .16 1.3 重点热点前沿“磷排放及蓝藻水华的污染和健康风险” .18 2. 新兴前沿及重点新兴前沿解读 21 2.1 新兴前沿概述 .21 2.2 重点新兴前沿“环境污染物对肠道微生物菌群的影响” .21 四、地球科学 1. 热点前沿及重点热点前沿解读 .22 1.1 地球科学领域 Top 10
3、热点前沿发展态势 .22 1.2 重点热点前沿“利用 CESM 模式和 RCP8.5 情景研究全球气候变化” 24 1.3 重点热点前沿“中国主要矿藏重金属地理累积情况与环境风险管控” .26 2. 新兴前沿及重点新兴前沿解读 .28 2.1 新兴前沿概述 .28 2.2 重点新兴前沿“热损伤对岩石力学特性的影响研究” .29 五、临床医学 1. 热点前沿及重点热点前沿解读 .30 1.1 临床医学领域 Top 10 热点前沿发展态势 .30 1.2 重点热点前沿“英利昔单抗生物类似药有效性和安全性” 32 1.3 重点热点前沿“中枢神经系统周细胞功能障碍在阿尔茨海默病中的作用” .34 2.
4、 新兴前沿及重点新兴前沿解读 .36 2.1 新兴前沿概述 .36 2.2 重点新兴前沿“稳定性冠脉病变行 PCI 的临床效益” .36 六、生物科学 1. 热点前沿及重点热点前沿解读 .38 1.1 生物科学领域 Top 10 热点前沿发展态势 .38 1.2 重点热点前沿“质粒介导的多粘菌素抗性基因” .40 1.3 重点热点前沿 “Cas13:一种靶向 RNA 的新型 CRISPR 系统” .41 2. 新兴前沿及重点新兴前沿解读 .43 2.1 新兴前沿概述 .43 2.2 重点新兴前沿“环状 RNA 作为癌症新的生物标志物” .44 七、化学与材料科学 1. 热点前沿及重点热点前沿解
5、读 .46 1.1 化学与材料科学领域 Top 10 热点前沿发展态势 .46 1.2 重点热点前沿“界面光蒸汽转化” .48 1.3 重点热点前沿“分子机器” .49 2. 新兴前沿及重点新兴前沿解读 .51 2.1 新兴前沿概述 .51 2.2 重点新兴前沿“远端迁移策略实现非活化烯烃的双官能化” .52 八、物理学 1. 热点前沿及重点热点前沿解读 .54 1.1 物理学领域 Top 10 热点前沿发展态势 .54 1.2 重点热点前沿“新型深紫外非线性光学晶体材料的合成和性质研究” .56 1.3 重点热点前沿 “凝聚态物理中的马约拉纳费米子研究” 58 2. 新兴前沿及重点新兴前沿解
6、读 59 2.1 新兴前沿概述 .59 2.2 重点新兴前沿“B 介子反常研究” 60 九、天文学与天体物理学 1. 热点前沿及重点热点前沿解读 .62 1.1 天文学与天体物理学领域 Top 10 热点前沿发展态势 .62 1.2 重点热点前沿“对双中子星并合引力波事件 GW170817 的多信使观测” 64 1.3 重点热点前沿“对双黑洞并合引力波事件的观测和理论研究” .66 2. 新兴前沿及重点新兴前沿解读 .67 2.1 新兴前沿概述 .67 2.2 重点新兴前沿“基于 21 厘米超精细谱线观测研究早期宇宙中的暗物质” .68 十、数学、计算机科学与工程学 1. 热点前沿及重点热点前
7、沿解读 .70 1.1 数学、计算机科学与工程学领域 Top 10 热点前沿发展态势 .70 1.2 重点热点前沿“云计算环境中的数据安全研究” .72 1.3 重点热点前沿“电动汽车用锂离子电池的荷电状态估计” .74 2. 新兴前沿及重点新兴前沿解读 .75 2.1 新兴前沿概述 .75 2.2 重点新兴前沿“卷积神经网络在磁共振图像处理中的应用” .76 十一、经济学、心理学及其他社会科学 1. 热点前沿及重点热点前沿解读 .78 1.1 经济学、心理学及其他社会科学领域 Top 10 热点前沿发展态势 .78 1.2 重点热点前沿“能源消耗及碳排放的分解分析方法” .80 1.3 重点
8、热点前沿“大脑功能结构及连接模式的 fMRI 研究方法”81 2. 新兴前沿及重点新兴前沿解读 .83 2.1 新兴前沿概述 .83 2.2 重点新兴前沿“工业 4.0 及其影响” 84 附录 研究前沿综述:寻找科学的结构 86 编纂委员会 .96 02 研究前沿 方法论和数据说明2019 一、方法论和数据说明 1. 背景介绍 科学研究的世界呈现出蔓延生长、不断演 化的景象。科研管理者和政策制定者需要掌握 科研的进展和动态,以有限的资源来支持和推 进科学进步。对于他们而言,洞察科研动向、 尤其是跟踪新兴专业领域对其工作具有重大的 意义。 为此,科睿唯安发布了“研究前沿” (Research F
9、ronts)数据和报告。定义一个被 称作研究前沿的专业领域的方法,源自于科学 研究之间存在的某种特定的共性。这种共性可 能来自于实验数据,也可能来自于研究方法, 或者概念和假设,并反映在科学家在论文中引 用其他科学家的工作这个学术行为之中。 通过持续跟踪全球最重要的科研和学术 论文,研究分析论文被引用的模式和聚类,特 别是成簇的高被引论文频繁地共同被引用的情 况,可以发现研究前沿。当一簇高被引论文共 同被引用的情形达到一定的活跃度和连贯性 时,就形成一个研究前沿,而这一簇高被引论 文便是组成该研究前沿的“核心论文”。研究 前沿的分析数据揭示了不同研究者在探究相关 的科学问题时会产生一定的关联,
10、尽管这些研 究人员的背景不同或来自不同的学科领域。 总之,研究前沿的分析提供了一个独特的 视角来揭示科学研究的脉络。研究前沿的分析 不依赖于对文献的人工标引和分类(因为这种方 法可能会有标引分类人员判断的主观性),而是 基于研究人员的相互引用而形成的知识之间和人 之间的联络。这些研究前沿的数据连续记载了分 散的研究领域的发生、汇聚、发展(或者是萎缩、 消散),以及分化和自组织成更近的研究活动节 点。在演进的过程中,每组核心论文的基本情况: 如主要的论文、作者、研究机构等,都可以被查 明和跟踪。 通过对该研究前沿的施引论文的分析, 可以发现该领域的最新进展和发展方向。 2013 年科睿唯安发布了
11、2013 研究前沿自 然科学和社会科学的前100个探索领域 的白皮书。 2014 年和 2015 年科睿唯安与中国科学院文献情报 中心成立的“新兴技术未来分析联合研究中心” 推出了2014 研究前沿和2015 研究前沿分 析报告。2016 年、2017 年和 2018 年,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 和科睿唯安联合发布了2016 研究前沿、2017 研究前沿和2018 研究前沿分析报告。这一 系列报告引起了全球广泛的关注。今年,在以往 系列研究前沿报告的基础上,推出了2019 研究 前沿分析报告。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 Ess
12、ential Science Indicators (ESI) 数据库中的 10587 个研究前 沿,遴选出了 2019 年自然科学和社会科学的 10 大学科领域排名最前的 100 个热点前沿和 37 个新 兴前沿。 03 研究前沿 方法论和数据说明2019 2. 方法论 整个分析工作分为两个部分:研究前沿的遴 选、137 个研究前沿的核心论文及其施引论文的数 据提供由科睿唯安完成;研究前沿的分析和重点 研究前沿(包括重点热点前沿和重点新兴前沿) 的遴选及解读由中国科学院科技战略咨询研究院 科技战略情报研究所主持完成。此次分析基于 2013 2018 年的论文数据,数据下载时间为 2019 年
13、 3 月。 2.1 研究前沿的遴选 2019 研究前沿分析报告反映了当前自然 科学与社会科学的 10 大学科领域的 137 个研究前 沿(包括 100 个热点前沿和 37 个新兴前沿)。我 们以 ESI 数据库中的 10587 个研究前沿为起点,遴 选目标是要找到那些较为活跃或发展迅速的研究 前沿。报告中所列的 137 个研究前沿的具体筛选 过程如下: 2.1.1 热点前沿的遴选 首先把 ESI 数据库的 21 个学科划分到 10 个高 度聚合的大学科领域中,然后对每个 ESI 学科中的 研究前沿的核心论文, 按照总被引频次进行排序, 提取排在每个 ESI 学科前 10% 的最具引文影响力 的
14、研究前沿 , 并将其整合到 10 大领域中, 以此数 据为基础,再根据核心论文出版年的平均值重新 排序,遴选出每个领域中那些“最年轻”的研究 前沿。通过上述几个步骤在每个大学科领域分别 选出 10 个热点前沿,共计 100 个热点前沿。因为 每个领域具有不同的特点和引用行为,有些学科 领域中的很多研究前沿在核心论文数和总被引频 次上会相对较小,所以从 10 大学科领域中分别遴 选出的排名前 10 的热点前沿,代表各大领域中最 具影响力的研究前沿,但并不一定代表跨数据库 (所有学科)中最大最热的研究前沿。 2.1.2 新兴前沿的遴选 一个有很多新近的核心论文的研究前沿,通 常提示其是一个快速发展
15、的专业研究方向。为了 选取新兴的前沿,组成研究前沿的基础文献即核 心论文的时效性是优先考虑的因素。这就是为什 么我们称其为“新兴前沿”。为了识别新兴前沿, 我们对研究前沿中的核心论文的出版年赋予了更 多的权重或优先权,只有核心论文平均出版年在 2017 年 6 月之后的研究前沿才被考虑,将每个 ESI 学科的研究前沿按被引频次从高到低排序, 选取被引频次排在前 10% 的研究前沿,然后各学 科战略情报研究人员经过调研和评审,遴选出每 个 ESI 学科中的新兴前沿,并将其整合到 10 大领 域中,从而遴选出了 10 大领域的 37 个新兴前沿, 这 37 个新兴前沿最早的平均出版年是 2017.
16、6。遴 选不限定学科,因此 37 个新兴前沿在 10 大学科 领域中分布并不均匀,生态与环境科学,地球科 学,农业、植物学和动物学领域分别只有一个新 兴前沿,而化学与材料科学领域选出了 5 个新兴 前沿。 通过以上两种方法,这份报告突出显示了 10 个高度聚合的大学科领域中的 100 个热点前沿和 37 个新兴前沿。 2.2 研究前沿的分析及重点研究前沿的 遴选和解读 本报告在科睿唯安遴选的 137 个研究前沿数 据的基础上,由中国科学院科技战略咨询研究院 的战略情报研究人员对 10 大学科领域的 100 个热 点前沿的发展趋势进行了分析,并对 30 个重点研 究前沿进行了详细的解读(见第二至
17、十一章)。 重点研究前沿包括重点热点前沿和重点新兴前沿 两部分。 04 研究前沿 方法论和数据说明2019 研究前沿是由一组高被引的核心论文和一组 共同引用核心论文的施引论文组成。核心论文来 自于 ESI 数据库中的高被引论文,即在同学科同 年度中根据被引频次排在前 1% 的论文。这些有 影响力的核心论文的作者、机构、国家在该领域 也做出了不可磨灭的贡献,本报告也对其进行了 深入分析和解读。同时,引用这些核心论文的施 引论文可以反映出核心论文所提出的技术、数 据、理论在发表之后是如何被进一步发展的,即 使这些引用核心论文的施引论文本身并不是高 被引论文。 2.2.1 重点研究前沿的遴选 201
18、4 年研究前沿设计了遴选重点研究前沿的 指标 CPT,2015 年在 CPT 指标的基础上,又增加 了规模指标,即核心论文数(P)。 (1)核心论文数(P) ESI 数据库用共被引文献簇(核心论文)来表 征研究前沿,并根据文献簇的元数据及其统计揭 示研究前沿的发展态势,其中核心论文数(P)总 量标志着研究前沿的大小,文献簇的平均出版年 和论文的时间分布标志着研究前沿的进展。核心 论文数(P)表达了研究前沿中知识基础的重要程 度。在一定时间段内,一个前沿的核心论文数(P) 越大,表明该前沿越活跃。 (2)CPT 指标 遴选重点研究前沿的指标(CPT),是核心论 文的总被引频次(C)除以核心论文数
19、(P),再 除以施引论文所发生的年数(T)。“施引论文所 发生的年数”指施引论文集合中最新发表的施引 论文与最早发表的施引论文的发表时间的差值。 如最新发表的施引论文的发表时间为 2017 年,最 早发表的施引论文的发表时间为 2013 年,则该施 引论文所发生的年数为 4。 CPT 实际上是一个研究前沿的平均引文影响 力和施引论文发生年数的比值,该指标越高代表 该前沿越热或越具有影响力。它反映了某研究前 沿的引文影响力的广泛性和及时性,可以用于探 测研究前沿的突现、发展以及预测研究前沿下一 个时期可能的发展。该指标既考虑了某研究前沿 受到关注的程度,即核心论文的总被引频次,又 反映了该研究前
20、沿受关注的年代趋势,即施引论 文所产生的年度。 在研究前沿被持续引用的前提下,当两个研 究前沿的 P 和 T 值分别相等时,则 C 值较大的研 究前沿的 CPT 值也随之较大,指示该研究前沿引 文影响力较大。 当两个研究前沿的 C 和 P 值分别相等时,则 T 值较小的研究前沿的 CPT 值相反会较大,指示 该研究前沿在近期受关注度较高。 当两个研究前沿的 C 和 T 值分别相等时,P 值较小的研究前沿的 CPT 反而会较大,指示该研 究前沿中核心论文的平均引文影响力较大。 2019 研究前沿在遴选重点研究前沿过程 中,对每个大学科领域的 10 个“热点前沿”用核 心论文数(P)和 CPT 指
21、标结合战略情报研究人员 的专业判断各遴选出一个“重点热点前沿”,专 业判断主要考虑该前沿是否对解决重大问题有重 要意义。一般首先选择核心论文数(P)最高的两 个前沿,比较两个前沿哪个是亟待解决的重大问 题,例如“连续血糖监测与人工胰腺系统用于糖 尿病管理”和“英利昔单抗生物类似药有效性和 安全性”,很明显后者更有具迫切性,因此选择 后者。然后,用 CPT 指标结合专业判断再各遴选 出一个“重点热点前沿”。因此通过这两种方法 05 研究前沿 方法论和数据说明2019 共遴选出 20 个“重点热点前沿”。对于 37 个“新 兴前沿”,利用 CPT 指标结合战略情报研究人员 的判断遴选出 10 个“
22、重点新兴前沿”。因此对于 137 个研究前沿,共遴选出 30 个重点前沿进行深 入解读。 2.2.2 研究前沿的分析和解读 (1)热点前沿分析及重点热点前沿的解读 对于每个学科领域,第一张表展示各自的前 10 个热点前沿的核心论文的数量、被引频次以及 核心论文平均出版年,每个学科领域遴选出的重点 热点前沿在表中用紫色底纹标出。然后,对每个学 科领域遴选出的重点热点前沿进行深入分析和解 读。因为分析数据基于 2013 2018 年的论文,核 心论文平均出版年份会介于 2013 2018 年之间。 每个领域的 10 个研究前沿中引用核心论文的 论文 (施引论文) 的年度分布用气泡图的方式展示。 基
23、于核心论文(P)遴选的重点热点前沿用蓝色气 泡表示,基于 CPT 指标遴选的重点热点前沿用红 色气泡表示。 气泡大小表示每年施引论文的数量, 对于那些施引论文量大,而施引论文所发生的年 数少的前沿,也就是 CPT 值的前两种情况,可以 从图中直观地看出哪些是重点热点前沿。但是对 于核心论文(P)较少的情况,则需要结合数据来 看。大部分研究前沿的施引论文每年均有一定程 度的增长,因此气泡图也有助于对研究前沿发展 态势的理解。 每个学科领域的第二张表对核心论文的国家、 机构活跃状况进行了分析,揭示出哪些国家、机 构在某重点热点前沿中有较大贡献。第三张表则 对施引论文中的国家和机构进行了分析,探讨机
24、 构、国家在这些研究前沿的发展中的研究布局。 (2)新兴前沿分析及重点新兴前沿的解读 新兴前沿的体量(核心论文及其施引论文) 较小,因此,统计数据的分析意义不大。通过战 略情报研究人员对重点新兴前沿的核心论文及相 关信息进行内容方面的解读,可以了解重点新兴 前沿的发展脉络、研究力量布局,及发展前景。 研究前沿 农业、植物学和动物学2019 06 二、农业、植物学和动物学 1. 热点前沿及重点热点前沿解读 1.1 农业、植物学和动物学领域 Top10 热点前沿发展态势 农业、植物学和动物学领域居于前 10 的热点 前沿主要分布在植物生理调控机制、作物性状改 良、除草剂抗性、植物活性物质结构和功能
25、、农 田土壤污染修复、家畜胃肠道消化及农用无人机 等研究方向上(表 1)。 植物生理调控机制一直是该领域的前沿研究 方向,每年均有热点前沿,今年该方向上有 4 个 热点前沿进入前 10,分别是茉莉酸信号传导、自 噬、细胞壁纤维素合成、光形态发生等调控机理 研究,其中茉莉酸信号传导、自噬及细胞壁纤维 素合成机理研究分别曾在 2013 年、2015 年和 2017 是前 10 热点前沿。作物性状改良方向曾有两年进 入前 10 热点前沿,2013 年是通过转 Bt 基因提高 抗虫性,2018 年是利用 CRISPR 基因编辑技术改良 作物性状,今年则是利用植物生物刺激剂促进蔬 果作物生长和提高抗逆性
26、。除草剂抗性研究方向 曾在 2015 年有 1 个热点前沿“除草剂抗性及其遗 传学原因”进入前 10,今年进入前 10 的热点前沿 是草甘膦除草剂的抗性研究。 植物活性物质结构和功能、农田土壤污染修 复、家畜胃肠道消化及农用无人机是今年新出现 的热点前沿研究方向,这 4 个方向上进入前 10 的 热点前沿分别是“植物活性多糖的结构和功能研 究”、“生物炭对农田土壤重金属镉污染的修复 作用”、“牛瘤胃微生物组与肠道甲烷排放研究” 和“无人机系统在作物表型分析中的应用”。 研究前沿 农业、植物学和动物学2019 07 生物炭对农田土壤重金属镉污染的修复作用 植物自噬的分子调控机理研究 植物光形态发
27、生的调控机制 植物活性多糖的结构和功能研究 植物细胞壁中纤维素合成与结构研究及其与木聚糖的互作 植物生物刺激剂在促进蔬果作物生长和提高抗逆性的作用 调控植物生长和防御的茉莉酸信号传导机制 牛瘤胃微生物组与肠道甲烷排放研究 草甘膦除草剂抗性研究 无人机系统在作物表型分析中的应用 2013 2014 2015 2016 2017 2018 表 1 农业、植物学和动物学领域 Top10 热点前沿 排名热点前沿 核心 论文 被引 频次 核心论文 平均出版年 1生物炭对农田土壤重金属镉污染的修复作用2110952016.6 2植物自噬的分子调控机理研究2710382016.4 3植物光形态发生的调控机制
28、3213772016.3 4植物活性多糖的结构和功能研究259312016.3 5植物细胞壁中纤维素合成与结构研究及其与木聚糖的互作1910342015.9 6植物生物刺激剂在促进蔬果作物生长和提高抗逆性的作用158462015.9 7调控植物生长和防御的茉莉酸信号传导机制4029562015.8 8牛瘤胃微生物组与肠道甲烷排放研究2114642015.6 9草甘膦除草剂抗性研究1711302015.5 10无人机系统在作物表型分析中的应用3124952015.3 图 1 农业、植物学和动物学领域 TOP10 热点前沿的施引论文 研究前沿 农业、植物学和动物学2019 08 1.2 重点热点前
29、沿“调控植物生长和防御的茉莉酸信号传导机制” 茉莉酸是存在于植物体内的内源生长调节物 质,也是植物在应对病虫侵害过程中产生的一类 防卫激素,可以帮助植物应对病虫害,提高植物 抗性。植物一般通过核心转录因子 MYC 启动并级 联放大茉莉酸信号传导途径来防御病虫侵害,但 防御过度则会抑制植物的生长和发育,故还需要 了解茉莉酸信号的消减机制,适时消减茉莉酸信 号,以实现作物生长与防御之间的平衡。因此, 研究茉莉酸调控植物生长和抗性的机理是分子育 种和抗虫新品种选育的重要基础,一直以来都是 植物学家和作物育种学家关注的热点研究前沿。 该前沿共有核心论文 40 篇,其中 13 篇是综 述性文章,主要综述
30、了茉莉酸的生物合成、代谢 和信号传导,信号传导的冗余和特异性,传导中 转录因子的作用和功能,茉莉酸在植物生长发育 中的作用,对叶片衰老和耐冷性的调节作用,及 茉莉酸传导机制在权衡植物生长与防御中的应用 等。其余 27 篇研究性论文主要是在探索和发现茉 莉酸信号传导通路中的调控因子,如 JAZ 蛋白、 bHLH 类型转录因子等,及其调控的结构基础和发 挥的调节作用。 核心论文产出国家和机构的统计分析显示 (表 2),美国贡献了 17 篇核心论文,是最大的产出 国,约占论文总数的 42.5%;其次是中国,贡献 了 10 篇,占比为 25.0%。机构中,美国的密歇根 州立大学贡献的核心论文数量最多,
31、有 8 篇,占 论文总数的 20.0%。其余前 10 机构的核心论文数 量在 3-5 篇,来自中国的机构有 2 个,分别是中 国科学院和清华大学,其中中国科学院有 5 篇, 与其他 4 个机构并列第 2。 12 美国贡献了 篇核心论文 中国贡献了 篇核心论文1017 表 2 “调控植物生长和防御的茉莉酸信号传导机制”研究前沿中核心论文的 Top 产出国家和机构 排名国家 核心 论文 比例排名机构国家 核心 论文 比例 1美国1742.5%1密歇根州立大学美国820.0% 2中国1025.0%2西班牙国家研究委员会西班牙512.5% 3英国717.5%2约翰英尼斯中心英国512.5% 4德国61
32、5.0%2霍华休斯医学研究所美国512.5% 5法国512.5%2中国科学院中国512.5% 5西班牙512.5%2根特大学比利时512.5% 5比利时512.5%7卢瓦尔河大学法国410.0% 8加拿大410.0%7达芬奇大学法国410.0% 8瑞士410.0%7图尔大学法国410.0% 10荷兰37.5%10莱顿大学荷兰37.5% 10捷克37.5%10清华大学中国37.5% 10加州大学伯克利分校美国37.5% 研究前沿 农业、植物学和动物学2019 09 从施引论文的产出国家和机构来看(表 3),美国是最大的施引论文产出国,贡献了 574 篇,约占 施引论文总数的 28.6%;中国排第
33、 2,贡献了 530 篇,占比约为 26.4%;德国排第 3,但与前 2 名有较大 差距,不到美国和中国的一半,为 245 篇。产出机构中,中国科学院以 118 篇施引论文远超其他机构; 其次是德国的马普学会,有 71 篇。 123 美国贡献了 篇施引论文 德国贡献了 篇施引论文 中国贡献了 篇施引论文530245574 表 3 “调控植物生长和防御的茉莉酸信号传导机制”研究前沿中施引论文的 Top 产出国家和机构 排名国家 施引 论文 比例排名机构国家 施引 论文 比例 1美国57428.6%1中国科学院中国1185.9% 2中国53026.4%2马普学会德国713.5% 3德国24512.
34、2%3哥本哈根大学丹麦572.8% 4英国1728.6%4法国国家科学研究中心法国522.6% 5丹麦1055.2%4西班牙国家研究委员会西班牙522.6% 6日本944.7%6丹麦科技大学丹麦502.5% 7荷兰924.6%6密歇根州立大学美国502.5% 8法国874.3%8约翰英尼斯中心英国482.4% 9西班牙844.2%9根特大学比利时472.3% 10印度814.0%9加州大学伯克利分校美国472.3% 1.3 重点热点前沿“无人机系统在作物表型分析中的应用” 田间作物表型信息是作物品种特点、生长状 况的直观表现,是反映作物产量和质量的关键因 素,也是揭示作物生长发育规律及其与环境
35、关系 的重要依据。因此,快速精确获取大田作物的表 型信息,监测作物的生长状况,对作物科学研究 和作物品种选育具有重要意义。然而,目前较多 采用的传统田间试验取样和车载高通量平台测定 作物性状参数的方法耗时耗力, 且空间覆盖不全, 因此极大地限制了作物科学研究的快速发展和作 物育种的进程。而以无人机为代表的近地遥感高 通量表型平台凭借机动灵活、成本低、空间覆盖 广的优势成为获取田间作物表型信息的重要手段。 研究前沿 农业、植物学和动物学2019 10 该前沿共有核心论文 31 篇,其中 12 篇是综 述性文章,主要综述了用于作物表型分析的无人 机遥感的现状与展望,用于林业研究和实践的无 人机遥感
36、,用于作物表型分析的低空、高分辨率 航空成像系统等。19 篇研究性论文主要是利用基 于无人机的成像技术对田间作物或林木进行航空 拍照,然后通过与其他方法相结合(如 3D 照片重 建)来估算作物或林木的表型。应用场景主要有 大麦生物量的估算、植株高度的多时相估计、小 麦育种苗圃的高通量表型分析、单株树木的检测 和分类、田间玉米的表型分析、小麦作物密度的 估计、追踪作物季节性发育潜力的时间序列等。 核心论文产出国家和机构的统计分析显示 (表 4),美国是最大的产出国,有 11 篇,占论文总 数的 35.5%;其次是德国,有 6 篇;中国名列第 3, 有 5 篇。机构中,美国农业部最多,有 5 篇,
37、约 占论文总数的 16.1%;德国的科隆大学排第 2,有 4 篇。此外,来自中国的中国农业大学有 2 篇,与 其他 5 个机构并列第 6。 123 美国贡献了 篇核心论文 德国贡献了 篇核心论文 中国贡献了 篇核心论文1165 表 4 “无人机系统在作物表型分析中的应用”研究前沿中核心论文的 Top 产出国家和机构 排名国家 核心 论文 比例排名机构国家 核心 论文 比例 1美国1135.5%1美国农业部美国516.1% 2德国619.4%2科隆大学德国412.9% 3中国516.1%3亥姆霍兹联合会德国39.7% 4西班牙412.9%3西班牙国家研究委员会西班牙39.7% 5瑞士39.7%3
38、苏黎世联邦理工学院瑞士39.7% 6澳大利亚26.5%6墨尔本皇家理工大学澳大利亚26.5% 6比利时26.5%6中国农业大学中国26.5% 6英国26.5%6巴塞罗那大学西班牙26.5% 6津巴布韦26.5%6圣地亚哥德孔波斯特拉大学西班牙26.5% 6芬兰26.5%6康奈尔大学美国26.5% 6法国26.5%6华盛顿州立大学美国26.5% 6意大利26.5% 研究前沿 农业、植物学和动物学2019 11 从施引论文的产出国家和机构来看(表 5),美国不仅是最大的核心论文产出国,还是施引论文的 最大产出国,有 399 篇,约占施引论文总数的 28.2%;其次是德国,与其核心论文数量排名一样,
39、都是第 2 位,有 197 篇;中国排第 3,有 187 篇。机构中,美国农业部以 90 篇施引论文排名第 1;法国国家农业 科学研究院 56 篇,排名第 2;德国的亥姆霍兹联合会排第 3,有 54 篇。西班牙国家研究委员会和中国科 学院分别以 34 篇和 33 篇,排第 4 和第 5 名。 123 美国贡献了 篇施引论文 中国贡献了 篇施引论文 德国贡献了 篇施引论文197187399 表 5 “无人机系统在作物表型分析中的应用”研究前沿中施引论文的 Top 产出国家和机构 排名国家 施引 论文 比例排名机构国家 施引 论文 比例 1美国39928.2%1美国农业部美国906.4% 2德国1
40、9713.9%2法国国家农业科学研究院法国564.0% 3中国18713.2%3亥姆霍兹联合会德国543.8% 4澳大利亚1218.5%4西班牙国家研究委员会西班牙342.4% 5英国1138.0%5中国科学院中国332.3% 6西班牙1127.9%6联邦科学与工业研究组织澳大利亚302.1% 7法国886.2%7波恩大学德国282.0% 8意大利866.1%7瓦格宁根大学暨研究中心荷兰282.0% 9加拿大815.7%9瑞典农业科学大学瑞典271.9% 10芬兰483.4%10法国国家科学研究中心法国261.8% 10荷兰483.4%10康奈尔大学美国261.8% 10瑞士483.4% 研究
41、前沿 农业、植物学和动物学2019 12 2. 新兴前沿及重点新兴前沿解读 2.1 新兴前沿概述 农业、植物学和动物学领域有 1 个方向入选新兴前沿,即“水稻 OsAUX1 基因低磷条件下促进根毛伸 长的机理研究”。 表 6 农业、植物学和动物学领域的 1 个新兴前沿 序号新兴前沿 核心 论文 被引 频次 核心论文 平均出版年 1水稻 OsAUX1 基因低磷条件下促进根毛伸长的机理研究4472017.8 2.2 重点新兴前沿“水稻 OsAUX1 基因低磷条件下促进根毛伸长的机理研究” 农田土壤中营养元素的高效利用一直是农业 领域关注的重要研究课题,而根的一些性状,如 根角度和根毛长度会影响作物
42、对于土壤中营养元 素的摄取, 尤其是一些固定在土壤中的营养元素, 如磷元素。其中根毛长度会受到生长素浓度的影 响,生长素浓度梯度的维持又依赖于极性运输。 OsAUX1 基因正是目前发现的重要的水稻生长素 运输基因,在低磷条件下能够运送生长素,促进 根毛伸长。因此“水稻 OsAUX1 基因低磷条件下 促进根毛伸长的机理研究”成为了一个重点新兴 前沿。 该新兴前沿有 4 篇核心论文,其中 3 篇均于 2018 年发表在自然通讯上,另 1 篇于 2017 年 发表在美国科学院院刊上。这些论文研究发 现:OsAUX1 蛋白会在低磷条件时将生长素从根尖 部位移动到根的分生区,进而促进根毛伸长,促进 根对
43、磷元素的吸收;生长素合成、转运和应答途径 中的相关组分,如低磷条件下生长素诱导根毛表达 的若干转录因子, 在根毛生长中发挥关键促进作用 ; 低磷条件下,生长素促进根毛伸长的信号传导途径 与活性氧(ROS)介导的根毛伸长之间在分子水平 上具有关联性。 研究前沿 农业、植物学和动物学2019 13 14 研究前沿 生态与环境科学2019 三、生态与环境科学 生态与环境科学领域的 Top 10 热点前沿主要 分布在生态科学和环境科学两个子领域(表 7 和 图 2),水体生态环境问题及多学科解决方案仍 是研究前沿重要的关注点。 具体来看,环境科学子领域的热点前沿主 要涉及利用微生物的污水处理技术、水中
44、污染物 分析分离技术和环境污染物的环境特征与风险研 究。其中,污水处理技术相关的前沿包括“活性 污泥消化技术的机理、工艺与影响因素”、“厌 氧氨氧化技术及在污水处理中的应用”及消化过 程中“微生物种间电子转移的机理及应用”。水 中污染物分析分离技术包括“利用纳米复合材料 吸附去除水中有毒金属离子”、“金属有机框架 材料去除水中污染物”及“用于液体中有毒物质 及生物活性物质分析、分离的新型材料的制备与 功能”。环境污染物的环境特征与风险研究方向 的前沿为“内分泌干扰物的环境特征、人体暴露 与健康风险”。 生态科学子领域的热点前沿主要涉及宏观大 尺度的生物圈和生态系统的变化与风险,包括 3 个前沿
45、: “地表植被覆盖变化对气候的影响” 、 “在 全球尺度上对外来物种入侵的监测及影响分析” 和“磷排放及蓝藻水华的污染和健康风险”。 1. 热点前沿及重点热点前沿解读 1.1 生态与环境科学领域 Top 10 热点前沿发展态势 15 研究前沿 生态与环境科学2019 2013 2014 2015 2016 2017 2018 活性污泥消化技术的机理、工艺与影响因素 利用纳米复合材料吸附去除水中有毒金属离子 用于液体中有毒物质及生物活性物质分析、分离的新型材料的制 备与功能 金属有机框架材料去除水中污染物 地表植被覆盖变化对气候的影响 在全球尺度上对外来物种入侵的监测及影响分析 微生物种间电子转
46、移的机理及应用 厌氧氨氧化技术及在污水处理中的应用 内分泌干扰物的环境特征、人体暴露与健康风险 磷排放及蓝藻水华的污染和健康风险 图 2 生态与环境科学领域 Top10 热点前沿的施引论文 表 7 生态与环境科学领域 Top 10 热点前沿 排名热点前沿 核心 论文 被引 频次 核心论文 平均出版年 1活性污泥消化技术的机理、工艺与影响因素2912942016.7 2利用纳米复合材料吸附去除水中有毒金属离子3819242016.1 3 用于液体中有毒物质及生物活性物质分析、分离的新型材料的制备 与功能 4445622016 4金属有机框架材料去除水中污染物2318842016 5地表植被覆盖变
47、化对气候的影响117512016 6在全球尺度上对外来物种入侵的监测及影响分析4134342015.9 7微生物种间电子转移的机理及应用1813212015.9 8厌氧氨氧化技术及在污水处理中的应用1612142015.9 9内分泌干扰物的环境特征、人体暴露与健康风险4430432015.5 10磷排放及蓝藻水华的污染和健康风险3829452015.5 16 研究前沿 生态与环境科学2019 1.2 重点热点前沿“内分泌干扰物的环境特征、人体暴露与健康风险” 内分泌干扰物 (endocrine disrupting chemicals, 简称 EDCs) 又称环境雌激素,是指可干扰人类 或动物
48、体内激素的合成、分泌、输送、结合、 反应和代谢过程,给生物体带来异常影响的一 种外源性化学物质。这类物质会影响人类或动 物的生殖能力,危害发育或健康,即使具有极 低的含量,也能使生物体的内分泌失衡,从而 产生异常影响。EDCs 主要通过工业排放、农业 排污以及废物燃烧和排放进入环境。人类和动 物可能通过摄入食物、灰尘和水、吸入空气中 的气体和颗粒物以及皮肤接触而发生污染物的 暴露。EDCs 也可以通过胎盘和母乳从孕妇转移 到发育中的胎儿或婴幼儿体内。主要的 EDCs 包 括杀虫剂与除草剂等农药、双酚 A 类、烷基苯 酚类化合物、邻苯二甲酸盐类、溴化阻燃剂及 二噁英类等物质。内分泌干扰物的研究主
49、要涉 及环境科学和生物科学两大领域。在环境科学 领域,内分泌干扰物的研究主要集中在其来源、 环境分布、主要环境过程与风险研究。在生物 科学领域,其研究主要集中在生态毒理学研究、 对内分泌系统的作用机制、对疾病和健康的影 响等方面。 该热点前沿的核心论文有 44 篇,集中在三 个方向:水体与土壤中内分泌干扰物的来源、环 境归趋、污染特征及生态毒理学;大规模人群样 本中内分泌干扰物的人体暴露监测及跟踪;内分 泌干扰物对健康和发育的影响。其中,关注的内 分泌干扰物集中于增塑剂邻苯二甲酸盐类和在全 球农业、环境和化工行业引起广泛争议的草甘膦 除草剂。内分泌干扰物对孕妇、胎儿及婴幼儿发 育障碍与疾病的风险研究、儿童与母婴体内内分 泌干扰物暴露的监测是研究的热点。 核心论文中, 美国 Benbrook 咨询公司的“美国和全球草甘膦 除草剂的使用趋势” 是被引频次最高的一篇论文, 被引频次为 204 次。 统计分析核心论文产出的国家和机构 (表8) , 44 篇核心论文中 25 篇来自美国,占论文总数的 56.8%。德国有 8 篇核心论文,列第 2 位。加拿 大与法国各有 6 篇核心论文,并列第