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2020年 第2卷 第2期 刊出日期：2020-06-30

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专刊——农业区块链

区块链技术发展与展望

李慧, 袁煜明, 赵文琦

2020, 2(2):  5-13.  DOI: 10.19788/j.issn.2096-6369.200201

摘要 ( 2359 )   HTML ( 110)   PDF (1126KB) ( 1176 )  

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区块链技术和比特币在2008年相伴而生，但随着各界对其研究与应用不断深入，区块链技术已经开始独立于加密数字货币，发展成为一个新的研究领域。区块链技术利用密码学原理、分布式数据存储技术、点对点网络及共识机制构建的分布式账本为解决多方合作过程中的信任、隐私、数据差异等问题带来了契机。诸多产业领域如金融、政务、医疗、城市建设等均开始应用区块链技术。当前，随着区块链技术的应用与推广，区块链技术也遇到了诸如扩展性、安全性、监管难等方面的挑战，催生了各界围绕区块链技术的各个方面及相关的密码学技术不断进行创新研究或引入新技术进行补充。本文结合当前学界及产业界的研究及应用情况，总结了区块链技术的五层基础体系架构，即数据层、网络层、共识层、合约层及应用层，并综述了该架构中各个层次的原理与技术。在此基础上，进一步介绍了针对区块链与传统网络结合、区块链技术自身以及相关密码学技术的各种典型的扩展技术，并讨论这些技术对区块链技术带来的影响。最后，结合区块链技术当前的发展现状，分析了其在研究应用中面临的挑战及其未来的发展方向，以期为未来的研究工作带来启发与借鉴。

可信区块链在农业农村应用展望

王文生

2020, 2(2):  14-24.  DOI: 10.19788/j.issn.2096-6369.200202

摘要 ( 832 )   HTML ( 34)   PDF (1176KB) ( 804 )  

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区块链技术在促进农业农村高质量发展方面具有广阔的应用前景，受到世界各国的广泛关注。目前，我国正值脱贫攻坚后期和乡村全面振兴的关键时期，我国农业农村的产业和社会结构的弱中心化和去中心化特征与区块链具有天然的耦合性和应用结合点。本文针对当前农业农村区块链应用研究相关文献中存在的偏重农业、偏农村金融，且存在一定碎片化的现状，把“三农”作为“乡村全面振兴”战略不可分割的整体，首先综述了相关背景和区块链的技术特点，然后在全球视角下梳理了国内外农业农村区块链应用的研究现状，指出了当前区块链应用的主要难点问题，最后结合农业产业、农村治理、农民民生三个方面，依次从可信物联网为基础的智慧农业、新型农业经营体系可信支撑网络、农产品质量安全体系、新一代农村电子商务、可信农村金融与农业保险体系、可信基层组织治理网络、可信农村集体资产经营体系、可信乡村旅游产业、农村人居环境整治、精准扶贫、可信农民工权益保障网络等十一个“三农”热点领域中区块链应用进行了较全面的展望。未来，区块链在与5G、人工智能等其它“新基建”要素的结合下将促进社会加速向5.0（Society 5.0）的演化。

区块链支撑农业大数据安全初探

孙忠富, 马浚诚, 郑飞翔, 杜克明

2020, 2(2):  25-37.  DOI: 10.19788/j.issn.2096-6369.200203

摘要 ( 794 )   HTML ( 30)   PDF (1259KB) ( 1035 )  

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大数据是智慧农业的核心，但大数据安全还存在或面临很多问题和挑战，如果得不到解决，必然制约其稳健发展，甚至导致根基不稳。近年来随着区块链技术不断发展，以及其与生俱来的安全特质，为大数据发展注入了强劲的驱动力，拓展了新的应用空间。本文围绕区块链如何支撑大数据安全发展的有关问题，简明阐述了中国农业现状及智慧农业发展的背景；结合智慧农业数据需求问题，分析研究了大数据安全、区块链二者的相互关系，包括大数据安全的重大意义、存在的安全风险、一些挑战性难题、以及应采取的相应对策等；综合分析了区块链的安全特质，阐述了区块链在大数据安全中的支撑地位和作用，以及区块链在数据安全研究的三个核心方向，即数据的机密性、完整性、可用性；提出了如何应用区块链助力大数据安全发展的一些建议，并对应前景进行了简要展望。

基于区块链的农业投入品智能管控平台设计

钱建平, 余强毅, 史云, 张保辉, 查燕, 吴文斌

2020, 2(2):  38-46.  DOI: 10.19788/j.issn.2096-6369.200204

摘要 ( 664 )   HTML ( 15)   PDF (1221KB) ( 607 )  

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提高农业投入品的管控能力对于保障食品安全和实现“肥药双减”目标具有重要意义。农业投入品管控由于时空跨度大、责任主体多、技术手段缺乏，导致台账录入不规范、施用记录不清楚、信息记录不准确、生命周期不连贯等问题时有发生；而区块链技术具有去中心化、去信任、可集体维护等特点，已应用于数字金融、物联网、智能制造、供应链管理、数字资产交易等多个领域。本文以区块链技术为支撑，以农业投入品的“生产-经营-施用”为生命周期过程，提出了农业投入品智能管控平台总体框架，主要由数据层、网络层、共识层、合约层和应用层组成；考虑到数据的容量及数据安全保密的要求，设计了“数据库+区块链”的数据双模存储机制，通过映射机制实现链上与链下数据关联；设计了用户认证、资质核验、台账分析、施用预警、防伪追溯等智能合约，描述了智能合约的构建过程。结合联盟链的优势，提出了以Hyperledger作为联盟链平台开发农业投入品智能管控平台；根据不同参与主体的需求及使用的便利性，平台采用应用系统与移动APP相结合的方式，主要提供生产管理、经销管理、施用管理、智能监管、区块链管理等模块。该平台既有利于增强农业投入品监管能力，又能提升追溯可信度，为农业投入品的合规生产、合法经营、合理施用提供了有力的技术支撑。

基于区块链技术的生态观测数据存储与共享模式

侯玥, 彭长辉, 杨铭霞, 刘智豪, 周晓路

2020, 2(2):  55-66.  DOI: 10.19788/j.issn.2096-6369.200206

摘要 ( 607 )   HTML ( 16)   PDF (2371KB) ( 550 )  

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生态数据存储规模随着生态学领域研究尺度的拓展不断扩张，而传统中心化数据存储方式面对日益庞大的海量生态数据越来越难以维持，观测数据易重复、易篡改、难共享以及存储成本高、数据利用效率低等弊端进一步诱发了生态学研究对更高效数据存储技术的需求。与此同时，衍生于比特币交易的区块链技术凭借其分布式数据存储成本低、数据安全共享程度高等优势迅速得到青睐。在此背景下，本研究立足于生态学领域研究生态观测数据使用与共享等环节中的现实问题，从区块链技术视角出发，通过数据标签实时发布、数据修改实时验证等技术手段，设计开发“生态系统观测数据安全保障系统”（Ecosystem Observation Data Security System， EODSS）。研究结果表明，本研究基于经典C/S 架构开发可执行脚本文件框架设计，能够有效满足生态学领域研究中的常见功能需求。相比于传统中心化数据存储方式，本研究使用Hash算法对系统数据层中原始数据进行加密处理，并引用时间戳技术保证数据的实效信息，有效规避传统中心化数据存储中面临的安全问题。作为对区块链技术在生态学领域实际应用的一次探索，本研究试图将区块链技术优势应用到生态数据管理中，用以解决生态学领域研究中长期存在的数据安全存储与共享难题，以期为后续相关探索提供有益参照。

区块链与“三农”金融—新视角、新框架、新路径

高尚

2020, 2(2):  67-73.  DOI: 10.19788/j.issn.2096-6369.200207

摘要 ( 931 )   HTML ( 16)   PDF (834KB) ( 487 )  

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本文将农业、农村和农户纳入到对“三农”金融的整体研究框架中，从新的视角给出了“三农”金融的内涵，即它是农业金融、农村金融和农户金融的统称，服务于农业与农村金融活动的企业以及农户个人，包含了农业、农村和金融三重属性，具有定位在农业、根基在农村、核心是金融的特征。虽然我国农村地区已经初步形成“广覆盖、多层次、多元化”的金融服务体系，但依然存在着农村信用体系建设不足、农村信贷抵押机制不健全、不良贷款率相对较高、农业生产活动的综合成本较高等问题。针对这些现状与存在的问题，提出将区块链赋能“三农”金融发展的新框架和新路径。新的“三农”金融发展框架主要包括：新的信用体系框架、新的生产关系协同体系框架、以及新的生产要素优化配置体系框架。新的“三农”金融发展路径主要包括：区块链+“三农”征信、区块链+“三农”信用贷款、区块链+精准扶贫、区块链+乡村旅游金融、区块链+“三农”供应链金融。

基于区块链技术的农产品供应链数据管理系统设计

杨晨雪, 孙志国

2020, 2(2):  74-83.  DOI: 10.19788/j.issn.2096-6369.200208

摘要 ( 1507 )   HTML ( 67)   PDF (1013KB) ( 1766 )  

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农业是我国的支柱产业，构建安全、可信、稳定、可溯源、信息共享、大吞吐量的农业供应链系统是实现我国农业信息化的必经之路。然而，我国农产品供应链中的信息通常存储在中心化的数据库和数据系统中，面临着管理能力弱、容易被窃取、篡改、删除和信息不一致等问题。基于上述问题，论文结合星际数据系统和智能合约技术，建立了面向农产品供应链中异构信息数据的高效抽取方法，实现含有农产品生产管理、运输记录、消费者信用管理、农户-消费者交易服务的大型异构信息事务日志的快速抽取，并将各类信息事务日志及交易记录分别存储至区块链和 IPFS 网络；提出了基于区块链智能合约的农产品供应链信息数据访问控制方法，结合基于IPFS 哈希寻址的访问方式，能够有效的保障不同的农业生产经营参与主体用户在各自的权限范围内访问数据；在此基础上，设计了一种基于区块链技术的农产品供应链数据管理系统，系统具备异构信息数据可信管理功能，可以确保整个供应链进行充分安全透明的可信任信息共享，促进农产品产销无缝衔接、推动农业转型升级、助力农民脱贫增收。

动物检疫证区块链应用系统设计与实现

钟林忆, 孟祥宝, 刘红刚, 刘朝阳, 汪洋

2020, 2(2):  84-93.  DOI: 10.19788/j.issn.2096-6369.200209

摘要 ( 775 )   HTML ( 16)   PDF (1646KB) ( 586 )  

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动物检疫是食品安全监管的重要环节，动物检疫电子出证则是一项保障食品安全的重要工作。动物检疫证是畜牧、家禽及其它肉类产品安全走向市场流转的凭证，具备查询检疫信息快、全程追踪动物及产品流向、疫病追溯及责任管理优势，关系食品安全与居民健康。为提高动物检疫证防篡改和防伪溯源功能、消除换证过程操作风险和食品安全隐患，依托区块链技术去中心化、防篡改、公开独立、可追溯等特性，采用Hyperledger Fabric底层技术框架，设计了基于区块链技术的动物检疫区块链应用系统，搭建了一条联盟链网络，连接养殖场、屠宰场、经销门店和监管方，遵循业务流程的链上流转，检疫员、养殖场等相关方在区块链账本上共同记录票据信息和交易信息。去中心化、无法篡改，保证了出证换证过程的安全透明，动物防疫检疫监管部门可获得监管节点对检疫证出证换证全流程进行监管，有效提升检疫证应用的安全性和可追溯性，减少过程漏洞和提升风险管控能力。这套基于区块链技术的动物检疫证系统利用区块链提供可信、可靠的出证、换证服务，将“技术信任背书”与“存证信任背书”相融合，实现“双信合一”，区块链技术正在成为保障肉类食品安全的重要科技力量。

从梁平柚到梅州柚—区块链技术助力农产品溯源

江琳莉, 史磊

2020, 2(2):  94-103.  DOI: 10.19788/j.issn.2096-6369.200210

摘要 ( 791 )   HTML ( 27)   PDF (1367KB) ( 927 )  

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农产品溯源，就是对农产品进行正向、逆向或不定向的追踪，从种植生产到消费者终端，通过专门的软件设备进行信息共享，为消费者服务。近些年来，随着越来越多食品安全事件发生，人们对农产品质量安全要求不断提高，传统农产品溯源模式在暴露出来越来越多问题的同时也愈发难以满足消费者的需求，亟需建立一套透明可信的农产品溯源体系来更好的保障农产品的质量安全。区块链技术本质上讲是一个共享数据库，储存在其中的数据信息具有不可伪造、不可篡改、全程追溯、公开透明等特点。借助区块链技术，结合物联网、AI技术、时间戳加密技术等构建以区块链技术为基础的农产品溯源体系，以实现对农业生产各环节的追溯。本文从梁平柚入手，以梅州柚为例，分析了传统追溯体系在梁平柚溯源中的应以及存在的问题。并对采用区块链技术的顺丰溯源在柚子产业中的应用进行案例分析，介绍了顺丰溯源体系的框架结构，并从种植信息采集上链、流通冷链运输、监管质检环节、消费环节等维度对顺丰的溯源机制进行分析论述。最后总结了区块链技术在其他农产品溯源中应用的案例以及目前所面对的困难与存在的问题，为进一步的创新发展奠定基础。

应用研究

基于移动互联的农业农村信息速调平台（Agri-watch）构建与应用

王川, 董晓霞, 郑建华, 张超, 周清波

2020, 2(2):  104-111.  DOI: 10.19788/j.issn.2096-6369.200211

摘要 ( 645 )   HTML ( 10)   PDF (1105KB) ( 452 )  

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为适应大数据时代农业农村产业数据化、数据产业化的发展趋势，有效解决传统农业农村信息采集方式获取数据存在时效性差、覆盖面窄等问题，满足当前农业农村数字化建设、政府部门科学化决策、科研部门数据化支撑需求，本研究基于“大平台、大系统、大集成、大数据”的建设思想，集成大数据环境搭建技术、移动互联网技术、数据处理分析技术和溯源编码技术，构建“一中心、四体系”的农业农村信息速调平台（Agri-watch）。平台基于移动终端和互联网技术，充分发挥新媒体平台优势，以期形成随时数据采集、即时信息传输、实时数据展示的农业农村信息采集新模式，打造集信息采集、数据管理、决策分析、可视化展示为一体的农业农村数据平台。平台整体架构包括核心数据层、业务支撑层和业务应用层，三层架构具有低耦合特征，在Internet环境下，采用B/S结构进行开发，基于前后端分离设计分别搭建前端系统和后台系统的基础框架，实现用户管理、问卷管理、指标管理、数据洞察分析、报告管理等功能，且面向农业产业发展和农村民生改善需求，部署服务平台和业务应用系统，打造数据多元查询与分析、多维可视化展示、数据加工与信息发布等数据应用体系。速调平台通过构建农业基准数据、挖掘数据隐性信息、探索数据发布机制，实现“用数据说话”，支撑“用数据管理”，助推“用数据决策”。

研究简报

基于文献计量的玉米逆境胁迫机制研究进展分析

谢瑶, 唐研, 刘霞, 孟静, 王磊

2020, 2(2):  112-124.  DOI: 10.19788/j.issn.2096-6369.200212

摘要 ( 577 )   HTML ( 12)   PDF (2571KB) ( 509 )  

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为掌握玉米逆境胁迫机制研究的发展脉络与现状，本文统计分析了国内外期刊该领域文章在时间、机构、关键词聚类上的不同特点，找出国内研究方向、方法和内容与国际流行趋势的异同，为我国相关领域研究者提供参考。

以玉米逆境胁迫研究领域为对象，基于中国知网（CNKI）全文数据库及Web of Science核心合集数据库的相关文献内容，采用文献计量学方法和CiteSpace知识图谱可视化工具，分析该领域的发展特点。

经过分析发现：该领域在时间序列上的相关文献数量整体呈波动中上升的趋势。据此可以推测该领域的发展趋势仍在上升状态，拥有持续发展前景。国际权威文献相关研究结果表明，该领域的国际发展已呈现学科交叉的态势，酶学、基因组学等的相关手段已与传统的植物生理学研究方法相结合，在研究内容上涵盖了玉米生长与种植的各个方面，包括相关的环境改善、土壤研究、细胞内部生理机制等方面的综合研究。与此同时，国内的研究仍将重点放在玉米本身的各项生理指标与盐胁迫条件之间的关系上，与国际研究热点存在一些不同。