土壤生态学以土壤生态系统为研究对象，主要探讨土壤生物多样性及其生态功能，以及土壤生物与环境之间的相互作用。综述了土壤生态学的主要研究方向与研究内容，介绍了当下大尺度土壤微生物地理分布格局研究、土壤生物互作与土壤食物网、土壤生物组与土壤健康和新型土壤污染等研究领域的前沿热点，并对未来研究方向进行了展望。土壤生态学研究有助于客观认识和科学利用土壤生物资源，为应对环境和气候变化、恢复退化生态系统、促进土地资源的可持续利用提供科技支撑。

“Web3.0”和“元宇宙”现均指第三代互联网。构建了一个关于Web3.0/元宇宙的理论框架，它包含3个部分：第一部分为Web3.0/元宇宙体系结构，包括Web3.0/元宇宙系统层面的互联网的结构、Web3.0/元宇宙组分层面的作为互联网端系统的计算机的结构；第二部分为Web3.0/元宇宙技术系统，包括Web3.0/元宇宙9大技术；第三部分为Web3.0/元宇宙应用世界，其在结构上是虚拟世界和现实世界等2个世界融合为一体，在功能上或在场景上包括经济、政治、军事、社会、文化等5个领域。Web3.0/元宇宙应用系统是Web3.0/元宇宙应用世界的领域或者子系统、孙系统等。剖析了Web3.0/元宇宙应用的一种——数字孪生。提出了区块链第一性原理：在Web3.0/元宇宙应用世界中区块链的核心功能是制造共信（共同信任）。

化工行业废盐由于缺乏合适的处置手段，容易导致环境污染。目前主要通过填埋方式对化工生产过程中产生的工业废盐进行处理，但该处理方式无法实现废盐资源化利用。介绍了高温焚烧+精制、树脂吸附+高级氧化2种目前广泛应用的废盐资源化方法及其对应的工程案例。分析了废盐无法大规模资源化利用的原因：一方面，废盐资源化利用缺乏相应的技术标准以及法律法规；另一方面，缺乏处理成本低且适合大规模推广的技术。为保障废盐资源化顺利进行，不仅需要从源头做起降低废盐的产生量、采用合适的工艺来实现废盐的资源化，更需要相应法律法规的支持。

高超声速技术作为新世纪航空航天的标志性技术，已成为国内外军事、航天领域关注的重点技术。对高超声速飞行器进行了分类，对国外主要军事大国高超声速飞行器的发展路线、总体方案、性能参数等进行了梳理，围绕对高超声速飞行器发展产生重要影响的气动设计技术、高超声速推进技术、高超声速结构热防护技术、高超声速制导控制技术，剖析了技术发展特点和技术发展方向。基于国外高超声速飞行器的型号发展和投入方向，认为高超声速滑翔飞行器将成为高超声速领域优先发展领域。

儿童青少年的心理健康工作是“健康中国”建设的重要内容，农村留守儿童的心理健康状况尤其值得关注。回顾了农村留守儿童的心理健康状况及其影响因素研究进展，梳理了改善留守儿童心理健康状况的干预研究成果。证据显示，以往学者围绕留守儿童的心理健康积累了大量理论及实证工作，但仍留有不少空白。未来研究应尽可能统一对留守儿童的定义、纳入标准化的心理健康评估工具、开展追踪研究、开发与中国农村文化及实际相匹配的干预方案等，并加强不同学科之间的合作。

粒子物理学是研究微观物质基本组成及其相互作用的前沿基础学科。聚焦粒子物理领域的几大研究热点方向——暗物质物理、中微子及粒子天体物理、缪子反常磁矩、重味物理与强子物理、希格斯物理与电弱物理及其他超标准模型新物理现象寻找，回顾了2021年粒子物理领域所取得的重要进展，并对相关方向的未来研究前景及未来大科学工程计划作了初步的展望。

美国国家量子计划已实施2年。梳理了该计划相关法案、管理机制、重点领域、经费投入、实施进展等情况，分析了该计划战略部署、协调推进、多学科平台建设、人才培养和国际合作等方面的做法和特点。提出中国应加强和优化量子科技战略规划和顶层设计、加强统筹协调、构建量子科技创新生态等发展建议。

针对复杂作战环境下的体系对抗问题，对联合作战背景下的体系效能评估方法进行了梳理，阐述了联合作战体系效能评估的重要意义。总结了评估方法的研究现状和典型方法，阐明了其优缺点；归纳了现有方法存在的问题及挑战，提出了未来可能的发展方向。

电子束光刻设备在高精度掩模制备、原型器件开发、小批量生产以及基础研究中有着不可替代的作用。在国外高端电子束光刻设备禁运的条件下，中国迫切需要实现高端国产化设备的突破。介绍了电子束光刻设备发展历程，列举了当前活跃在科研和产业界的3种设备（高斯束、变形束、多束）的主要厂商及其最新设备性能，并概括了国产化电子束光刻设备发展现状。通过国内外电子束光刻设备性能的对比，总结了国产化研发需要解决的关键性难题。其中，着重介绍了高端高斯电子束光刻设备国产化需要面临的技术挑战：热场发射电子枪、高加速电压、高频图形发生器、极高精度的激光干涉仪检测技术及高精度电子束偏转补偿技术。

经历近40年不同阶段的快速发展后，中国的人才计划已经形成了数量庞大、类型多样、层次分明、覆盖面广的体系，发挥巨大作用的同时也存在一些问题。结合制度环境分析了中国科技人才计划体系的类型与几个不同发展阶段，概括了人才计划体系的特点，从系统角度分析了人才计划体系存在的问题，有针对性地提出了发展建议与对策。

2021年诺贝尔化学奖授予德国化学家Benjamin List和苏格兰裔美英籍化学家David MacMillan，以表彰他们在不对称有机催化领域的贡献。介绍了该诺奖工作的源头创新点和背景。阐述了手性化学、手性催化剂和不对称有机催化，及其对手性的控制。概括了有机催化和催化剂的类别。介绍了中国科学家和华人科学家在有机不对称催化领域的重要贡献，并对该领域的发展、研究现状和未来进行了展望。

随着《国家社会经济发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》的出台，整个社会对于知识和人才的需求再次成为发展的关键因素，考虑到信息时代知识与人才的二合一模式日益增强，决定发展的最根本原因就在于人才的数量与质量，尤其是高端人才的供给情况，为此需要把国内高端人才的供给情况做一些历史性的回顾。

基因武器作为一种超大规模的杀伤性武器，在现代战争中可以发挥“奇效”。但基因武器在军事中的存在与应用，将使平民豁免面临困境、使战争手段更不人道、使战争后果难以控制、以及诱发严重的生态灾难等，因而面临诸多的战争伦理困境。有鉴于此，在当前时代背景下，人类作为战争的主体，应守住基因武器禁用于战争的伦理底线，厘清基因技术研发的善恶界限，恪守科学和平主义的价值追求，才能遏制基因武器的研发与运用，进而对现代战争形成有效的伦理约束。

污水流行病学是调查人群消费化学物质/感染病原体和健康状况的一种有力和具有成本效益的工具，当前肆虐全球的新冠疫情推动了污水流行病学的迅速发展。从污水样品的采集、前处理及分析，物质的稳定性，校正因子的计算与不确定性分析，实施案例等方面盘点了2021年污水流行病学的重要研究及应用。

过去20年间，我国膜技术领域取得了长足进步，在水资源、新能源、传统工业技术改造等方面发挥了重要作用。现有水处理过程中膜老化增速快、再利用难，为准确评估膜的服役寿命以确定经济可行的更换周期和后处置计划，综述了影响膜老化的内在因素、外在因素、表征方法和性能参数，探讨了膜性能因素、膜的化学/物理特性、分析方法及其相互联系。实验室模拟与实际运行不一致的研究结果表明，膜老化过程的研究不仅需要考虑膜材料和化学清洗剂之间的相互作用，还必须考虑膜与其表面污染物的相互作用。由于膜老化过程的复杂性，将生命周期分析用于评估膜老化的影响是可行的方法之一。

回顾了2021年天文学领域取得的重大进展，盘点了一系列重大的成果和事件：在火星探测方面，多国探测器相继抵达火星并开展科学研究，“洞察号”首次揭秘火星内部构造；中国高海拔宇宙线观测站（LHAASO）观测到1.4 PeV能量的光子；“悟空号”取得氦核70 GeV至80 TeV能段的精确能谱；冰立方中微子天文台（IceCube）捕捉到与潮汐瓦解事件相关的中微子并探测到格拉肖共振事件的粒子簇射；科学家发现宇宙早期暗能量存在的迹象；发布“嫦娥五号”月球样本的最新研究成果；在青海冷湖地区发现世界级光学台址，改善了目前国际所有优良光学天文观测台都位于西半球的局面；首次探测到明确来自黑洞-中子星并合的引力波；发现部分快速射电暴可能起源于磁陀星的观测证据，500 m口径球面射电望远镜（FAST）对FRB 121102进行了深入研究；在黑洞研究方面，科学家为超大质量黑洞提供了一种新的质量测量手段，事件视界望远镜（EHT）发布了M87黑洞偏振图像；在空间天文学方面，韦布空间望远镜发射成功，中国首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和”飞向太阳等。

全球科学家在新冠病毒疫情的巨大挑战中从未停止生命科学研究的步伐，2021年生命科学及相关学科仍然取得了长足的进展。概述了2021年生命科学领域最具代表性的若干项前沿研究，对蛋白质结构预测、膜蛋白结构解析、转录起始复合物的解析、人工合成淀粉、新冠病毒中和抗体、基因编辑与疾病治疗、体外胚胎培养、迷幻药与精神疾病治疗、新型干涉单分子定位显微镜和第二代微型化双光子显微镜的研发等研究及技术领域的突破进行梳理和回顾。

镁基储氢材料具有储氢量高、镁资源丰富以及成本低廉等优点，被认为是极具应用前景的一类固态储氢材料。利用镁基储氢材料供氢主要有热分解放氢和水解产氢2种途径。MgH₂的热分解放氢焓值高（75 kJ/mol H₂），造成其放氢温度较高、动力学差； MgH₂的水解过程中，由于常温水解产物Mg（OH）₂逐渐包裹在MgH₂表面，阻隔了MgH₂与水的接触，从而导致水解产氢效率较低。近年来，大量研究工作聚焦于改善MgH₂的热解/水解供氢性能及实际应用，已经取得了大量成果。针对目前国内外镁基固态储氢材料的研发，总结了材料/结构改性、反应条件对镁基储氢材料的热解/水解性能的影响，重点阐述了固态镁基储氢材料组成成分-微观结构-储放氢性能之间的关系，并对镁基储氢系统及实际应用场景进行了归纳。未来通过镁基固态储运氢技术的发展，将实现氢气的高安全、高效及大规模储运，助力中国氢能产业的发展。

吉尔伯特·牛顿·路易斯是20世纪最伟大的化学家之一。他因在发展热力学理论并将其应用于实际化学系统方面做出了重大贡献，被认为是现代化学热力学奠基人；因其提出的共价键和电子对概念促成现代化学键理论的产生，被认为是共价键发现者；他提出的酸碱概念是对化学科学的另一个重要的贡献。路易斯曾41次获得诺贝尔化学奖提名，但从未获奖，这也成为诺贝尔奖历史上的巨大争议之一。介绍了路易斯的人生经历和科学成就，盘点了其科学探索的历程。

当前，中国以财政资金为主的生态保护补偿工作面临巨大挑战。基于市场机制重构中国生态保护补偿制度体系，对生态保护及生态文明建设意义重大。在阐明生态保护、生态修复及生态补偿概念界限与关联的基础上，提出健全完善以“破坏者补偿、保护者得利、受益者付费”为原则，以生态空间净生收益为目标，对社会经济建设占用破坏的生态空间进行补偿，对生态保护各类行为进行奖励的基本生态补偿制度；优化财政出资的权益型补偿制度及健全资源收益型补偿制度，以建立具有可持续性的市场化、多元化生态保护补偿制度体系。

奥斯本·雷诺在力学与工程学中做出了突出贡献。梳理了奥斯本·雷诺的生平、求学经历以及在力学与工程学的贡献，探讨了雷诺一生的研究历程，得出了他的研究成果有许多在当时看起来并不起眼但却在若干年后产生了重要作用的结论，为研究奥斯本·雷诺的相关领域学者提供了重要依据。

兴起于21世纪初期的低碳经济，以能源结构、经济结构低碳化发展为核心。概要总结了党的十八大以来中国低碳经济的发展成就，指出能源绿色低碳转型步伐加快，产业结构不断绿色转型升级，节能减排降碳成效显著，植树造林和循环经济发展降低了碳强度，绿色低碳生活方式成为社会时尚，积极参与气候变化全球治理，开展应对气候变化南南合作，为发展中国家提供了力所能及的支持和帮助。中国碳达峰碳中和目标的提出，激发了低碳经济的发展活力，在分析中国发展面临的机遇和挑战基础上，提出要坚持先立后破、通盘谋划，在降碳的同时确保能源安全，把经济结构优化作为重要任务，将中国特色社会主义现代化强国作为努力方向，实现永续发展。

探讨了詹天佑幼年立志、追求理想、奋发图强、报效祖国，善于学习和运用国际先进科学知识，努力践行洋为中用、科技救国及其为官之道的爱国情怀与民族精神。研究表明，在其位高权重负责京张铁路等的修建及其毕生事业中，坚守廉洁奉公、不谋私利、不贪不腐、一心为国，闪耀着许多感人至深、影响深远的中华民族崛起光芒。

通过梳理近年来国外关于后疫情时代的社会影响、风险防控、应急管理相关研究，解析了后疫情时代概念和内涵。概述了后疫情时代的国外研究现状，分析了国外关于后疫情时代的城市规划、出行方式等社会影响以及风险防控与应急管理等核心问题的研究进展，总结了现有研究的特征与不足，对后疫情时代的进一步研究进行了展望。研究发现新冠肺炎疫情显著影响了人们的交往、出行、工作方式，推动了行业形态、科技发展和社会治理等方面的变革。后疫情时代最大的风险特征是不确定性，多风险耦合为应急管理实践带来新一轮挑战。

病毒是地球上数量最多的生物实体，在调控宿主群落组成、推动宿主进化及影响土壤元素的生物地球化学循环等方面起着非常重要的作用。概括了环境病毒的研究历史及发展现状，揭示了病毒生态学的发展历程；分析了土壤病毒生态学常用研究方法（包括表型、基因多样性、宏基因组、生物信息学分析等），阐述了土壤病毒的多样性、病毒在土壤生态系统中的生态功能；展望了环境噬菌体的应用（噬菌体疗法）及发展前景。

童年期是个体神经系统发育的关键期，发生在这一阶段的应激性事件将对个体的心理发展造成不同程度的近期和远期影响。为了应对新冠肺炎疫情的暴发，国际社会采取了一系列的政策，如关闭学校、鼓励社交隔离等，给儿童的心理社会环境带来冲击，增加了儿童出现心理问题的风险。介绍了新冠疫情下儿童（包括青少年）可能出现的心理问题，并探讨了政府、社会、以及家庭可以采取的应对措施，对如何促进疫情后儿童的心理复原提出了建议。

根据新型冠状病毒肺炎疫情，分析了国际科技合作在疫情防控中的作用。研究显示，疫情防控涉及国际科技合作多个方面，包括及时交换疫情扩散信息、开展国际间应急联合科研攻关、共享抗病毒药物和医疗技术、人员能力培训和疫情防控体系建设等。从全球治理和国际科技合作的视角，提出了新时期疫情防控的相关政策建议。

与相控阵通过阵元之间的相差控制波束指向不同，频率分集阵列（FDA）雷达通过在阵元间引入频差的方式可以实现更高自由度的波束控制。概述了国内外频率分集阵列雷达的研究进程，重点从阵列结构及方向图解耦技术、电子反对抗技术应用、电子对抗技术应用等方面梳理并分析了FDA当前的国内外研究现状。在此基础上，针对基于解耦的FDA非时变波束控制、基于FDA的电子战技术以及基于FDA雷达实用化研究等后续亟待解决的关键技术难点问题展开分析。分析得出，要实现基于FDA的实战化应用，需要得到可行的非时变FDA距离-角度解耦波束控制方法，并开展基于FDA结构分析、发射波形设计和频控函数设计的综合应用研究，从而推进目前处于概念系统设计阶段的FDA雷达的实战化应用进程。

收集美国历年发布关键矿产相关的研究报告、政策文本等资料，梳理了美国关键矿产战略的发展历程，总结了其演化特征：（1）战略意图从单纯面向供应安全到以保障安全供应为由满足政治和外交需求；（2）关键性评估方法从关键矿产的静态、定性评估到针对制造业的全产业链动态评估；（3）供应链政策导向从提出“去全球化”到突出“去中国化”；（4）关键性评估对象从关键矿产到与其相关的“卡脖子”技术。美国关键矿产战略呈现出上述演化特征，主要是受到了美国国家安全边界的扩张、“再工业化”资源需求的增长、冷战思维的回归和维护全面实力优势意图的确立等多方面因素的影响。结合中国关键矿产战略的制定和调整，提出了建立和完善中国关键矿产评估体系、推动国内产学研的关键技术协同研发、加强对外关键矿产供应链合作等建议。

为积极应对中国人口老龄化的重要任务，提出了主动健康管理（PHM）服务模式的理念。PHM是以人为本的模式，强调个人是健康的“第一责任人”，旨在实现“人人参与、人人尽力、人人享有”的健康管理模式。剖析了中国健康管理学科的发展历程，提出开创“主动健康模式”新时代所需要的5个发展维度，即通过提高主动健康管理素养水平，精准预测健康风险，智能预警预测健康事件，有效干预健康结局，从而促进全民健康。基于这5个发展维度，探讨了主动健康管理新模式所需的支撑条件和技术体系，包括理念变革及政策支持、信息技术与物联网技术、健康监测技术、健康行为干预技术以及推进社区示范与评价研究，总结了主动健康管理模式在健康管理学、数据生态领域、人工智能、社区实践、循证医疗发展中存在的问题和未来攻关方向。

回顾了光学领域在2021年的重大进展，盘点了微纳光学、强激光与超快光学、超分辨与成像技术、量子计算与光通信、生物光子学、量子光学、光学探测与整形、涡旋光、孤子光学、人工智能、光学传感、太赫兹光学、光伏光电、照明显示和拓扑光子学等15个光学技术研究领域的重大进展，探讨了其在未来可能会对人类生存及生活方式产生的巨大影响。

新冠肺炎病毒不断变异的毒株的系列新特征，给传统的传染病防控方法与公共卫生防控体系带来了巨大的挑战。充分发挥数字技术在抗疫过程中的关键赋能价值，全面构建精准的常态化监测预警及智慧防控体系，系应对上述挑战的有效途径。通过对疫情智慧防控体系构成要素的剖析，揭示联邦学习对建立跨区域、跨部门的智慧疫情防控体系的关键路径作用。并基于跨区域涉疫数据分类及防控工作要点，研究设计了基于联邦学习的跨区域疫情智慧防控技术及其平台应用。该应用已在上海市以及长三角区域的抗疫实践中取得了显著成效。

党的十八大以来，新粮食安全战略为保障国家粮食安全提供了重要依据。面对国内外新格局、新形势，一些新理念、新思想、新政策不断引入和补充，持续丰富和扩宽了中国特色粮食安全道路的内涵和边界。在此背景下，回顾了党的十八大以来新粮食安全战略指导下中国粮食安全所取得的重要成就和重大意义，梳理了当前粮食安全战略的演变路径和重点转变特征，即从“顾全面”到“保重点”、从“促产出”到“强产能”、从“压产区”到“一盘棋”、从“重数量”到“提质量”、从“生产端”到“全链条”的5大转变。提出了在政策选择方面，应从深入落实“藏粮于地、藏粮于技”战略，完善农民种粮、地方抓粮“两个积极性”体制机制，建立“双碳”目标下粮食安全与绿色发展的协同机制，打造立足国内生产与统筹国际资源的“双循环”体系，构建以“大食物观”为引领的全方位食物保障系统5方面着手，推动中国粮食安全水平进一步提高。

以mRNA疫苗为代表的第三代疫苗技术在抗击新型冠状病毒肺炎的过程中发挥了巨大作用。卡塔琳·卡里科和德鲁·魏斯曼合作开发的利用假尿苷及其类似物修饰mRNA的技术是mRNA疫苗成功研制的关键基础。通过回顾该技术的主要开拓者卡塔琳·卡里科的科研历程和新冠mRNA疫苗的研发工作，提出了相关的思考和启示。卡里科的成功与其在困境面前坚定信念，持之以恒地踏实从事基础研究的精神品质是密不可分的，启发学界与社会要进一步关注基础研究在推动源头性创新上的关键作用。

能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础。纵观人类社会发展历史，人类社会文明的每一次重大进步都伴随着能源利用的改进和革命。储能技术在促进能源生产消费、开放共享、灵活交易、协同发展，推动能源革命和能源新业态发展方面发挥着至关重要的作用，是新能源与可再生能源发展的核心支撑，储能技术的创新突破将成为带动全球能源格局革命性、颠覆性调整的重要引领技术。当前，世界主要发达国家纷纷加快储能技术和产业的发展，抢占能源战略突破高点。

通过梳理中国工业互联网的发展历程，分析了工业互联网的建设意义、发展路径。在党的各项方针政策的指引下，中国积极推进两化融合战略，进一步加速制造强国和网络强国建设的协同发展，加快工业现代化的历史进程。中国近年来一直大力支持工业互联网的发展与迭代，强调利用信息技术提升中国制造的全要素生产率，有利于推动信息化和工业化在更广范围、更深程度、更高水平上实现融合发展。

以美国虚拟国家实验室（virtual national laboratory，VNL）为研究对象，运用文献研究法和案例分析法，梳理VNL发展路径和管理模式，以高新技术研发与应用转化为主线，总结提炼政府部门统筹协调、多类主体协同联动、高效信息沟通机制下的多主体、跨学科、全链路协同创新运行机制特点。结合VNL经验启示和中国当前矛盾问题，提出应积极探索市场需求牵引、跨产业链、复合型科研项目的创新机制，发挥国家实验室承上启下的衔接作用，撬动产业力量对基础科研形成补充，建立多主体、跨学科的科研需求响应机制等启示建议。

分析了发展海洋碳汇市场交易的优劣势，从海洋碳汇交易市场的构建原则、模式选择、发展路径、要素设计、运行机制及保障措施等方面，综合分析探讨了中国海洋碳汇交易市场的构建策略。结果表明：（1）中国海洋碳汇交易市场的构建应采取“市场+政府”的模式，同时市场建设应采取分阶段发展的路径安排；（2）海洋碳汇交易市场建设内容包括市场要素和供求、价格、风险等市场运行机制及支撑机制；（3）为保障海洋碳汇交易市场能够持续、有效地运行，需加强组织领导、完善体制机制，加强顶层设计、完善法律体系，深化科学研究、提高技术水平，注重人才培养、强化智力支持。

风云系列气象卫星是我国重要的空间基础设施，是气象现代化的重要标志。自1988年成功发射第1颗风云气象卫星以来，我国已成功发射了两代四型19颗风云系列气象卫星，目前8颗卫星在轨业务运行，已形成极轨和静止2个系列气象卫星的组网观测体系，实现了气象卫星系列化、业务化自主发展。风云气象卫星整体实力跻身国际先进行列，有力支撑了气象防灾减灾，为我国经济社会发展、“一带一路”建设等做出了重要贡献。介绍了我国风云气象卫星的发展历程，综述了卫星数据在数值天气预报、天气监测、气候和气候变化、生态环境灾害监测、农业遥感监测和“一带一路”服务等方面的研究和应用进展，展望了风云气象卫星的未来发展。

软体机器人具有多样的运动自由度和良好的环境适应性，而低刚度限制了其实际操作的承载能力。因此，发展面向软体机器人的变刚度技术是当前研究的前沿热点问题。综述了近5年新型变刚度技术进展，分析了其工作原理（静电吸附原理、层干扰原理、自锁折纸机理、电/磁流变原理和最小势能原理）、变刚度性能及实际应用。讨论了当前变刚度技术的挑战和未来的发展方向，并探讨了新一代变刚度技术的潜在研究价值。