目 录一、背景和方法论1. 背景 .042. 方法论 .052.1 研究前沿的遴选 .052.2 研究前沿的分析及重点研究前沿的遴选和解读 .06二、农业科学、植物学和动物学1. 热点前沿及重点热点前沿解读 .081.1 农业科学、植物学和动物学领域 Top10 热点前沿发展态势 .081.2 重点热点前沿“光诱导气孔动力学对光合作用和水分利用效率的影响” .101.3 重点热点前沿“生物炭和金属氧化物纳米粒子对作物生长和镉吸收的影响” .122. 新兴前沿及重点新兴前沿解读 .152.1 新兴前沿概述 .152.2 重点新兴前沿“可降解废弃物资源化利用生物学调控技术及机制研究” .15三、生态与环境科学1. 热点前沿及重点热点前沿解读 .161.1 生态与环境科学领域 Top 10 热点前沿发展态势 .161.2 重点热点前沿“全球尺度外来物种入侵的评估、影响与管理” .181.3 重点热点前沿 “厌氧氨氧化技术及在污水处理中的应用” .202. 新兴前沿及重点新兴前沿解读 .232.1 新兴前沿概述 .232.2 重点新兴前沿“生物柴油中混合组分和添加剂对柴油机性能和排放的影响” .23四、地球科学1. 热点前沿及重点热点前沿解读 .241.1 地球科学领域 Top 10 热点前沿发展态势 .241.2 重点热点前沿“天然气水合物成藏特征和开采工艺研究” .261.3 重点热点前沿“哨兵和 Landsat 系列卫星反射率数据产品性能分析” .28CONTENTS2. 新兴前沿及重点新兴前沿解读 .312.1 新兴前沿概述 .312.2 重点新兴前沿“印度尼西亚火山喷发预测模型研究” .31五、临床医学1. 热点前沿及重点热点前沿解读 .321.1 临床医学领域 Top 10 热点前沿发展态势 .321.2 重点热点前沿“深度学习在眼科领域应用” .341.3 重点热点前沿“阿尔茨海默病 tau PET 影像诊断” .372. 新兴前沿及重点新兴前沿解读 .392.1 新兴前沿概述 .392.2 重点新兴前沿“免疫联合疗法治疗肾细胞癌” .40六、生物科学1. 热点前沿及重点热点前沿解读 .421.1 生物科学领域 Top 10 热点前沿发展态势 .421.2 重点热点前沿“星形胶质细胞与神经退行性疾病以及大脑衰老的关系” .441.3 重点热点前沿“小分子 PROTACs 对蛋白质的靶向降解” .462. 新兴前沿及重点新兴前沿解读 .482.1 新兴前沿概述 .482.2 重点新兴前沿“抑郁症的全基因组关联荟萃分析” .49七、化学与材料科学1. 热点前沿及重点热点前沿解读 .501.1 化学与材料科学领域 Top 10 热点前沿发展态势 .501.2 重点热点前沿“有机室温磷光材料” .521.3 重点热点前沿“氮杂环卡宾催化” .542. 新兴前沿及重点新兴前沿解读 .562.1 新兴前沿概述 .562.2 重点新兴前沿“过渡金属磷化物作为电催化剂用于析氢反应” .57八、物理学1. 热点前沿及重点热点前沿解读 .581.1 物理学领域 Top 10 热点前沿发展态势 .581.2 重点热点前沿“转角双层石墨烯的特性研究” .601.3 重点热点前沿“暗物质的直接探测” .622020 研究前沿目 录2. 新兴前沿及重点新兴前沿解读 .642.1 新兴前沿概述 .642.2 重点新兴前沿“二维范德瓦尔斯异质结的莫尔超晶格研究” .64九、天文学与天体物理学1. 热点前沿及重点热点前沿解读 .661.1 天文学与天体物理学领域 Top 10 热点前沿发展态势 .661.2 重点热点前沿“盖亚（Gaia）测绘最精确银河系三维地图” .681.3 重点热点前沿“快速射电暴观测” .712. 新兴前沿及重点新兴前沿解读 .742.1 新兴前沿概述 .742.2 重点新兴前沿“弦论沼泽地猜想与宇宙学” .74十、数学1. 热点前沿及重点热点前沿解读 .761.1 数学领域 Top 10 热点前沿发展态势 .761.2 重点热点前沿“样本均数最优估计方法研究” .781.3 重点热点前沿“多层贝叶斯建模及其在多款计算软件包中的应用” .80十一、信息科学1. 热点前沿及重点热点前沿解读 .841.1 信息科学领域 Top 10 热点前沿发展态势 .841.2 重点热点前沿“无线移动边缘计算研究” .861.3 重点热点前沿“AlphaGo Zero 的强化学习算法” .88十二、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 .921.1 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 .921.2 重点热点前沿“循环经济和可持续性商业模式创新” .941.3 重点热点前沿“基于共享社会经济路径的气候变化及影响研究” .962. 新兴前沿及重点新兴前沿解读 .992.1 新兴前沿概述 .992.2 重点新兴前沿“人工智能对区块链智慧合约的推动在供应链管理和智慧城市中的应用” .99附录 研究前沿综述：寻找科学的结构 .100编纂委员会 .1102020 研究前沿目 录2020 研究前沿背景和方法论一、背景和方法论1. 背景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 Fronts）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，并反映在研究人员在论文中引用其他同行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，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 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、 2018年和 2019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、 2018研究前沿和 2019研究前沿分析报告。这一系列报告引起了全球广泛的关注。 2020年，在以往系列研究前沿报告的基础上，推出了 2020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 Essential Science Indicators (ESI) 数据库中的 11626个研究前沿，遴选出了 2020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 38个新兴前沿。2020 研究前沿背景和方法论2. 方法论整个分析工作分为两个部分：研究前沿的遴选、 148 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负责；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 20142019 年的论文数据，数据下载时间为 2020 年 3 月。2.1 研究前沿的遴选 2020 研究前沿分析报告反映了当前自然科学与社会科学的 11 大学科领域的 148 个研究前沿（包括 110 个热点前沿和 38 个新兴前沿）。我们以 ESI 数据库中的 11626 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 148 个研究前沿的具体遴选过程如下：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 11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研究前沿，并将其整合到 11 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 110 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 11 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 2018 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 11 大领域中，从而遴选出了 11 大领域的 38 个新兴前沿，这 38 个新兴前沿最早的平均出版年是 2018.6。遴选不限定学科，因此 38 个新兴前沿在 11 大学科领域中分布并不均匀，例如，数学领域和信息科学领域没有新兴前沿入选，生态与环境科学，地球科学，天文学与天体物理学等领域分别只有一个新兴前沿，而化学与材料科学领域则选出了 6个新兴前沿。通过以上两种方法，这份报告突出显示了 11个高度聚合的大学科领域中的 110 个热点前沿和38 个新兴前沿。2020 年将以往的数学、计算机科学与工程学领域拆分成了数学和信息科学两个领域， 但没有对工程学领域进行研究前沿的遴选，因而 2020 年的研究前沿报告涵盖 11 大学科领域。052020 研究前沿背景和方法论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 148 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 11 大学科领域的 110 个热点前沿的发展趋势进行了分析，并对 31 个重点研究前沿进行了详细的解读（见第二至十二章）。重点研究前沿包括重点热点前沿和重点新兴前沿两部分。研究前沿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文献组成。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文献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文献本身并不是高被引论文。2.2.1 重点研究前沿的遴选2014 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度。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（ P），再除以施引文献所发生的年数（ T）。“施引文献所发生的年数”指施引文献集合中最新发表的施引文献与最早发表的施引文献的发表时间的差值。如最新发表的施引文献的发表时间为 2019 年，最早发表的施引文献的发表时间为 2015 年，则该施引文献所发生的年数为 4。CPT 实际上是一个研究前沿的平均引文影响力和施引文献发生年数的比值，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，又反映了该研究前沿受关注的年代趋势，即施引文献所发生的年度。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 值会较大，指示该研究前沿在短期内受关注度较高。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。 2020 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 11 个“热点前沿”用核062020 研究前沿背景和方法论心论文数（ P）和 CPT 指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。首先选择核心论文数（ P）最高的前沿，如果 P 最高的前沿已经在往年的研究前沿中解读过，就选择 P 次高的前沿进行解读。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共遴选出 22 个“重点热点前沿”。对于 38 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9 个“重点新兴前沿”。因此对于 148 个研究前沿，共遴选出 31 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 2014 2019 年发表的论文，核心论文平均出版年份会介于 2014 2019 年之间。每个领域的 10 个热点研究前沿中引用核心论文的论文（施引文献）的年度分布用气泡图的方式展示。基于核心论文（ 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文献的数量，对于那些施引文献量大，而施引文献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文献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。第三张表则对施引文献中的国家和机构进行了分析，探讨机构、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（核心论文及其施引文献）较小，统计数据的分析意义不大。因此，只由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，籍此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。072020 研究前沿农业科学、植物学和动物学1. 热点前沿及重点热点前沿解读1.1 农业科学、植物学和动物学领域 Top 10 热点前沿发展态势农业科学、植物学和动物学领域居于前 10 的热点前沿主要分布在食品科学与工程、动物传染病、植物生理、作物科学、药用植物和动物营养六个子领域（表 1）。其中，食品科学与工程热点前沿数量最多，有 3 个，分别是粮食加工方法、果蔬干燥加工和食品智能包装研究；动物传染病1 个热点前沿，研究猪圆环病毒 3 型的鉴定与遗传特征；植物生理 2 个热点前沿，分别是一氧化氮的生理作用和光诱导气孔动力学；作物科学也有 2个热点前沿，分别是小麦基因组和转录组，及作物生长和重金属污染防治；药用植物 1个热点前沿，研究植物提取物对疾病的治疗作用；动物营养也有 1 个热点前沿，研究如何将昆虫粉作为新型可再生动物饲料的资源。2020 年入选的 Top10 热点前沿与往年相比，食品科学与工程子领域的热点前沿较多，首次出现了智能包装、动物传染病等热点研究方向。同时，有些子领域的热点研究方向发生了变化，如药用植物子领域， 2018 年的研究热点是药用化合物的基因调控， 2020 年是植物提取物的治疗作用；动物营养子领域， 2018 年的研究热点是饲料添加剂， 2020 年是饲料替代资源。二、农业科学、植物学和动物学