劉 浩，武止戈

（中南林業(yè)科技大學(xué)，a.經(jīng)濟(jì)學(xué)院；b.班戈學(xué)院，長(zhǎng)沙 410004）

中國(guó)是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)國(guó)家，也是農(nóng)業(yè)大國(guó)，不過(guò)由于中國(guó)農(nóng)業(yè)耕地分布較散、管理不集中以及小農(nóng)產(chǎn)業(yè)使得技術(shù)普遍運(yùn)用落后等原因，與歐美農(nóng)業(yè)強(qiáng)國(guó)相比還有一定差距，生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)方式比較傳統(tǒng)、粗放。農(nóng)業(yè)信息化程度還處在起步階段，需要引入更多的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)先進(jìn)技術(shù)，提升農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平。從加工運(yùn)輸體系方面來(lái)看，加工標(biāo)準(zhǔn)不一，運(yùn)輸效率還有不少提升空間。從食品安全角度看，缺乏完備的食品安全監(jiān)督管理體系，由此導(dǎo)致的信任問(wèn)題反而限制了中國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展［1］。

隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展，帶動(dòng)了農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展。智慧農(nóng)業(yè)能夠充分運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)成果，結(jié)合區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等技術(shù)于一體，從而提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本?！吨袊?guó)智慧農(nóng)業(yè)行業(yè)市場(chǎng)深度調(diào)研及2017—2021年投資商機(jī)研究報(bào)告》中顯示，僅以應(yīng)用（硬件和網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)以及服務(wù)）為基礎(chǔ)的智慧農(nóng)業(yè)市場(chǎng)可能在2022年達(dá)到接近200 億美元的規(guī)模［2］。說(shuō)明中國(guó)智慧農(nóng)業(yè)處于快速發(fā)展階段，市場(chǎng)空間巨大。

1 中國(guó)智慧農(nóng)業(yè)的特點(diǎn)及存在的瓶頸

1.1 中國(guó)智慧農(nóng)業(yè)的特點(diǎn)

與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)階段相比，智慧農(nóng)業(yè)的突出特點(diǎn)就是更多地結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，采集數(shù)據(jù)多樣化而且頻率較高，數(shù)據(jù)集傳感、存儲(chǔ)、分析和聯(lián)動(dòng)于一體，可實(shí)現(xiàn)無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控，加工運(yùn)輸更加標(biāo)準(zhǔn)化、效率化。

1.1.1 物聯(lián)網(wǎng)（IOT）在智慧農(nóng)業(yè)中的運(yùn)用 物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)鏈，通過(guò)運(yùn)用大量的硬件傳感器采集系統(tǒng)，將各種信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來(lái)以便于監(jiān)控各種機(jī)器的外部和內(nèi)部環(huán)境等相關(guān)變化，能及時(shí)采集相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)的人、機(jī)、物的互聯(lián)互通［3］。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)大量運(yùn)用于智慧農(nóng)業(yè)，能使智慧農(nóng)業(yè)真正做到智能化。在農(nóng)作物的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，通過(guò)各種傳感器對(duì)農(nóng)作物和環(huán)境的信息感知和識(shí)別，能減少不必要的施肥量和施藥量，降低成本的同時(shí)還能使農(nóng)作物更加“綠色”化。在加工運(yùn)輸環(huán)節(jié)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)控，能使加工更加自動(dòng)化、智能化，并且數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng)，有利于監(jiān)管部門制定統(tǒng)一加工標(biāo)準(zhǔn)，能有效遏制加工質(zhì)量低下而出現(xiàn)的食品安全問(wèn)題。農(nóng)產(chǎn)品大都有一定的保鮮期，在物流運(yùn)輸系統(tǒng)中注入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能減少不必要的運(yùn)輸路途，降低成本的同時(shí)提升了運(yùn)輸效率，使運(yùn)輸更加精準(zhǔn)且高效。

1.1.2 大數(shù)據(jù)（Big data）在智慧農(nóng)業(yè)中的運(yùn)用 通過(guò)將物聯(lián)網(wǎng)的智能監(jiān)控傳感器收集到海量數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理和分析，不僅能及時(shí)確認(rèn)目前農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境的變化情況以及農(nóng)作物自身的生長(zhǎng)狀態(tài)，還能有效預(yù)測(cè)未來(lái)一段時(shí)間的生長(zhǎng)狀態(tài)，為生產(chǎn)過(guò)程中需采取的必要措施，如溫控、濕控、光控以及肥控等操作進(jìn)行提前且必要的提醒。通過(guò)精確實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)操作，能減少大量的資源和勞力的損耗，同時(shí)能促進(jìn)各類資源如土地、空間的可持續(xù)利用。

1.1.3 5S 技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)中的運(yùn)用 5S 技術(shù)是信息采集、處理、運(yùn)用于一體的信息處理系統(tǒng)。能有效解決智慧農(nóng)業(yè)在生產(chǎn)環(huán)節(jié)遇到的實(shí)際問(wèn)題，如通過(guò)地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)和數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)地氣候區(qū)劃以及綜合要素空間的查詢和管理，對(duì)氣候資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，提取農(nóng)業(yè)背景信息及區(qū)劃等。最終目的是能對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)以及對(duì)農(nóng)業(yè)種植面積的精準(zhǔn)定位與區(qū)域信息收集，使得生長(zhǎng)情況數(shù)據(jù)化、數(shù)據(jù)資料可視化、管理標(biāo)準(zhǔn)化以及生產(chǎn)效率化［4］。

1.2 中國(guó)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展存在的瓶頸

1.2.1 可耕土地不集中、人均耕地少、耕地保護(hù)困難 雖然中國(guó)耕地總面積與其他國(guó)家相比，并不處于劣勢(shì)，但是人均耕地面積較少，而且中國(guó)耕地主要分散在小規(guī)模的農(nóng)戶手里，這些土地很難連片規(guī)?；N植，使得耕地不集中，很難采取規(guī)?；芾?。所以，在中國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)中，小農(nóng)經(jīng)濟(jì)尤其突出，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)分散化較嚴(yán)重，耕地利用效率不高。因此，一方面要保證耕地紅線不被破，另一方面還要想辦法使耕地利用規(guī)?；?、集約化。

1.2.2 信息不對(duì)稱問(wèn)題 逆向選擇和道德風(fēng)險(xiǎn)是信息不對(duì)稱問(wèn)題帶來(lái)的兩個(gè)主要后果，信息不對(duì)稱問(wèn)題阻礙智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個(gè)典型例子就是農(nóng)戶融資難、買保貴的問(wèn)題。比如，在融資前，相比于銀行，農(nóng)戶對(duì)自己能否按時(shí)還款的情況更加了解，因此農(nóng)戶和銀行之間就產(chǎn)生了信息不對(duì)稱問(wèn)題，銀行無(wú)法有效區(qū)分哪些申請(qǐng)貸款的人能及時(shí)履約，哪些人違約可能性大，核實(shí)成本高，因此最終結(jié)果可能是放棄貸款給所有人。同樣對(duì)于保險(xiǎn)公司情況也是如此，保險(xiǎn)公司無(wú)法有效區(qū)分哪些申請(qǐng)購(gòu)買保險(xiǎn)的農(nóng)戶承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)低，因此就無(wú)法區(qū)分定價(jià)，干脆就統(tǒng)一定價(jià)，結(jié)果就是所有農(nóng)戶購(gòu)買農(nóng)保的價(jià)格更貴。

1.2.3 數(shù)據(jù)安全及數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠性問(wèn)題 結(jié)合大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)對(duì)于數(shù)據(jù)的安全性要求很高。主要有兩個(gè)方面：第一是數(shù)據(jù)的私密性問(wèn)題。這涉及到智慧農(nóng)業(yè)行業(yè)內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題，有市場(chǎng)就有競(jìng)爭(zhēng)，據(jù)預(yù)測(cè)中國(guó)智慧農(nóng)業(yè)市場(chǎng)在2022年可能達(dá)到百億美元級(jí)別的規(guī)模［2］，這么大的市場(chǎng)吸引了眾多公司進(jìn)入市場(chǎng)分享智慧農(nóng)業(yè)帶來(lái)的利潤(rùn)。如阿里巴巴布局農(nóng)村戰(zhàn)略，線上在天貓和淘寶上主推農(nóng)產(chǎn)品銷售，與地方政府合作共同打造農(nóng)產(chǎn)品從生產(chǎn)開端到銷售末端全產(chǎn)業(yè)鏈條，同時(shí)線下開啟盒馬生鮮進(jìn)行生鮮零售，百度云與中化現(xiàn)代農(nóng)業(yè)有限公司也合力構(gòu)建智能化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程管理平臺(tái)［4］。行業(yè)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)必然提升了數(shù)據(jù)私密性的重要性。如何保證數(shù)據(jù)私密性是智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題之一。第二是數(shù)據(jù)的真實(shí)性問(wèn)題。農(nóng)戶給收購(gòu)商的數(shù)據(jù)，比如農(nóng)產(chǎn)品生長(zhǎng)環(huán)境、是否為非轉(zhuǎn)基因、是否是綠色食品等數(shù)據(jù)資料是否真實(shí)可靠，在發(fā)布之前有沒有篡改。這就涉及到雙方的互信以及各自的誠(chéng)信問(wèn)題，然而光靠誠(chéng)信是無(wú)法解決這一問(wèn)題，因此，急需找到解決這一問(wèn)題的方法路徑。

1.2.4 知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)和歸屬問(wèn)題 有效保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)可以驅(qū)動(dòng)行業(yè)發(fā)展。智慧農(nóng)業(yè)與其他行業(yè)最大的不同是這一行業(yè)有著集盈利和公益這一雙重屬性特點(diǎn)，即在這個(gè)開放市場(chǎng)中，農(nóng)戶和企業(yè)進(jìn)入這一市場(chǎng)的首要驅(qū)動(dòng)力是有盈利的空間和可能性，另一方面又因?yàn)檗r(nóng)業(yè)有著關(guān)乎每個(gè)人的生存境況、社會(huì)的和諧穩(wěn)定以及國(guó)家的安全繁榮屬性。因此，政府不能因?yàn)槠髽I(yè)間的公平競(jìng)爭(zhēng)而完全開放市場(chǎng)，并將保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的年限與其他行業(yè)一樣，將專利權(quán)按20年嚴(yán)格執(zhí)行，但又不能不顧及參與者的盈利和長(zhǎng)期發(fā)展而完全不保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，使這一行業(yè)完全公益化，因?yàn)檫@將不利于公平和發(fā)展。這一情況可以運(yùn)用“智豬博弈”解釋，一方（擁有知識(shí)產(chǎn)權(quán)）付出了相應(yīng)的代價(jià)（金錢和時(shí)間等成本），而另一方（沒有知識(shí)產(chǎn)權(quán)）與其共享了所得到的收益（知識(shí)成果）?！爸秦i博弈”就是一種多勞不多得的情形［5］。這將打擊參與者的積極性，不利于智慧農(nóng)業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展，因此為了行業(yè)長(zhǎng)期發(fā)展和激勵(lì)參與者更積極地參與其中，智慧農(nóng)業(yè)中知識(shí)產(chǎn)權(quán)的歸屬問(wèn)題有必要提上解決日程。

隨著中國(guó)農(nóng)業(yè)從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)發(fā)展到智慧農(nóng)業(yè)階段，如何成功地應(yīng)付這些問(wèn)題，即是智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)，也是智慧農(nóng)業(yè)能否持續(xù)快速健康發(fā)展的關(guān)鍵。也正是因?yàn)橹腔坜r(nóng)業(yè)有了這些問(wèn)題，使得區(qū)塊鏈（Blockchain）在這一行業(yè)的應(yīng)用方面有了發(fā)展空間和用武之地。由于區(qū)塊鏈有著去中心化、可溯源、數(shù)據(jù)安全保護(hù)等基本特性，從這些方面來(lái)說(shuō)，區(qū)塊鏈可為智慧農(nóng)業(yè)解決遇到的問(wèn)題。

2 區(qū)塊鏈技術(shù)概述

2.1 區(qū)塊鏈的定義和特點(diǎn)

區(qū)塊鏈涉及到數(shù)學(xué)、密碼學(xué)和計(jì)算機(jī)編程等多項(xiàng)技術(shù)問(wèn)題，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)是一個(gè)分布式的共享賬本和數(shù)據(jù)庫(kù)，具有去中心化、不可篡改、全程留痕可溯源、數(shù)據(jù)安全加密、公開透明等特點(diǎn)［6］。正是由于區(qū)塊鏈在這些技術(shù)上的特性和優(yōu)勢(shì)，使得區(qū)塊鏈在實(shí)際應(yīng)用上能夠解決數(shù)據(jù)安全、溯源、信息不對(duì)稱、分享和信息保留等問(wèn)題。

依據(jù)Melanie Swan 在《Blockchain：Blueprint for a New Economy》［7］的說(shuō)法：區(qū)塊鏈1.0 時(shí)代稱為可編程貨幣，在這個(gè)時(shí)代區(qū)塊鏈的惟一實(shí)質(zhì)性運(yùn)用就是發(fā)行虛擬數(shù)字貨幣和構(gòu)建去中心化的數(shù)字支付系統(tǒng)，比如比特幣。其運(yùn)用的場(chǎng)景還很狹隘。區(qū)塊鏈2.0被稱為可編程金融。與區(qū)塊鏈1.0 相比，區(qū)塊鏈2.0實(shí)現(xiàn)了運(yùn)用場(chǎng)景的擴(kuò)展，主要是在經(jīng)濟(jì)、市場(chǎng)和金融等領(lǐng)域的運(yùn)用，其核心的技術(shù)運(yùn)用特征是智能合約的運(yùn)用。區(qū)塊鏈3.0 被稱為可編程社會(huì)，其應(yīng)用能夠擴(kuò)展到任何有需求的領(lǐng)域［6］。區(qū)塊鏈目前正從區(qū)塊鏈2.0 時(shí)代過(guò)渡到區(qū)塊鏈3.0 時(shí)代。應(yīng)用的領(lǐng)域越來(lái)越廣，其中就包括運(yùn)用區(qū)塊鏈的可溯源、去中心化、公開透明等特點(diǎn)解決智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展中遇到的一些瓶頸。

2.2 區(qū)塊鏈的核心技術(shù)

2.2.1 區(qū)塊鏈與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的區(qū)別 區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)最大的區(qū)別是能否去中心化，去中心化相當(dāng)于為每個(gè)人建立分布式賬本數(shù)據(jù)庫(kù)，這意味著存儲(chǔ)形式不單是將賬本數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不同地方的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，而且每個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)同步共享并且復(fù)制整個(gè)賬本的數(shù)據(jù)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以參與監(jiān)督數(shù)據(jù)的真實(shí)性和合法性。圖1 對(duì)比了中心化存儲(chǔ)、半去中心化存儲(chǔ)與去中心化存儲(chǔ)的結(jié)構(gòu)。

圖1 中心化存儲(chǔ)、半去中心化存儲(chǔ)與去中心化存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)對(duì)比

為了建立信任機(jī)制，在區(qū)塊鏈中每個(gè)人都可以負(fù)責(zé)記賬，而且每個(gè)記賬節(jié)點(diǎn)都按照區(qū)塊鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)存儲(chǔ)完整的記賬數(shù)據(jù)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)都是相互獨(dú)立。此外，分布式賬本不會(huì)因?yàn)槟骋还?jié)點(diǎn)被破壞而使整個(gè)數(shù)據(jù)資料丟失，從而保證了數(shù)據(jù)資料的安全，使交易更加安全有保障。

2.2.2 非對(duì)稱加密（Asymmetric encryption） 區(qū)塊鏈運(yùn)用非對(duì)稱加密技術(shù)確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。非?duì)稱加密需要公鑰和私鑰，每一方都同時(shí)擁有一個(gè)公開的公鑰和一個(gè)保密的私鑰，且公鑰和私鑰相互配對(duì)，如果用公鑰對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了加密，也只能用對(duì)應(yīng)的私鑰才能將該數(shù)據(jù)解密［8］。非對(duì)稱加密的特點(diǎn)就是安全性強(qiáng)，同時(shí)由于每一方擁有的私鑰并不需要公開，所以保密性好。圖2 是非對(duì)稱加密分享數(shù)據(jù)的過(guò)程。在整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程中，由于私鑰并沒有公開，所以別的節(jié)點(diǎn)即使接收了數(shù)據(jù)，也只是解不了碼的密文。

圖2 非對(duì)稱加密的簡(jiǎn)單流程

2.2.3 智能合約（Smart contract） 智能合約是一種完全去掉第三方而以自動(dòng)化的方式傳播、驗(yàn)證和執(zhí)行合同的智能協(xié)議。相比于傳統(tǒng)合約最大的優(yōu)勢(shì)是無(wú)需擔(dān)心被違約而遭受損失，而且能減少與合約相關(guān)的其他交易成本（表1）。比如：傳統(tǒng)三方合約因?yàn)榈谌叫湃螜C(jī)制，需要買家在淘寶下單后將貨款打給支付寶第三方，待買家確認(rèn)收貨無(wú)誤后支付寶再將貨款發(fā)給賣家。相比于傳統(tǒng)的雙方合約加入了第三方信任機(jī)制，優(yōu)點(diǎn)是能使合約被安全履行的概率加大，風(fēng)險(xiǎn)減少。缺點(diǎn)是成本加大，而且并不能百分百保證合約被安全履行，比如可能出現(xiàn)第三方誠(chéng)信問(wèn)題或第三方破產(chǎn)而無(wú)力履約的風(fēng)險(xiǎn)。相比之下的智能合約優(yōu)勢(shì)則更加明顯，智能合約與傳統(tǒng)的雙方合約一樣沒有第三方信任機(jī)制，這樣能減少交易成本，因?yàn)樵谥悄芎霞s中合約的履行是自動(dòng)化的，只要達(dá)到履約要求合約即自動(dòng)完成指令，且指令不可逆轉(zhuǎn)，這樣就直接消除了違約風(fēng)險(xiǎn)，而且去三方和去信任化使得合約成本較低［9］。

表1 傳統(tǒng)雙方、三方合約與智能合約優(yōu)劣比較

2.2.4 共識(shí)機(jī)制（Consensus mechanism） 共識(shí)機(jī)制解決了區(qū)塊鏈如何在分布式場(chǎng)景下達(dá)成一致性的問(wèn)題［10］。最早的共識(shí)機(jī)制是比特幣中的工作量證明機(jī)制（PoW）。隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的共識(shí)機(jī)制被開發(fā)出來(lái)，如權(quán)益證明機(jī)制（PoS）、活躍度證明機(jī)制（PoA）等。區(qū)塊鏈技術(shù)正是因?yàn)檫\(yùn)用了共識(shí)機(jī)制在各節(jié)點(diǎn)之間建立“信任”網(wǎng)絡(luò)，從而通過(guò)技術(shù)而非信用機(jī)構(gòu)來(lái)進(jìn)行全新的信息交流和信用創(chuàng)造［11］。

區(qū)塊鏈所運(yùn)用的底層技術(shù)除了以上4 種核心技術(shù)外，還有其他技術(shù)，如p2p 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、加密簽名算法、時(shí)間戳等，憑借這些技術(shù)的運(yùn)用使區(qū)塊鏈在解決智慧農(nóng)業(yè)中的問(wèn)題產(chǎn)生更好的效果。

3 基于區(qū)塊鏈技術(shù)解決智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的瓶頸

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)食品安全領(lǐng)域爆出了一些負(fù)面新聞，打擊了人們對(duì)國(guó)內(nèi)食品行業(yè)的信任度，嚴(yán)重制約了國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，另一方面農(nóng)戶將農(nóng)產(chǎn)品以極低的價(jià)格批發(fā)給中間商，而消費(fèi)者卻只能以居高不下的價(jià)格在市場(chǎng)上購(gòu)買日需農(nóng)產(chǎn)品。如前幾年的“蒜”你狠、“姜”你軍等以及近期的豬肉價(jià)格持續(xù)上漲事件。那么如何應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)精準(zhǔn)有效解決制約智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的問(wèn)題？

圖3 是關(guān)于智慧農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈流程，產(chǎn)業(yè)鏈一般分為以下幾個(gè)階段：①供應(yīng)環(huán)節(jié)，在此環(huán)節(jié)主要是農(nóng)資供應(yīng)商和農(nóng)機(jī)企業(yè)給農(nóng)戶或合作社供應(yīng)農(nóng)資和機(jī)械設(shè)備。②生產(chǎn)環(huán)節(jié)，這一環(huán)節(jié)在整個(gè)流程中花費(fèi)的時(shí)間和金錢最多，主要是農(nóng)戶和合作社運(yùn)用種植技術(shù)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)種植農(nóng)作物，并為作物提供良好的生長(zhǎng)環(huán)境。③流通環(huán)節(jié)，倉(cāng)儲(chǔ)商和物流商為農(nóng)戶完成生產(chǎn)的農(nóng)作物提供倉(cāng)儲(chǔ)和物流服務(wù)。④加工環(huán)節(jié)，若農(nóng)產(chǎn)品需要加工處理則由加工商進(jìn)行深加工。⑤流通環(huán)節(jié)，由加工商加工好的農(nóng)產(chǎn)品再次進(jìn)入物流系統(tǒng)和倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)，以分發(fā)到有需求的市場(chǎng)售賣。⑥消費(fèi)環(huán)節(jié)，加工好的和沒必要加工的農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)供消費(fèi)者消費(fèi)。⑦金融服務(wù)環(huán)節(jié)，金融服務(wù)環(huán)節(jié)可能同時(shí)存在于以上6 個(gè)環(huán)節(jié)中，主要是銀行、信托和保險(xiǎn)公司為農(nóng)戶、合作社和加工商等主體提供金融服務(wù)，以便其能順利地完成業(yè)務(wù)流程。每個(gè)相鄰環(huán)節(jié)的產(chǎn)業(yè)主體之間都可能會(huì)發(fā)生交易行為。中國(guó)智慧農(nóng)業(yè)中的問(wèn)題就產(chǎn)生于每個(gè)環(huán)節(jié)以及主體間交易和溝通的過(guò)程中。下面針對(duì)不同環(huán)節(jié)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展中存在的問(wèn)題來(lái)探討如何運(yùn)用區(qū)塊鏈技術(shù)加以解決。

圖3 智慧農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈流程

3.1 區(qū)塊鏈技術(shù)解決智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的瓶頸

根據(jù)區(qū)塊鏈的特點(diǎn)和使用的底層技術(shù)，運(yùn)用區(qū)塊鏈技術(shù)能解決智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的瓶頸，主要有以下幾點(diǎn)：

1）區(qū)塊鏈技術(shù)解決耕地、資源和生態(tài)監(jiān)控困難問(wèn)題。中國(guó)耕地面積每年都在遞減，如何有效保護(hù)耕地面積紅線和如何有效保護(hù)資源和生態(tài)環(huán)境成為人們關(guān)切的問(wèn)題。區(qū)塊鏈可以依據(jù)其數(shù)據(jù)難篡改和公開透明的特點(diǎn)，使得耕地面積和資源狀態(tài)真實(shí)透明而不被篡改和虛報(bào)。如結(jié)合5S 技術(shù)中的地理信息系統(tǒng)（GIS）和數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)（DPS）等技術(shù)，記錄不同時(shí)間點(diǎn)的土地信息，基于區(qū)塊鏈的時(shí)間戳和分布式賬本，使得土地信息無(wú)法被篡改和公開透明，將各地的耕地?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)放到區(qū)塊鏈上可以掌握更加真實(shí)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

2）區(qū)塊鏈技術(shù)解決產(chǎn)權(quán)保護(hù)和歸屬問(wèn)題。利用區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)共享和不可篡改的特性，依據(jù)時(shí)間戳和共識(shí)機(jī)制，只要誰(shuí)先將產(chǎn)權(quán)內(nèi)容放到區(qū)塊鏈上，則產(chǎn)權(quán)就歸屬誰(shuí)，這樣的好處是減少了將研究成果提交給相關(guān)部門申請(qǐng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)期間，成果內(nèi)容被提前泄露而導(dǎo)致產(chǎn)權(quán)歸屬糾紛的情況，因?yàn)閮?nèi)容審核需要時(shí)間以及需要人工審核，這會(huì)增加數(shù)據(jù)資料被盜和泄露的風(fēng)險(xiǎn)。

3）區(qū)塊鏈技術(shù)以去信任化的方式建立互信，解決農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)問(wèn)題。依據(jù)區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)不可篡改特性，只要農(nóng)產(chǎn)品的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)上傳到區(qū)塊鏈上后，信息即不可逆轉(zhuǎn)，有效防止人為中途修改資料。

3.2 區(qū)塊鏈技術(shù)解決流通和加工環(huán)節(jié)中的瓶頸

1）提升物流效率同時(shí)降低成本。物流運(yùn)輸過(guò)程中需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分發(fā)，而區(qū)塊鏈本身就是一種數(shù)據(jù)庫(kù)，只不過(guò)和中心化的數(shù)據(jù)庫(kù)相比，它是一種去中心化的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)。去中心化的好處是可以防止數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分發(fā)的過(guò)程中突然的網(wǎng)絡(luò)堵塞出現(xiàn)的安全問(wèn)題和中心化的大量數(shù)據(jù)吞吐導(dǎo)致的成本增加的問(wèn)題。

2）優(yōu)化農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)輸和加工環(huán)節(jié)信任機(jī)制。各種食品安全問(wèn)題的出現(xiàn)降低了人們對(duì)綠色食品和有機(jī)食品認(rèn)證標(biāo)簽產(chǎn)品的信任度。同時(shí)，由于運(yùn)輸和加工環(huán)節(jié)缺乏有效監(jiān)督，傳統(tǒng)的監(jiān)控信息容易被篡改和丟失。急需用一種新技術(shù)提高監(jiān)督的有效性，重構(gòu)人們對(duì)運(yùn)輸和加工的信任度。由于區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式存儲(chǔ)、公開透明和不可篡改的特點(diǎn)，使得監(jiān)控信息一旦上傳到區(qū)塊鏈上后便保持真實(shí)和長(zhǎng)期保存，不會(huì)出現(xiàn)事后惡意造假和數(shù)據(jù)丟失的情況，有效地保障了運(yùn)輸加工后的產(chǎn)品真實(shí)信息和質(zhì)量。

3.3 區(qū)塊鏈技術(shù)解決消費(fèi)環(huán)節(jié)中的瓶頸

基于區(qū)塊鏈的可溯源特點(diǎn)解決農(nóng)產(chǎn)品溯源信任問(wèn)題。農(nóng)產(chǎn)品從生產(chǎn)環(huán)節(jié)再到消費(fèi)環(huán)節(jié)，最終上到人們的餐桌上要經(jīng)歷一系列復(fù)雜的流程，在每個(gè)流程中都可能因?yàn)檎\(chéng)信問(wèn)題而使產(chǎn)品質(zhì)量難以保證?？梢岳脜^(qū)塊鏈的不可篡改特點(diǎn)和時(shí)間戳技術(shù)的運(yùn)用，使得追溯產(chǎn)品歷史信息成為現(xiàn)實(shí)。將農(nóng)產(chǎn)品從生產(chǎn)到消費(fèi)的每個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的信息存儲(chǔ)上鏈，使得農(nóng)副產(chǎn)品信息更加安全透明，并且真實(shí)。實(shí)現(xiàn)消費(fèi)者對(duì)農(nóng)副產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行全方位監(jiān)控，從而建立起生產(chǎn)者、供應(yīng)商和消費(fèi)者之間穩(wěn)固的信任機(jī)制。

基于區(qū)塊鏈的信息透明打破主體間的信息不對(duì)稱。之所以會(huì)出現(xiàn)生產(chǎn)者低價(jià)出售農(nóng)產(chǎn)品而消費(fèi)者高價(jià)購(gòu)買農(nóng)產(chǎn)品的情況，一部分原因就是在供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)中各主體間存在信息不對(duì)稱。由于地域差異以及網(wǎng)絡(luò)上無(wú)效信息太多，消費(fèi)者不愿花費(fèi)過(guò)多的時(shí)間成本去甄別有效信息，使得消費(fèi)者與零售商之間存在明顯的信息不對(duì)稱，零售商以低價(jià)收購(gòu)的農(nóng)副產(chǎn)品轉(zhuǎn)手再以高價(jià)賣給消費(fèi)者。此時(shí)，可以運(yùn)用區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的公開透明和去中心化的特點(diǎn)，打破消費(fèi)者和零售商之間的信息壁壘，減少零售商一家定價(jià)的情況。具體實(shí)現(xiàn)路徑就是即使真實(shí)和虛假信息都存在于區(qū)塊鏈上，但由于區(qū)塊鏈的去中心化以及每個(gè)節(jié)點(diǎn)的權(quán)利都是平等的，使得即使有人在區(qū)塊鏈上故意發(fā)布假信息，但不被大多數(shù)人認(rèn)可的話，即會(huì)被判定為假信息，這樣可以避免消費(fèi)者付出太多時(shí)間成本去尋找真實(shí)信息，以緩解和零售商之間的信息不對(duì)稱問(wèn)題。

3.4 區(qū)塊鏈技術(shù)解決金融服務(wù)環(huán)節(jié)中的瓶頸

智慧農(nóng)業(yè)中的金融服務(wù)環(huán)節(jié)主要是因?yàn)檗r(nóng)戶與銀行、信托和保險(xiǎn)公司之間存在信息不對(duì)稱而導(dǎo)致他們之間產(chǎn)生逆向選擇和道德風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，最終結(jié)果是農(nóng)戶融資難、投保貴。

3.4.1 區(qū)塊鏈解決農(nóng)戶農(nóng)貸難的問(wèn)題 目前，農(nóng)戶融資難主要是因?yàn)殂y行對(duì)農(nóng)戶的信用資質(zhì)不了解，而且核實(shí)成本過(guò)高，抵押信用機(jī)制缺乏?；趨^(qū)塊鏈的農(nóng)村金融服務(wù)可以突破這一限制，因?yàn)槠浣⒃谌ブ行幕筒豢纱鄹牡拈_放式信用機(jī)制之上，不再需要銀行花費(fèi)昂貴的核實(shí)成本，便可知道農(nóng)戶是否符合信貸資質(zhì)。具體實(shí)現(xiàn)路徑就是農(nóng)戶將自己的信用資質(zhì)以及家庭情況等信息上傳到區(qū)塊鏈，若得到多數(shù)了解這個(gè)農(nóng)戶情況的節(jié)點(diǎn)的認(rèn)同，銀行即可將此信用資質(zhì)視為真實(shí)信息。別的節(jié)點(diǎn)之所以會(huì)去核實(shí)農(nóng)戶信息的真實(shí)性是因?yàn)橛袇^(qū)塊鏈中的激勵(lì)機(jī)制和共識(shí)機(jī)制。圖4 顯示了基于智能合約的農(nóng)業(yè)金融服務(wù)合同達(dá)成流程。

圖4 基于智能合約的農(nóng)村金融服務(wù)合同達(dá)成流程

3.4.2 區(qū)塊鏈解決農(nóng)保難的問(wèn)題 目前，一方面因?yàn)檗r(nóng)戶分散以及核保困難，核保成本過(guò)高使得農(nóng)戶們投保難、投保貴，另一方面由于保險(xiǎn)公司難以確定農(nóng)戶買的保險(xiǎn)是否達(dá)到理賠要求而使農(nóng)戶的理賠程序復(fù)雜，難以得到理賠。結(jié)果就是中國(guó)農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)發(fā)展緩慢，沒有為中國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。針對(duì)這一問(wèn)題，可將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)領(lǐng)域，保險(xiǎn)公司可以將保險(xiǎn)信息添加到公開化的區(qū)塊鏈中，農(nóng)戶也可將投保理賠信息上傳區(qū)塊鏈，一方面保險(xiǎn)公司可以實(shí)現(xiàn)保險(xiǎn)的精準(zhǔn)營(yíng)銷、簡(jiǎn)化農(nóng)險(xiǎn)業(yè)務(wù)流程，降低運(yùn)營(yíng)成本。另一方面可預(yù)防農(nóng)險(xiǎn)騙保行為的發(fā)生。同時(shí)，運(yùn)用區(qū)塊鏈的智能合約技術(shù)，建立農(nóng)戶和保險(xiǎn)公司之間的農(nóng)險(xiǎn)智能化賠付機(jī)制，一旦智能合約監(jiān)測(cè)到投保的農(nóng)戶因自然災(zāi)害等原因達(dá)到了理賠要求，無(wú)需保險(xiǎn)公司啟動(dòng)成本過(guò)高的核實(shí)機(jī)制，智能合約就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)賠付業(yè)務(wù)流程，使得賠付時(shí)間更短，效率更高［3］。農(nóng)戶得到了應(yīng)得的理賠金額，保險(xiǎn)公司也因此降低了成本。圖5 是基于智能合約的農(nóng)險(xiǎn)賠付流程。合約的執(zhí)行依據(jù)條件是否達(dá)到執(zhí)行閥門，而選擇是否自動(dòng)執(zhí)行合約。

圖5 基于智能合約的農(nóng)險(xiǎn)賠付流程

3.5 區(qū)塊鏈技術(shù)結(jié)合智慧農(nóng)業(yè)助力精準(zhǔn)扶貧

由于中國(guó)的目標(biāo)是在2020年后實(shí)現(xiàn)如期脫貧，因此，近年來(lái)精準(zhǔn)扶貧攻堅(jiān)工作在全國(guó)貧困地區(qū)迅速展開，但實(shí)踐期間也遇到一些問(wèn)題，如：如何解決扶貧成本高、如何精確識(shí)別貧困戶、如何對(duì)扶貧資金實(shí)施有效監(jiān)管、如何嚴(yán)格執(zhí)行精準(zhǔn)扶貧考核機(jī)制、如何解決疑似貧困戶與扶貧工作者之間因信息不對(duì)稱而導(dǎo)致的逆向選擇等問(wèn)題［12］。區(qū)塊鏈以其去中心化、防篡改和可追溯的特點(diǎn)既可以幫助精準(zhǔn)扶貧的識(shí)別階段使扶貧更精準(zhǔn)，也可以在精準(zhǔn)扶貧后利用可追溯的特點(diǎn)實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)督管理，對(duì)扶貧的精準(zhǔn)度、扶貧資金的利用情況等內(nèi)容進(jìn)行監(jiān)督，確定扶貧成果是否真實(shí)有效；也可利用區(qū)塊鏈結(jié)合智慧農(nóng)業(yè)，科學(xué)有效地解決貧困農(nóng)民戶長(zhǎng)期發(fā)展問(wèn)題，如2017年眾安信息技術(shù)服務(wù)有限公司與靖江市華源禽業(yè)專業(yè)合作社等聯(lián)合成立的基于區(qū)塊鏈的科技扶貧養(yǎng)殖基地，在靖江市落地推廣“步步雞”養(yǎng)殖項(xiàng)目［13］。該項(xiàng)目通過(guò)運(yùn)用區(qū)塊鏈與智慧農(nóng)業(yè)相結(jié)合的方法，使每只雞都能進(jìn)行身份識(shí)別，實(shí)現(xiàn)防偽溯源，解決了消費(fèi)者和銷售商之間的信任問(wèn)題，不僅實(shí)現(xiàn)了市場(chǎng)化經(jīng)營(yíng)，也助力了精準(zhǔn)扶貧。

4 區(qū)塊鏈技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用中需應(yīng)對(duì)的挑戰(zhàn)及建議

盡管已經(jīng)進(jìn)入?yún)^(qū)塊鏈2.0 時(shí)代，正從區(qū)塊鏈2.0時(shí)代向區(qū)塊鏈3.0 時(shí)代演進(jìn)，但社會(huì)各系統(tǒng)對(duì)區(qū)塊鏈的應(yīng)用仍處于初期階段。任何新技術(shù)的運(yùn)用都要經(jīng)過(guò)市場(chǎng)和時(shí)間考驗(yàn)。目前，區(qū)塊鏈在智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用需應(yīng)對(duì)的挑戰(zhàn)總結(jié)如下：

1）思想層面。區(qū)塊鏈技術(shù)剛進(jìn)入智慧農(nóng)業(yè)，一方面人們害怕對(duì)區(qū)塊鏈的運(yùn)用會(huì)侵害自己的利益而對(duì)此技術(shù)持冷漠態(tài)度，甚至阻礙區(qū)塊鏈技術(shù)在行業(yè)內(nèi)的運(yùn)用。另一方面害怕自己對(duì)區(qū)塊鏈開發(fā)落后于別人，而急切投入大量人力和財(cái)力在區(qū)塊鏈中，反而可能阻礙區(qū)塊鏈在智慧農(nóng)業(yè)中的長(zhǎng)期發(fā)展，因此這些思想態(tài)度都是不可取的。首先，一方面需明確區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)入智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，為其帶來(lái)了改革，另一方面需明確區(qū)塊鏈技術(shù)不是萬(wàn)能的，其不可能解決智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展中遇到的所有問(wèn)題。因此，需冷靜客觀地對(duì)待區(qū)塊鏈，同時(shí)夯實(shí)自身技術(shù)實(shí)力，加強(qiáng)對(duì)區(qū)塊鏈的基礎(chǔ)技術(shù)研究，探索區(qū)塊鏈在智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用中的可行之路。

2）人才層面。因?yàn)閰^(qū)塊鏈技術(shù)涉及密碼學(xué)、互聯(lián)網(wǎng)編程、人工智能等前沿領(lǐng)域。同時(shí)，應(yīng)用于智慧農(nóng)業(yè)中還要結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，技術(shù)復(fù)雜、門科繁多。一般的業(yè)內(nèi)人員短期內(nèi)很難掌握，需要一個(gè)循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)過(guò)程?，F(xiàn)階段中國(guó)真正懂區(qū)塊鏈的人才并不多，這減緩了區(qū)塊鏈應(yīng)用于智慧農(nóng)業(yè)中的進(jìn)度。所以，中國(guó)應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)區(qū)塊鏈領(lǐng)域人才的培養(yǎng)，設(shè)立基金助力區(qū)塊鏈技術(shù)的研究。

3）應(yīng)用場(chǎng)景層面。由于區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N去中心點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，必須達(dá)到一定的用戶參與規(guī)模才能真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)去中心和不可篡改的特性，如果用戶規(guī)模太小則應(yīng)用毫無(wú)意義。提高人們參與區(qū)塊鏈應(yīng)用于智慧農(nóng)業(yè)的積極性的方法之一就是擴(kuò)展區(qū)塊鏈在智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用場(chǎng)景，現(xiàn)階段開發(fā)出的區(qū)塊鏈在智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用場(chǎng)景并不多，主要是食品溯源和數(shù)據(jù)的不可篡改記錄。未來(lái)需要人們充分開發(fā)應(yīng)用場(chǎng)景，如區(qū)塊鏈的智能合約在農(nóng)村金融方面的應(yīng)用場(chǎng)景、在解決信息不對(duì)稱方面的應(yīng)用場(chǎng)景等，使區(qū)塊鏈更好地服務(wù)智慧農(nóng)業(yè)。

5 小結(jié)

新技術(shù)的應(yīng)用往往需要經(jīng)過(guò)市場(chǎng)和時(shí)間的考驗(yàn)，區(qū)塊鏈作為近年興起的一種互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)，由于其技術(shù)特性能使其在理論上為智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展中的一些難點(diǎn)如食品溯源、信息不對(duì)稱、數(shù)據(jù)安全、信任機(jī)制等提供解決方案，同樣能使其與物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)一樣服務(wù)于智慧農(nóng)業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展。

目前，區(qū)塊鏈技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)的運(yùn)用中已落地的應(yīng)用還不是很多，本研究通過(guò)對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)特點(diǎn)的分析，并結(jié)合智慧農(nóng)業(yè)的一些問(wèn)題在理論上來(lái)探討區(qū)塊鏈擁有的特性是否能成為智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的解決方案，以期能啟發(fā)更多的理論探索，為未來(lái)的實(shí)踐鋪路。