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区块链技术及其在香榧农产品质量安全追溯中的应用

2020-10-17 19:25 来源:www.xdsyzzs.com 发布:现代商业 阅读:

徐思迪 沈璐璐 张金燕 张容 张哲 浙江农林大学暨阳学院

基金项目:本论文为国家级大学生创新创业训练计划项目(编号:201813283011)成果之一。

摘要:农产品质量追溯是加强农产品质量安全监管的重要抓手,是构建农产品质量安全管理长效机制的重要内容;同时也是建设农产品品牌,推动农村电子商务发展的路径选择。论文分析了国内农产品质量追溯管理当前存在的问题与挑战,论述了基于区块链技术的香榧农产品质量安全追溯的必要性,并提出了基于区块链技术的香榧农产品质量安全追溯及在线应用的构想。

关键词: 农产品质量安全;区块链技术;香榧;农产品电子商务

农产品质量关系到国家的发展战略,关系到百姓的身体健康及生命安全。相关研究与实践表明,加强农产品质量追溯管理有助于提高消费者认知度,提升可追溯农产品档次,提高供应链管理效率,增强食品安全和实现产品差异化,全球知名电商公司阿里巴巴旗下新零售业态盒马鲜生及沃尔玛中国区块链可追溯平台等均是鲜明的例子。然而,国内农产品质量安全追溯体系发展还有很长的路要走,与此同时,现代信息技术的发展也给其带来了新的机遇。

一、国内农产品质量追溯管理当前存在的问题与挑战

(一)农产品质量追溯管理的涵义

农产品指农业中生产的物品,农产品中可直接经口摄食的食物称作是食品,它是农产品质量安全管理的对象。早在1997年,欧盟就创建了食品安全可追溯体系。我国农业部已于2016年发布了《农业部关于加快推进农产品质量安全追溯体系建设的意见》[1],并就进一步提升农产品质量安全监管能力,落实生产经营主体责任,增强食用农产品消费信心,应用现代信息技术加快推进全国农产品质量安全追溯体系建设提出了意见。

通过在农产品生产、存储、运输、销售及到消费者手上发挥其自身的使用价值的过程中,农产品质量追溯系统对以上各个环节的信息进行采集录入、整理分析,将食用农产品质量安全关键信息记录下来,对农产品信息安全进行把控,严防信息遭到篡改和泄露。在此信息的基础上,对农产品赋予相对的可信任安全属性特征,并且使农产品质量安全的可信任特征转化为可搜寻特征,从而有效缓解信息的不对称,以解决农产品在食用过程中的质量安全问题。

(二)农产品质量追溯现存体系不足

我国农产品质量追溯体系始于21世纪初,至今已由“分段管理为主,品种管理为辅”发展为“全产业链管理”模式。至今为止,国内学术界对农产品质量安全追溯体系的研究仍相当火热,认为其存在先进追溯技术应用不足及农产品追溯管理体系缺陷等。

从技术层面看,现有的农产品溯源系统可将农产品生产、加工、销售等过程的各种相关信息进行记录并存储,能通过食品识别号在网络上对该产品进行查询认证,追溯其在各环节中的相关信息。现代信息技术的应用促进了农产品质量追溯管理体系的变革。当前农产品质量追溯系统仍主要依托计算机、网络、数据库、RFID[2]、二维码[3]、供应链管理等技术,其在农产品质量追溯发展中能起到一定的作用,但也存在一些不足,如二维码的使用易导致追溯标签伪机制不完善、假货及窜货现象频发[4]。近年来,大数据[5]、物联网[6]、人工智能[7]及区块链[8]等技术也逐渐运用到农产品质量追溯当中。

在农产品质量追溯管理体系上,国内农产品质量追溯采取的是政府设立专门监控部门,企业参与技术实施与管理,各省市分别展开追溯体系的建设。这种分段监管、缺乏全国统一平台[4]的追溯系统易产生架构分散、追溯结构整体协调性差、追溯监管部门(农业部、商务局、质量监督检验中心、检验局、食品药品安全中心等)之间追溯数据共享程度低及追溯信息不全面[9-10]等不足;各省市之间相互独立发展,没有统一的技术方向,缺乏技术交流;此外,现有农产品质量追溯体系社会参与度低,消费者对追溯产生的信息缺乏应有的信任[4];政策激励和惩罚不足导致农户及企业参与农产品质量追溯意愿不足[11]

二、区块链技术及其在农产品质量追溯中应用

区块链由一个共享的、容错的分布式数据库和多节点网络组成,它具有去中心化、开放性、自治性、信息不可篡改、匿名性等特征,可划分为公有区块链、行业区块链及私有区块链等类型。区块链包括分布式账本、非对称加密、共识机制、智能合约等核心技术。区块链技术目前主要应用在金融、商业零售、物联网和物流、公共服务、数字版权等领域。

区块链追溯技术是最近几年才引起食品安全领域研究人员关注的一项新技术。现有的主流农产品质量追溯系统大多是建立于基于中心服务器的模式,追溯信息存储在政府相关部门、企业或第三方平台的服务器当中,再通过网络、数据库管理等技术实现联网才能提供给用户(消费者、企业等)使用。在这种技术系统中,由享有权限的用户(政府部门、企业等)生产、修改与管理信息,且信息大多是不透明的,用户(需要使用该追溯信息的消费者或企业)无法有效地监督享有数据管理权限的用户行为,故现有追溯系统的信任度是不高的,对付出追溯成本的经营者带来的经济效益也是打折扣的。区块链技术不同,该技术不是建立在中心服务器模式上,这取决于它的P2P(点到点)网络结构,P2P是一种去中心化的网络结构,所有信息都存储在网络中任何节点上(计算机、手机等),网络中每一个节点都是某条数据记录的存储者、传播者,故网络中所传播的信息具有非常强的可信度,理论上不会发生用户恶意修改数据或信息的行为,因为修改行为会被网络中任意节点用户发现,同时可以采用加密技术阻止数据的修改。区块链技术采用的是P2P网络架构,故建立在区块链技术之上的农产品质量追溯能较好地提高追溯信息的完整性和真实性,摆脱当前追溯管理体系信息共享性差、信任度不足等困境,能够对农产品生产、经销、零售等各个环节提供质量保障与溯源措施。“区块链+农业”食品安全追溯系统可降低信息数据存储成本,提升运行效率,降低企业在食品安全管理方面的成本,提升企业参与到国家食品安全管理体系中的积极性。

三、从多视角看基于区块链技术的香榧农产品质量追溯的必要性

香榧是集果用、药用、油用、材用、观赏和环保等多种用途于一身的世界珍贵经济树种,是浙江珍贵特产。作为食品,包含香榧干果、香榧籽油等农产品,从农产品质量安全角度看,对其产业链中的相关主体(榧农、香榧生产加工及销售企业等)的生产经营行为进行追溯具有一定的必要性。

(一)经济学的视角

近年来不乏经济界人士、学者对区块链技术将给产品品牌塑造及提升产生的影响[12-14]进行的探讨。线上线下消费者对优质及安全的农产品需求日渐强烈,农产品供求信息不对称已经成为制约农产品品质、品牌发展的重要因素,需要运用物联网、区块链及大数据等现代信息技术建立起香榧产业大数据区块链可溯源平台及运作模式,将有助于推动香榧产业供给侧结构性改革,实现香榧生产流通全过程监管,从源头保证企业香榧品牌与品质。香榧现今已作为林木良种主导品种在全国加以推广,发展至今,香榧产业市场覆盖地区越来越多,香榧产量虽逐年上升,产品同质化现象却越来越严重,通过实现区块链技术对香榧生产经营全过程的追溯,有利于消费者获取企业香榧品牌产品的经营信息,增强用户对产品的信任度,有利于企业实现香榧精准营销,令农户、企业等香榧生产经营者获得较好的经济利益。

(二)生态环境视角

林业同时具有经济价值与生态价值。处理好林业经济价值同生态价值的矛盾是林业可持续发展及践行“绿水青山就是金山银山”理念的必然选择。比如,绍兴会稽山区是香榧的原产地和主产地,会稽山古香榧群资源不仅具有经济价值,是经济林和旅游的重要资源,能够促进当地经济可持续发展;还具有生态价值,有利于水土保持、涵养水源、保护生物多样性等;同时还具有承继香榧起源与香榧文化发展的文化价值。将古香榧群资源作为农业文化遗产进行动态保护,不仅有利于资源的保护与合理利用,而且能够促进当地经济、环境与文化的协调发展[15]。因此,在实施香榧农产品质量安全追溯的过程中,榧农在种植香榧过程中的施肥、除草、杀虫、灌溉及采摘等活动及榧农在发展香榧林下经济时林下立体种养的家畜及植物的关键环节均能如实记录,并实现可追溯,且被记录的数据与信息均不可逆,并受政府相关部门的监管。上述所有追溯得到的数据与信息均可运用大数据技术进行跟踪分析,从而达到维护香榧森林生态系统的目的。

四、基于区块链技术的香榧农产品质量追溯体系建设构想

(一)香榧农产品质量追溯参与主体及其作用

农产品质量安全是市场和政府“两只手”共同作用的结果,农产品质量安全追溯需发挥政府的重要作用。政府可制定行业及产品的标准体系、操作规范、法律法规等;通过政策引导与激励行业、企业等市场主体运用区块链技术搭建农产品质量安全追溯平台,以促进农产品溯源体系生态建设;另外,政府相关部门需要对可追溯信息、产品质量等进行监督控制。香榧干果属于食用林产品,林业部门作为初级(食用)林产品生产环节监管部门,抓好食用林产品生产环节监管工作,特别抓好产地环境、投入品、生产过程等关键环节的监管。除此外,组织修订食用林产品栽培技术标准制修订工作;重点推广香榧特色林产品按标准组织生产,提高标准化生产程度;组织指导开展森林食品基地建设,并对基地环境质量(土壤、空气、灌溉水)实行实时动态监测;做好食用林产品生产环节专项整治,严厉打击非法添加和滥用食品添加剂违法行为。

公司(企业)、农户是农产品质量安全追溯的另两个重要主体,充当着供应商、生产商的角色。当前农产品生产经营主要有“公司 + 合同基地 + 农户”、“公司 + 自有基地”、“合作社 + 农户”及“中介组织 + 农户”[16]等模式。由于农产品生产经营模式不同,各主体在农产品质量安全追溯中的角色与作用也存在一定的差异,在追溯体系建立时,可因地制宜地选择相应的参与主体行为模式。根据国内林权体制改革实践,拥有香榧林经营权一般包括国家、集体及个体三种情况,对应有国有林场、集体林场及个体林户(榧农)等三种经营主体,多种主体长年从事香榧的种植。在实施区块链香榧农产品质量追溯过程中,各种植主体需要将香框种植过程中关键控制点[17]信息录入到系统中。当香榧(干果)进入生产加工及流通领域时,由相关企业依据相关标准及农产品追溯规定负责对生产加工及流通过程中的关键控制点信息的实时录入,以确保信息的准确性及完整性。

(二)香榧农产品质量追溯数据采集

基于区块链技术的农产品质量安全追溯系统构架主要包括数据层、网络层、契约层、认识层、奖励层和应用层[18-19],数据层是其中最重要的组成部分。基于不同种类农产品的数据采集过程不同,采集策略及方式方法也不尽相同。以香榧干果为例,香榧质量追溯体系离不开政府、企业及林农(榧农)等主体参与,依据农产品质量追溯管理的规定及基于区块链技术的农产品质量追溯的相关操作,可从供应链管理[20]的视角对香榧农产品质量追溯信息的采集进行具体的描述。如表1,首先制订数据采集标准,然后从香榧种植、加工、质检、储存、运输及销售等六个环节采集香榧干果质量安全的关键控制点[12][17]信息,政府只有通过相关法律法规去激励、约束相关主体切实参与到供应链管理的各个环节中去,才能够确保数据采集的充分性、有效性,为香榧农产品质量安全追溯提供可靠的数据支持。

1 香榧(干果)质量安全追溯数据采集列表

数据类别

关键控制点信息

数据采集方式

香榧种植

种植单位、种植品种、种植数量、施肥、农药、土壤、灌溉等

榧农、林场、合作社、企业等通过人工输入、自动采集、物联网与传感器等

香榧加工

采摘日期、加工单位(个人)、加工标准、加工工艺、食品添加剂、品控、加工日期等

榧农、林场、合作社、企业等人工输入、自动采集

香榧质检

质检单位、质检方法、质检结果等

政府或政府委托的权威单位等人工输入、自动采集

香榧储存

储存地点、储存日期、储存环境、出库时间等

加工、流通等企业人工输入、自动采集

香榧运输

运输单位、运输路线、运输时间等

物流企业人工、物流系统自动采集

香榧销售

销售企业、销售方式(线上、线下)、销售价格等

销售企业人工、电商平台自动采集

(三)基于区块链的香榧农产品质量追溯流程

香榧农产品质量安全区块链系统可由政府牵头,鼓励行业龙头企业(联盟)搭建平台,并由榧农、商家(香榧加工、储存、运输、销售等相关企业)、消费者群体和监管部门等多方共同维护。在香榧种植过程中,榧农、林场、合作社、企业等将香榧种植过程中采集到的关键控制点信息(如表1)按照相关要求各自录入所需维护的区块链节点(假设为节点A),节点A将香榧种植信息通过哈希算法取得消息摘要,经过平等的共识过程写入区块。依此类推,将香榧加工、质检、储存、运输、销售等过程中采集到的信息录入数据库,相关主体各自维护区块链节点(假设节点B、节点C等),并也将获得的数据发送到区块链上、记入区块链。以上数据一旦写入区块链就不可随意进行更改。

基于区块链技术的香榧农产品质量追溯系统与农产品电子商务交易平台实现无缝连接,消费者或客户在电子商务平台上购买香榧农产品时,可通过扫描网店中商品的二维码了解香榧农产品种植、加工、物流及销售等环节中的关键信息,从而快速做出购买决策。

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