一、背景

(一)国际发展动向

基于20世纪科学技术的迅猛发展，人类活动已经扩展到世界各个角落，实现全球合作、促进全球发展逐步成为各国的共识。全球范围内的发展中国家和发达国家在享受全球发展带来巨大收益的同时，也付出了资源、环境以及社会方面的高昂代价。人类生产活动不仅在全球范围内破坏着自身赖以生存的生态环境，同时由于过度开发，人类赖以发展的自然资源也正以惊人的速度减少。联合国给出的《千年生态系统评估》(2005年)报告指出：“由于人类活动的干预，2/3支持地球生命系统运转的自然资源已被严重破坏，几近耗光。人类赖以生存的生态系统有60%处于不断退化状态，支持能力正在减弱。未来50年内，这种退化也许还将继续。”随后，世界自然基金会(WWF)的《地球生命力报告(2008年)》针对人类对自然资源需求的生态足迹，指出“人类对自然资源的需求超出了地球承载力的近1/3。美国和中国的国家生态足迹最大，各消耗约21%的全球生物承载力。美国人均生态足迹量9.4全球公顷，可覆盖4.5个地球；中国人均生态足迹量2.1全球公顷，覆盖1个地球。”而据《中国生态足迹报告(2008)》，2003年中国人均生态足迹量1.6全球公顷，低于2.2全球公顷的全球平均生态足迹。有关度量指标除生态足迹(人类需求)、生命地球指数(自然状况)外，还有碳足迹、水足迹。一些发达国家已形成“经济(Economy)-能源(Energy)-环境(Environment)”协调发展的“3E”模式，而2009年的达沃斯论坛传出了“水资源破产”的预警。

（二）我国中长期经济、社会发展的趋势预测

在发展的大潮席卷全球的同时，我国经济社会发展遭遇了前所未有的契机与巨大的挑战。1970年以来，世界人口增长近60%，耕地、草地面积相对稳定，基于灌溉、化肥的农业增产，与人口增长相对平衡。与此同时，中国耕地数量历经20世纪80年代缓慢减少和1999~2003年迅速减少两个阶段后，进入基本受控状态。据相关数据统计，21世纪上半叶世界人口将增长70%，而人均耕地、草地面积将会减少；日益增长的人口与持续减少的耕地、草地之间的矛盾依靠先进的农业科学技术可得到缓解，人地关系预计不会到达崩溃的程度。虽然中国对改善目前形势、确保更好的发展有充分的信心，但形势依然严峻。世界银行公布的一份《解决中国的水稀缺》(2009年)的报告中列举中国“每年有约250亿立方米的水因受污染而不能使用，有240亿立方米的地下水被超采，水危机导致的经济损失占GDP的2.3%，不容忽视”(我国水利部公布的地下水超采数据为120亿立方米/年)，由此可见我国保证资源可持续利用的任重道远。

（三）国家当前和近期需要

国家发改委2008年做出的关于《中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》实施中期情况的报告中，提出“十一五”后两年难以有效解决的全局性、战略性重大问题：①能源资源利用问题。②生态环境保护问题。③空间开发结构优化问题。④粮食安全保障问题。⑤城镇化健康发展问题。⑥人力资源开发问题等。并要求及早谋划好与之相关的“十二五”时期发展战略。这6个问题同时也是6个前瞻性研究题目，而前5项均与国土资源和国土空间的调控有关。

从长远看，国土资源和空间战略目标将以可持续性、生态化、低碳化、信息化、全球化为依归。

（四）经济与矿产资源全球化、区域化

随着世界经济或结束剧烈震荡进入缓慢复苏期，包括矿产资源全球化在内的经济全球化已成为当今世界不可逆转的发展趋势，各国的市场化改革与经济结构调整此起彼应，各国展开抢占下一轮发展经济制高点的竞争愈益激烈。在2009年全球经济复苏的曙光出现时，“后危机时代”世界经济的新格局正在形成。作为全球经济复苏的“主推手”——中国在世界经济舞台上的角色也在悄然发生变化。APEC作为亚太区域经济合作论坛起着对话和交流的作用，中国-东盟自由贸易区(CAFTA)即将面世，同时与南盟(SAARC)的区域合作开始提上日程，东北亚的中日韩自由贸易区的进程要慢一些，上海合作组织(SCO)则以地区安全为重心，并进一步深化区域经济合作。

（五）国土安全隐患

在经受全球发展冲击而引发资源、环境的国际纠纷不断的同时，我国的国土资源和空间由于历史、自然等原因也面临重大安全隐患。中印边界问题由来已久，印度除侵占我国藏南部分领土并设立所谓“阿鲁纳恰尔邦”外，还觊觎南疆阿克赛钦地区；国外和新疆的“东土耳其斯坦”分裂势力和恐怖组织妄图将新疆从中国分离出去；我国管辖海域近一半与邻国有争议，南海“九段线”虚多实少，主权深受侵蚀；钓鱼岛的主权争议，与那国岛、冲之鸟礁的军事开发问题都对我国东海海疆构成挑战。此外，自然灾害频发、生态环境破坏、资源衰退和骤减、国际金融抢滩我国资源开发等也成为国土资源安全的胁迫因素。

二、起点

（一）我国快速工业化、城镇化

改革开放以来，随着我国工业化的快速发展，城镇化水平也逐年提高。2008年我国的GDP总值达到30万亿元(相当于4.3万亿美元)，成为世界第三大经济体，而人均GDP 仅3266美元，只及世界中等偏下收入水平，国土经济密度以倍数增长；工业化率达48.6%，正处在工业化中期、以传统工业为主的产业结构，遭遇资源“瓶颈”；城镇化率只及45.7%，低于世界平均水平，城市群规划建设开始提上议事日程；市场化程度达60%，已超过市场经济临界水平；国际化程度，我国已全方位对外开放，深度融入全球经济一体化；科技创新能力居发展中国家前列，总的仍处于世界中等水平。据世界经济论坛2009年9月公布《2009~2010全球竞争力报告》，中国(大陆)列全球第29位(比2008年晋级1位)，继续领跑“金砖四国”。作为人口、经济总量“双庞大”、结构复杂、非均衡性突出的发展中大国，中国积极参与国际竞争，如应对得当，有可能继续保持上升势头。

（二）对国土开发程度与资源、环境承载力的不同估计

1.综合评估：总体上尚未超载，西北和北方部分地区超载

据中国21世纪议程管理中心编著的《发展的基础——中国可持续发展的资源、生态基础评价》(2003年)，中国“水资源和水环境的人口承载力在15亿~18亿人之间，但将从南到北大规模转移；而土地对食物的承载能力略有盈余，在未来50年内都不会超出其边界；能源与矿产资源供需失衡的形势将更加严峻，10亿吨燃煤造成的污染已接近环境的承受极限，6种大宗矿产(铁、锰、铬铁矿、铜、铝、钾盐)现已供不应求。”而《中国工业发展报告——资源与环境约束下的中国工业发展》(2005年)认为：“中国经济增长越来越接近于资源和环境条件的约束边界。”《中国至2050年区域科技发展路线图》(2009年)把“资源环境承载力已接近饱和”列为4个基本国情之一。

就人口发展与资源承载能力而言，《国家人口发展战略研究报告》(2008年)指出，中国人口发展总体上没有超越自然资源承载能力，但是局部地区和部分资源已出现资源紧张和供需失衡现象。现有的经济发展规模和人口数量均在水土资源承载力范围之内，但区域之间极不平衡，西北部和北方部分地区超载严重。

2.分区域评估

1)海岸带开发不足。海岸带是连接陆地与海洋的纽带，是开发海洋资源、发展海洋经济的依托。我国拥有1.8万多千米的大陆海岸线，海岸带面积达38万平方千米，约相当于沿海省（区、市）面积的1/4。专家指出，我国沿海诸省（区、市）每1000平方千米陆域的海岸线资源量，基本上与欧洲主要国家和美国处于同一水平上，但开发程度却远比那些经济发达国家为低。

2）沿海地区局部已过度开发。在自然条件较好的东部沿海地区过度开发严重，珠三角9市土地开发强度15.9%，超过了日本三大都市圈，也超过国土面积相当的荷兰；包括安徽在内的环长三角地区，国土面积(约34万~35万平方千米)与德国、日本相当或相近，开发强度(约15%~16%)超过德国(12.8%)、日本(15.0%)。海洋资源过度开发造成开发利用密度高、生态环境退化严重的局面，需要实行绿色保护的海洋政策，解决可持续开发利用问题。(《2010~2020 中国海洋战略研究》，2009)

3.分资源门类评估

由于长期森林过伐、草地过牧、坡地滥垦、矿产乱采，超过限度，使我国的自然资源遭到不同程度的破坏，虽然近年施行了禁止乱砍滥伐、退耕还林、限制矿产开采等措施，我国的资源破坏现象有不同程度好转，总体上仍不乐观。

我国超限开发的典型例子还包括近海水产过度捕捞，年产量峰值可达1400万吨，超限额75%，导致海洋生态系统和水产资源严重退化，产量减少，水产品个体变小。

在水环境方面，水与环境超载，形势严峻。根据水利部2009年发布的最新数据，我国水资源总体上已经过度开发，其中黄河水资源利用率＞60%，海河＞98%，内陆河流域＞40%。过度的开发，不仅威胁或损害河流健康，还使某些主要功能丧失。不少地方水环境开始退化，出现了水质恶化、地下水位下降、河湖干涸、湿地消失的现象，所有这些都是出现水危机的先兆。

4.国土的粗放开发和资源、环境承载力评价

中国当前正经历新一轮重化工业化及与其相克相生的“资源瓶颈”，资源除总量大、人均少外，在国土开发利用中的矛盾也很突出，总的资源开发强度与国土经济密度不对称，开发过程中的粗放、分散、重复、低效、退化等问题(表1)日久年深，有的积重难返。

表1我国国土资源开发利用中的倾向性问题一览表

人口基数大和粗放式强度开发加重了国土的负担，对人口、经济密集区的资源、环境承载力有必要做出科学评价。国家部署主体功能区规划，根据自然条件适宜性开发，控制开发强度，调整空间结构，也以资源环境承载能力为基本依据。关于环境承载力，“十五”后期由清华大学承担的宁波市环境承载力研究，从资源供给能力、环境纳污能力、人类支持能力3个角度来量化环境承载力，建立了评价指标体系。厦门大学对厦门海岸带也做了生态安全压力分析。资源、环境承载力评价的综合度更高，相应的难度也更大。对此，中国地质调查局在汶川地震灾后重建规划工作中有实战性演练，正组织“环渤海湾重点地区环境地质调查及脆弱性评价”项目，将扩及全国海岸带资源、环境承载力调查监测和风险评估，其重要性不言而喻。

5.对国土面貌演变方向的两种预计

基于当前国土资源的利用现状，对未来国土面貌演变方向有以下两种预计。

1)从低收入转为中等收入国家的提升期是包括公共服务在内的现代服务业加速发展期、国土面貌向良性转变期，人均GDP 3000美元是对资源环境的边际压力的转折点。中国发展高层论坛2004年年会的总结讲话指出这一时期的6个基本特点：“消费结构升级，工业化进程加快，城市化速度上升，人口大量转移，国土面貌日新月异，社会财富迅速增加。”其中，“国土面貌日新月异”是良性预期。2005年，我国荒漠化和沙化土地面积实现中华人民共和国成立以来首次“双缩小”，“破坏大于治理”转为“破坏与治理相持”；2008年，电力弹性系数首次小于1(低于GDP增速)，都顺应和促进这样的转变。

2)《新一轮全国国土规划前期研究(中国地域空间、功能及发展)》综合报告(2006年)，“第一章背景——剧烈变化的‘国土’”指出了我国国土开发和建设布局无序及空间失控态势的严重，包括：地域(空间)开发利用严重无序，建设用地过度扩张；许多地区资源环境压力过大，而支撑体系太弱；不少城市盲目攀比，贪大求洋，超前定位；一些快速发展地区环境状况令人担忧；生态退化问题依然严重，由此招致“国土安全和资源保障的危机”。这里所说的“剧烈变化”非“良性”一词所能道破。2009年9月《科技日报》关于“建设低碳城市”的对话栏目中有专家指出：“我们75%的地面水已经被污染，国土变得枯黄”，就是相应的写照。

国土面貌是广域性土地利用/覆被变化(LUCC，全球变化的中枢和核心主题之一)的反映，尤以人口增长胁迫下的LUCC为甚。我们终需这样的系统观测和研究成果为基础给出说明。

三、基点

(一)大国土

1.活动半径

日本前首相田中角荣1972年为中日邦交正常化访华，在与毛泽东主席会谈时曾说：“一个民族的能力水平与活动半径成正比。”其着眼点在于国家的对外开放和国际化程度。

一个国家的国土资源和空间管理及于领土、领空、领海和管辖海域(“准国土”或“国土化海域”)，我们要上天、入地、下海，所要求的技术、工程和管理能力水平也与活动半径相关。

“大国土”指现有国土全方位的内涵深化(包括系统化、整体化、聚合化、空间化)和管理(包括监督管理)到位：在国家层面上加强统筹协调，但不因“大国土”而扩张国土空间；在部门层面上加强内融外联，也不借以扩大职能范围。

2.内涵假设

“大国土”即广义的国土：一是国土资源与国土空间(或地域空间)的统一；二是自然国土与人文国土的统一；三是覆盖陆海、充斥立体空间的“三维国土”；四是统筹国内地球表里诸圈层的“多圈层国土”；五是宏观和中观层面上的“和合国土”。

(1)国土资源与国土空间

国土资源指土地、水、矿产、生物、海洋、大气等实体性资源，它们又占有各自的区位或地域，即空间性国土。而国土资源管理现状，既有重实体资源、轻空间的倾向，如把国土(空间)规划视同“国土资源规划”；也有重空间、轻实体资源的倾向，表现为土地管理的重数量、轻质量，区域地质调查的重陆轻海。

在适当的地形地貌条件下，农业用地的耕作层、建设用地的工程持力层都是实体，农业、建筑业等活动先选址、后丈量，基本程序是由实体到空间；探矿权首先是带有虚拟性的“空间试用权”，而采矿权是资源的用益物权，矿业过程是由空间到实体。由此可见国土资源的实体性和空间性同等重要，不可分割。

中国社会科学院黄皮书《2006年：全球政治与安全报告》认为，国家强弱更多取决于综合国力，其构成中科技力、人才力和信息力各占25%，自然资源和资本各占12.5%。自然资源的权重只占1/8，在当前阶段可能估低了，如果加上国土空间(区位)要素更要考虑提高。

(2)自然国土与人文国土

中国作为人口众多的文明古国，对国土垦殖和开发的历史悠久，但空间上极不均衡。开发强度，是指一个区域建设空间占该区域总面积的比例。作为发展中国家的中国，2008年全国平均开发强度达到3.48%，超出一度预计2010年达到3.23%的强度值很多，特别是东部沿海的一批城市已进入强度开发或超强开发，上海、无锡达到29%~30%，而东莞、深圳高达38%~40%，已臻于极限值，人工生态系统置换了自然生态系统。按照这样的发展速度，2020年全国开发强度达到3.91%的预计值也有可能被突破，国土人工化的趋势难以逆转。资源、资产、资本“三资合一”也是人文超过自然的国土。

另据吴霁虹指出，在全球化背景下的信息社会中，不同于土地、劳动力和资本要素的知识、商业生态网络、组织流程等已成为创新活动的“新生产要素”，实现全球联系和思想交流的商业生态网络正成为新的“虚拟地产”。IBM 2008年的企业价值超过1577亿美元，然而其土地、建筑物、实验室等有形资产只占9.1%，基于空间和时间动态地创造价值的组织流程相当于“创新工厂”。由此可见，“人文国土”的未来发展具有很大的空间。

(3)“三维”国土

科技部2008年推出基础科学研究和前沿技术探索的“三深战略”，包括“深空(宇宙空间)”“深海(公海大洋基底)”“深蓝(信息安全)”三大纵深领域，“三深”没有“深陆”。在国土资源战略的“三维国土”构架中，“深”含“深陆”“深海”，它们同属岩石圈、水圈富于探索价值的人类未知领域；“空”首先是地面以上100~110千米的“领空”或“近空”，其次是外层的“深空”或“公空”(图1)，概称“陆、海、空、深”。2009年9月，我国第一个集数据、软件于一体的三维地理空间信息系统——数字地球(中国)问世。

图1“三维”国土示意图

国土、资源、地质各有其自然演变和随人类社会农业、工业、科技革命的变异过程，并谋求可持续发展——时间维的过去、现在和未来。以46亿年计的地球历史可谓“深时”。这是“三深”向“四深”的发展。

《浙江省信息化测绘体系建设发展战略》（2008年）首次提出了基于“时间维-对象维-方法维”的测绘体系概念模型，是对信息化测绘体系的基本构成与内涵的创新性探索，这也是“国土资源战略研究”吸收地方成果的一个范例。

(4)“多圈层”国土

大国的“陆、海、空、深”是互相影响的“多圈层”国土。1760年英国工业革命以来，世界各国累计开采、消费了3万多亿吨(以标煤计)化石能源，近250年间从地球岩石圈向大气圈释放出数以万亿吨计的CO2(土地利用/覆盖变化也贡献了＞30%的份额)，扰乱了地球各圈层之间的平衡，导致全球气候变暖。同时，还要看到海洋-大气相互作用的重要影响，还有生物圈中土壤碳库(可抵消全球5%~15%的碳排放量)的储碳潜力。就碳排放大国而言，也可以看作“大国土”结构问题。

钱正英在《我国的江河整治问题》(1981年)中曾经建议：“对国土整治进行统一规划，水利建设纳入国土整治的统一规划。”

第33届国际地质大会中国代表团建议探索“外层空间”新领域，测绘瞄着“地-空-天一体化”目标，都是超出地球圈层范围的深空探索。

(5)宏、中观层面的“和合”国土

以城镇化进程中的土地资源管理为例，在城乡分割体制下的土地二元配置和使用，造成城镇和农村“两栖”人口的“双重占地”，导致“两不经济”的结果，加剧了城乡用地和人地关系的紧张局面，必须实行以城乡一体化为目标统筹城乡用地的战略转变。这既有利于人际和谐、人地和谐，也促进城乡融合，以臻于“和合(和谐+聚合)”境界。统筹陆海、区域(行政区、经济区、气候区等)、城乡、“三生(生活、生产、生态)”空间等，都是形成疏密有序的“和合”国土之路。

而国家所提倡的保护耕地的实质是保住耕作层的综合生产能力平衡，节约集约利用土地，以土地总和效益最大化为目标，都寓意于提高多元一体化程度的综合或集合，“和”“合”并用，相辅相成。

3.陆、海、空关系

(1)“滨海之国”与“滨、近海之国”

大国土涉及陆海关系，美国区域规划协会称美国为“滨海之国”，是离海岸线80千米的范围，在这个占国土面积13%的区间集中了美国51%的人口、57%的国民收入。实际上这只限于美国本土，美国又是多海洋国家，除了滨海的阿拉斯加州、夏威夷州，还有5片海外属地(岛域或群岛)，其管辖海域散布在大西洋、太平洋和北冰洋，比上述区域要大得多。就美国本土而言，我们把它看作“半环形的滨海（湖）之国”(东北角是五大湖区)。中国的陆海情况与它迵然不同，总体上是东南向临海的“滨、近海之国”。从大国土着眼，我们在看重沿海省(区、市)的同时还要看到近海省。近海省按区位可分3类：①中部近海省，涵盖中部地区6省；②西部近海省，有贵州、云南；③3个近海边疆省，即吉林(临海最近距离15千米)、黑龙江(临海最近距离＜100千米)和云南(临海最近距离＜500千米)。按此设想，现有沿海省（区、市）加3类近海省（区、市）共有24个，占全部省级单位的77%，这就能让更多的内陆省共享海洋资源，既有利于海洋共同开发和国土均衡，也有利于扩大内需和(海)港-腹(地)一体化，沿海省（区、市）和近海省（区、市）依托地缘关系共筑“和合国土”。

(2)深陆和深海

大国土包含“深陆”，现代科学技术的发展使人类向地壳深部、深海大洋和洋壳的探索成为现实。表2列举了我国实施的部分大陆深钻和超深钻。此外，山东新汶矿业集团的一处矿井深1350米，是亚洲最深矿井；清华大学与四川二滩水电开发公司合作，在锦屏山覆盖层深2500米以下的引水隧洞旁建筑极深地下暗物质探测实验室。

表2 我国实施的大陆深钻、超深钻一览表

海洋正逐步成为人类的第二生存空间、食品生产基地、化石能源和新能源开发基地、新的水资源开发基地、新的医药资源开发基地，又是全球交通和物流通道。美国《面向21世纪海上合作战略》(2007年)认为：在世界所有国家中，美国和中国是海洋利益最大的国家(实际上两者缺乏可比性)。大国土中涵盖的深海指的是水深超过500米的海域，我国把深海资源开发列为超前部署领域，尚处于发展的中级阶段。表3概列出海平面以下的分层化。

表3中所列海平面200米以下的深层水，保持低温、洁净，具有多种功能，在美国、日本、韩国开发利用这类较深的优质海水，已形成产业。

(3)近空和“地空”

城市高层建筑林立。全国大城市中现有5000多座50层以上的高层建筑。上海环球金融中心建成世界第一高楼，在高密度的建成区中出现了不同产权单元在空间上层层叠加的现象，并愈益普遍化。这一层近地空间简称“地空”。表4列出了近空分层的高度以及各层对应的主要功能。

表3 海平面以下分层化表

表4近空分层化表

我国利用低空(地表以上100米)风能发电居世界第四位，而“高空”(地表以上200米)风能尚未开发，这两层空域均在“地空”范围内。在更高空还有丰富、稳定的风能资源，其开发利用与航空飞行不兼容，待进一步研究。

城市在向空中“长高”的同时还向地下延深。我国有10个城市已使用或正在建设地铁，另有8个城市提出或筹建地铁，到2020年建设城市轨道交通线路将达到2000~3000千米，表明城市“地铁时代”已经来临。

“地空”和地下工程呼唤城市三维地质调查、三维地籍测绘和管理。

4.城市“三维”地质调查和“三维”地籍测绘与管理

地空和地下工程呼唤城市的三维地基调查和三维测绘调查，现在我国有6个城市在试点，上海、北京已经验收。

“上海市三维城市地质调查”项目按“中心城-新城-郊区”3个规划功能区，建立“基岩地质层-第四纪地质层-工程地质层”3个层次的地质结构模型，使三维可视化地质信息系统、地面沉降防治、地下空间与地质环境容量评价、地球化学调查与农用地分等定级相对接，特别是搭建起大型、综合、动态的地理地质信息平台，可望打破多源、异构、多维数据形成的“信息孤岛”互不相通的僵局，实现全市地质信息由分散到集中管理、由平面到三维显示、由单项专业应用到多元服务的转变。另在全市地下工程普查的基础上，从黄浦区着手地下地籍调查，构建“地上地籍图-地下地籍图-地质图”系统，为地下空间管理提供有效支持。

“北京市多参数立体地质调查”项目(2009年通过评审)推出的智能化三维地质信息管理与服务系统，为城市规划、建设和管理提供了全方位的科学依据。

在完成6个城市试点的基础上，将考虑另33个超大城市的“三维”地质调查。

深圳市国土与房产局正启动“三维地籍”的专项研究，这是有关城市“三维”地籍测绘和管理研究，在国内外尚处于探索阶段。而历来以二维宗地为核心、以“四至”为边界的传统地籍，都建立在宗地内产权主体同质化的基础上，而城市土地的立体化利用则以垂直方向上、产权主体的多元化为前提，即地表、地上、地下空间可以分层开发并分属不同权利人，这就形成以六面体或多面体为基本单元的“三元产权体”，在空间形态上表现为复杂的产权簇或产权层，需要有相应的“三维地籍”测绘为支撑的“三维地籍”管理。此外，《物权法》要求实行不动产统一登记制度，而任何不动产都占有一定的空间域，系统的三维地籍研究为在一个统一的技术框架下处理土地和房产的登记问题提供了可能。

上海市地质调查研究院研究地下空间资源管理与权籍调查关键技术，也有初步成果。

从城市空间要素立体化趋势中可引出一种新型的财产权，即空间权，它与建设用地使用权相分离，成为一项独立的物权(参见《民法》第七百七十三条、第八百三十二条），在我国台湾省已建立起比较完整的空间权制度。

住宅产业规划到2020年基本做到“户均一套房、人均一间房、功能配套、设备齐全”。在产业层面，青岛“海尔地产”为节能省地提出“小户大家(小户型、大社区)，和谐住区”的理念。即通过5个空间结构把家庭做大：家居空间紧凑化，环境空间功能化，会馆空间场所化，商业空间生活化，网络空间无域化(建设数字化网络社区，用网络服务来解决物理空间解决不了的问题，使得生活无域化——与“虚拟地产”相联系)。而微观上的空间意识将会有助于模式和设计创新。

(二)大资源

1.内涵假设

“大资源”即广义的自然资源及其组合开发利用。

一是单门类自然资源及其多形态的综合利用，多功能的优选利用(如在农业用地中， 对耕作层既是“土壤水库”又是“土壤碳库”的合理利用)，非常规资源和新资源的递进或接替利用。

二是包括土地、水、矿产、生物、海洋、大气等在内的多门类自然资源及其优化组合和综合管理(如水、土资源综合管理，海洋综合管理)。

三是大资源以土地、能源为根本，我国的耕地和宜居建设用地都是稀缺资源，要在统筹生活、生产、生态空间的前提下节约集约和多元利用土地，新能源比传统能源的范围大大拓宽，要在尽可能清洁利用化石能源的同时研发低碳导向下的替代能源。

四是确立、推进基于生态系统的国土资源管理和海洋综合管理，与经济、社会、生态建设相互交融，并探索资源、资本、资产“三位一体”的复合式管理方式，使资源开发利用的技术链、产业链、价值链层层相扣。

五是融入经济全球化，积极利用包括国际海域在内的境外资源和公共资源。

2.大资源与大能源

中国在2012年将成为世界最大能源消费国。在21世纪上半叶，能源在我国矿产资源中仍居首位。在低碳导向下的大能源发展离不开大资源、大地质的支撑（表5）。

3.单项管理案例

水利部基于我国人多水少、水资源时空分布不均、与生产力布局不相匹配的突出水情和严峻的水资源形势，从2009年开始实行最严格的水资源管理制度。这比实行最严格的土地管理制度晚13年，但所规定的“三道红线”——开发利用“红线”即控制用水总量；水功能区限制纳污“红线”即控制入河排污总量；用水效率控制“红线”即遏制用水浪费——是对水量、水质和水耗的综合调控，体现了水资源和水环境管理的相对统一，起点高于只设“一道红线”的土地管理制度，也可以说把土地管理、利用的两个最严格制度“合二而一”了。

2009年瑞典斯德哥尔摩大学和德国波茨坦气候研究所的科学家量化分析了“蓝水”和“绿水”，其中，“蓝水”是来自河流和地下含水层的水资源，占35%，“绿水”则是源于降水、存储于土壤并通过植被蒸发而消耗掉的水资源，占65%；科学家们根据分析结果提出了应该大力研发绿水资源利用技术，由此可见土壤水作为“大资源”的一个分支兼及“大土地”“大地质”领域，应予以重视。

表5 大能源战略及其资源、地质支持一览表

注：①第33届国际地质大会中国地质代表团得到启示：“非传统能源越来越受到重视，能源多样性是今后出路所在。可再生型能源可能是未来能源的主体。”

4.综合管理案例

中国工程院2007年关于《东北地区有关水土资源配置、生态与环境保护和可持续发展的若干战略问题研究》指出，基于东北是我国水土资源搭配最好的地区，可以建成全国最大的优质商品粮基地，而东北地区过去的垦荒，实际上是占用了林、草、湿地。目前的生态与环境状况，已到了临界状态。因此得出一条基本结论：“东北地区土地利用的总体格局应当是：耕地总量不再增加，林、草、湿地不再减少，城市和工矿用地合理控制”；并指出东北“西部地区的农业发展方向必须是农牧结合，以牧为主；农作物……以雨养农业为主，在缺水地区不宜种植水稻”等，在宏观上都有道理。但一年后，即2008年推出的《吉林省增产百亿斤1斤商品粮能力建设总体规划》中规划投资62亿元引嫩入白、以稻治碱，用5年时间在该省西部新增255万亩基本农田。这反映出国家战略研究与地方战略行动脱节，见仁见智，有待实践检验。

多门类资源的综合管理，如作为复合式资源和空间的海洋综合管理，已成为国际趋势。其核心思想是从分散的行业管理转向跨行业、跨学科和跨部门的、基于生态系统的海洋综合管理。20世纪90年代中期，厦门市率先建立了海洋综合管理体制，成为有关国际组织部署的东亚海洋防污和管理的示范区，但推广不易。国家海洋局受权“综合管理中国海域”已10多年，尚难到位。对此，《2010~2020中国海洋战略研究》第五章中有具体建议。

(三)大地质

1.内涵假设

大地质基于经济、社会与时俱进和地质工作功能最大化，不断扩大服务领域、贯穿于生产和生态建设的全过程。

一是为经济、社会发展打好三个(应用)基础，即资源基础(开源、节流)、环境基础(保护、修复和防灾减灾)和工程基础(岩土工程)，都有旺盛需求，为夯实资源和工程基础服务的地勘、工勘已商业化， 作为环境基础前期工作的“全国土壤现状调查与污染防治大计划”(2006年)正在实施中。

二是大地质工作即大地质产业，它跨三次产业，即为“一产”服务的农业地球化学调查和供水水文地质勘察，融入矿业(现属“二产”)的矿产勘查和融入工程业的工勘作业，隶属“三产”的地质科学研究和信息服务，分别拉长产业链，不自成独立体系，大地质≠大地矿(对1991年提出的“地矿产业”要反思)，按这个产业定位，现行地勘行业管理的覆盖范围还要加宽。

三是基于国家财政支持、走在商业性地质工作的前面的公益性地质工作要做大，其信息供全社会共享，基于市场和地勘基金的商业性地质工作规模更大。

四是地学研究多元化，地球科学正从传统的分散的单学科研究向地球系统科学研究转变，地质科学也要向地球系统科学即“大地学”拓展。

五是适应“矿产资源全球化”的发展趋势，在立足国内的同时，“走出去”开拓境外地质工作，为利用“两个市场、两种资源”不失时机地做好前期服务。

2.大地质与大地学

基于地质科学的大地质和基于地球科学的大地学，其研究对象相同而研究领域不同。大地学的包容面广于大地质，但有交融态势（表6）。

表6 大地学与大地质研究方向的概略比较表

由表6可见，两者的共同点比较多，有向地球系统科学合流趋势，但在学科上仍显示出整体和局部相包含关系的脉络。“大地质”栏中未列举的海洋、陆地地表过程恰是“大国土”关注的热点领域。

3.大地学——科技和信息服务

公益性地质工作以地质图件为窗口面向全社会服务。英国地调局2006年发起的《全球1∶100万数字地质图计划》，产生于矿产资源全球化催生地质调查全球化的背景，旨在推进各国既有地质图数据网络化和国际共享。为保护市民避免遭受地震、海啸、滑坡和火山爆发等地质灾害的威胁，由联合国发起在日本神户通过的《2005~2025兵库行动框架》，有关信息和知识都要及时传输到全社会。

2008年我国地理信息产业已形成测绘服务、遥感服务、地理信息系统、卫星导航4大支柱产业，总产值＞600亿元；2009年增速20%，从业人员达40万人，机构＞1万家；预计到2010年达到800亿~1000亿元，带动相关产业增长5000亿元。目前，全国唯一、初具规模的黑龙江省地理信息产业园2007年在哈尔滨开园，已建起国际地理空间数据加工基地和高新技术企业孵化器，前景看好。《北京空间信息产业调研白皮书》披露，该产业应用领域扩大到数字奥运、政府共享平台、数据库、防灾减灾等方面，国际合作领先于全国。

四、浅释

“三大”之间是有内在联系的，以“四面体”(图2)示意：A代表“大土地”，B代表“大海洋”，它们是“大国土”的两个主要载体，C代表“大资源”，D代表“大地质”作为基础置于底面。

图2“三大”内在联系示意图

（一）“四面体”扫描

“大国土”与“大资源”有交叉重叠，宜各有侧重：“大国土”重在空间，以地表面、海平面为通用界面；“大资源”重在物质和能量，以水土、生物、能源和矿产为载体；“大地质”连同“大测绘”提供科学支撑和信息服务。三者构成一个统一、聚合的“四面体”。我国陆地空间虽大、资源品种虽多，但受结构性矛盾的深度制约，难题不少。

定格国土空间区位的“大土地(A）”和“大海洋(B）”，其中“大土地”“七山二水一分田”，又派生出：A 高原和山地型土地结构(平原少，后备耕地少，开发成本高），A-C中低产型耕地、草地结构(优质耕地、草地少，又是少林国家）和大江河与中小湖泊型的陆地水域结构(淡水少）；“大海洋”“三海两链半纷争”，源于A-B单面陆缘海与陆中海型海洋结构，而中国是世界上拥有邻国最多的国家(共29个，其中15个直接相邻），于本国资源禀赋弊多利少；“大资源(C）”“门类多、总量大、人均少、时空分布不均衡、相互匹配不理想”，又派生出煤基型化石能源结构(高碳、高硫空间）和低品位型非煤大宗矿产结构(富矿少）等。

（二）“三大”的必然性和价值取向

“三大”既是科学理念，又是顺应必然趋势的战略定位(表7)。作为人口过量的资源大国和经济大国，必须从大处着眼，针对国土开发中长期存在的几个倾向性问题(表1)，集中多方面智慧谋划与经济、社会发展相适应的“大格局”(表8)，使“三大”的组合优势得以充分发挥。

表7“三大”的必然性一览表

表8营造国土、资源的“和合”大格局一览表

以上大格局，有的正在形成，有的受体制和机制束缚，施展不开。现行体制、机制问题如表9所列，要有序、分期研究解决。

提出“三大”，旨在落实科学发展观，融合部门职能，加强统筹协调。经济、社会发展对资源环境的需求与时俱进、因人而异(表10)，要瞻前顾后、留有余地。

表9 “三大”的体制、机制问题一览表

表10 人对“三大”的阶梯式需求一览表

资源“瓶颈”有两重性，要以“三大”为杠杆，与经济发展互动，形成供、需“双向制约”，同时，还受生态、社会、政治等“多重制约”(表11)。

表11 供需双向和多向制约一览表

下一步，“三大”的研究领域再向“五维”拓宽，“五维”除时间维、空间维外还包括市场维、环境维、文化维。

（三）推进“三大”的路径选择

对于推进“三大”的路径可从以下几方面着手：

1）把“国家可持续发展国土资源战略研究”项目持久化、常态化，提高研究内容的战略含量，从国家层面加强对重大问题的协调力度。

2）编制部门战略规划，或加强部门发展规划的战略引导，向“三大”提升。

3）有条件地实施部内整合，发挥基础地质调查、测绘、国土信息和经济研究工作对土地、矿产资源和海洋管理的全面支撑作用。

4）基于“智能地球”(中国)，搭建国土资源管理信息化的综合平台，从小到大，分步实现多门类资源的信息交流和共享。

5）加强跨部门协调，在政企分开、所有权与行政权分离的前提下，逐步推进“非全能”、服务型的大部门制。

6）在现行法规基础上适时启动国土资源和空间的综合立法。

（四）几点困惑

1)国土、资源管理和地质工作中积累下来的矛盾比较多，化解矛盾要有一个过程，现在是不是推出“三大”的合适时机?

2)“三大”是从国家层面立意的，眼下设想“三大”的高度还不完全上得去。

3)“三大”的容量放大了，没有现成的抓手，有待于实践中探索。

（该文原载《国土资源战略与构建保障和促进科学发展新机制(2009年度)》、国土资源部信息中心《国际动态与参考》2010年第1期(总第439期)。本文为国土资源管理改革与战略高层论坛上的演讲。演讲于2009年11月19日。郭文华、刘丽、陈静、李政制作图表，王凌云整理。）

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。 

近日，美国地质调查局发布消息，总结了近年来与美国国防部北方司令部在应对重大自然灾害方面取得的成果。美国地质调查局与美国国防部北方司令部于2003年建立了联络处，其主要职责是协调对科学信息和专业知识的需求以及一般性公众服务和人道主义救援活动。这些工作帮助美国国防部北方司令部在关键时刻保护国家安全，完成公众支援任务，也使其对各类自然灾害的危害有深入的认识。对美国地质调查局来说，既提高了其科研能力，同时也拓展了其服务能力。

经过2001年911美国本土的恐怖袭击事件后，美国国防部北方司令部的任务重点就放在了预防、阻止并打击针对美国领土和利益的威胁和侵犯，这主要是依靠美国军事系统的能力来实现，包括国民警卫队和海岸警备队。美国国防部北方司令部的职责覆盖的地理范围有美国本土、阿拉斯加、加拿大、墨西哥、墨西哥湾、佛罗里达海峡以及巴哈马群岛、波多黎各和美属维京群岛在内的部分加勒比海地区。

美国国防部北方司令部的任务还包括进行国内救灾行动，包括火灾、飓风、洪水和地震，因为这时发生的紧急情况往往超出了地方、州以及联邦政府机构的能力范围。在大多数情况下，支援工作是有限的、小范围的且有针对性的。当受灾范围减小，民事机构能够在无需军方援助的情况下能够恢复控制和管理能力时，美国国防部北方司令部便会撤退。