孫忠富，杜克明，鄭飛翔，馬浚誠

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，北京 100081）

改革開放以來，中國園藝產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度一直很快，并取得了令世人矚目的成就。以蔬菜生產(chǎn)為例，近些年我國蔬菜面積和產(chǎn)量一直都在不斷擴(kuò)大，從2001年開始，蔬菜產(chǎn)值已經(jīng)超過糧食成為種植業(yè)第一產(chǎn)業(yè)，2011年全國蔬菜產(chǎn)量和產(chǎn)值均超過糧食，首次成為我國第一大農(nóng)產(chǎn)品，園藝產(chǎn)業(yè)在農(nóng)村經(jīng)濟(jì)中的支柱地位日益穩(wěn)固[1-2]。

在園藝產(chǎn)業(yè)中，設(shè)施園藝是重要的組成部分，中國一直保持大國地位，大約占世界總面積的85%以上，截至2017年，全國（不含港澳臺(tái)）設(shè)施園藝總面積為370萬hm2。在設(shè)施園藝中蔬菜種植面積占95%以上，所以設(shè)施蔬菜的發(fā)展?fàn)顩r基本代表了我國設(shè)施園藝發(fā)展的整體情況[3]。另據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，“十二五”期間，設(shè)施園藝產(chǎn)值達(dá)9 800億元，約占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的17.9%[4]。園藝產(chǎn)品不僅是人類主要食物來源，還是重要的工業(yè)原材料，園藝產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展及改善人們生活質(zhì)量上的貢獻(xiàn)都是不可替代的。

盡管目前從生產(chǎn)規(guī)模上看，中國早已穩(wěn)居設(shè)施園藝生產(chǎn)大國地位；但另一方面，從平均狀況看，中國設(shè)施園藝與世界強(qiáng)國相比仍存在不少差距。實(shí)現(xiàn)從生產(chǎn)規(guī)模大國，邁入到科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力水平居世界先進(jìn)水平的強(qiáng)國，乃是我國設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要目標(biāo)。與發(fā)達(dá)國家相比，中國設(shè)施園藝的差距主要表現(xiàn)在設(shè)施結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、專用品種的選育、生長環(huán)境綜合調(diào)控、綜合栽培技術(shù)等方面。另外，生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化、精準(zhǔn)化、定量化、數(shù)字化水平普遍較低[5-8]，總體上導(dǎo)致生產(chǎn)效率偏低、產(chǎn)品質(zhì)量差、缺少品牌產(chǎn)品、國際市場競爭力弱。顯而易見，如何從園藝大國向強(qiáng)國發(fā)展，仍面臨諸多挑戰(zhàn)，必須要?jiǎng)?chuàng)新發(fā)展模式，開辟新的發(fā)展空間，探索新的驅(qū)動(dòng)力，基于新一代信息技術(shù)逐步發(fā)展起來的智慧農(nóng)業(yè)自然成為發(fā)展必由之路。同樣道理，作為智慧農(nóng)業(yè)的重要組成和重要實(shí)踐，智慧園藝也必然帶來新的發(fā)展機(jī)遇，創(chuàng)新的信息技術(shù)將助力園藝產(chǎn)業(yè)再上新臺(tái)階。

近年來，新一代信息技術(shù)發(fā)展日新月異，不斷在各領(lǐng)域深度融合，促進(jìn)了新的產(chǎn)業(yè)模式不斷涌現(xiàn)。物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等與農(nóng)業(yè)諸多領(lǐng)域的不斷拓展應(yīng)用，為智慧農(nóng)業(yè)的深度發(fā)展開拓了廣闊的空間，智慧園藝也成為智慧農(nóng)業(yè)的重要代表和熱點(diǎn)領(lǐng)域。

尤其是近幾年區(qū)塊鏈（Block chain）技術(shù)的興起，為新一代信息技術(shù)增加了新的支撐要素，已成為各行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)，也為智慧農(nóng)業(yè)和智慧園藝注入了新的發(fā)展活力。本文將結(jié)合我國農(nóng)業(yè)尤其是園藝產(chǎn)業(yè)發(fā)展，首先綜合介紹分析智慧農(nóng)業(yè)與區(qū)塊鏈技術(shù)的基本內(nèi)涵，另一方面簡要分析闡述二者如何助推智慧園藝的發(fā)展，最后提出一些挑戰(zhàn)性問題，并展望未來的應(yīng)用前景。

智慧農(nóng)業(yè)碰上區(qū)塊鏈

智慧農(nóng)業(yè)的必要性

20世紀(jì)90年代末，隨著以計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)為代表的信息技術(shù)不斷成熟和普及應(yīng)用，人類社會(huì)開始步入從工業(yè)革命時(shí)代向信息革命時(shí)代的轉(zhuǎn)變。在人類歷史上，經(jīng)過漫長的土地革命和工業(yè)革命，基于土地資源、機(jī)器設(shè)備、勞動(dòng)力等資源創(chuàng)造財(cái)富的發(fā)展模式，曾經(jīng)對人類社會(huì)的發(fā)展做出過不可替代的巨大貢獻(xiàn)，但人類對物質(zhì)的剛性需求不斷增長與資源的有限性矛盾越發(fā)突出，這種特征在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域表現(xiàn)得更加突出。

近年來，新一代信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)很多領(lǐng)域深度融合應(yīng)用，為有效解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中存在的一些短板，發(fā)揮越來越重要的作用。在這一過程中，促進(jìn)了智慧農(nóng)業(yè)理論和技術(shù)的不斷發(fā)展和深入，逐步形成了智慧農(nóng)業(yè)新型產(chǎn)業(yè)。所謂新一代信息技術(shù)，是指以物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等為代表的新興技術(shù)，它既是傳統(tǒng)信息技術(shù)的縱向升級，也是信息技術(shù)的橫向滲透融合。新一代信息技術(shù)無疑是當(dāng)今世界創(chuàng)新最活躍、滲透性最強(qiáng)、影響力最廣的領(lǐng)域，正在全球范圍內(nèi)引發(fā)新一輪的科技革命，并以前所未有的速度轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力，引領(lǐng)科技、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展日新月異。

中國政府歷來重視智慧產(chǎn)業(yè)的建設(shè)發(fā)展，早在2010年就將新一代信息技術(shù)列為國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，2018年12月中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議上，首次提出了“新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”，這就是“新基建”的概念。2020年3月以來中央政府連續(xù)發(fā)出加快新基建創(chuàng)新應(yīng)用的政策，新基建再次被提到新高度。所謂新基建，主要是指基于新一代信息技術(shù)演化生成的基礎(chǔ)設(shè)施，以5G、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)為代表的通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，以人工智能、云計(jì)算、區(qū)塊鏈等為代表的新技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施，以數(shù)據(jù)中心、智能計(jì)算中心為代表的算力基礎(chǔ)設(shè)施等[9]。這些基礎(chǔ)設(shè)施的強(qiáng)化和建設(shè)，將為智慧產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來前所未有的機(jī)遇，預(yù)示其發(fā)展勢頭銳不可擋。

智慧農(nóng)業(yè)無疑是新一代信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)深度融合的產(chǎn)物，將極大改變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與管理的業(yè)態(tài)。智慧農(nóng)業(yè)是由各種分支領(lǐng)域組成，其中智慧園藝就是其非常重要的組成部分，智慧農(nóng)業(yè)的理念和技術(shù)與智慧園藝的需求是一致的。在智慧農(nóng)業(yè)中，物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)環(huán)境和設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控方面的應(yīng)用，為人類嵌入了“千里眼”和“順風(fēng)耳”。大數(shù)據(jù)的深度應(yīng)用，為科學(xué)發(fā)現(xiàn)和科學(xué)管理提供了決策智慧大腦，在很多場景下電腦代替人腦已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。人工智能技術(shù)，逐步解放人的體力勞動(dòng)，進(jìn)一步提高了生產(chǎn)力。機(jī)器人、智能裝備、自動(dòng)駕駛等應(yīng)用大量涌現(xiàn)，機(jī)器人已經(jīng)能勝任很多復(fù)雜的操作，在很多場景替代了人的體力勞動(dòng)。諸如此類，不勝枚舉。

智慧農(nóng)業(yè)碰上區(qū)塊鏈

數(shù)據(jù)產(chǎn)生知識(shí)，知識(shí)產(chǎn)生智慧，所以歸根到底數(shù)據(jù)是智慧的源泉。隨著大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的廣泛應(yīng)用，數(shù)據(jù)的安全性、可靠性等問題日益突出，互聯(lián)網(wǎng)上存在的亂象，急需治理自不必言。換句話說，凡是涉及數(shù)據(jù)的地方，就存在數(shù)據(jù)安全問題，就存在對數(shù)據(jù)治理的需求。智慧農(nóng)業(yè)的核心仍然是數(shù)據(jù)，在其朝著生產(chǎn)智能化、經(jīng)營網(wǎng)絡(luò)化、管理信息化等方向發(fā)展帶來優(yōu)勢的同時(shí)，也不可避免地面臨諸多挑戰(zhàn)。如數(shù)據(jù)真實(shí)可靠性、數(shù)據(jù)安全性、智能設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)安全可控、網(wǎng)絡(luò)的誠信、知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬等。上述問題不能有效解決，智慧農(nóng)業(yè)的根基就不穩(wěn)固，更談不上持續(xù)發(fā)展壯大。

2018年，在信息技術(shù)突飛猛進(jìn)的浪潮下，又一個(gè)熱門技術(shù)引起了業(yè)界乃至整個(gè)社會(huì)的廣泛關(guān)注，這就是區(qū)塊鏈。解決上述智慧農(nóng)業(yè)中面臨的諸多問題和挑戰(zhàn)，應(yīng)該是區(qū)塊鏈的技術(shù)優(yōu)勢所在。對于智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展來說，如果能與區(qū)塊鏈進(jìn)行深度融合，必然迎來新的發(fā)展機(jī)遇和拓展空間。從這個(gè)意義上說，區(qū)塊鏈的興起恰逢其時(shí)，智慧農(nóng)業(yè)碰撞區(qū)塊鏈，必然能產(chǎn)生閃亮的光芒。

區(qū)塊鏈內(nèi)涵和認(rèn)知

區(qū)塊鏈初識(shí)

回顧“區(qū)塊鏈”的發(fā)展歷程，這一概念在國內(nèi)的早期傳播大約始于2015年上半年。區(qū)塊鏈技術(shù)是一系列技術(shù)的集成和綜合應(yīng)用，其中有些技術(shù)最早可追溯源到20世紀(jì)70年代。1976年，Bailey W. Diffie、Martin E. Hellman兩位密碼學(xué)大師發(fā)表了論文《密碼學(xué)的新方向》，奠定了迄今為止整個(gè)密碼學(xué)的發(fā)展方向，也對區(qū)塊鏈技術(shù)和比特幣的誕生起到?jīng)Q定性作用[10]。而真正形成完整的技術(shù)體系，則是由一位化名稱中本聰（Satoshi Nakamoto）的學(xué)者在2008年首次提出來的[11]，在該論文中，非常簡明扼要、圖文并茂地描述了比特幣和區(qū)塊鏈的基本原理，提出了很多基本概念，比特幣（Bitcoin）由此誕生，奠定了區(qū)塊鏈的理論基礎(chǔ)?！氨忍貛拧笔且环N虛擬加密數(shù)字貨幣，其不依靠特定貨幣機(jī)構(gòu)發(fā)行，而是依據(jù)特定算法，基于計(jì)算能力產(chǎn)生。比特幣是區(qū)塊鏈最成功的一個(gè)應(yīng)用，比特幣應(yīng)用的成功，成就了區(qū)塊鏈技術(shù)的重要突破。

目前，區(qū)塊鏈在很多領(lǐng)域都有不同程度的探索應(yīng)用，尤其在金融領(lǐng)域上的應(yīng)用較為突出。根據(jù)區(qū)塊鏈的進(jìn)化脈絡(luò)，可將區(qū)塊鏈大致分為3個(gè)發(fā)展階段，每個(gè)階段都代表了區(qū)塊鏈技術(shù)和應(yīng)用的進(jìn)一步拓展。（1）區(qū)塊鏈1.0：這是以2008年中本聰發(fā)表的那篇著名的論文為標(biāo)志，并于2009年1月挖掘出了創(chuàng)世區(qū)塊（Genesis of Bitcoin），收獲了50個(gè)比特幣。（2）區(qū)塊鏈2.0：將區(qū)塊鏈技術(shù)擴(kuò)展到金融領(lǐng)域的應(yīng)用，以2013年維塔利克·布特林（Vitalik Buterin）開發(fā)的以太坊（Etherum）為代表，它是能支持各種加密貨幣、金融資產(chǎn)以及各種數(shù)字化資產(chǎn)管理的智能合約通用平臺(tái)。（3）區(qū)塊鏈3.0：區(qū)塊鏈的應(yīng)用不再局限數(shù)字貨幣和金融領(lǐng)域，而是不斷擴(kuò)展到其他各行各業(yè)，但目前還難以找出公認(rèn)的標(biāo)志性成果，業(yè)界有些學(xué)者認(rèn)為區(qū)塊鏈3.0是價(jià)值互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)核，可以想象為類似一個(gè)操作系統(tǒng)或者是互聯(lián)網(wǎng)上的云服務(wù)平臺(tái)。很顯然，區(qū)塊鏈與智慧農(nóng)業(yè)融合應(yīng)用，都會(huì)在這一階段不斷得到發(fā)展和實(shí)現(xiàn)。

區(qū)塊鏈的基本特征

區(qū)塊鏈之所以得到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注，主要還是由其具有的技術(shù)特征及其所產(chǎn)生的強(qiáng)大功能所決定。從技術(shù)層面看，區(qū)塊鏈本質(zhì)上是一種分布式、去中心化、具有加密功能的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)會(huì)讓數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、更新、維護(hù)、操作等，變得與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理截然不同。

◎ 塊鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)

本質(zhì)上看，區(qū)塊鏈采用塊式存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，每個(gè)數(shù)據(jù)塊就像機(jī)械鏈條上的一節(jié)套環(huán)，很多個(gè)套環(huán)有序連接在一起，就形成了一個(gè)區(qū)塊鏈條。在區(qū)塊鏈上，每個(gè)數(shù)據(jù)塊不是彼此割裂，而是每新生成的區(qū)塊里都包含前一個(gè)區(qū)塊里的一些數(shù)據(jù)，利用這個(gè)特點(diǎn)，很容易追溯到數(shù)據(jù)本源，這就是區(qū)塊鏈的可追溯性，所以區(qū)塊鏈具有真實(shí)性特征。

◎ 共識(shí)算法

區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)類似一個(gè)交易賬本，但是每一筆交易記錄或數(shù)據(jù)更新，都要通過“共識(shí)算法”來完成。類似投票選舉一樣，至少要獲得半數(shù)以上認(rèn)可，新紀(jì)錄才被視為有效，這就使得區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)不能被壟斷霸權(quán)，不容易被篡改，所以區(qū)塊鏈具有民主公正性特征。

◎ 密碼學(xué)應(yīng)用

對區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的傳輸和訪問，應(yīng)用了嚴(yán)格的密碼學(xué)技術(shù)來保證，常用的密碼學(xué)原理主要有：哈希算法、Merkle哈希樹、橢圓曲線算法、Base58等，這使得區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)具有安全可靠性特征。

◎ 智能合約應(yīng)用

智能合約（Smart Contract）概念在1994年由美國計(jì)算機(jī)科學(xué)家尼克·薩博（Nick Szabo）首次提出，其基本含義是由計(jì)算機(jī)程序代碼執(zhí)行一套交易準(zhǔn)則，定義并自動(dòng)執(zhí)行相關(guān)協(xié)議。開啟這個(gè)功能，一旦觸發(fā)合約中的條款，代碼就會(huì)自動(dòng)執(zhí)行合約，在沒有第三方監(jiān)管的情況下實(shí)現(xiàn)可信交易，這些交易可追蹤且不可逆轉(zhuǎn)。智能合約依賴機(jī)器代碼的客觀公正性，不僅確保交易誠信，保護(hù)隱私性，而且大大減少交易成本。如果與數(shù)字資產(chǎn)結(jié)合，可能是區(qū)塊鏈最令人深思遐想、最具有潛力的應(yīng)用。因此，區(qū)塊連還具有智能化的特征。

區(qū)塊鏈體系架構(gòu)

要開發(fā)建立一個(gè)區(qū)塊鏈應(yīng)用系統(tǒng)，從技術(shù)架構(gòu)上劃分也不盡完全統(tǒng)一，但基本內(nèi)涵是一致的。比較多的研究認(rèn)為是涉及到6層架構(gòu)，由自下而上的數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識(shí)層、激勵(lì)層、合約層和應(yīng)用層組成。當(dāng)然，如果從數(shù)據(jù)層再往前延伸，還有數(shù)據(jù)采集層（圖1）[12-13]。

◎ 數(shù)據(jù)層

談到區(qū)塊鏈的本質(zhì)，仍是一種具有特殊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的分布式網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，所以數(shù)據(jù)是核心。通過區(qū)塊（block）存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，解決這些數(shù)據(jù)以什么樣的形式組合在一起，形成一個(gè)有意義的數(shù)據(jù)區(qū)塊。數(shù)據(jù)層封裝了底層數(shù)據(jù)區(qū)塊的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，以及相關(guān)的加密技術(shù)和時(shí)間戳等技術(shù)，這是整個(gè)區(qū)塊鏈技術(shù)中最底層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。具體需要哪些數(shù)據(jù)，要根據(jù)涉及的領(lǐng)域和所需要的服務(wù)來決定。

◎ 網(wǎng)絡(luò)層

區(qū)塊鏈不提供中心化服務(wù)器，在數(shù)據(jù)區(qū)塊有序形成之后，如何實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)協(xié)同互動(dòng)呢？主要依靠用戶點(diǎn)對點(diǎn)（P2P）交換信息，這就是網(wǎng)絡(luò)層來實(shí)現(xiàn)的功能。正是由于區(qū)塊的P2P特性，數(shù)據(jù)傳輸是分散在各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行的，局部節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)絡(luò)遭到破壞對其他部分影響很?。▓D2）。

◎ 共識(shí)層

共識(shí)層封裝了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的各類共識(shí)機(jī)制算法，共識(shí)機(jī)制算法是區(qū)塊鏈技術(shù)的核心技術(shù)。讓高度分散的節(jié)點(diǎn)在P2P網(wǎng)絡(luò)中，決定誰可以獲得記賬權(quán)，使新增數(shù)據(jù)的有效性達(dá)成共識(shí)。記賬者選擇方式將會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的安全性和可靠性，目前已經(jīng)出現(xiàn)了10余種共識(shí)機(jī)制算法，其中最為知名的有工作量證明機(jī)制（PoW-Proof of Work）、權(quán)益證明機(jī)制（PoS-Proof of Stake）、股份授權(quán)證明機(jī)制（DPoS-Delegated Proof of Stake）等。

◎ 激勵(lì)層

激勵(lì)層是區(qū)塊鏈實(shí)行的一種獎(jiǎng)懲機(jī)制，主要包括經(jīng)濟(jì)激勵(lì)，其作用是對區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)和建設(shè)有貢獻(xiàn)的節(jié)點(diǎn)（參與者）實(shí)施經(jīng)濟(jì)獎(jiǎng)勵(lì)。例如，在比特幣系統(tǒng)中，通過頒發(fā)比特幣予以獎(jiǎng)勵(lì)。反之，對行為不軌者，有破壞區(qū)塊鏈系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)將進(jìn)行懲罰。

◎ 合約層

合約層主要封裝各類腳本、算法和智能合約，是區(qū)塊鏈可編程特性的基礎(chǔ)。只需要在系統(tǒng)中設(shè)定的條件達(dá)到預(yù)置的條件，即可觸發(fā)合約的自動(dòng)執(zhí)行，無需第三方的確認(rèn)和授權(quán)，這也是區(qū)塊鏈去中心化及去信任的基礎(chǔ)。

◎ 應(yīng)用層

在應(yīng)用層里，包括了區(qū)塊鏈不同發(fā)展階段的應(yīng)用，從1.0的比特幣應(yīng)用，到3.0的全方位應(yīng)用。各類區(qū)塊鏈的應(yīng)用都體現(xiàn)在應(yīng)用層上，是大多數(shù)區(qū)塊鏈系統(tǒng)的最終落腳點(diǎn)。任何一個(gè)區(qū)塊鏈應(yīng)用系統(tǒng)，其中至少包括數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層和共識(shí)層，否則將不能稱其為真正意義上的區(qū)塊鏈；而激勵(lì)層、合約層和應(yīng)用層則不是每個(gè)區(qū)塊鏈應(yīng)用的必要因素。例如，激勵(lì)層主要在公有鏈當(dāng)中出現(xiàn)，而在私有鏈當(dāng)中，則不一定需要激勵(lì)層。

對區(qū)塊鏈的認(rèn)知

很多學(xué)者認(rèn)為區(qū)塊鏈?zhǔn)钱?dāng)前認(rèn)知領(lǐng)域中最復(fù)雜的技術(shù)之一，對于大多數(shù)非專業(yè)人員而言，可不必去深究其技術(shù)細(xì)節(jié)，關(guān)鍵是理解區(qū)塊鏈的基本內(nèi)涵和基本架構(gòu)，以及對未來可能產(chǎn)生的影響。這些影響可分為4個(gè)維度：技術(shù)、行業(yè)、政府、社會(huì)。從技術(shù)角度，一些區(qū)塊鏈技術(shù)日漸成熟，并不斷推廣應(yīng)用。從行業(yè)角度，區(qū)塊鏈在全球范圍如證券、保險(xiǎn)、供應(yīng)鏈、溯源、知識(shí)產(chǎn)權(quán)等諸多領(lǐng)域都有探索驗(yàn)證（POC-Proof of Concept）的成功案例，部分已經(jīng)進(jìn)入了實(shí)踐階段。從政府的角度，很多國家政府都實(shí)施了區(qū)塊鏈發(fā)展計(jì)劃，研發(fā)區(qū)塊鏈關(guān)鍵技術(shù)和領(lǐng)域應(yīng)用，搶占制高點(diǎn)。從社會(huì)的角度，各種研究和探索應(yīng)用也在突飛猛進(jìn)，區(qū)塊鏈不再是一個(gè)依附于比特幣、以太坊，或者任何其他數(shù)字貨幣的技術(shù)，也正在不斷脫去抽象而晦澀難懂的面紗，被越來越多的人所理解和認(rèn)知，正在融入更多學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域，以及社會(huì)諸多經(jīng)濟(jì)活動(dòng)當(dāng)中。2017年世界經(jīng)濟(jì)論壇發(fā)布白皮書《實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈的潛力》，指出區(qū)塊鏈即將開創(chuàng)更具顛覆性與變革性的互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。

區(qū)塊鏈的技術(shù)固然很有價(jià)值，但并不是全部，其背后的思想理念以及構(gòu)建的邏輯框架同樣重要，甚至更重要。隨著區(qū)塊鏈的發(fā)展，某些技術(shù)細(xì)節(jié)和實(shí)現(xiàn)的方法必然會(huì)不斷演變，甚至可能出現(xiàn)顛覆性的變化，但區(qū)塊鏈的精髓和內(nèi)涵將持續(xù)不變。就如同20世紀(jì)90年代互聯(lián)網(wǎng)的興起，當(dāng)時(shí)能有多少人真正理解互聯(lián)網(wǎng)的未來，但是今天互聯(lián)網(wǎng)改變了整個(gè)世界，互聯(lián)網(wǎng)思維和應(yīng)用已經(jīng)像空氣一樣，無處無時(shí)不在，對區(qū)塊鏈的認(rèn)知可能也大致如此。應(yīng)用區(qū)塊鏈思維和理念，結(jié)合專業(yè)領(lǐng)域設(shè)計(jì)出更多的可能應(yīng)用場景，讓區(qū)塊鏈真正為我所用，落地生根，是區(qū)塊鏈能否持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，也是當(dāng)前面臨的主要任務(wù)。

區(qū)塊鏈助力智慧園藝

總體來講，區(qū)塊鏈在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用還處于初級階段，真正全面應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)、規(guī)模化應(yīng)用的成功案例并不多見，其在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的探索和應(yīng)用任重道遠(yuǎn)，尤其是專門針對園藝領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀也大致如此。另一方面，近年來一些相關(guān)學(xué)術(shù)研究也提出不少設(shè)想，設(shè)計(jì)了一些農(nóng)業(yè)區(qū)塊鏈應(yīng)用場景，對發(fā)展農(nóng)業(yè)區(qū)塊鏈具有積極的推動(dòng)作用[14-18]。廣義農(nóng)業(yè)涉及的內(nèi)容十分浩瀚，這就決定了區(qū)塊鏈有廣闊的發(fā)展空間和生存的土壤，既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。在總體發(fā)展理念上看，區(qū)塊鏈可為智慧農(nóng)業(yè)夯實(shí)底層基礎(chǔ)，區(qū)塊鏈的重要理念和技術(shù)框架，都可為發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)借鑒應(yīng)用，為其保駕護(hù)航，促進(jìn)穩(wěn)健發(fā)展。智慧園藝是智慧農(nóng)業(yè)的重要組成部分，毫無疑問，區(qū)塊鏈同樣大有用武之地。農(nóng)業(yè)部等有關(guān)部門于2019年12月底發(fā)布了《數(shù)字農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展規(guī)劃（2019—2025）》，其中對區(qū)塊鏈的研發(fā)任務(wù)進(jìn)行了部署，明確指出要加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)區(qū)塊鏈大規(guī)模組網(wǎng)、鏈上鏈下數(shù)據(jù)協(xié)同等核心技術(shù)突破、加強(qiáng)農(nóng)業(yè)區(qū)塊鏈標(biāo)準(zhǔn)化研究、推動(dòng)區(qū)塊鏈技術(shù)在農(nóng)業(yè)資源監(jiān)測、質(zhì)量安全溯源、農(nóng)村金融保險(xiǎn)、透明供應(yīng)鏈等方面的創(chuàng)新應(yīng)用[19]。

在具體應(yīng)用層面上，如何打造綠色農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈，貫通供應(yīng)和消費(fèi)安全渠道，建立從田間生產(chǎn)到家庭餐桌的溯源監(jiān)控體系，確保農(nóng)產(chǎn)品更健康、更安全，諸如此類應(yīng)用是區(qū)塊鏈最有可能發(fā)揮作用的突破口，這也是園藝領(lǐng)域優(yōu)先關(guān)注的問題和欲解決的痛點(diǎn)；另外，在農(nóng)業(yè)金融、保險(xiǎn)、信貸、農(nóng)產(chǎn)品交易、品牌認(rèn)知和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)方面，區(qū)塊鏈也均可大有作為。當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的應(yīng)用不斷深入普及，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的監(jiān)管、大數(shù)據(jù)的安全，包括數(shù)據(jù)質(zhì)量控制等，也是區(qū)塊鏈潛在應(yīng)用的領(lǐng)地?；趯Ξ?dāng)前和未來的應(yīng)用場景的分析，建議園藝領(lǐng)域區(qū)塊鏈發(fā)展優(yōu)先關(guān)注以下幾個(gè)方面。

物聯(lián)網(wǎng)與區(qū)塊鏈

設(shè)施園藝是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用最活躍、最密集、最有代表性的領(lǐng)域。目前基于各類傳感器和智能裝備連接的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅猛。大量的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備標(biāo)識(shí)不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)格式多樣、中心化管理等問題限制了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的高效應(yīng)用。另外，設(shè)備監(jiān)管和數(shù)據(jù)安全問題也一直困擾著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)組網(wǎng)和智能辨識(shí)、設(shè)備身份的安全認(rèn)證等，區(qū)塊鏈都可以發(fā)揮其監(jiān)管功能。區(qū)塊鏈將成為萬物互聯(lián)智能設(shè)備的總賬本，除了真實(shí)記錄物聯(lián)網(wǎng)采集的數(shù)據(jù)外，也可真實(shí)記錄設(shè)備的身份標(biāo)識(shí)、停轉(zhuǎn)工況、設(shè)備遷移、設(shè)備維護(hù)等數(shù)據(jù)，為智能設(shè)備的互聯(lián)互通、自我管理提供安全可靠的保障。

大數(shù)據(jù)與區(qū)塊鏈

大數(shù)據(jù)時(shí)代，科學(xué)決策和管理是基于大數(shù)據(jù)的挖據(jù)分析，誰擁有大數(shù)據(jù)，誰就擁有資源，誰就擁有價(jià)值；而大數(shù)據(jù)質(zhì)量和安全管控、大數(shù)據(jù)的歸屬產(chǎn)權(quán)等都十分重要。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)涉及內(nèi)容十分廣泛，包括環(huán)境大數(shù)據(jù)（土壤、天氣等）、生產(chǎn)管理大數(shù)據(jù)、生產(chǎn)資料大數(shù)據(jù)（品種、化肥、農(nóng)藥、機(jī)械、裝備、試驗(yàn)材料等）、人力資源管理大數(shù)據(jù)、農(nóng)產(chǎn)品大數(shù)據(jù)、栽培管理大數(shù)據(jù)等。智慧園藝也不例外，同樣涉及這些大數(shù)據(jù)的管理，此時(shí)在這些大數(shù)據(jù)的管理及其可信任度上，區(qū)塊鏈將發(fā)揮重大作用。

在供應(yīng)鏈和安全溯源中的應(yīng)用

大多數(shù)園藝產(chǎn)品強(qiáng)調(diào)鮮活特性和綠色清潔，所以歷來都是質(zhì)量安全的頭等大事。在供應(yīng)鏈中涉及產(chǎn)品配置、物流配送、交易結(jié)算等眾多環(huán)節(jié)，必須確保數(shù)據(jù)的安全。另外，質(zhì)量溯源也是供應(yīng)鏈中的一個(gè)重要內(nèi)容。應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)后，供應(yīng)鏈中涉及的大量信息（包括價(jià)格、日期、地址、質(zhì)量、產(chǎn)品狀態(tài)等）將會(huì)被永久記錄，且難以篡改，從而避免人為錯(cuò)誤，提高安全性。區(qū)塊鏈還可以對包含農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、加工、貯藏和銷售等過程的全部數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管控。

在集約化園區(qū)中的應(yīng)用

設(shè)施園藝生產(chǎn)采用高度集約化的生產(chǎn)模式，科技含量高，管理復(fù)雜，涉及的數(shù)據(jù)多樣復(fù)雜，如產(chǎn)品、生產(chǎn)資料、各種環(huán)境和氣象資料等數(shù)據(jù)的安全管理，應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)，可在數(shù)據(jù)安全管理，優(yōu)化應(yīng)用等方面開發(fā)出不同的區(qū)塊鏈應(yīng)用系統(tǒng)。

面臨的挑戰(zhàn)與前景展望

面臨挑戰(zhàn)

區(qū)塊鏈為信息網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的大數(shù)據(jù)綜合治理提供了新的思路和解決方案，但在拓展應(yīng)用實(shí)現(xiàn)過程中，也將面臨諸多挑戰(zhàn)，這里既有技術(shù)上的不成熟問題，也有管理政策上的挑戰(zhàn)，尤其是對區(qū)塊鏈自身技術(shù)將有更高的要求。

首先從技術(shù)上看，區(qū)塊鏈存在著一個(gè)著名的“不可能三角”的三元悖論，這是指區(qū)塊鏈的3個(gè)重要特征：去中心化（Decentralization）、可擴(kuò)展性（Scability）、安全性（Security），但具體應(yīng)用時(shí)，這3項(xiàng)功能無法同時(shí)滿足。例如，去中心化固然可以提高數(shù)據(jù)的安全性，但是以犧牲高效性能為代價(jià)；另外，如果采用中心化管理，必然導(dǎo)致安全性大幅度下降，又偏離了區(qū)塊鏈的宗旨。區(qū)塊鏈在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)上，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都下載和存儲(chǔ)所有同類數(shù)據(jù)包，容錯(cuò)和糾錯(cuò)能力固然得到提高，但同時(shí)也帶來了巨大的校驗(yàn)成本和存儲(chǔ)空間損耗；另外，未來隨著區(qū)塊鏈技術(shù)所承載的數(shù)據(jù)量增加，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)空間容量將成為瓶頸。例如，比特幣一個(gè)區(qū)塊大小限制在1 M以內(nèi)，面對大數(shù)據(jù)的海量數(shù)據(jù)，是難以承受的。其他比較明顯的問題還包括，網(wǎng)絡(luò)算力攻擊問題、鏈下數(shù)據(jù)如何監(jiān)控問題、大規(guī)模數(shù)據(jù)和跨平臺(tái)數(shù)據(jù)的溯源問題、傳統(tǒng)的中心化管理和區(qū)塊鏈去中心化的矛盾問題等[20-21]。

從區(qū)塊鏈開發(fā)應(yīng)用角度看，技術(shù)跨入門檻相對較高，技術(shù)人才匱乏。從前文分析可知，區(qū)塊鏈技術(shù)涉及到密碼學(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)、數(shù)據(jù)治理、人工智能等很多跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的一些前沿技術(shù)，要理解和掌握區(qū)塊鏈的關(guān)鍵技術(shù)并非輕而易舉，既懂農(nóng)業(yè)又具有技術(shù)開發(fā)能力的復(fù)合型人才尤其缺乏。好在目前一些專業(yè)公司開發(fā)了一些區(qū)塊鏈服務(wù)平臺(tái)，在該平臺(tái)上非專業(yè)技術(shù)人員可以進(jìn)行區(qū)塊鏈的二次開發(fā)，這也是一個(gè)好的勢頭，但即便如此，區(qū)塊鏈開發(fā)的技術(shù)難度仍然具有很大的挑戰(zhàn)性。另外，相對其他不少行業(yè)，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域信息化基礎(chǔ)設(shè)施相對薄弱，在帶寬、存儲(chǔ)、算力等方面，都必須不斷提升和加強(qiáng)基礎(chǔ)建設(shè)，才能滿足區(qū)塊鏈農(nóng)業(yè)應(yīng)用不斷發(fā)展的需要。當(dāng)下國家正在大力推進(jìn)實(shí)施新基建發(fā)展戰(zhàn)略，值得期待。

前景展望

總體來看，目前對區(qū)塊鏈的研究正處于一種日新月異的階段，一些領(lǐng)域相對領(lǐng)先，如在金融領(lǐng)域。另一些領(lǐng)域相對薄弱，如農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。特別是關(guān)于區(qū)塊鏈在園藝領(lǐng)域的應(yīng)用研究，仍需要更多的探索，要在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷總結(jié)提煉，開拓更多應(yīng)用場景。尤其要在選準(zhǔn)題、定好位、創(chuàng)新商業(yè)服務(wù)模式等方面深入研究，進(jìn)而開發(fā)出具有示范效應(yīng)與業(yè)務(wù)應(yīng)用的區(qū)塊鏈系統(tǒng)。

任何創(chuàng)新技術(shù)從發(fā)明創(chuàng)造到成熟應(yīng)用，都不可避免地會(huì)出現(xiàn)這樣或那樣的問題，尤其需要經(jīng)過市場和時(shí)間的考驗(yàn)。當(dāng)前相關(guān)的研究成果比較匱乏，意味著有更多的發(fā)展機(jī)遇和空間，一張白紙正好可以畫上最新最美的圖畫。針對園藝產(chǎn)業(yè)來說，在宏觀上，要做好頂層設(shè)計(jì)和長遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃，把握好方向和大局，緊跟技術(shù)發(fā)展潮流。園藝產(chǎn)業(yè)附加值高，生產(chǎn)基礎(chǔ)條件好，可以優(yōu)先發(fā)展。相關(guān)政府部門也要加大扶持力度，給予鼓勵(lì)政策。在具體實(shí)現(xiàn)上，要找準(zhǔn)切入點(diǎn)，立足于技術(shù)創(chuàng)新和市場需求，不斷提升區(qū)塊鏈認(rèn)知能力，培養(yǎng)用戶群體也非常重要。相信區(qū)塊鏈在農(nóng)業(yè)和園藝領(lǐng)域的應(yīng)用，必將成為智慧農(nóng)業(yè)中的熱點(diǎn)課題，道路曲折，前途光明，其前景很值得期待。