自然资源部的组建主要是为统一行使全民所有自然资源资产所有者职责，统一行使所有国土空间用途管制和生态保护修复职责，着力解决自然资源所有者不到位、空间规划重叠等问题，实现山水林田湖草整体保护、系统修复、综合治理。这里的“统一”、“整体”、“系统”、“综合”都源于自然资源的综合观，与此相关的另一个重要视角是动态观。因此，自然资源统一管理需要对自然资源的综合观和动态观有一个全面的认识。

自然资源的内涵与分类

1. 概念及其含义

自然资源包括地球表面积（空间）、土壤肥力、地壳矿藏、水、野生动植物等。

自然资源的范畴随着人类社会和科学技术的发展而不断变化。人类对自然资源的认识，以及自然资源开发利用的范围、规模、种类、数量和深度，都在不断发展，现在把环境质量和生态服务也视为自然资源，而且人们对自然资源已不再是一味开发利用，而是发展出保护、治理、抚育、更新等观念。

自然资源与生态环境是两个不尽相同的概念，但具体对象和范围又是同一客体。因此有人把自然资源和生态环境比喻为一个硬币的两面，自然资源是人类社会从生态环境中获取的初始投入。同时，自然资源不仅是一个自然科学概念，也是一个人文社会科学概念。

2. 自然资源的分类

自然资源可划分为“可更新”与“不可更新”两大类。可更新资源是在人类时间尺度上可天然再生的有用物品。“可更新”是一个相对而不是绝对的概念，取决于人类认识和利用，某些“可更新”资源在一定时间周期和空间单元上可能被看作“不可更新”资源。可更新资源可分为两个亚类：一类为恒定性，太阳能、风能、光能、大气等，这些资源基本上是恒定的，不受人类利用的影响；一类为是临界性，如土地、森林、动物、水质等资源。临界性资源，若其利用强度不超过可更新能力，能保持自然再生；如果加以管理以人为地增加流量，还能维持较高的利用水平。不可更新资源，又称储存性资源，储存在地壳当中而且不可再生。这两类资源的划分相对的。

自然资源的综合观

1. 生态系统的整体性

生态系统是由各种生态因子组成的一个整体，包括生物因子和非生物因子两大类。前者包括植物、动物、微生物，尤其是人类活动（狩猎、放牧、垦殖、灌溉、采伐、采矿、建设、污染等）。后者包括诸如气候（日照、温度、湿度、降水、风等），地质（地质构造、岩石、矿物），地形（地貌形态、高度、坡度、坡向），土壤（基质、质地、养分、水分、团粒结构、肥力）、水（水量、水质）等因子。

生态系统内各生态因子之间相互影响，相互作用，相互依存，相互制约，其中一种因子的改变必然会引起其他一系列因子的改变。这种关系不仅存在于各非生物因子之间和各生物因子之间，也存在于生物因子与非生物因子之间。不仅环境作用于生物和人类，生物和人类也反过来影响环境。

2. 生态系统服务与人类福祉的关联性

生态系统服务是生态系统在自然资源生态过程中形成和维持的、人类生存和发展必不可少的环境条件与效用，是人类直接或间接从生态系统中获得的所有效益。生态系统给人类提供各种服务，包括供给服务、调节服务、文化服务以及支持服务。

3. 自然资源利用的综合性

各种自然资源的利用相互联系、相互制约，构成一个整体系统。例如，开发利用土地资源离不开利用水资源，开采和冶炼金属矿需要配合利用能源。更重要的是，开发利用一种自然资源会造成一系列生态环境影响。即使是不可更新资源，其存在也总是和周围的条件有关；特别是当它作为一种资源为人类所利用时，必然会影响周围的环境。如开采矿石使土地废弃，排出废物和消耗能源也不可避免地给环境带来影响。

此外，各地区之间的自然资源利用也相互影响。

由此可见，自然资源的整体性主要是通过人与资源系统的相互关联表现出来的。人类通过一定的经济技术措施开发利用自然资源，在这一过程中又影响生态环境，人与自然资源之间构成相互关联的一个大系统。

图1 经济增长主导因素在不同经济社会发展阶段的演变

4. 自然资源管理的统一性

自然资源的综合性和整体性决定了自然资源管理必须是统一的。将国土资源部的职责，国家发展和改革委员会的组织编制主体功能区规划职责，住房和城乡建设部的城乡规划管理职责，水利部的水资源调查和确权登记管理职责，农业部的草原资源调查和确权登记管理职责，国家林业局的森林、湿地等资源调查和确权登记管理职责，国家海洋局的职责，国家测绘地理信息局的职责整合起来，将土地、矿产、湖泊、河流、湿地、森林、草原、海洋统统划到自然资源部之下进行综合管理。

自然资源的动态观

1. 自然资源的动态属性

资源概念、资源利用的广度和深度都在历史进程中不断演变。一般说系统的结构越复杂，其对外界的干扰也具有较大的抵抗能力，而组成和结构比较简单的生态系统，对外界环境变化的抵抗能力则比较差。

在“人类-资源生态系统”中，人类已成为十分活跃、十分重要的动因，系统的变动性更加明显。正的方面如资源的改良增值，人与资源关系的良性循环；负的方面如资源退化耗竭。人类应当努力了解各种资源生态系统的变动性和抵抗外界干扰的能力，预测人类-资源生态系统的变化，使之向有利于人类的方向发展。

2. 资源价值随人类需要和能力的发展而变化

自然资源本质上是自然环境和人类社会相互作用的一种价值判断与评价，是以人类利用为标准的。人类的能力和需要创造了资源的价值。虽然地球的总自然秉赋本质上是固定的，但资源却是动态的，没有已知的或固定的极限。迄今的资源利用史就是不断发现的历史，对基本自然资源的定义在不断拓展。

历史上的技术革新，从原先无价值或未利用的自然物质中突然创造出各种资源。自然界中生态环境质量资源的价值虽然不直接伴随技术和经济条件而变化，但响应于人类价值、需求和生活方式的变化，而不断产生新的意义。随着人们越来越相对富足，他们才有能力将注意力转向非物质的生态环境价值。

3. 主导自然资源的演进

人类社会发展过程中，人口不断增多，生活水平不断提高，对自然资源的需求不断增加。同时，随着人类认识能力尤其是科学技术不断进步，自然资源的概念不断演进，对自然资源的开发利用，在种类、数量、规模、范围上都不断扩展。

主导自然资源随社会发展不断演变。20世纪50年代以前，石油都采自陆地；现在人类已在海洋开采石油。其他资源的开采范围也在向海洋扩展，未来的人类很可能会到月球、火星上去开采资源。“洪水猛兽”曾被看作灾难，但当人类有能力驾驭它们以后，也可以变为资源。

工业化以来，人类社会的资源结构、经济活动及其对生态环境的影响在不断发生变化。前工业化时期，主要开发利用普遍存在的天然资源（可称第一资源）。而附加了人类投入的自然资源（可称第二资源）如矿产品、农副产品等，在进入工业化初期时开始显现其重要性，在工业化中期更占主导。工业化后期，包括第一资源和第二资源在内的物质性资源地位逐渐下降，而智力、生态环境等非物质性资源地位逐渐上升，乃至占据主导地位。

4. 资源承载能力的动态性

承载能力最初是指一定范围内的生境（或土地）可持续供养的最大种群（或人口）数量。“可持续”意味着资源利用应限制在一定水平上，从而不使环境发生显著变化，而使资源生产力得以长期维持。

资源承载能力受投入水平、技术进步等因素的影响，是动态变化的。生态系统处于不断的演替过程中，这种演替受多种生态因子影响。按其作用可归为两类因子：利导因子和限制因子。整个系统就是在这种组合“S”型的交替增长中不断阶梯式地演进和发展，不断打破旧的平衡，出现新的平衡。

5. 自然资源在社会经济发展中作用的变化

人类社会的发展先后经历了狩猎-采集文明时代、农业文明时代、工业文明时代，社会的经济总量在不断增长。进入工业文明时代以后，人类社会生产力水平大幅提高，人类利用资源、改造自然的能力大大增强。在工业文明初期，资本以其稀缺的特性和在经济发展中可以带来规模效益而成为该时期的主导发展要素。在工业文明中期，技术的优势逐渐显现出来，技术成为该时期主导发展要素。到了工业文明后期，随着计算机等各种通信设备的不断完善，信息逐渐在经济发展中上升为主导发展要素。由于工业文明时期人类社会的发展观基本上偏重于经济增长，导致人与自然矛盾日渐突出。人们在经济增长的同时，注意到与资源、环境和谐的必要性，人类社会的发展将不可避免地进人一个新的文明时代，即生态文明时代。以资源、环境相和谐为主要特征的“生态化”将在未来的经济发展中居于主导发展要素的地位(如图1)。

这一演替规律表明，劳动、自然资源、资本、技术、信息以及未来的生态化先后成为人类社会经济发展的主导发展要素，在人类社会的经济增长中发挥重要作用。虽然主导发展要素不断更迭，但是这并不意味着先前的主导发展要素不再发挥作用；只是先前的主导发展要素不再居于主导地位，但依然起到重要作用，且其形式也随着经济的发展不断适应变化。对于一个当前处于工业化初期的区域来说，其经济的跨越式发展必须同时兼顾劳动力、资本、技术、信息、生态等多个主导要素的更替。

回顾各生产要素在不同经济社会发展阶段中重要性的演变过程，可以看到，自然资源是经济社会发展的必要条件，但不是充分条件。在自然资源与经济社会的相互关系中，自然资源毕竟处于被动地位。自然资源只能提供人类活动的条件和可能性，只有依靠人类的努力，才能把这种条件和可能性变为现实。资源优势转化为经济优势的根本动力在人、规划管理和体制等经济社会条件。为什么在相似的自然环境下会出现生产力水平悬殊的情况？为什么自然资源和自然条件较差的一些国家和地区也能率先进入发达社会？这不是自然资源禀赋的差异所能够解释的。

自然条件和自然资源的影响是不断变化的，而且变化是有规律的。制约这一变化的主导因素是生产力水平。生产力的发展水平左右着人与自然间的相互关系。生产力水平越低，人们对自然的依赖性越大。生产力水平越高，人们对自然的依赖性越小，人们利用自然的程度就越高。生产力水平提高的结果，并不是人们可以离开自然，而是更深入地利用自然。从这个意义上说，生产力水平提高以后，人与自然的关系更加密切了。

总之，自然资源对一个国家经济发展和社会繁荣的重要意义自不待言，但在发展阶段不同的国家或地区，自然资源所起的作用却不尽相同。随着发展阶段的提升，自然资源的作用会逐渐减弱，而资本和人力资源的作用会越来越显著。

（作者单位:蔡运龙：北京大学；王尧：自然资源部中国地质调查局发展研究中心。本文获授权发布）

由中国科学院、中国工程院主办，中国科学院学部工作局、中国工程院办公厅、中国科学报社承办，中国科学院院士和中国工程院院士投票评选的2017年中国十大科技进展新闻、世界十大科技进展新闻，2017年12月31日在京揭晓。

此项年度评选活动至今已举办了24次。评选结果经新闻媒体广泛报道后，在社会上产生了强烈反响，使公众进一步了解国内外科技发展的动态，对宣传、普及科学技术起到了积极作用。

2017年中国十大科技进展新闻  

1.我国科学家利用化学物质合成完整活性染色体

我国科学家利用化学物质合成了4条人工设计的酿酒酵母染色体，标志着人类向“再造生命”又迈进一大步。该研究利用小分子核苷酸精准合成了活体真核染色体，首次实现人工基因组合成序列与设计序列的完全匹配，得到的酵母基因组具备完整的生命活性。该研究结果2017年3月10日在《科学》发表，我国也成为继美国之后第二个具备真核基因组设计与构建能力的国家。自2012年开始，天津大学、清华大学和深圳华大基因研究院与美国等国家的科研机构共同推动了酵母基因组合成国际计划（Sc2.0），旨在对酿酒酵母基因组进行人工重新设计和化学再造。我国科学家此次成功合成的4条酿酒酵母染色体，占Sc2.0计划已经合成染色体的2/3。 

2.国产水下滑翔机下潜6329米刷新世界纪录

我国自主研发的“海翼”号水下滑翔机于2017年3月在马里亚纳海沟挑战者深渊，完成大深度下潜观测任务并安全回收，最大下潜深度达到6329米，刷新了水下滑翔机最大下潜深度的世界纪录。“海翼”号水下滑翔机是根据中科院B类战略先导专项的部署，由中科院沈阳自动化所研制的、具有完全自主知识产权的新型水下观测平台。从原理样机的研发到深渊观测任务的圆满完成经历了13个年头，包含浅海、深海、深渊等不同型号的水下滑翔机20余台。此次“海翼”号在马里亚纳海沟共完成了12次下潜工作，总航程超过134.6公里，收集了大量高分辨率的深渊区域水体信息，为海洋科学家研究该区域的水文特性提供宝贵资料。  

3.世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机诞生
  

2017年5月3日中国科技大学潘建伟院士科研团队宣布光量子计算机成功构建。潘建伟团队在多光子纠缠领域始终保持着国际领先水平，团队利用自主发展的综合性能国际最优的量子点单光子源，通过电控可编程的光量子线路，构建了针对多光子“玻色取样”任务的光量子计算原型机。实验测试表明，该原型机的取样速度比国际同行类似的实验加快至少24000倍，通过和经典算法比较，也比人类历史上第一台电子管计算机和第一台晶体管计算机运行速度快10倍至100倍。这台光量子计算机标志着我国在基于光子的量子计算机研究方面取得突破性进展，为最终实现超越经典计算能力的量子计算奠定了坚实基础。 

4.国产大型客机C919首飞

我国首款国际主流水准的国产大型客机C919于2017年5月5日14时许在上海浦东国际机场首飞。C919的全称是“COMAC919”，COMAC是C919的主制造商中国商飞公司的英文名称简写，“C”既是“COMAC”的第一个字母，也是中国的英文名称“CHINA”的第一个字母，体现了大型客机是国家的意志、人民的期望。第一个9寓意“天长地久”，19寓意C919大型客机最大载客量190人。C919拥有完全自主知识产权，是建设创新型国家的标志性工程，凝聚了国内最优秀的设计人才和工程人才，针对先进的气动布局、结构材料和机载系统，研制人员共规划了102项关键技术攻关，包括飞机发动机一体化设计、电传飞控系统控制律设计、主动控制技术等。  

5.我国首次海域天然气水合物试开采

2017年5月18日，我国首次实现海域可燃冰试采成功，南海神狐海域天然气水合物（又称可燃冰）试采实现连续187个小时的稳定产气。这是“中国理论”“中国技术”“中国装备”所凝结而成的突出成就，中国人民又攀登上了世界科技的新高峰。源源不断的天然气从1200多米的深海底之下200多米的底层中开采上来，点燃了全球最大海上钻探平台“蓝鲸一号”的喷火装置。这是我国首次，也是全球首次对资源量占比90％以上、开发难度最大的泥质粉砂型储层可燃冰成功实现试采。从“蓝鲸一号”起步的可燃冰试采，不仅对我国未来的能源安全保障、优化能源结构具有重要意义，甚至可能给世界能源接替研发格局带来改变。  

6.我国“人造太阳”装置创造世界新纪录

国家大科学装置——全超导托卡马克核聚变实验装置东方超环（EAST）实现了稳定的101.2秒稳态长脉冲高约束等离子体运行，创造了新的世界纪录。这一重要突破标志着，我国磁约束聚变研究在稳态运行的物理和工程方面将继续引领国际前沿。东方超环是世界上第一个实现稳态高约束模式运行持续时间达到百秒量级的托卡马克核聚变实验装置，对国际热核聚变试验堆（ITER）计划具有重大科学意义。由于核聚变的反应原理与太阳类似，因此，东方超环也被称作“人造太阳”。该成果将为未来ITER长脉冲高约束运行提供重要的科学和实验支持，也为我国下一代聚变装置——中国聚变工程实验堆的预研、建设、运行和人才培养奠定了基础。  

7.中国科学家首次发现突破传统分类新型费米子

中国科学院物理研究所科研团队首次发现了突破传统分类的新型费米子——三重简并费米子，为固体材料中电子拓扑态研究开辟了新的方向。这一研究成果于2017年6月19日由《自然》杂志在线发表。寻找新型费米子是近年来拓扑物态领域一个挑战性的前沿科学问题，也是该领域国际竞争的焦点之一。此次新型费米子的发现从理论预言、样品制备到实验观测的全过程，都是由我国科学家独立完成的，它是凝聚态物理中固体理论的一个重要突破。这一研究成果对促进人们认识电子拓扑物态、发现新奇物理现象、开发新型电子器件以及深入理解基本粒子性质都具有重要的意义。  

8.量子通信“从理想王国走到现实王国”

2017年1月18日，我国研制的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”在圆满完成４个月的在轨测试后，正式交付使用。2017年6月16日，中国科学技术大学潘建伟、彭承志等带领的团队宣布，利用“墨子号”在国际上率先成功实现了千公里级的星地双向量子纠缠分发，并于此基础上实现了空间尺度下严格满足“爱因斯坦定域性条件”的量子力学非定域性检验。世界首条量子保密通信干线——“京沪干线”于9月29日正式开通。结合“墨子号”卫星，我国科学家成功与奥地利实现了世界首次洲际量子保密通信。“墨子号”圆满实现了三大既定科学目标，用潘建伟的话说，千公里级的星地双向量子通信，终于“从理想王国走到了现实王国”。  

9.中科院推出高产水稻新种质

由中科院亚热带农业生态研究所夏新界研究员领衔的水稻育种团队于2017年10月16日宣布，历经十余年研究，团队日前培育出超高产优质“巨型稻”：株高可达2.2米、亩产可达800千克以上、具有高产、抗倒伏、抗病虫害、耐淹涝等特点。经农业部植物新品种测试中心DNA指纹检测，以及华智水稻生物技术有限公司56k水稻SNP基因芯片指纹图谱检测，确认“巨型稻”是一种水稻新种质材料。这种“巨型稻”光合效率高，单位面积生物量比现有水稻品种高出50%，平均有效分蘖40个，单穂最高实粒数达500多粒，单季产量可超过800千克/亩。它是运用突变体诱导、野生稻远缘杂交、分子标记定向选育等一系列育种新技术，获得的水稻新种质材料。  

10.“悟空”发现疑似暗物质踪迹

2017年11月30日，中国暗物质粒子探测卫星“悟空”的首批探测成果在《自然》杂志上刊发。“悟空”测量到电子宇宙射线能谱在1.4万亿电子伏特（TeV）能量处的异常波动。这一神秘讯号首次为人类所观测，意味着中国科学家取得了一项开创性发现。如果后续研究证实这一发现与暗物质相关，将是一项具有划时代意义的科学成果，人类就可以跟随着“悟空”的脚步去找寻宇宙中５％以外的广袤未知，这将是一个超出想象的成就。即便与暗物质无关，也可能带来对现有科学理论的突破。“悟空”投入相对小，在“高能电子、伽马射线的能量测量准确度”和“区分不同种类粒子的本领”两项关键技术指标方面世界领先。 

2017年世界十大科技进展新闻 

1.新传感器技术可实现意念操控机械假肢

一个国际团队在《自然—生物医学工程》上发表论文表示，在他们研发的传感器技术助力下，机械假肢能探测到使用者脊髓运动神经元发出的电信号，使假肢的控制更加灵活，这相当于用意念控制假肢。有关技术有望帮助截肢人士恢复更多活动功能。这种新传感器能让机械假肢直接探测到来自脊髓运动神经元发出的电信号，比起单纯依靠肌肉抽动来控制的方式，这样的操控可做到更精确，可完成的动作也更复杂，机械假肢的实用性随之提高。团队下一步将对这一新型机械假肢进行更大范围的临床测试，经过不断改进后，这类产品有望在未来三年进入市场。  

2.DNA数据存储新法问世

美国科学家在2017年3月2日出版的《科学》杂志上报告说，他们想出了一种新的方式将数据编码进脱氧核糖核酸（DNA），从而创造出迄今最高密度大规模数据存储方案。在这套系统中，1克DNA具有存储215拍字节（2.15亿千兆字节）的能力。原则上，它可以将人类有史以来的所有数据存储在一个大小和重量相当于两辆小货车的容器中。然而这项技术能否起飞主要取决于成本。用DNA存储数据有很多优势。它是超级压缩的，并且在寒冷干燥的地方可以保存数十万年。同时只要人类社会还在读取和书写DNA，他们就能够解码这些信息。科学家还可以为这些文件制作几乎不受数量限制的无差错文件副本。  

3.“二手”火箭,成功发射回收

美国太空探索技术公司于2017年3月30日利用翻新的“二手”火箭把一颗商业通信卫星发射上天，这是人类太空史上的第一次。此次发射的主要任务是把欧洲卫星公司的SES-10卫星送至地球同步静止轨道，但特殊之处在于这枚“猎鹰9”火箭的第一级曾于2016年4月为国际空间站运送过货物，此后降落在太平洋的一艘无人船上，是人类从海上成功回收的第一个火箭第一级。经翻新并加上第二级后，火箭第一级被运回肯尼迪航天中心再次承担轨道级发射任务。火箭第一级回收的目的是研制可重复使用的运载火箭。传统火箭都是一次性使用，一旦能够回收重复使用，将有望降低发射成本。  

4.3D打印卵巢具有生育能力

2017年5月16日出版的《自然—通讯》杂志报道称，美国科学家通过3D打印技术，由凝胶制成的人工卵巢能够使老鼠受孕并产下健康的后代。在这项研究中，科学家使用了一个具有发射凝胶喷嘴的3D打印机，而其所使用的凝胶来源于动物卵巢中天然存在的胶原蛋白。研究人员通过在载玻片上打印各种重叠的凝胶纤维图案来构建卵巢。随后，他们利用外科手术摘除了7只小鼠的卵巢，并在其位置上缝合了人工卵巢。小鼠交配后，其中3只雌鼠分别产下了健康幼崽。这些产崽的雌鼠同时还能自然泌乳，这表明嵌入支架的卵泡产生了正常水平的激素。该成果或能帮助因放疗或化疗导致不育的癌症幸存者恢复生育能力。  

5.科学家成功用引力为星球测重

《科学》杂志于2017年6月7日发文称，爱因斯坦的广义相对论提出100年后，科学家成功地运用该理论确定了一颗白矮星的质量，使当初在爱因斯坦看来“不可能的希望”成为现实。科学家在5000多颗恒星中寻找具有这种直线排列形式的星球，发现白矮星STEIN 2051 B恰好有着这种完美的定位——它在2014年3月正好位于一颗背景星球之前。他们利用哈勃望远镜对此现象进行观察，测量背景星球表观位置的微移动，这一作用被称作天体测量的微引力透镜效应。根据所测得的数据，他们估计，该星球的质量约为太阳质量的0.675倍。直接测量STEIN 2051 B的质量对理解白矮星的进化具有重要意义。  

6.全球首次发现双粲重子

欧洲核子研究中心于2017年7月6日宣布，经多国科学家共同努力，在世界上首次发现了一种被称为双粲重子的新粒子，这将有助于人类深入理解物质的构成和强相互作用的本质。中国团队对这一发现功不可没。这一最新发现来自欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC）上的底夸克探测器（LHCb）合作组。据介绍，这种双粲重子含有两个质量较大的粲夸克和一个上夸克，质量约3621兆电子伏，几乎是质子质量的4倍，理论预期其内部结构迥异于普通重子。底夸克探测器是欧洲核子研究中心大型强子对撞机上的粒子物理实验装置之一，专门研究重夸克粒子的产生和衰变。  

7.华人科学家宣布发现“天使粒子”

美国斯坦福大学华人科学家张首晟等人于2017年7月20日在《科学》杂志上报告说，他们首次发现了马约拉纳费米子存在的证据。这一重大发现解决了困扰量子物理学80年的难题，对量子计算也具有重要意义。张首晟领导的理论团队预言了通过怎样的实验平台能够找到马约拉纳费米子，哪些实验信号能够作为证据；加利福尼亚大学洛杉矶分校的何庆林、王康隆以及欧文分校的夏晶领导的实验团队与理论团队密切合作，在实验中发现了被称为手性马约拉纳费米子的一类最基本马约拉纳费米子。意大利物理学家埃托雷·马约拉纳预言，自然界中可能存在一类特殊的粒子，它们的反粒子就是自身，这种粒子被称为马约拉纳费米子。  

8.科学家用基因剪刀修复人类早期胚胎致病基因

2017年8月2日出版的《自然》杂志报告，一个国际团队利用CRISPR基因编辑技术，成功修复了人类早期胚胎中一种与遗传性心脏病相关的基因突变。这是美国国内首次进行人类胚胎基因编辑。研究人员以肥厚型心肌病为研究对象。这是一种常见的单基因遗传病，由MYBPC3基因突变引起，是青壮年运动员猝死的主要原因之一。研究人员利用CRISPR基因编辑技术修复了人类早期胚胎中的这种突变，且定向非常精确，没有在非靶点位置产生突变。研究人员介绍，精确的基因编辑技术还有助获得更多健康胚胎，提高体外受精成功率。但研究团队谨慎表示，相关基因编辑方法仍需进一步优化。  

9.世界首个分子机器人诞生

《自然》杂志于2017年9月20日报道，英国曼彻斯特大学科学家研制出世界上首个“分子机器人”，其能接收化学指令并完成组装分子等基本任务，未来可用于研发药物、设计先进制造工艺以及搭建分子组装线和分子工厂。组成分子机器人的碳、氢、氧和氮等原子总共只有150个，大小只有百万分之一毫米，将几百亿个这种机器人堆起来，也只有一粒盐那么大。但如此微小的分子机器人，却拥有机器手臂，能够根据指令操控单个分子，用机器手臂搭建分子产品。由于非常微小，这些分子机器人具有很多优势，能降低材料需求、加速药物研发、大幅减少能源消耗及推进产品微型化等。  

10.引力波研究获重要进展

全球多国科学家于2017年10月16日宣布人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波，并同时“看到”这一壮观宇宙事件发出的电磁信号。美国“激光干涉引力波天文台”（LIGO）捕捉到这个引力波信号。此后2秒，美国费米太空望远镜观测到同一来源发出的伽马射线暴。这是人类历史上第一次使用引力波天文台和电磁波望远镜同时观测到同一个天体物理事件，标志着以多种观测方式为特点的“多信使”天文学进入一个新时代。6月1日，科学家就称，第三次探测到了引力波。此次结果不仅再次验证了广义相对论，也为了解双黑洞系统的成因提供了线索。9月27日，宣布第四次探测到引力波，这是欧洲和美国的探测器首次共同发现引力波。 

建设中的“中国天眼”

地质专家在FAST现场查勘溶塌崩塌堆积体

2006年专家组初勘大窝凼

技术人员检查桩孔

9月15日，被誉为“中国天眼”的国家重大科技基础设施500米口径球面射电望远镜（FAST）首席科学家、总工程师南仁东先生逝世，社会各界深切缅怀。就在一年前的今天，FAST在贵州省黔南州平塘县大窝凼落成启用。它是具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜，其研制和建设体现了我国自主创新能力，实现了我国相关装置由跟踪模仿到集成创新的跨越。半个月前，中国科学院公布了2017年度中国科学院杰出科技成就奖授奖建议名单（通用领域），FAST工程研究集体成功入围。作为建设在地质环境复杂地区的国家重点工程，其选址、勘察、设计、施工甚至投入使用，都离不开地质工作。为什么会选址在偏远的岩溶洼地？如何解决相关环境工程地质问题？……带着这些问题，记者近日采访了曾经参与过FAST规划选址、勘查设计和施工建设的中国科学院遥感与数字地球研究所研究员聂跃平、中国地质环境监测院总工程师殷跃平、贵州正业工程技术投资有限公司董事长沈志平等几位工程地质专家。

2016年12月16日，FAST入选由《自然》杂志评出的2016年度重大科学事件。而刚刚公布的2017年度中国科学院杰出科技成就奖授奖建议名单，认为研究集体按期建成具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜FAST，在未来10~20年将保持世界领先地位，为我国在科学前沿实现重大原创突破提供了前所未有的机遇。其研制和建设体现了我国自主创新能力，实现了我国相关装置由跟踪模仿到集成创新的跨越；拥有3项自主创新：利用贵州天然喀斯特巨型洼地作为望远镜台址，自主发明主动变形反射面，自主提出轻型索拖动馈源支撑系统和并联机器人；研发了高强度高精度大跨度索网结构，高性能动光缆，大尺度高精度实时测量系统等一系列关键核心技术，取得多项技术突破，推动了我国众多高科技领域的科技进步与产业升级，在国家重大需求方面具有重要应用价值，将促进西部经济的繁荣和社会进步。这些成绩和荣誉的背后，是中国科学家和科研工作者以及建设者的智慧结晶。这其中，地质元素和构成必不可少。

为什么选址在大窝凼天然喀斯特巨型洼地？

选址工作跟进十多年，最后根据野外考察、模拟计算和综合评价优选台址

FAST工程从初步的设想、选址、勘察、设计、施工至投入使用，历经20余年。1994年，中国科学院第一轮选址；2007年7月，国家发改委正式批复立项；2008年12月，FAST工程奠基；2011年3月，FAST正式开工建设；2016年9月25日，“中国天眼”正式落成,“天眼”开眼。

在这20多年里，有一位科学家从中青年开始就伴随FAST一直走到现在。他，就是FAST观测台址系统总工程师、中国科学院遥感与数字地球研究所研究员聂跃平博士。“利用贵州天然喀斯特巨型洼地作为望远镜台址，是整个系统工程3项自主创新之一！”在他的办公室，聂跃平自豪地告诉记者。

作为FAST选址的主要负责人，曾在贵州省地矿局科研所工作过的聂跃平对“中国天眼”落户贵州功不可没。

1994年夏天，中科院原北京天文台（2001年国家天文台成立）副台长南仁东和彭勃博士等到中国科学院遥感与数字地球研究所咨询在全国范围内寻找适合建造大射电望远镜洼地事宜，之后便委托聂跃平到贵州做一次针对性的野外调查。同年8月至9月，聂跃平到平塘、普定等地进行了1个多月的实地调查，为在荷兰召开的LT大会提交了《中国贵州选址调查报告》，并得到大会充分肯定。随后，便开始了漫长的FAST探寻之路。

1994年底，中国天文界以北京天文台为核心，组成LT（SKA）中国推进委员会，推荐聂跃平为台址评价组组长。根据选址要求，选择的洼地必须符合尽可能圆、既要交通方便又要相对隔离、台址稳定、没有无线电干扰等若干要求。

聂跃平告诉记者，贵州虽然洼地众多，分布面积广泛，但要找到符合上述条件的洼地也十分困难。因此，根据以往在贵州的工作经验和岩溶洼地的发育规律，他选择在苗岭分水岭两侧的黔南州和安顺地区，应用遥感技术手段进行先期普查，然后在地形图上逐一标注，建立了300多个能够进行各种指标查询的洼地数据库，并完成了《大型射电望远镜中国贵州选址研究报告》博士后出站论文。在此基础上，聂跃平和中国推进委员会主任南仁东、副主任彭勃、国际LT中国代表吴盛殷、荷兰天文专家理查德先后到平塘、普定对部分洼地进行考察和电波干扰情况测量。1995年10月，LT第三次国际会议在贵州省贵阳市召开，会议代表到平塘、普定对洼地进行实地考察，对中国贵州选址给予了高度评价。

1997年，LT（SKA）中国推进委员会提出了LT（SKA）中国工程概念先导单元，即由我国独立建造一面世界最大单口径球面望远镜的创新方案的初步设想。经过不懈的努力和扎实的研究工作，FSAT最终获得国家立项。

聂跃平介绍，FAST是一个大科学工程，对洼地的要求随着工程的不断优化而改变，对洼地的直径要求从开始的300米、350米、400米直到500米，因此选址工作一直跟进了十多年。最后根据野外考察、模拟计算和综合评价，优选出平塘大窝凼洼地作为FAST观测台址。FAST立项后，选址组围绕FAST对台址的严苛要求，应用遥感、GIS、虚拟技术等，对大窝凼进行了台址的工程稳定性、水文工程地质、岩溶地质灾害、周边环境、工程开挖量等一系列工程问题展开了工程性研究，并向国家天文台FAST项目指挥筹备组提交了相关报告，肯定了大窝凼可作为FAST观测台址的可行性。

“从1994年到现在，20多年过去了，我从中青年开始伴随FAST走到今天，经历了漫长的时间考验，也遇到种种困难。但是一想到能利用家乡的地利优势实现FAST工程，就感到无比欣慰!”对此，聂跃平感慨万千。

FAST观测台址遇到的环境工程地质问题如何解决？

创新勘察方法，地下河洪涝灾害、断裂破碎带、巨石混合体、松动岩体、球冠状边坡等问题被逐一破解

我国西南岩溶地区地质环境复杂，如何解决FAST观测台址遇到的环境工程地质问题？记者采访了中国地质环境监测院总工程师殷跃平，他也是这次杰出科技成就奖授奖建议名单中唯一一位中科院系统外的贡献者。“地表像是一口直径达500米的大锅，地下却是非常复杂的岩溶灾害体。”殷跃平开门见山地告诉记者。

FAST观测台址选定大窝凼场洼地后，地质问题成了FAST建设成败的关键。2006年4月，殷跃平初次受国家天文台邀请，参加了FAST观测台址建设可行性论证技术组的工作。因其丰富的岩溶工程地质经验，2008年8月，受国家天文台的聘请，兼任了观测台址建设的地质总工程师。

殷跃平告诉记者，FAST观测台址建设面临的第一个难题，就是地下河洪涝灾害。这里地处贵州高原到广西丘陵平原地区的斜坡地带，串珠状的峰丛峰林洼地非常发育。表面上看，它是一个完整的洼地，实际上大窝凼洼地底部（即锅底）50多米深发育有贵州最大的地下河——大小井岩溶地下暗河。

“当时中国地质调查局正在组织实施的西南地区岩溶地下河地质大调查项目提供了很好的基础资料，前期调查表明，这条地下暗河一直流到了广西境内。它通过漏斗和落水洞将大窝凼与地下河建立了水力联系，这意味着地下水动态变化非常大，在极端暴雨的情况下，地下河水将上涨数十米。同时，在建设期间，土石方工程也将会改变洼地产流和径流条件，从而导致洪涝灾害。”后来，针对这一问题，可行性方案提出了新型的螺旋形加放射状截排水措施，并沿洼地底部设立了1公里长的泄洪隧洞，从根本上消除了FAST场地的洪涝风险。

第二个问题就是断裂破碎带的地质工程问题。贵州的岩溶地下河往往与断裂带有关，技术人员现场工程地质勘察发现，长达十多公里的董当断裂带自北向南穿过，将大窝凼洼地切割成了东西两半。由此，东西二侧半球冠状的洼地工程地质条件将出现差异性，即随时间的推移，望远镜可能存在变形差异，而且断裂破碎带的软弱性也将带来地质工程问题，影响望远镜发射板的锚固安装质量。“望远镜有2400多个三角形反射块，像鱼鳞片一样。用锚杆与下面的地层固定，如果有断裂破碎带，注浆质量会下降。锚杆施工后，如果断裂带溶蚀严重的话，注浆时漏浆量会很大，导致抗拔力出现大的差异，影响工程质量。”于是技术人员专门在现场对断裂带进行了大量的锚杆拉拔实验，获得了注浆参数、锚固长度、设计锚固力等一系列参数。“比如注浆中加一些早强剂，防止它漏失，让它固定住，不会出现新的变形。”

第三个问题是洼地西南侧分布数百万立方米的大型溶塌崩塌堆积体，正好位于望远镜圈梁附近，开挖扰动后将带来滑坡问题。“这些堆积体在大小井地下河系演化过程中，由岩溶动力侵蚀形成，具有一定的稳定性。但是，被切脚临空后，稳定性将会降低。我们通过抗剪试验和室内模拟，发现这种溶塌崩塌堆积体和传统的滑坡堆积体是不一样的。我把它称为‘巨石混合堆积体’，它与下伏基岩界面形成了点摩擦，有一定的嵌固性，抗剪强度要高，可以按照代换补强的思路，采用小口径组合桩群加注浆的措施对前缘进行加固，这样就构成了一个由巨石混合体和桩群构成的棱体，形成了拱圈效应，对巨石混合体起到了支挡作用，确保了望远镜的安全。”殷跃平展开当时的设计剖面图，向记者解释道。

第四个问题就是古地下河的卸荷松动岩体稳定问题。殷跃平介绍，在大窝凼洼地3点钟到5点钟一带，出露有一古地下河通道，洞口岩体破碎，形成了大范围的松动岩体。如果在FAST观测台址建设和运行过程中，不对这些松动岩体进行加固的话，将会形成崩塌滚石灾害直接摧毁望远镜。因此，技术人员在对这些松动岩体进行系统防护的同时，还重点对12处稳定性很差的危岩体进行了清除或整体加固，避免了崩塌滚石灾害的发生。

第五个问题就是开挖边坡的稳定性评价和加固问题。FAST观测台址并不是严格的球型洼地，施工建设过程中需要切凸补凹，形成均匀性很差的球冠状边坡。而这种边坡具有越向底部，应力越集中的特点，采用传统的平面分析方法就不行了，因此，他们提出了基于仓储理论等的三维评价方法，并取得了很好的效果。

FAST观测台址的工程地质勘察评价，也探索出了一套新方法。在此之前，我国对平缓场地和山地的勘察方法较为成熟，并形成了国家标准，但对大型、特大型岩溶洼地的工程地质勘察经验很少，相应的规范标准更是空白。为此，FAST观测台址的建设形成和改进了很多勘察方法，为今后实施同类工程积累了经验。

殷跃平还追忆了与南仁东教授一起在FAST观测台址建设现场工作的日子。他说：“南教授不仅亲自组织深入论证地质解决方案，而且多次与我们到洼地陡坡查看危岩滑坡等。他可谓惜时如命，白天与我们一起进行野外查勘、解决问题，晚上匆匆忙忙吃完饭，又伏案熬夜。南教授告诉我，他担任国际天文台主席等学术职务，每天晚上要处理数百封电子邮件。他是仰望星空的前沿科学家，亦是惟精惟一的卓越工程师。”

如何解决开挖建设过程中遇到的岩土工程技术难题？

4个阶段岩土工程设计不断优化，自主创新多种技术，工程设计获得多项国家专利

在FAST之前，世界上最大单口径射电望远镜是美国Arecibo望远镜。如今，FAST台址开挖系统岩土治理规模是Arecibo的5倍，总体建设规模是Arecibo的近3倍。FAST台址岩土工程复杂程度远高于Arecibo，是世界上利用大型岩溶洼地建设的最大工程。如此复杂而庞大的工程，其岩土工程设计至关重要。FAST工程以全新的设计思路，开创了建造巨型射电望远镜的新模式。其中，贵州正业工程技术投资有限公司是FAST工程台址开挖系统的核心技术团队。

FAST工程台址开挖系统现场设计工程师、贵州正业工程技术投资有限公司第一勘测设计院岩溶地基研究所所长吴斌告诉记者，由该公司完成的FAST工程台址开挖岩土工程设计被中国勘察设计协会评为2015年全国优秀工程勘察设计奖工程勘察一等奖。该设计还获得了国家知识产权局发明专利受理及授权4项、实用新型专利授权7项。技术成果应用于FAST工程，系统解决了大型岩溶洼地，薄壳岩溶岩体精细开挖建设过程中，遇到的各种复杂岩土工程技术难题，为项目的安全运行奠定了可靠的基础。

据了解，FAST台址洼地内地形起伏大、坡度陡，大型岩堆、溶蚀峰林、大型溶沟、溶槽、溶蚀裂隙密布，各种岩溶不良现象发育集中，工程地质及水文地质条件极为复杂。台址开挖系统设计按照动态设计原则分为方案设计、优化设计、施工图设计及现场设计4个阶段，历时3年半。通过4个阶段岩土工程设计的不断优化，实现了最初方案开挖投资1.85亿元，优化到最终开挖投资0.97亿元的最佳开挖效果。设计中，技术人员使用了BIM技术，开挖中心选择技术，下拉索促动器基础坐标解析技术，岩土工程信息平面表达技术，馈源塔及圈梁支撑柱位置优化技术，排水、防冲刷技术，螺旋检修道路优选技术，大型构建拼装场地及安装工程临时施工场地建造技术，岩堆、危岩、边坡综合治理技术以及生态保护技术。这些技术的运用，达到了国际领先水平。其中，国家发明专利“一种岩溶洼地排水系统”技术，在历经4个水文年的考验后，证明其排水性能良好，台址区未发生任何水患问题；而开挖中心选择技术则实现了台址开挖量最小，地质灾害治理费用最低等综合优化目标。

贵州正业工程技术投资有限公司董事长沈志平向记者介绍，他们自主创新过程中形成的大量关键技术已经汇总并将出版专著。专著全面系统地反映了FAST工程台址开挖系统建设所遇到的各种技术问题的研究成果，是迄今为止国内外大型岩溶洼地综合利用岩土工程方面集学术研究与工程应用为一体的第一本专著。

正是有了地质人前期复杂而周密的工作，才保证了FAST系统工程的成功选址以及安全建设和运行。FAST运行1年来，正在为我国暗物质本质、宇宙进化、太空生命起源和寻找地外文明等研究提供着重要支撑，贵州正业工程技术投资有限公司也在不断对工程进行回访记录，未来他们还将关注FAST地区环境信息综合监测。相信有了地质人的“保驾护航”，FAST将会更加安全而有效地运行，为人类探索外太空提供更多的线索。