
霞光映照下的白鹅潭大湾区艺术中心(4月27日摄)。
4月28日,集广东美术馆、小樹屋广东省非物质文化遗产馆、广东文学馆为一体共享空間的白鹅潭大湾区艺术中心正式启用,将于5月1日起向公众开放。状如巨轮的大湾区艺术中心,实际上也是浓缩了岭南文化精华的“文化巨轮”。这艘长近360米的“文瑜伽場地化講座場地巨轮”总建筑面积约14.5万平方米,共享公共区域3.5万平方米。
新华社记者 刘大伟 摄

月壤是月球矿物资源的重要载体。 中国矿业大学供图
近日,我国正式公布了载人月球探测任务新飞行器名称,新一代载人飞船命名为“梦舟”,月面着陆器命名为“揽月”。我国的探月工程计划于2028年前后发射嫦娥八号,将构建国际月球科研站基本型,并开展资源利用试验验证。月球上有丰富的金属、非金属及气体资源,围绕着探测、开发月球资源,新一轮探月热潮已经开启。
新一轮探月热潮
矿物资源是指经过地质成矿作用形成于地下或露于地表、具有开发利用价值的矿物或元素集合体。矿物资源是人类社会发展的命脉,近年来,随着地球资源消耗加剧和部分资源逐渐耗竭,开发利用月球资源已成为新的科技竞争制高点。
我国近日正式公布了载人月球探测任务新飞行器名称,新一代载人飞船命名为“梦舟”,月面着陆器命名为“揽月”。与此同时,我国的探月工程还有新消息,继2020年12月17日嫦娥五号成功带回1731克月球样品后,我国于2022年正式启动了探月四期工程——将于2024年发射嫦娥六号,实现月背采样返回;计划2026年前后发射嫦娥七号,开展月球南极环境与资源勘查;计划2028年前后发射嫦娥八号,构建国际月球科研站基本型,并开展资源利用试验验证。
国际上,各大国也纷纷启动月球探测开发计划,掀起了新一轮探月热潮。2017年,美国批准启动了阿尔忒弥斯(Artemis)计划,其目标是月球南极长期驻留和资源开采,并以此为踏板进军火星。截至2024年1月,该计划已成功发射阿尔忒弥斯—I号,并完成了阿尔忒弥斯—II任务4名宇航员的选拔。本轮任务中,美国国家航空航天局采用了国际合作及私营企业联合开展的新模式,目前澳大利亚、加拿大、意大利、日本、卢森堡、阿联酋、英国等已相继加入该计划。2024年2月,美国国家航空航天局与私营企业“直觉机器”公司研发的“奥德修斯”着陆器登陆月球,这标志着自1972年以来美国航天器重返月球。
俄罗斯、欧盟、日本、印度、以色列等也宣布或启动了各自的探月计划。2015年10月,时包養網任欧洲航天局局长约翰-迪特里希·韦尔纳在第66届国际宇航大会上首次宣布其国际月球村计划,并在此后迅速启动了以月壤为基材的月面3D打印建造技术攻关。2023年,俄罗斯发射了月球探测器“月亮—25”,其目标是2035年左右在月球上建立基地、开发月球矿产资源。
根据联合国《月球公约》规定,月球资源开采遵循“先到先得”规则,目前月球开发竞争趋于白热化。正如中国航天科技集团有限公司嫦娥五号探测器系统总指挥兼总设计师杨孟飞院士所说,我国月球资源开发利用已日益紧迫、刻不容缓。
月球矿产资源丰富,采什么?
月球上蕴含丰富的金属、非金属及气体资源。目前探测表明,月球资源可分为水冰型、气体型、钛铁矿型、斜长岩型和磷酸盐型5种。
水冰:月球水冰以结合水和游离水两种形态赋存。结合水通过化学键赋存于全月月壤/岩矿物组分中,其含量仅为120~180ppm,开采难度大、潜力低。游离水富集于两极永久阴影区月壤层,含量高达10%,是水冰资源开采主要对象。月球极区可开采水冰赋存面积可达1850平方千米、估算总储量约为3×109吨。开采水冰资源可有效解决科研站运行、航天员驻扎和生存用水需求,是月球科研站运行和长期驻人的前提条件。水冰通过电解等手段二次加工后还可制造氧气和氢气。月球上没有大气层,氧气是航天员月面驻扎和生存最基本条件之一。氢气液化后可作为优质火箭燃料,有效解决月面运输、地月往返及向火星等更远星球飞行的燃料需求。因此,中国国家航天局、美国国家航空航天局、欧洲航天局、俄罗斯联邦航天局等均将水冰资源开采列为本轮探月优先任务。
月球水冰来源于岩浆洋演化、彗星等撞击带入和太阳风注入。就游离水冰而言,月表极端低温、超高真空环境导致其只能以冰和水汽两种相态赋存。地质演化过程中,不同来源的水冰通过冷阱捕获、温度梯度迁移、月壤层沉积、高温升华、低温凝华等复杂作用,最后在月壤层特定深度富集形成水冰资源层。开采过程中,储层中的水冰受到温度扰动极易升华相变,进而改变局部区域的真空度;温度和真空度的变化亦会进一步影响水冰相态转化。同时,开采过程导致的月壤孔隙结构演化、局部温度和真空度变化导致的温压梯度,均会诱使升华后的水汽逃逸。当前世界各国均在积极研发月球水冰资源开采技术及装备。
氦-3:氦-3是月球气体型资源的典型代表,以吸附方式赋存于月壤颗粒中。作为氦的同位素,氦-3包含一个中子和两个质子,能够在核聚变反应中生成巨大能量但不产生中子辐射。相较于其他核聚变材料,氦-3具有清洁、高效、可控性强等优点,是未来可控核聚变的理想燃料。同时,由于特殊的超流性、稳定性、非辐射性等特征,氦-3还广泛用于核磁共振造影、超低温制冷、中子探测器制造、核电站安全检测、核爆及隐藏核材料探测等国防、航天航空、医疗和低温物理等领域。然而,地球上氦-3储量极为稀缺,仅有500千克左右,这导致其价格高达每千克600万美元。
相较于地球上的珍稀性,月球上氦-3储量极为丰富。氦-3来源于太阳内部核聚变、并以高能粒子形式通过太阳风向宇宙扩散。月球没有大气层,其磁场不足地球的千分之一,使得太阳风能够直射月球表面并将氦-3注入月壤层。同时,月表温度在月夜最低可达-180℃,极地永久阴影区甚至可达-250℃。极低温环境有效促进了氦-3在月壤层中吸附,并阻止其脱附和向太空逃逸,进而使得其在月表富集。前期通过光谱仪等手段已经探明,月球上氦-3的品位约为30μg/g、全月氦-3换算储量高达110万吨,可作为清洁核原料供地球使用约1万年。嫦娥五号采样返回后,中国科学院在月壤颗粒非晶体玻璃质中首次发现了直径5~25纳米的氦气泡,并受此启发提出了氦-3开采的新思路。
钛铁矿:钛铁矿通过化学或物理手段提炼后可获得铁、钛金属和氧气,为月球科包養網研站建设和航天员生存提供必需原料。同时,钛铁矿与氢气通过化学反应(氢还原法)还可以生成水,是除了水冰开采外,解决月球用水需求的最主要途径。月海玄武岩富含铁、钛等元素,探测表明其钛铁矿含量最高可达30%,初估质量约为1100万亿~2000万亿吨,是当前月球上开采需求和潜力最大的矿物之一。中国科学院地球化学研究所曾经做过估算,只需在月海区域40厘米深度范围内开采200立方米月壤,即可提炼10吨钛铁矿、生成1吨水。
此外,月球高地斜长岩中富集硅、铝、钙等元素,对应氧化物含量分别高达45%、34%和20%;克里普岩中含有大量钾、磷、稀土和放射性元素,初估稀土元素储量约为225亿~450亿吨、铀储量高达50亿吨,均远高于地球储量。开采这些矿产资源除了能够供给月球基地建设、日常运维和保障航天员生存外,还可以有效补足地球资源的短缺。
月球采矿难度巨大,怎么做?
尽管月球上矿产资源储量丰富、开采潜力诱人,但其开采相较于地球采矿有巨大难度。月表重力仅为地球的1/6,真空度高达10-14Torr,白天温度可达127℃、夜间低至-250℃。小重力、超真空和极端温度环境,导致月壤层呈现出特殊的物理力学响应和独特的月壤—机构相互作用,也对机械结构、材料性能提出了极高挑战。此外,月表广泛分布表面锋利的超细粒月尘,极易吸附、磨蚀机械结构和引发航天员呼吸系统损伤、神经炎症。月表频繁遭遇陨石撞击,速度高达每秒20千米;月核冷却引发的“逆冲断层”导致月震频现,强度可达5级~6级,持续时间达10分钟、平均频率约每年500次;月表宇宙辐射强度高达300mSv/a,是航天员允许承受值的6倍。
受月面极端环境、地月运输成本等影响,月球采矿具备独特的工程特征。首先,月球采矿必须从选址、方案设计、设备研制、原位开采等环节统筹考虑小重力、超真空、极端温度、陨石冲击、月震、辐射等极端环境的直接影响和潜在威胁。其次,地月运输成本高达每千克50000美元~90000美元,从地面大规模运输能源、材料是不现实的,必须尽最大可能原位利用月球资源,实现月面物资自给。最后,月球采矿必须实现无人化、智能化,开采设备需一机多能、多机协同,尽可能降低地面发射数量与成本。
月表可开采资源均赋存于月壤/月岩地层中,月球采矿是典型的多资源共采问题。近年来,笔者团队充分发挥中国矿业大学在采矿领域的技术优势,针对国家月球基地建设与矿物资源开采重大需求,统筹考虑月表极端环境影响及月面工程特性需求,构建了“月球基地—资源智能化协同建采”技术体系。该技术以“智能化协同建采”为基本理念,依托多功能智能机器人,通过多机协同方式同步开展月球基地建设与矿物开采,以最小的工艺代价和设备投入,同步实现勘探评估、基地建设与矿物开采三大工程任务,可达到多赢的工程效果。
当前世界各国月球包養網比較采矿技术体系和基础理论研究均处于起步阶段,还有诸多难题亟待攻克。与月球初探阶段“轻型荷载、科学探测”有所区别,月球采矿以“重型机具、工程建采”为主,呈现出开采机器自重更大、机—壤作用更显著、月壤屈服破坏更复杂等特点。当前亟须开展科研攻关,系统获取原位月表环境下月壤/岩力学响应。其次,月球采矿涉及场地加固、边坡支护等问题,其核心是月面建筑材料供应。月壤是月面储量最大的潜在建筑原材料,研发月面极端环境下的月壤原位固化成型方法及支护技术体系,可有效解决月面建筑材料难题。
此外,月球水冰资源及月壤/岩组分矿物的开采、分离与纯化方法是当前月球采矿需要攻关的核心难题。高纬度冲击坑内永久阴影区的霜冻层及下部月壤层中的水冰富集层是目前月球上开采潜力最大的水冰资源。超真空和极端温度环境下,水冰呈现出显著不同于地表包養的赋存及逃逸特征,对此目前已提出了“温控贯入开采”等多种开采方法。月壤/岩组分矿物的原位分离纯化是地质演化逆过程,月表小重力、超真空和极端温度环境对资源的分离纯化工艺的影响目前也还不明确。
月球采矿技术从实验室走向工程应用前,必须经过大规模地面物理模型试验和验证,以确保其可靠性。开展此类试验需要解决两个“卡脖子”难题——月表极端环境地面模拟与大型月面工程结构“时空压缩”。中国矿业大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室目前已研制成功两套核心重器,成功解决了以上难题。第一套是“小重力场等深空环境星壤工程物理模拟试验系统”,该系统在国际上首次实现了1/6g重力、10-8Torr真空、-180~180℃温度环境的长时间、高精度模拟,构建了月表极端环境地面模拟平台。第二套是“400gt超重力离心模拟试验系统”,该系统基于高速旋转营造离心力场,为揭示原位开采响应及灾变过程提供了可靠平台。
(作者:李瑞林,系中国矿业大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室副教授)
5.9亿多元,山东青岛灵山岛的“绿水青山”有价了。近日发布的《青岛西海岸新区灵山岛省级自然保护区生态产品总值(GEP)核算报告(2022年度)》显示,经测算,灵山岛生态产品总值为59474.45万元,单位面积生态产品总值价值量为每平方千米1811.48万元。
2022年10月,山东省正式开展省级建立健全生态产品价值实现试点工作,遴选了22个试点地区,灵山岛省级自然保护区就是其中之一。根据试点要求,山东省将利用3年时间,针对生态产品“度量难、抵押难、交易难、变现难”等问题,探索建立生态产品价值核算办法、认证评价标准等技术规程,逐步完善生态产品价值考包養核、绿色金融等方面制度保障,积极拓展生态产品经营开发、生态保护补偿等价值实现模式包養平台推薦,促进试点地区生态优势转化为经济优势。
GEP核算是探索生态产品价值实现机制的前提和基础,通过GE包養行情P核算科学量化生态系统服务功能的价值,为生态产品价值实现提供依据和参考。
2021年12月,灵山岛省级自然保护区碳排放核算结果获得中国质量认证中心(CQC)认证。此次核算中,灵山岛聚焦青山绿水、资源价值、低碳生活,通过调查分析森林、灌丛、湿地、农田、草地、城市、海洋和其他生态系统类型、面积及分布,全面掌握生态产品数量、空间分布、经济价值、生态价值等基本信息,形成了具有灵山岛地域特色的生态产品目录清单,并在此基础上进行了价值总量核算。
此次核算结果主要包括陆地和海洋生态系统生态产品实物量与价值量。在生态系统提供的调节、供给、文化3类服务中,调节服务价值量为53839.26万元包養網,占灵山岛生态产品总值的90.53%;供给服务价值量为3539.60万元,占比5.95%;文化服务价值量为2095.59万元,占比3.52%。
“包養我们将积极推进生态产品价值核算结果应用,开发生态产品价值绿色金融产品,实现保护生态和促进增收双赢。”灵山岛省级自然保护区党工委书记、管委主任李锋说。
中国网/中国发展门户网讯 新一轮科技革命和产业变革突飞猛进,科学研究范式正在发生深刻变革,重大科学发现和重要技术突破越来越离不开重大科技基础设施(以下简称“重大设施”)的支撑。重大设施是探索未知世界、发现自然规律的国之重器,是解决国家重大战略科技问题的主平台,已成为世界科技强国必争的战略高地。世界主要国家将重大设施作为开展科学技术交流、汇聚培养高端人才、展示国家形象、推动国际交流合作极其重要的平台。
重大设施多由公共财政资金投资建设和支持运行,其公共属性、资源稀缺性决定开放共享是其本质属性之一。为最大限度地释放重大设施服务效能,如何更好地推进重大设施开放共享成为各国关心的重要问题。目前,国内学者围绕重大设施的开放共享机制、管理平台、服务成效等开展了研究。其中,王慧斌和白惠仁、王立伟等、解志韬等分别从国家、区域、机构层面探讨了重大设施开放共享机制;夏金瑶等、邓泉等分别对EAST、CRAFT的开放运行机制展开探讨;陈娟等简要概述了中国科学院重大设施开放共享服务平台建设进展与服务成效。大多研究主要是总结国内外重大设施开放共享管理规定及相关举措,分析国内外特定重大设施的开放机制,少有学者从用户设施整体提供开放服务的角度对重大设施开放共享趋势开展研究。本文在分析美国能源部(DOE)国家重大设施开放共享特点的基础上,从我国对DOE重大设施的使用需求、成效和困境3个方面深入剖析其对我国科研用户的开放趋势,以期为我国重大设施的开放共享和布局建设提供参考借鉴。
美国能源部重大设施开放共享特点
DOE于2012年将由美国联邦政府资助,可为学术界、工业界等科研人员提供开放共享服务的重大设施定义为国家用户设施(user facilities)。截至2022财年,DOE用户设施有28个,覆盖先进科学计算(ASCR)、基础能源科学(BES)、生物和环境研究(BER)、聚变能源(FES)、高能物理(HEP)和核物理(NP)、加速器研发和生产(ARDAP)等领域。DOE于2015年开始建设用户项目/实验数据库,本文以2015—2022财年用户研究提案数据作为研究样本,分析得出DOE重大设施的开放共享特点。
设施长期连续开放共享,实行动态调整机制
美国于二战期间开始建设重大设施,在国家层面主要以DOE和美国国家科学基金会(NSF)开展全面持续的设施战略发展布局研究。美国联邦政府大力支持和鼓励重大设施对外开放共享。依据《联邦政府采购法》,重大设施管理运行机构应在保证实现重大设施科学目标、服务国家战略意志的同时,最大程度地向社会开放共享。DOE用户设施建设起步相对较早,历经翻新、升级改造,至今仍在运行并向社会各界提供开放共享服务,在2015—2022财年内有26个用户设施持续对外服务(图1)。其中,高通量同位素反应器(HFIR)自1966年运行至今,在材料辐照后测试、中子散射等方面发挥重要作用;斯坦福同步辐射光源(SSRL)自1977年建设并启用以来,在推动科学发现和包養網排名技术创新方面功不可没。
DOE会动态调整其用户设施清单,由用户设施运行机构提出申请,经相关部门审查批准后成为用户设施。例如,加速器测试装置(ATF)于2015年3月被指定为用户设施,2022财年前隶属于高能物理(HEP)计划,后调整至加速器研发和生产(ARDAP)计划。先进加速器实验测试工具(FACET,2012年运行)为升级做准备,在2017—2019财年未对外开放。升级后的FACET-II通过用户设施申请流程,在2020财年初再次纳入用户设施清单。设施退役后将会从用户设施清单中移除,如托卡马克核聚变反应堆(Alcator C-Mod)。

发挥设施科技外交作用,国际竞合中把握主动权
科技外交代表国家通过科学连接世界的软实力。重大设施作为科技活动的重要承载平台,不仅在科技外交中发挥着重要的牵引作用,同时也是执行国家/地区对外合作政策的关键节点。美国积极推进重大设施开放共享,吸引了来自全球的优秀科学家,通过开展科技合作展现其科技大国的实力。然而,随着科技创新战略制高点的竞争日益加剧,美国对华科技合作在其政策调整背景下逐渐收紧。
DOE用户设施为近100个国家和地区研究人员提供开放共享服务,每年约接待来自70多个国家和地区的用户。在2015—2022财年间,其他国家/地区的使用频次合计为76 977次(即对外服务),占其总服务约16%。具体而言,高性能计算设施、中子设施、纳米科学研究设施的对外服务比例相对较低;聚变能源、高能物理和核物理计划设施对外服务比例相对较高(表1和图2)。


中国、英国和意大利等国的研究人员是其主要用户群体(图2)。使用频次总量位居第3—7位的国家均为七国集团(G7)成员,上述国家积极参与了DOE用户设施的建设与升级,2023年G7峰会发布联合公报中提出推进重大设施的数字化联网与国际化利用,以FAIR为原则推进研究成果的开放共享。值得注意的是,随着中美竞合关系的不断变化,中国利用DOE用户设施的次数出现明显下降。
推动设施远程访问服务能力,不断优化服务模式
DOE用户设施提供服务方式主要包括利用设施开展实验研究和利用设施数据服务开展研究两类。前者包括到访使用、远程使用、到访/远程混合使用3种形式;后者提供数据使用服务的设施包括大气辐射测量气候研究设施(ARM)、聚变能源设施(NSTX-U、DIII-D、Alcator C-Mod)、综合纳米技术中心(CINT)和先进加速器实验测试工具(FACET/FACET-II)。受新冠疫情影响,DOE用户设施在2020年初取消或推迟了部分服务计划,当年提供服务次数略有下降,到访使用设施次数减少明显(图3)。随后,DOE积极探索远程服务模式并进行相关技术研发以应对疫情冲击。
近年来,DOE在不断提升服务能力的同时积极探索服务新模式。2022年1月,DOE光源和中子7个用户设施组建相关工作组,探讨在研究人员无法到访使用的情况下,设施管理机构如何通过创造远程实验环境保证研究人员正常开展科研工作,实现设施协同和用户安全交互。全球新冠疫情肆虐倒逼设施服务模式转型,对远程服务、用户交互技术、信息技术与标准化等提出更高要求。

重视不同类型设施协同联动,重塑设施创新生态
实验观测和模拟分析获得的数据是数智科研时代的“金矿”,以光源为代表的平台型设施和科学数据基础设施正积极响应新科研范式挑战。在新冠疫情期间,研究人员利用直线加速器相干光源(LCLS)获取新冠病毒结构数据,并借助美国国家能源研究科学计算中心(NERSC)的先进算力和美国能源科学网络(ESnet)进行实时图像分析研究,加速新冠疫苗研发进程。2020年,5个光源设施的研发人员组建数据解决方案工作组,构建和开发相关软件、算法和包養网络基础设施,满足所有光源设施从实施数据分析到数据存储存档的共性需求。

DOE高度重视建设数据流连贯的重大设施科技创新生态系统,涉及科学数据、计算硬件、软件、传输网络、应用、安全等各方面。DOE于2020年启动、2023年正式实施综合研究基础设施(IRI)计划(图4),将利用专用科学数据网络,有效连接观测和实验国家用户设施、先进计算设施、高性能数据设施等科技资源,加速尖端观测技术手段和高性能计算分析能力的融合,并利用人工智能、数字孪生等新技术加速科学发现。
我国对DOE重大设施的使用需求和挑战
中国科研人员是DOE用户设施的重要用户群体
按用户研究提案使用频次统计,2015—2022财年,中国科研人员使用DOE用户设施的次数为9 978次,占其对外服务的12.98%。中国科研人员主要是通过提交研究提案经DOE用户设施审批后获得使用资格,直接利用设施科学数据开展研究的使用频次仅为510次。2015—2019财年,使用形式多为到访使用。受新冠疫情影响,2020—2022财年多为远程访问(图5)。从地域分布来看,我国30个省市的科研人员利用DOE用户设施开展相关研究,具体呈现为北京(3 387次)、上海(1 656次)、安徽(1 490次)、湖北(653次)、甘肃(399次)科研人员的使用频次相对较高。这与我国综合性国家科学中心的布局高度契合。2016—2017年,国家发展和改革委员会、科学技术部联合先后批复上海张江、安徽合肥、北京怀柔的综合性国家科学中心建设方案。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出建设重大科技创新平台,支持北京、上海、粤港澳大湾区形成国际科技创新中心,支持有条件的地方建设区域科技创新中心。成渝地区、武汉、西安先后获批建设国家科技创新中心,其中西安同时获批建设综合性国家科学中心。

我国高校、科研院所、企业均在DOE用户设施上开展过研究工作,使用频次较多的机构如图6所示。147所高校共使用6 304次;77家科研院所共使用 3 634次,其中中国科学院使用1 852次;中科合成油技术股份有限公司、腾包養網讯量子实验室、安进中国3家企业共使用10次。其中,北京高压科学研究中心使用最多的设施为先进光子源(1 218次),占我国用户使用该设施频次比例为40.29%,主要用于研究新型铁基超导体、热电材料、碳纳米材料等的结构与性能。中国科学技术大学则较多使用连续电子束加速器设备(226次)、先进光子源(216次)和国家能源研究科学计算中心(166次),主要研究金属玻璃、电阻开关器件、超导纳米线、能源相关材料结构与性能等。北京大学使用国家能源研究科学计算中心(184次)相对较多,研究涉及铁基超导体、磁约束聚变等离子体等;清华大学则较多使用先进光源(86次),研究涉及石墨烯、拓扑绝缘体、高温超导体等。中国科学院等离子物理研究所使用DIII-D国家聚变设施(262次)较多,与DIII-D装置开展联合物理实验。

DOE用户设施支撑我国科研人员取得一定研究成效
我国研究人员通过使用DOE用户设施,在获得与国际高水平科研团队交流合作的同时,取得一批高水平科研成果,一定程度上促进了我国科技创新能力的提升。我国多个获得国家级奖项的研究成果不仅利用了我国的国家重大设施,还借助DOE用户设施进行补充研究。例如,中国科学院大连化学物理研究所在2015—2016财年利用上海光源、合肥同步辐射装置和美国先进光源开展二维原子晶体限域催化的理论研究,其所在团队的研究工作“纳米限域催化”于2020年荣获国家自然科学奖一等奖。荣获国家自然科学奖二等奖的“铁基超导体电子结构的光电子能谱研究”利用了合肥同步辐射装置、斯坦福同步辐射光源进行研究。
中国科学院上海应用物理研究所、中国科学技术大学的研究人员参与美国布鲁克海文实验室主导的STAR国际实验合作组,利用相对论重离子对撞机、国家能源研究科学计算中心开展实验和计算,相关成果支撑了“重离子碰撞中的反物质探测与夸克物质的强子谱学与集体性质研究”,获得了国家自然科学奖二等奖。清华大学、中国科学院近代物理研究所等其他9家机构是STAR国际合作组成员。此外,我国多位中国科学院院士及国家自然科学奖获得者在相对论重离子对撞机、斯坦福同步辐射光源、先进光子源、先进光源等DOE用户设施开展过研究。
我国使用DOE用户设施资格呈现被收紧趋势
由于新冠疫情的影响,DOE用户设施的服务能力在2020财年有所下降。但随后通过迅速调整设施服务策略,如远程访问和虚拟交互,提高了服务能力和效率。2021财年整体已恢复至正常水平,其中远程使用占比约为66%;2022财年设施服务能力明显增强,服务次数较2021财年提升约16%,远程使用占比下降至54%。而我国在2017—2019财年使用DOE设施次数较多,而近3年使用次数显著减少(图7)。2018财年,我国使用DOE用户设施的频次为1 813次,占其对外服务17%;2022财年,我国使用DOE设施950次,占比仅为9.53%。降幅最大的是先进光子源,近3年占其对外服务比例由2017—2019财年的约40%降至约17%。

非美国用户使用DOE用户设施前,需接受进一步的安全和许可审查,判断其研究中的相关技术是否需要美国出口管制许可。近年来,美国商务部工业安全局陆续将我国多家企业及科研机构列入管制实体清单,在一定程度上影响其使用DOE用户设施。例如,北京航空航天大学、西北工业大学、电子科技大学、四川大学、中国工程物理研究院5家研究机构于2015年前被列入管控实体清单,2015—2022财年共获得21次DOE用户设施使用资格。北京高压科学研究中心等多家机构于2020年进入实体清单,导致其2022财年获得的使用资格次数较2018财年大幅减少。特别是北京高压科学研究中心,其使用频次由2018财年的469次降为0次,近2年都未获得使用资格。2023年,美国国会参议院情报委员会推进DOE研究安全措施立法,将要求审查来自敏感国家的DOE国家实验室访问人员,或将持续影响我国科研用户利用DOE用户设施。
我国使用DOE科学数据基础设施资格受限
美国将高性能计算、人工智能、量子信息等作为其国家战略,将我国视为重要竞争对手。2015—2022财年,我国科研人员使用DOE科学数据基础设施的频次远低于其他国家。在此期间,我国使用阿贡高性能计算设施46次,远低于英国(236次)和瑞士(166次);使用橡树岭高性能计算设施44次,远低于英国(211次)和德国(154次);使用国家能源研究科学计算中心次数相对较多,但仍低于英国。同时,我国在整个数据分析阶段未获得过ESnet使用资格,但印度、韩国、瑞士、丹麦等9个国家使用过该设施。该高性能科学数据网络设施核心服务是提供国际科学数据通信,通过与其他设施协同合作使得DOE研究人员及其国际合作者高效利用人工智能、高分辨率仪器图像、长期科学研究等产生的海量数据。
2022年10月,美国商务部将某些先进的高性能计算机芯片和含有此类芯片的计算机商品纳入其商业出口管制清单,并限制国家超级计算长沙中心等28家实体获得其高性能计算技术和服务。2023年2月,美国商务部又将无锡国家并行计算机工程技术研究中心、无锡高等技术研究院等多个机构加入实体清单。今后,我国利用DOE高性能计算设施可能将进一步受到限制。
包養我国重大设施开放服务存在的不足
平台型设施支撑能力相对不足
我国重大设施建设起步于20世纪60年代,但整体来看,建设进程相对较慢,与国际发达国家相比支撑能力仍存在不小差距。2015年前,我国仅有3个平台型设施处于运行状态(表2),高能同步辐射光源、合肥先进光源和硬X射线自由电子激光装置仍在建设。“十二五”以来,我国加快了重大设施的布局速度,但实际支撑能力不足。以平台型设施为例,与发达国家相比,我国在实验能力布局方面存在较大差距。目前,我国3个同步辐射光源共运行约60个实验站,实验站数量仅为日本(约180个)的1/3,不到美国(约200个)的1/3。今后我国重大设施需要维持高速稳定的设施建设和能力提升的发展态势,以缩小和发达国家在科技基础支撑能力方面的差距。
远程服务对提高重大设施使用率、扩大开放共享和降低成本等方面发挥着重要作用,服务模式的转型是必然发展趋势。然而,除数量外,我国平台型设施支撑服务用户的方式单一,可提供远程服务的设施和实验站数量均相对较少。北京同步辐射装置真空紫外光谱实验站、小角散射实验站和高压实验站可实现用户远程实验模式。上海光源生物大分子晶体学实验站2021年利用自主研发的机械手、数据采集系统等实现远程实验开放。

科学数据创新生态亟待完善
自20世纪80年代起,我国大力推动科学数据共享与数据基础设施建设。截至2023年12月,我国已按学科领域部署,建设了高能物理、空间科学等20个国家科学数据中心及14个国家超级计算中心。我国在科学数据资源建设方面已经取得一定成果,但在建设中相对侧重网络、算力等设施“硬”条件建设,对科研数据、知识库等科学数据的“软”内容建设重视和支持不足,与美国科学数据基础设施布局和能力建设相比仍有较大差距。整体上,科学数据产生、传输、存储和计算能力割裂,未能营造融通数据生态,科学数据的价值未能被充分挖掘,影响科学发现效率。
具体来看,重大设施科学数据管理尚处于起步阶段,目前仍未形成统一的科学数据标准,难以实现数据高效汇聚共享。国家科学数据中心当前依旧存在各自为政、条块分割现象,尚停留在科学数据汇交阶段,在综合治理与应用、满足FAIR原则、共享等方面仍有较大的发展空间。我国当前的网络信息环境和条件有限,尚不能满足海量科学数据传输需要,用于科学数据存储、数据分析挖掘的软硬件设备仍受制于包養发达国家。国家超级计算中心多采用国外系统架构和应用软件,软件开发能力较弱,且应用场景不完善,多集中于气象气候、石油勘探、宇宙模拟等传统领域,对数据密集型科学研究支撑能力较弱。2023年10月,我国成立国家数据局统筹推进数字基础设施布局,有助于打通我国科学数据链路,完善数据治理体系。
思考与启示
科技基础能力是国家综合科技实力的重要体现,是实现高水平科技自立自强的战略支撑。作为科技基础能力建设的重要组成部分,我国高度重视重大设施的建设与开放共享,以期在新一轮科技革命和产业变革中占据先机、赢得主动。重大设施的高水平建设和运行,不仅可为前沿科学研究探索、解决关系国计民生和国家战略安全等关键核心问题提供重要支撑,还可汇聚培养高端人才,彰显国家科技创新实力。目前,我国重大设施发展取得长足进步,但对标科技强国、教育强国建设仍有不小差距,急需加快建设进度,提升服务效能。基于上述研究分析,提出3点建议,以期为我国重大设施建设布局与开放共享提供参考。
不断提升重大设施综合性能和服务效能,支撑科技强国建设。推进重大设施布局建设对我国实现高水平科技自立自强具有重大战略意义。2022年5月,美国国会参议院情报委员会召开了“对美国国家安全的威胁:反制中国的经济和技术计划”公开听证会,拟修改“基础研究”的定义,并提出当基础研究发展一旦达到管制技术的水平和类型,应与受控技术进行同样的管控。若该计划执行,我国有可能无法再使用DOE用户设施,将对我国科研活动产生一定影响。同时,为获得美国设施使用资格,我国用户需将研究项目提案提交给对方进行评审,存在一定程度的科技安全风险。因此,建议充分评估未来我国用户使用重大设施的需求,合理规划重大设施布局,并在保证重大设施高质量和高水平的前提下,适当加快建设进度,从科学目标出发不断提升设施的能力水平和先进性,适应我国高质量科技发展的需要。
加速重大设施的数据融合、使用和共享生态建设。良好的科学数据生态环境是驱动重大科学发现和重要技术突破的新引擎。建议根据科研发展需求,部署新的科学数据基础设施,统筹考虑重大设施建设过程中“软环境”和“硬条件”的协同布局与管理,进一步推进人工智能、机器学习、深度学习等技术的应用,以实现我国重大设施和国家科学数据中心的互联互通,加速打破科学数据壁垒,实现跨域融合。可考虑将科学数据基础设施纳入国家重大设施管理体系,针对其建设、使用及管理特点,制定相应的申报、评审和管理规则。进一步提升我国国家高性能计算设施的软件研发和应用能力,构建贯通科学数据从产生到价值挖掘、应用的全生命周期科研生态环境,积极推进重大设施数智化转型,支撑数据密集型科研范式的转变。
提升重大设施国际化潜力,加强高水平合作与交流。目前,我国采用国际合作方式建设的设施数量相对较少,所累积的国际用户群体规模也相对较小。大部分国际合作停留在一般性的交流合作上,缺少实质性的国际资金、技术和科技人力资源投入。受国际形势影响,美国已减少或者限制我国用户使用其重大设施开展科学研究的机会,未来我国国际科技合作将面临更加严峻的挑战。建议重大科技基础设施布局充分考虑国际化潜力,发挥科技外交优势,积极谋求依托设施牵头发起国际大科学计划和大科学工程;同时进一步拓展我国科研用户使用欧洲、亚洲等国家重大设施的渠道,如欧洲X射线自由电子激光、欧洲同步辐射光源等;加强重大设施与国内外科研机构、企业的深度合作,重视潜在用户的培养,进一步拓展国际用户群体,持续提升设施开放共享服务能力。
(作者:董璐、李宜展、王学昭、李泽霞,中国科学院文献情报中心 中国科学院大学经济与管理学院信息资源管理系;李云龙,中国科学院前沿科学与教育局。《中国科学院院刊》供稿)
中国网/中国发展门户网讯 数字经济是继农业经济、工业经济之后的主要经济形态。2012—2021年,我国数字经济规模从11万亿元增加到45.5万亿元,占国内生产总值(GDP)的比重由20.4%增长至39.8%,成为推动经济社会高质量发展的重要引擎。习近平总书记在《求是》杂志发表的重要文章《不断做强做优做大我国数字经济》中指出:“推动数字经济和实体经济融合发展。把握数字化、网络化、智能化方向,推动制造业、服务业、农业等产业数字化。”
当前全球粮食安全问题日益严峻,2022年全世界约有6.9亿—7.8亿人口面临饥饿,预计到2030年,全世界仍有近6亿人口长期食物不足。我国是世界上粮食进口最多的国家,2022年我国进口粮食1.5亿吨,占全国粮食总产量的21.4%。因此,我国粮食安全受国际市场影响的风险较大。作为一个14亿人口大国,我国必须确保“中国饭碗”主要装“中国粮”。以习近平同志为核心的党中央把粮食安全作为治国理政的头等大事,确立了新时代“以我为主、立足国内、确保产能、适度进口、科技支撑”的国家粮食安全战略。数字经济时代背景下,数字技术在我国农产品销售和流通环节发挥了巨大作用,而数字技术如何应用到农业生产环节,实现农业生产的精细化管理,目前多集中于点上的研究和小规模的应用,缺乏农业生产全流程的数字技术应用。因此,如何在大范围内打通农业生产的数据流、将数字经济与农业传统产业融合、让数据在农业生产环节中产生高效的价值,是发展智慧农业的前提,也是实现中国式农业现代化的一个重要命题。
我国传统粮食生产方式遇到持续增产瓶颈
粮食安全是国家安全的基础。新中国成立以来,我国粮食生产取得巨大成就,用不足全球9%的耕地解决了全球约20%人口的吃饭问题。推动粮食产量增加的主要因素包括农业基础设施改善、农业物质装备水平提高、农业科技进步加快和农业经营体制改革等多方面的举措。1978年改革开放以来,我国粮食单位面积产量(以下简称“单产”)由167.5千克/亩(2 527千克/公顷),提高到2021年的387千克/亩(5 805千克/公顷),翻了2.3倍;我国农业生产中化学肥料(以下简称“化肥”)投入增加了5.9倍,农药投入增加了4.7倍(表1)。然而,我国化肥、农药的利用率仅为40%左右,未被充分吸收利用的化肥、农药造成了严重的环境污染。与此同时,我国农业用水量达到3 644.3亿立方米,占2021年全国用水总量的61.5%。通过分析我国1978年至今的粮食产量和化肥施用量的关系,发现两者存在极显著的相关关系(p < 0.001)。1978—2002年,单位化肥施用量的粮食产量呈现逐年下降的趋势,即增加化肥施用量对于提升粮食产量的作用逐渐降低;2003—2015年,我国化肥总施用量的数据仍在攀升,但是单位化肥施用量带来的粮食产量却几乎不变,也就是说随着化肥施用量的增加,粮食增产已进入平台期;2015年开始,随着国家“双减”战略的提出,虽然化肥施用总量逐年减少,但单位化肥施用量的粮食产量则出现了缓慢提升(图1)。由此可见,我国化肥的使用已经严重超标,不仅无法促进粮食持续增产,包養網而且不能被作物吸收利用的化肥还会进入土壤及水体,造成严重的农业面源污染。

美国、日本、欧洲等发达国家或地区的农业数字化技术起步早,海量农业数据的积累支撑了国家初步建立农业智能化生态体系,实现了增产提效,如原美国孟山都公司(Monsanto Company)与美国约翰迪尔公司(John Deere)合作建立了精准数字农业生态体系。目前,德国拜耳公司旗下气候公司(Climate Corporation)推出的数字农业平台(Climate FieldView)已服务全球超过13亿亩耕地,通过海量数据采集,帮助农民优化农田决策,从而提高土地生产力,最大限度地帮助农户降低农业生产管理强度、提高农业生产的效率、增强抵御风险的能力。我国是粮食进口第一大国,大豆和玉米的进口量排全球前两位,合计占我国粮食进口总量的76%。我国大豆和玉米生产均存在单产低、成本高的问题。2021年,我国大豆单产(约140千克/亩)是美国(231千克/亩)的61%,成本(约781元/亩)是美国(593元/亩)的1.3倍;我国玉米单产(约507千克/亩)是美国(735千克/亩)的69%,成本(约1 149元/亩)是美国(806元/亩)的1.5倍。由此可见,我国大豆和玉米不仅单产低,且单产的成本是美国的2.1—2.2倍,节本增效的空间巨大。因此,推进中国式农业现代化,实现粮食生产中降本增产增效,是我国农业健康可持续发展无法回避的重要议题。

农业生产是一个受自然环境、生物有机体与人类社会生产活动等多种因素共同作用的复杂系统。在我国耕地资源有限的背景下,提高粮食作物单产是增加粮食产能的有效途径,农业农村部已将粮油等主要作物大面积单产提升作为粮食生产工作的头号工程。粮食单产的波动受到光、热、水等气候因素,土壤和地形等环境因素,化肥和农药等生产资料投入因素,品种改良等科技因素的影响。针对近15年玉米单产增加的因素分析研究表明,气候因素占48%,田间管理占39%,可见精细化管理对提高粮食单产的作用巨大。发展智慧农业,将信息化、数字化、智能化技术应用到农业生产系统,就是要通过海量数据的获取,建立农业模型和算法,摸清作物的生长规律和对光、温、水、肥等资源的需求特点,智能化精准识别作物的病虫害,从而作出适时适量施用水肥药和播种收获时间等的管理决策,对复杂的农业生产系统进行智能化、精准化控制。通过粮食生产过程的精细化、精准化管理,提升田间管理在粮食单产增加中的作用,减弱气候变化对粮食生产的影响,实现“靠天吃饭”向“知天而作”的转变。
发展智慧农业的核心“九步法”
2005年中央一号文件《中共中央国务院关于进一步加强农村工作提高农业综合生产能力若干政策的意见》中,首次提出了“加强农业信息化建设”。随后,我国围绕作物生长发育、种植管理管控、农业信息采集、质量检测等方面开展了大量工作,在农业物联网产品和技术、农业传感器、水肥一体化等方面均取得了一系列成果,为农业大数据的获取提供了基础。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中明确提出“加快发展智慧农业,推进农业生产经营和管理服务数字化改造”。随着我国农村信息基础设施建设、农业规模化经营趋势、智慧农业技术进步,我国智慧农业迅速发展。围绕耕地土壤、种子、水资源、肥料和农药利用等方面,科研人员开展了大量的单项技术研究或集成技术研究,部分技术环节已取得突破,并在应用示范中取得了显著效益。农业生产是一个复杂的系统工程,围绕产前、产中、产后的粮食生产全链条,针对从耕整地到粮食入库的全过程,通过将碎片化的单点技术进行串联,为我国农业生产节本增产增效提供技术支撑,实现“藏粮于技”。为此,本文将控制论的概念引入农业生态系统,提出了智慧农业助力农业生产的核心“九步法”,即“两精”“三变”“三减”“一用”(图2)。利用信息技术打通农业生产全链条数据流,通过农业大数据积累,开发算法和模型挖掘数据价值,建立智慧农业决策系统,并用智能农业机械装备实现精准执行系统指令。同时,智能农业机械又可在作业的同时采集数据,实现数据流的闭环。随着系统不断积累数据,进一步加强数据驱动的模型训练,使系统变得“越来越聪明”,实现精准决策,进一步提升农业科技的增产增效潜力。

“两精”:精准整地、精量播种
精准整地。土壤精准耕整是提高农业水肥药利用率、促进作物生长、减少温室气体排放、提高作物产量的重要途径。精准整地主要包括保护性耕作、深松和激光整地3项关键技术:保护性耕作可以减少土壤径流、增加土壤有机质、减少水分蒸发;深松可以打破犁底层,改善土壤透水透气性和团粒结构;激光整地则直接影响田间灌溉效率。有研究表明,经过激光整地技术平整后的土地,能够较好解决漫灌造成的水资源严重浪费问题,比传统平整土地方式节约灌溉用水21%;水分利用效率可提高19%—22%;不仅可以充分利用有限的水资源,同时也减少了土肥流失,作物产量可提高5%—11%。此外,农田通过高精度平整后,还可以带来附加效益,如可减少灌溉沟渠和田埂的占地面积使水田土地利用率提高3%—6%。此外,根据土壤类型和种植作物种类的不同,整地深度和耕整方式要求也不一致,通过信息技术获取不同土壤类型特点和不同作物种子萌发、生长的规律,为精准整地提供个性化定制方案,增强土壤的保水保肥能力,促进作物种子萌发和生长。
精量播种。作物的播种质量和产量息息相关。如果播种疏密不均,会导致生长无序、通风透气性差、营养获取不均衡、易受病虫害侵袭等问题。随着播种机械的技术进步,实现精量播种成为可能,而精量播种的前提是确定作物品种的适宜播量和最佳行距、株距等。通过构建群体尺度的作物生长模型,利用信息空间模拟不同密度作物的光合效率和生长发育规律,将为作物精量播种提供支撑。研究表明,精量播种一方面可提高作物播种质量,确保苗齐、苗壮,营养合理,个体发育健壮,群体长势均衡,进而实现单产提升;另一方面可以节省或完全省去间苗时间,节约人力和能源成本;此外,精量播种还可以节约种子用粮,避免种子浪费。玉米通过精量播种可以节约种子2.7—3.0千克/亩(40—45千克/公顷),按我国玉米播种面积估算,相当于可节约玉米用种量172万—194万吨。
“三变”:变量施水、变量施肥、变量施药
水肥药是农业生产重要的基础物质,在保障作物高产稳产和粮食安全中发挥了重要作用。农业可持续发展的核心是保护水土资源及农业生态环境。因此,提高农业资源利用水平和效率、加大农业生态保护建设力度是主要举措。我国是世界上13个贫水国家之一,2022年,我国农业用水量达3 781.3亿立方米,占全国用水总量的63%。我国也是化肥和农药使用大国,我国平均每亩地的化肥施用量是美国的2.6倍;平均每亩地的农药施用量是世界平均水平的2.5倍。化肥和农药的过量包養施用,一方面造成农业生产成本增加,另一方面造成农业面源污染,不仅影响农产品的质量,还会威胁农业生态环境安全。为此,原农业部2015年印发了《到2020年化肥使用量零增长行动方案》和《到2020年农药使用量零增长行动方案》,通过测土配方施肥、有机肥料与微生物肥料等新型肥料替代使用、病虫害绿色防控技术实施等手段,我国2021年化肥和农药的施用量比2015年分别减少了13.8%和16.8%。2022年,农业农村部印发了《到2025年化肥减量化行动方案》和《到2025年化学农药减量化行动方案》,提出进一步开展化肥农药减施不减产行动。如何实现减施不减产,一方面要摸清作包養行情物生长的水肥需求规律、开展作物病虫害的智能化监测,另一方面要摸清土壤水分和养分的本底资源情况,二者结合生成变量作业的“处方图”。当前,随着高通量作物表型监测、基于深度学习的病虫害识别、伽马能谱仪土壤快速无损包養检测等新技术的发展,为数据驱动的作物生长模型构建、土壤快速全面体检提供了基础,也为变量作业“处方图”的智能化生成提供了可能。结合气象信息,还可对最佳施肥和喷药的时间提出建议。根据作物需求进行水肥药的精准施用,是减少水肥药用量、增加作物产量、提升作物品质的重要途径。
变量施水。传统农业生产的均匀灌溉方式可能出现局部灌溉过量或不足的情况,造成水资源和能源的浪费,降低了作物对水的利用效率。同时,过量施水还可能引起地表径流或土壤水的深层渗漏,可能污染地表水及地下水。大型喷灌机的研发为变量施水技术提供了作业载体,室内模拟或田间试验研究表明,变量灌溉可节水约4%—7%,个别田间小区试验甚至达到节水53%的效果。
变量施肥。我国化肥利用率约40%,比美国、欧洲等发达国家低10%—25%,化肥的过量施用会造成耕地板结、土壤酸化等问题。国内外变量施肥技术主要分为2类,一类是基于“处方图”的变量施肥,一类是实时监测的变量施肥;主要包含预先生成变量作业“处方图”或实时采集土壤肥力信息、施肥决策系统和变量作业机具3个关键环节。我国东北黑土区的研究表明,采用玉米精准施肥模型,变量施肥方案可比传统施肥方案节约化肥5%—10%,同时玉米增产6%—10%。
变量施药。病虫草害信息的快速获取和精准识别是变量施药的关键,相关设备包括地面喷药机械和航空喷药机械2类。近年来,航空植保技术的逐渐应用,特别是无人机等具有飞行速度快、喷洒效率高、人工成本低等优点,农作物病虫害防治作业效率提高了15%—35%,生产成本降低了约7元/亩(105元/公顷),对于突发性病虫害具有较好的防治效果,增强了抗风险能力。
“三减”:收获减损、运输减损、仓储减损
粮食产后损失是一个全球性问题,节粮减损是保障粮食安全的重要举措。2021年,在我国倡议下,农业农村部、国家发展和改革委员会、国家粮食和物资储备局、山东省人民政府共同举办了国际粮食减损大会,习近平总书记在贺信中指出,“粮食安全是事关人类生存的根本性问题,减少粮食损耗是保障粮食安全的重要途径”,粮食产后损失不仅造成了粮食数量的减少,而且浪费了生产粮食消耗的水土资源、能源动力、劳动力,以及化肥、农药等生产资料。
联合国粮农组织将粮食在收获后至供应链消费环节之前被损失掉的部分称为粮食损失指数(FLI),主要包含运输、储存和加工3个方面。据估测,全球的粮食损失指数约为13.8%,谷物和豆类的粮食损失指数为8%左右。本文在粮食产后环节仅讨论从收获到储藏的过程,不包含加工和消费方面,具体划分为收获(田间收获)、运输(从田间运输到粮食存储地)、储藏(干燥后入库储藏)3个环节。有研究表明,我国三大主粮作物水稻、小麦、玉米在收获、运输、储藏的产后损失率平均为7.9%。其中,储藏环节的损失最高,损失率达到4.5%,占产后总损失率的50%以上;其次是收获环节,损失率为2.5%;运输环节的损失率为0.9%。我国三大主粮作物的产量占我国粮食总产量的91%,基本可以反映我国粮食产后损失的总体状况。2022年,我国粮食总产量为68 653万吨,按此推算,粮食产后损失量约为5 424万吨,当年的粮食平均产量为387千克/亩,折算后相当于损失了1.4亿亩耕地产量的粮食。
收获减损。粮食收获环节的损耗主要与收获时间、气候条件和收获方式等因素有关。通过构建包含作物、气候、土壤等模块的农业模拟器,根据气候条件、作物种类和作物成熟度,可为获取最佳收获时机提供智能化决策建议;同时,通过监测作物收获的实时产量,可以及时预警并调整至最佳收获方式。我国三大主粮作物水稻、小麦、玉米的机收率分别达到了95%、98%、80%。通过加强智能化专用联合收获机的研发和应用、制定标准的收获作业规范、加强农业机械操作手的培训等,可提高收获质量,降低收获损耗。
运输减损。运输环节的损耗不仅包括粮食重量的减少,也包括粮食质量的下降。重量损耗主要与包装破损、包装不当、装卸遗留等因素有关;而运输过程遭受雨淋或运输环境温度控制不当,均会引起粮食品质下降,甚至发生霉变,造成损失。通过运输环境的自动化监测和智能化调控,运输车辆载重的全过程监管,可有效减少运输环节的损耗。
仓储减损。储藏环节的损耗受粮食烘干和储存基础设施的影响较大,通过建立粮食收运储的信息化管理系统、仓储环境的智能化监测和调节系统,可实现粮食清选烘干损失量、仓储环境的实时预警,为减损提供信息化支撑。有研究表明,通过采用作物联合收获机收获、散粮集装箱运输、机械化干燥、粮食储备库替代农户传统储粮方式等措施,我国粮食产后损失可降低至4%以下,减损量折算为耕地面积相当于新增“无形良田”0.7亿亩。如果收获、运输、仓储3个环节均实现信息化,进行实时监测预警,将进一步减少粮食产后损失。
“一用”:秸秆利用
秸秆的产生同粮食一样,是作物光合作用的产物,也需要消耗水土资源,且秸秆约占作物地上生物量的50%以上,是农业生态系统中宝贵的生物质资源。因此,秸秆的综合利用是农业绿色高质量发展的重点任务,关乎农业可持续发展和生态环境保护,受到各国高度重视。据估算,我国农作物秸秆资源量约为7.7亿吨,是粮食总产量的1倍多。作物秸秆的利用方式主要包括肥料化、饲料化、能源化、基料化和原料化5类。据农业农村部发布的《全国农作物秸秆综合利用情况报告》显示,2021年,我国作物秸秆利用量达到6.47亿吨,合计综合利用率达88.1%。其中,秸秆还田量约为4亿吨,占62%,主要包括玉米、水稻、小麦秸秆;秸秆饲用化利用量为1.32亿吨;燃料化利用量为6 000多万吨;基料化、原料化利用量约为1 200万吨。可见,我国目前的秸秆利用仍然以还田为主,但受限于技术不完全成熟,秸秆还田后可能会出现腐解不完全从而影响来年作物出苗和生长,或是腐解过程中与作物竞争肥水资源等问题。通过加强秸秆综合利用技术研发,未来可开辟秸秆综合利用的新途径,推动秸秆资源利用的多样化和高值化。
关于我国发展智慧农业的建议
发展智慧农业的前提是以大数据为基础。大数据的本质是海量、多维度、多形式的数据,具有海量的数据规模、快速的数据流转、多样的数据类型和价值密度低四大特征。只有将大数据和人工智能结合起来,利用深度学习和强化学习等算法,建立模型,辅助或代替人工决策,才能够将大数据利用起来,发挥其应用价值。因此,智慧农业的发展,需要打通数据获取、数据传输、数据存储、数据处理、算法研发、模型构建等一系列过程。为此,针对大数据的获取、标准化和应用,建议加强如下4个方面的工作,加快农业智能化进程,助力实现中国式农业现代化。
加强智能农业机械的研发和应用,将农业机械变成“数据爬虫”
我国拥有18亿亩耕地,如何快速、低成本获取全面的、动态的地块级粮食生产全流程大数据是个难题。作物耕种管收都需要农业机械的参与,如果将农业机械变成数据采集载体,则可以在农业生产全过程获取精确到地块级别的数据。世界上先进的智能农业机械可搭载农田土壤信息传感器、作物生长及病虫害监测传感器、作业环境传感器、农业机械装备作业参数传感器等,全方位采集发动机、位置、土壤、环境、作物等信息。我国拥有4 000多种农业机械产品,农业机械总动力达到10.78亿千瓦,全国农作物耕种收综合机械化率72%,三大主粮作物小麦、水稻、玉米的耕种收综合机械化率分别达到97.3%、85.6%和90%,为通过农业机械获取数据提供了可能。然而,当前我国高端农业机械主要依赖进口,且自主研发的农业传感器数量不到世界的10%。加快构建我国自主的第3代农业机械创新体系,从“端、网、云、数、用”5个层面进行信息技术与农业生产的融合,实现数据采集、立体通信、大数据挖掘与农业机械自动化作业于一体,将农业机械发展为数据采集和精准作业同时进行的执行载体。未来通过智能农业机械的应用,将农业机械变成“数据爬虫”,在作业过程中采集农田土壤、作物生长、病虫害、气象等信息,实现农业生产全流程数据的自动化采集,建立农业大数据库并实现动态更新,为智慧农业决策系统做好数据储备。
建立农业数据采集标准,打通农业“数据孤岛”
围绕粮食生产耕种管收全过程,针对影响粮食产量和品质的土壤、水分、气候、作物品种习性等因素进行数据采集,是构建智慧农业决策系统的基础。影响农业生产的水、土、气、生四大类指标存在数据格式和类型不同、数据来源不一致等问题,这些多源异构数据通常以不同结构和语义表示,无法直接融合和共享。因此,应建立农业大数据共性平台底座,汇聚不同区域的农业信息,打通农业“数据孤岛”。加强低成本通信系统研发,突破全要素数据采集通信网络开发平台、农业通信关键技术,形成天空地一体化技术融合的农业专用通信系统终端产品;针对处理海量数据技术瓶颈,开展农业生产全要素数据存储与清洗平台研发,突破以分布式存储技术、分布式数据库技术、对象存储技术为基础的分层混合存储体系的农业数据处理关键技术,形成以数据存储处理为核心的国家级农业大数据算力中心;建立农业生产全流程的数据采集标准,确保采集结果的可比性、可兼容性、可集成性和连贯性。
打造农业模拟器,建立智慧农业决策系统
农业大数据的核心是数据挖掘,必须与人工智能结合才能发挥数据价值。孙凝晖等基于黑土地保护提出了农业模拟器的概念,拟通过理论研究和实验科学将“数值+数据+智能”技术耦合成一个在线迭代的有机整体,构建科学研究的第五范式。农业模拟器主要包括观察、判断、决策、执行(OODA),这4个步骤同样适用于智慧农业。多源异构的农业大数据经过各种分析算法进行比较、聚类和分类归纳,将采集获得的土壤、作物、环境等要素数据搬到信息空间进行模拟分析,建立数据和模型的关系,借助智能装备构建农业生产OODA闭环正反馈系统,突破当前孤立、线性、滞后的农业模型缺陷,打通农业数据流,在信息空间完成模型的训练并进行快速迭代,从而对已有数据进行分析判断,对未知数据进行预测,实现智慧农业决策系统更准确快捷,进而替代传统专家决策的方式。
制定农业数据管理规范,加强农业数据安全监管
随着信息技术的发展,数据安全已成为事关国家安全与社会经济发展的重大问题,农业数据安全是国家粮食安全的重要组成部分。2021年9月1日,我国关于数据安全的首部律法《中华人民共和国数据安全法》正式实施。美国前国务卿基辛格曾说过:“谁控制了粮食,谁就控制了所有的人。”作为世界第一大粮食出口国,美国一直把粮食作为战略武器,实施粮食—能源、粮食—金融、粮食—贸易、粮食—科技等“粮食战争”。受气候变化、政治冲突、经济萎缩等原因,世界粮包養食体系越发脆弱,2022年,约9亿人处于重度粮食不安全状况,占全世界人口的11%。在农业信息化、智能化快速发展的背景下,面对国际粮食市场震荡的形势,加强农业数据安全监管势在必行。当前,我国高端农业机械、先进的农业传感器大部分来源于进口,存在农业数据安全泄漏的极大风险。因此,一方面应加大国内自主知识产权的高端智能农业机械和农业传感器研发,加快替代进口产品;另一方面,应制定农业数据采集、传输、存储、访问等管理制度和规范,加强数据要素治理,确保农业大数据安全,避免农业数据泄漏造成的被动局面,将粮食安全牢牢握在自己手中。
(作者:高树琴、张玉成,中国科学院计算技术研究所;胡兆民,呼伦贝尔农垦集团;王竑晟,中国科学院科技促进发展局;张晓博,北京国科伏羲科技有限公司。《中国科学院院刊》供稿)

中国网评论员 唐华
不管是农夫与蛇还是东郭先生与狼的故事,都反映了中国百姓一种朴素的情感:恩将仇报者不可原谅。
包養但总有一些企业,一边近水楼台坐享中国发展的红利,一边带着傲慢与偏见甚至敌意,悄悄做着祸乱中国的营生。汇丰银行便是其中一例。
5月29日,全国政协副主席、香港特区前行政长官梁振英在脸书发文,呼吁香港官商民与国家共同反制西方恫吓。他还专门喊话汇丰银行,告诫这家自称英资的银行万万不能一边赚中国的钱,一边做损害中国主权、尊严和人民感情的事。
汇丰银行与中国渊源颇深,1865年于中国香港成立,因提供贷款解港府燃眉之急而获得发钞权。甲午战争之后,清政府无力偿还赔款,汇丰银行又通过抵押贷款,控制了清朝的经济民生命脉,靠着吸血腐朽的清政府,成为当时远东地区第一大银行。但1990年底,距离香港回归中国只剩7年之际,汇丰银行突然宣布在英国成立汇丰控股有限公司,将总部迁回英国,算是用这种方式对回归后的香港投下了不信任票。
回归之后,中国政府本着开放包容的心态,并没有剥夺包括汇丰银行在内的英资机构的既得利益。甚至于直到今天,汇丰银行仍然是发钞行之一。受益于“一国两制”,汇丰银行尽享中央政府给予香港的政策便利,得以开拓内地的广阔市场。1997年,汇丰银行成为首批在上海浦东经营人民币业务的外资银行之一,1998年更率先成为全国人民币同业拆借市场一级成员,并获准通过该市场进行人民币债券和回购买卖。此外,汇丰银行还先后入股内地多家金融机构,尽享内地发展红利。据统计,2019年上半年,汇丰银行税前利润达124亿美元,同比增长15.8%,其中近75%的收益来源于中国。
然而,就是这样一家诞生在中国,从成立之初就捧着中国的饭碗,直到现在大部分利润仍然来自于中国的英资企业,背后却干着“吃饭砸锅”的无耻勾当。
2018年12月,华为首席财务官孟晚舟在加拿大被捕。据英国《金融时报》报道,汇丰银行在2016年底到2017年便开始配合美国司法部对华为发起的调查,华为一份原本用来向汇丰银行高管说明情况的PPT被转交给美国政府,为美国罗织莫须有罪名提供了“核心证据”。而据媒体透露,汇丰银行之所以“出卖”华为,只是为了换取美国司法部对其违法行为的免于起诉。
作为一家银行,未经允许私自将客户资料提供给第三方;为了自身利益,随意出卖甚至构陷他人,这样的行为,本就已经远远跌出行业底线之外,为世人所不齿。
更何况,构陷的对象是华为,投效的主子是包養美国,扮演的是美国对华贸易讹诈和高科技制裁的帮凶。这样的汇丰,触犯了中国人民民族情感的大忌。
在中美博弈日趋激烈的当下,汇丰是否会继续配合美方需要,大肆出卖中方合作伙伴,只能是“宁可信其有”。难怪梁振英提醒“持有汇丰账户的特区政府,中国内地和香港的工商界,尤其是人大代表、各级政协委员要马上自保,避免成为类似华为一样的人质。”
此前,香港媒体多次报道乱港祸首黎智英通过汇丰银行账户转账乱港资金。2014年,迫于监管压力,汇丰银行终止了一批涉嫌洗黑钱的可疑账户,其中包括黎智英名下一家公司的汇丰账号。黎智英们类似的账户还有多少?资金从何而来,又流向何处?对此,汇丰银行一直未能给予正面回应。既然汇丰能以卑鄙的方式配合美国打击中国企业,又何以在中国调查境外势力乱港反华问题上装聋作哑?
在刚刚结束的全国两会上,全国人大通过制定“包養行情港版国安法”的决定,重点打击“分裂国家、颠覆国家政权、组织实施恐怖主义包養活动、外国和境外势力干预香港事务”四类罪行。汇丰银行照照镜子,恐怕发现自己已在“疑似”之列。
今年2月,因经营问题,汇丰银行宣布将尽快精简欧美业务,逐步将重心转移到亚洲。但若汇丰银行一直以如此“吃相难看”的嘴脸示人,曾让汇丰风光无限的这片土地,将把它列为不受欢迎的客人。
如梁振英所言,“我们要让英国政府、政客、汇丰这类的英资机构知道which side of the bread is buttered(蛋糕的哪一面抹上了奶酪)。”
毕竟,不再是那个时代,也不再是那个中国。
阳春时节,西秦岭大山深处,晨露未消,甘肃省陇南市康县“90后”电商新农人王谢红便和老乡扎进大蒜地里放苗。随着铁钩划破地膜,一株株翠绿蒜苗露头。望着眼前充满希望的田野,王谢红一边干农活,一边按下手机视频录制键。
数字时代,电商新农人的“春耕”也在悄然变化,手机变成新农具,流量变成新农资,拍视频、做直播成了新农活。王谢红告诉记者,这个春包養天,他要忙好线上线下两个“春耕”,打场漂亮的“翻身仗”。
自2017年返乡创业以来,王谢红一手做电商销售从农户家里收购的蜂蜜、花椒、油橄榄等土特产,一手流转土地发展种植业。这几年,他的电商生意做得风生水起,年销售额近300万元,带动400余户农户增收。然而种植黄芪、大黄等中药材却接连遭遇失败。
2023年下半年,王包養谢红从山东省济宁市金乡县引种了200亩大蒜,签了保底收购协议。“现在新蒜一斤卖3元,我们这些地除去成本,净赚150万元不成问题。”他用手指着连片蒜田笃定地说。
下山入村,走进王谢红的线上“春耕”基地,生产车间、直播中心、展销大厅一应俱全。2023年5月,在当地政府惠农政策扶持下,王谢红建起了这座标准化“网货”加工厂。他们在这里将收购来的农产品打包、封装,生产出资质齐全的网货,既可以自己销售,也可以为其他网红代工供货。
“欢迎来到我们直播间,今天给大家带来的是一款从悬崖上采集来的蜂蜜——崖蜜……”记者在王谢红的直播中心看到,一名主播正通过微信视频号带货。王谢红说,如今抖音、快手等平台流量日益向头部网红集中,今年,他们决定转战微信视频号,在这包養網價格条新赛道上“精耕细作”。
“我们将脚踏实地,以农田和工厂为基地,以‘短视频+直播’为平台,助力家乡农产品‘飞’出大山,销往全国。”他说。
自2015年商务部实施国家电子商务进农村综合示范项目以来,甘肃省持续推进县乡村三级电商公共服务体系建设,培养爱农业懂网络的电商新农人,扩大农产品网上销售规模和效益。甘肃省商务厅电子商务处副处长于清说,大数据监测显示,2023年全省农产品网上销售额达27包養包養網9亿元,同比增长11.16%。
“大家在直播间下单速度太快了,一场直播下来,销售额平均2万余元,最高时甚至接近18万元。”谈起直播带来的巨大销量,甘肃省定西市岷县的网红“当归哥”於军强喜上眉梢。除了日常直播带货,於军强也会走进田间地头拍摄短视频,向粉丝分享家乡“千年药乡”的独特风物。不久前,他发布的一条乡亲们在田间采挖党参苗的短视频,播放量达60万次。
乘着新时代东风,陇原大地电商新农人如春笋般兴起。他们奔波在原野山乡,辗转于各平台直播间,手里忙着两个“春耕”,心里盼着双份“丰收”,在带动乡亲们增收致富的同时,也促进了传统农业生产经营方式转型,为乡村振兴注入勃勃生机。
(记者郎兵兵 徐皓夫)新华社兰州3月29日电
从上门代厨到喂猫遛狗,到家服务消费新风强劲
万亿级规模的生活服务市场如何更进一步?
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近年来,生活服务消费新风强劲、热力十足,以家政、洗涤、维修为代表的生活服务行业快速发展,到家服务已支撑起万亿级规模的市场。随着行业专业化、数字化程度不断提升,居民生活服务消费需求将进一步激活,市场巨大潜力有望进一步释放。
家住上海陆家嘴某小区的陈阿姨,最近时常交出家里的掌勺“大权”。
她每天只需将菜买好放在厨房,就会有预约好的阿姨上门。菜品和要求已提前在微信里沟通好,不必再自己动手,两小时后一桌颇具本帮风味的饭菜便准时上桌。“比起以往自己忙碌小半天,现在找人上门做饭食材放心又能吃到大厨水平,划得来!”偶尔在电梯间里遇到相熟的邻居,陈阿姨常要推介一番。
近年来,生活服务消费新风强劲、热力十足,以家政、洗涤、维修为代表的生活服务行业快速发展。日前举行的上海生活服务行业峰会披露,这些到家服务,已支撑起万亿级规模的市场。随着行业专业化、数字化程度不断提升,居民生活服务消费需求将进一步激活,市场巨大潜力有望进一步释放。
生活服务日益专业化、细分化
“除了感情不修,其他都修。”啄木鸟家庭维修的COO李奇隆习惯了这样的开场白。企业从重庆起家,现已覆盖全国2200多个县级以上城市。这么多城市里,除了感情,“其他”究竟包含了哪些?李奇隆表示:“我们维修服务有410个场景,410个场景里面大概有1000多个SKU单品,数量很多,我们认为细分市场还有很大的潜力。”
近年来,众多从业者都和李奇隆一样,看到了生活服务专业化、细分化发展趋势。“比如宠物卫生打扫、衣柜整理收纳,这些服务以前没有,但近年来复合增长速度很快。”e家政CEO林杰坦言,尽管企业偏向于聚焦家政保洁某个单品类目,但能明显感受到,从2023年到2024年,消费者尤其是年轻包養網比較人的需求越来越多元和个性化,催生出一系列新的服务内容和场景。
洗鞋行业正是为解包養網决年轻人的生活烦恼而兴起的典型。过去几年,这一细分赛道成为生活服务行业的一个风口。“我们的消费者中,18岁~35岁的消费者占了75%。”大鲸洗创始人张国庆介绍,巨大的需求推动市场供给翻了七八倍,服务纯线上订单的洗衣工厂模式开始出现,产业分工也进一步细化,行业连锁效应逐渐显现。
不断向专业化、细分化发展,为生活服务市场注入了新活力。据美团数据,生活服务消费频次逐年上升,2023年交易额同比增长100%。其中,上门代厨、喂猫遛狗等新型服务快速增长,今年以来相关搜索量同比翻倍增长。
下沉市场成为行业增长“新引擎”
“在上海这样的一线城市,除了定制化、品质化服务需求之外,更多消费者追包養網心得求的是‘两小时服务’。”林杰表示,尽管一线城市生活服务需求旺盛,但受住房面积以及消费者空闲时间等影响,需要三四个小时的家政服务常常被压包養缩成两小时。
因消费时长缩短、竞争激烈,林杰坦言,家政类目的市场空间和收益率,有的大城市反倒不如小城市。
多位行业负责人都在采访中表示,与较为完善成熟的一二线城市相比,下沉市场正在成为生活服务增长的“新引擎”。美团数据显示,2023年,三线及以下城市的用户交易规模,较2021年增长超过80%,增速居各线城市首位。
艾媒咨询的相关调研报告显示,目前,本地生活服务行业的服务呈现“以到店服务为主体,到家服务高速增长”的局面。究其原因,在于新一线城市、二三线城市的到店、到家业务有很大的发展空间。随着城镇化和数字化不断推进,下沉市场的消费者对各类到店、到家服务使用需求将进一步被激活。
发现需求进而匹配需求,被认为是激活下沉市场的关键。联想百应总经理魏东以辽宁锦州为例,讲述了下沉市场的巨大发展潜力:联想百应拥有的2500家服务店,基本实现了从一线城市到六线城市全覆盖。锦州的门店在其中原本并无特殊,但在接入生活服务类平台后,下沉市场潜力被激活,该区域在平台上的单店日均销售额迅速跻身全国各城市前列。
数字化、标准化驱动行业提质扩容
在2023年11月举办的第八届中国生活服务业大会上,中国商业联合会会长姜明表示,我国居民消费支出中服务消费占比已超过40%,服务消费将成为未来我国经济增长的重要引擎。
但目前,生活服务行业向上发展仍面临一系列挑战。“对于一个万亿级市场来说,生活服务行业‘大市场、小主体’格局显著,各业态处于高度离散状态,品牌多以单城经营为主,服务供给不充分、不平衡的问题在旺季尤为凸显。”美团生活服务业务负责人包養網價格宫玉清这样剖析行业现状。
为推动生活服务业高质量发展,2023年底,商务部等12部门联合印发《关于加快生活服务数字化赋能的指导意见》,从5个方面作出部署,助推以数字化驱动生活性服务业向高品质和多样化升级,更好满足人民群众日益增长的美好生活需要。
业内普遍认为,数字化、标准化将重塑生活服务体系,给行业带来更多提升和机遇,驱动行业提质扩容。
“商家对业务场景很熟悉,但是跟需求之间一直无法很好地联动起来。”李奇隆举例说,以往家庭维修这种服务消费,在线化率比较低,市场并没有真正认识到消费者的需求。但近年来,随着平台企业不断地研究用户、研究行业,消费者的需求得到进一步的挖掘和满足,行业的服务触角进一步延伸,服务水平也得到进一步提升。(记者 裴龙翔)
最近,农业农村部长江流域渔政监督管理办公室在江苏省南京市组织开展长江江豚应急救护包養平台推薦演练,指导各地建立长江江豚应急救护体系,提升快速反应和处理能力。
应急救护演练在南京潜洲南汊水域开展,演练内容包括搁浅受伤长江江豚救治组织实施、死亡长江江豚信息报送与遗体处置等内容。6艘来自中国水产科学研究院淡水渔业研究中心和渔政、海事、公安等部门船艇和30余名来自渔业部门、科研单位、巡护队伍和社会组织的专业人员参与实战演练。
长江江豚是国家一级重点保护野生动物,是目前长江中唯一的鲸类动物,是评估长江禁渔效果和生态健康状况的重要指示物种。近年来,随着长江大保护战略实施及十年禁渔工作深入推进,长江江豚保护取得了明显成效,2022年长江江豚科学考察结果显示,长江江豚数量有所回升,种群数量包養網心得达到1249头。但受航运、涉水工程等高强度人类活动影响,长江江豚栖息生境破碎化问题还未根本扭转,极端天气、极枯水位等自然灾害频发,受困、受伤个体数量不断增加,保护形势依然严峻。
此次长江江豚应急救护演练,是提升综合保护救护能力、变被动保护为主动救护的有力举措。下一步,长江办将指导长江江豚保护重点地区组建专业救护队伍,组织开展保护救护行动,制定限航限速措施,推动建设救护场所,建立救护报告体系,加强科普宣教,提升长江江豚保护能力和水平包養。演练期包養網间,还同步组织开展长江江豚保护研讨。长江中下游相关省(市)渔业主管部门包養網、重点地市农业农村部门和相关社会组织代表近百人参加了相关活动。