陳奕延，李曄，李存金，李群

（1.北京理工大學(xué) 管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)院，北京 100081；2.南開(kāi)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展研究院，天津 300071；3.中國(guó)社會(huì)科學(xué)院 數(shù)量經(jīng)濟(jì)與技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所，北京 100372）

時(shí)代的變革及新興技術(shù)的涌現(xiàn)，使得人類社會(huì)正處于從工業(yè)經(jīng)濟(jì)社會(huì)向知識(shí)經(jīng)濟(jì)社會(huì)轉(zhuǎn)型變革的復(fù)雜進(jìn)程之中。當(dāng)?shù)厍蜻~入擁擠的人類世之后，生態(tài)與社會(huì)之間形成的互饋及耦合效應(yīng)鑄造了一個(gè)具有非線性、涌現(xiàn)性、復(fù)雜性、不確定性以及多層次嵌套結(jié)構(gòu)的社會(huì)—生態(tài)系統(tǒng)（social-ecological system,SES），這一系統(tǒng)的出現(xiàn)為人類對(duì)生態(tài)的治理及環(huán)境的可持續(xù)管理帶來(lái)了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[1-3]。因此，生態(tài)治理領(lǐng)域的范式創(chuàng)新迫在眉睫。一方面，社會(huì)—生態(tài)系統(tǒng)的形成給這種創(chuàng)新帶來(lái)了模糊性（ambiguity）、不確定性（uncertainty）、復(fù)雜性（complex）以及易變性（volatility）[4]。另一方面，除了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變遷，人類的生態(tài)保護(hù)意識(shí)在復(fù)雜的社會(huì)變革中也經(jīng)歷了曲折的演進(jìn)，從農(nóng)耕文明對(duì)自然懷有敬畏與極端崇拜的“謀事在人，成事在天”，到工業(yè)經(jīng)濟(jì)社會(huì)秉持牛頓原子論的“人定勝天”，再到知識(shí)經(jīng)濟(jì)社會(huì)“復(fù)合人假設(shè)”[5]前提下的“天人合一”意識(shí)，人類也希望通過(guò)正向作用的方式減少經(jīng)濟(jì)發(fā)展給自然界帶來(lái)的生態(tài)負(fù)擔(dān)，同時(shí)，良好的生態(tài)環(huán)境又可以反哺人類，為技術(shù)創(chuàng)新與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供良好資源和環(huán)境保障，從而形成一種綠色互利的共生觀，這種綠色互利的共生觀并非對(duì)原始生產(chǎn)方式的回溯，也不是對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的負(fù)向制約，而是一類螺旋式的演進(jìn)升華[6]，是一種更高層次、更為系統(tǒng)、宏觀、綜合的可持續(xù)發(fā)展觀。

伴隨著不可持續(xù)發(fā)展的勞動(dòng)密集型農(nóng)業(yè)以及高污染、高排放的機(jī)械化農(nóng)業(yè)的衰敗，信息革命后的科技沖擊使得農(nóng)業(yè)變得愈發(fā)繁榮[7-9]，特別是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)、循環(huán)農(nóng)業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)等以可持續(xù)發(fā)展觀為指導(dǎo)依據(jù)的可持續(xù)農(nóng)業(yè)模式得到了蓬勃發(fā)展。不幸的是，正如莎士比亞在《哈姆雷特》中所說(shuō)的“天地之間有許多事情是你的睿智所無(wú)法想象的”（There are more things in heaven and earth,Horaio,than are dreamt of in your philosophy）那樣，受新冠肺炎疫情的影響，全球農(nóng)業(yè)遭受了前所未有的沖擊，導(dǎo)致了蔓延世界的糧食危機(jī)[10-14]。這次全球性的糧食危機(jī)將迫使我國(guó)加快深化農(nóng)業(yè)改革，除了用行政手段調(diào)整農(nóng)業(yè)耕種政策，優(yōu)化糧食種植類目外[15]，深化農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，進(jìn)一步強(qiáng)化技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)作用尤為重要。已有研究表明，新產(chǎn)品、新技術(shù)和新服務(wù)的出現(xiàn)能夠提高生產(chǎn)水平，能夠復(fù)蘇行業(yè)市場(chǎng)[16-17]。我國(guó)在遠(yuǎn)程遙感、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)上的開(kāi)發(fā)研究與應(yīng)用已形成系統(tǒng)、成熟的體系，并占據(jù)全球領(lǐng)先地位。這些前沿技術(shù)大多依靠數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，因此也統(tǒng)稱這些技術(shù)為數(shù)字技術(shù)，它們?yōu)橹袊?guó)農(nóng)業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了支撐。其中較為新穎的是區(qū)塊鏈。區(qū)塊鏈?zhǔn)恰叭ブ行幕边@一概念的技術(shù)載體，它有著開(kāi)放性、共享性、自治性等優(yōu)勢(shì)。數(shù)字化可以在經(jīng)濟(jì)、環(huán)境及社會(huì)層面促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[18]。目前關(guān)于區(qū)塊鏈在具有可持續(xù)性的循環(huán)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究較為罕見(jiàn)。因此，研究首先論證了區(qū)塊鏈作為通用目的技術(shù)的滲透性，為其與傳統(tǒng)循環(huán)農(nóng)業(yè)模式的融合提供了理論依據(jù)。在此基礎(chǔ)上，以北京留民營(yíng)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)為例，根據(jù)北京留民營(yíng)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)，提出了一個(gè)基于區(qū)塊鏈的數(shù)字化農(nóng)業(yè)框架，這一框架在保留循環(huán)農(nóng)業(yè)可持續(xù)性的同時(shí)賦予了其數(shù)字化屬性，為該生態(tài)農(nóng)場(chǎng)提供了一條發(fā)展數(shù)字化農(nóng)業(yè)的路徑，亦為今后進(jìn)一步研究農(nóng)業(yè)數(shù)字化及其實(shí)踐提供了參考。

1 區(qū)塊鏈及其在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

區(qū)塊鏈這一概念首次出現(xiàn)在比特幣白皮書中[19]，一經(jīng)問(wèn)世便引起了社會(huì)各界的關(guān)注，許多學(xué)者認(rèn)為區(qū)塊鏈?zhǔn)且婚T能夠推動(dòng)人類科學(xué)發(fā)展，且非常具有前景的技術(shù)[20-22]。區(qū)塊鏈目前已風(fēng)靡全球，德勤在2020 年的一份全球性區(qū)塊鏈調(diào)查報(bào)告中指出，在被調(diào)查的14 個(gè)國(guó)家中的1488 名熟悉區(qū)塊鏈和數(shù)字資產(chǎn)的高級(jí)管理人員中（包含100 名直接從事區(qū)塊鏈技術(shù)開(kāi)發(fā)并且在上一年度獲得至少三百萬(wàn)美元風(fēng)險(xiǎn)投資的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人員），高達(dá)88%的受訪者認(rèn)為區(qū)塊鏈技術(shù)有廣泛的可擴(kuò)展性，并終將成為主流應(yīng)用技術(shù)[23]。信息和通信技術(shù)的最新進(jìn)展促使傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)業(yè)邁向了以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行決策的智能產(chǎn)業(yè)[24]，而區(qū)塊鏈則是這一發(fā)展進(jìn)程中衍生出的一門數(shù)字技術(shù)，它具有去中心化、開(kāi)放性、自治性、去信任、共享性等特點(diǎn)。然而，區(qū)塊鏈迄今未有確切統(tǒng)一的定義，當(dāng)前許多學(xué)者將其視為一種抽象的分布式賬本技術(shù)[25]。單純從技術(shù)的角度看，區(qū)塊鏈可以認(rèn)為是多項(xiàng)技術(shù)的組合架構(gòu)與集成產(chǎn)物，或可將它理解為一種以區(qū)塊形式組成的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)為存儲(chǔ)載體，以P2P 網(wǎng)絡(luò)為通訊載體，以密碼學(xué)為隱私安全載體，通過(guò)分布式系統(tǒng)共識(shí)框架保障一致性，兼具去中心化、開(kāi)放性、自治性、去信任、共享性等特點(diǎn)，旨在建構(gòu)價(jià)值交換體系的數(shù)字技術(shù)，它可以應(yīng)用于一切具有歷史性或全局性數(shù)據(jù)記錄需求的場(chǎng)景。

區(qū)塊鏈如何應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域也激起了學(xué)術(shù)界的濃厚研究興趣，一系列廣泛的研究包括區(qū)塊鏈作用于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)[26]，基于農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)安全存儲(chǔ)的區(qū)塊鏈平臺(tái)[27]，食品安全溯源[28]，區(qū)塊鏈應(yīng)用于食品供應(yīng)鏈[29]等。中國(guó)也非常重視區(qū)塊鏈的發(fā)展，在2019 年，中國(guó)政府在國(guó)家層面就出臺(tái)了《區(qū)塊鏈信息服務(wù)管理規(guī)定》《關(guān)于深化改革加強(qiáng)食品安全工作的意見(jiàn)》《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2019 年本）》等多項(xiàng)惠及區(qū)塊鏈技術(shù)、應(yīng)用、監(jiān)管及其他方面的相關(guān)政策[30]。在省級(jí)層面，各地政府于2020 年也陸續(xù)出臺(tái)了一系列區(qū)塊鏈專項(xiàng)政策，提出了多個(gè)“落地”應(yīng)用領(lǐng)域和場(chǎng)景，涉及金融、制造、民生、政務(wù)和通信等多個(gè)方向[31]。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，通過(guò)“政府牽頭，政企合作”的方式，一批農(nóng)業(yè)區(qū)塊鏈應(yīng)用項(xiàng)目也紛紛落地，以安徽省碭山縣良梨村為例[32]，該村盛產(chǎn)著名的“碭山梨”，全村種植大量梨樹(shù)并吸引游人旅游采摘。2020 年9 月這個(gè)盛產(chǎn)梨子的小村莊成為中國(guó)首個(gè)“區(qū)塊鏈村”，該項(xiàng)目是由安徽省碭山縣人民政府、中國(guó)農(nóng)業(yè)銀行安徽省分行以及螞蟻鏈（ANTCHAIN）三方共同簽署的戰(zhàn)略協(xié)議下打造出的國(guó)內(nèi)首個(gè)基于區(qū)塊鏈的鄉(xiāng)村振興樣本。螞蟻鏈提供了溯源認(rèn)證服務(wù)，替良梨村生產(chǎn)的知名水果品牌“碭山梨”建立了全鏈路可查的銷售網(wǎng)絡(luò)，為品牌提供了品質(zhì)保障，生產(chǎn)交易的商品流轉(zhuǎn)、資金流轉(zhuǎn)和信息流轉(zhuǎn)會(huì)同步在鏈上發(fā)生，形成生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)主體的可信數(shù)據(jù)資產(chǎn)，提升了流動(dòng)資金效率的同時(shí)也為政府的精準(zhǔn)服務(wù)和監(jiān)管提供了可信的數(shù)據(jù)依據(jù)[32]。目前鮮有區(qū)塊鏈在循環(huán)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究案例，而將區(qū)塊鏈作用于循環(huán)農(nóng)業(yè)從而實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)循環(huán)農(nóng)業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型則需要實(shí)現(xiàn)二者的有機(jī)融合。因此，如果區(qū)塊鏈作為一項(xiàng)通用目的技術(shù)且具備滲透性，那么它便可以作用于傳統(tǒng)循環(huán)農(nóng)業(yè)并與之融合。

2 區(qū)塊鏈技術(shù)的滲透性

通用目的技術(shù)（general purpose technology,GPT）是指那些能夠促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的技術(shù)創(chuàng)新[33]，比如電力、蒸汽機(jī)、計(jì)算機(jī)等。在工程領(lǐng)域，任何技術(shù)都可以成為通用目的技術(shù)的候選，只要滿足以下兩個(gè)條件[34]：第一，某些具體的應(yīng)用發(fā)明制造了持續(xù)學(xué)習(xí)如何讓技術(shù)變得“通用”的機(jī)會(huì)；第二，提高技術(shù)的通用知識(shí)能夠使“新的具體的發(fā)明機(jī)會(huì)”（new specific invention opportunities）成為可能。這一概念主要應(yīng)用于技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域且較為抽象。在此基礎(chǔ)上，Carlaw &Lipsey[35]提出了通用目的技術(shù)的三項(xiàng)基本特征：第一，能夠與定義它或者支持它的技術(shù)形成互補(bǔ)；第二，能夠與通過(guò)它才能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)形成互補(bǔ)；第三，能夠與一組政治、社會(huì)或經(jīng)濟(jì)的變革性的技術(shù)形成互補(bǔ)。

對(duì)照以上三項(xiàng)特征，區(qū)塊鏈亦能夠被認(rèn)為是一項(xiàng)通用目的技術(shù)。首先，區(qū)塊鏈符合第一項(xiàng)特征，這是因?yàn)閰^(qū)塊鏈本身就是由分布式賬本、智能合約、加密技術(shù)等多種技術(shù)集成的科技產(chǎn)物，以數(shù)據(jù)加密技術(shù)為例，它對(duì)區(qū)塊鏈的安全性起到了支持，為了使數(shù)據(jù)的安全性進(jìn)一步提升，區(qū)塊鏈不僅采用了哈希計(jì)算、數(shù)字簽名、非對(duì)稱加密算法等數(shù)據(jù)加密技術(shù)，甚至在未來(lái)還會(huì)進(jìn)一步采用量子通信技術(shù)。對(duì)于區(qū)塊鏈而言，數(shù)據(jù)越多則越容易變得不安全[36]，如果沒(méi)有這些數(shù)據(jù)加密技術(shù)，區(qū)塊鏈則喪失了安全性變得不再安全，因此，代表安全性的數(shù)據(jù)加密技術(shù)不僅可以支持區(qū)塊鏈的發(fā)展，更可以與區(qū)塊鏈形成互補(bǔ)。其次，區(qū)塊鏈符合第二項(xiàng)特征，這是因?yàn)閰^(qū)塊鏈能夠?qū)崿F(xiàn)靈活的線上交易，而交易量的激增也使得區(qū)塊鏈必須擁有更高的技術(shù)規(guī)格來(lái)完善交易，比如利用分片技術(shù)，通過(guò)交易分片的方式提升交易處理效率；最后，區(qū)塊鏈符合第三條特征，這是因?yàn)閰^(qū)塊鏈在諸多行業(yè)場(chǎng)景皆有應(yīng)用，并開(kāi)始逐漸改變行業(yè)模式。以數(shù)字貨幣為例，它借助區(qū)塊鏈技術(shù)，卻可以給傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)帶來(lái)變革[37]，而經(jīng)濟(jì)的變革（由傳統(tǒng)貨幣經(jīng)濟(jì)發(fā)展為數(shù)字貨幣經(jīng)濟(jì)）也可以借由區(qū)塊鏈技術(shù)完成。因此，區(qū)塊鏈符合上述三項(xiàng)要求，是當(dāng)之無(wú)愧的通用目的技術(shù)。

通用目的技術(shù)的關(guān)鍵特點(diǎn)是滲透性（pervasiveness）[38]，具體來(lái)說(shuō)，滲透性指的是某些特定技術(shù)能夠與其他技術(shù)、社會(huì)各個(gè)行業(yè)、各個(gè)生產(chǎn)生活環(huán)節(jié)緊密相連并有機(jī)結(jié)合，從而帶來(lái)革新的一種潛能[39]。由于區(qū)塊鏈?zhǔn)峭ㄓ媚康募夹g(shù)，因此其具備滲透性特點(diǎn)，能夠與傳統(tǒng)循環(huán)農(nóng)業(yè)模式相結(jié)合。至此，研究論證了技術(shù)邏輯（滲透性）與可持續(xù)發(fā)展邏輯（循環(huán)農(nóng)業(yè)）相契合的可行性，為搭建以區(qū)塊鏈為中心的循環(huán)農(nóng)業(yè)框架提供了完整的理論依據(jù)。

3 基于北京留民營(yíng)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的案例研究

3.1 案例背景介紹

北京留民營(yíng)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)位于北京市大興區(qū)長(zhǎng)子營(yíng)鎮(zhèn)，整個(gè)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)占地面積142 公頃?，F(xiàn)有農(nóng)戶260 戶，人口861 人。工、農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到3 億元，人均收入18000 元。自1982 年開(kāi)始，留民營(yíng)便開(kāi)始建設(shè)循環(huán)農(nóng)業(yè)體系，開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能和生物能，通過(guò)幾十年的陸續(xù)建設(shè)與改造，最終形成了以沼氣為中心，串聯(lián)種植、養(yǎng)殖、加工、生產(chǎn)、供給、銷售、農(nóng)業(yè)觀光旅游一條龍的循環(huán)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)[40]。循環(huán)農(nóng)業(yè)中的“循環(huán)”是指事物周而復(fù)始的運(yùn)動(dòng)或變化，循環(huán)農(nóng)業(yè)的思想源于對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)環(huán)境后果的反思以及循環(huán)經(jīng)濟(jì)思想的發(fā)展。在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)模式下，物質(zhì)和能量的流動(dòng)是單向的，農(nóng)業(yè)系統(tǒng)從系統(tǒng)外部獲得物質(zhì)和能量，這些物質(zhì)和能量進(jìn)入農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)的生物作用部分轉(zhuǎn)換為人類所需要的農(nóng)產(chǎn)品，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)流程結(jié)束后，農(nóng)業(yè)系統(tǒng)將向外部排放農(nóng)業(yè)廢棄物。而循環(huán)農(nóng)業(yè)則有所不同，循環(huán)農(nóng)業(yè)通過(guò)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)內(nèi)部的合理組織，將農(nóng)業(yè)廢棄物視作可再生資源，通過(guò)“廢棄物→資源”的對(duì)接方式將不同的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)耦合成一個(gè)物質(zhì)能量的回流環(huán)，以達(dá)到資源的多次利用和減量化生產(chǎn)，即循環(huán)農(nóng)業(yè)是一種由“資源→產(chǎn)品→再生資源→資源→產(chǎn)品→……”運(yùn)營(yíng)鏈條組成的閉環(huán)反饋式循環(huán)農(nóng)業(yè)模式，而傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)模式通常為“資源→產(chǎn)品→農(nóng)業(yè)廢棄物”的單鏈條線性模式，循環(huán)農(nóng)業(yè)具有提高資源利用效率、消除環(huán)境外部不經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題、節(jié)約資源優(yōu)化生態(tài)這三大特征。在生產(chǎn)環(huán)節(jié)、消費(fèi)環(huán)節(jié)以及農(nóng)業(yè)廢棄物處理環(huán)節(jié)上，循環(huán)農(nóng)業(yè)模式與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)模式的區(qū)別如表1 所示。

表1 循環(huán)農(nóng)業(yè)與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的區(qū)別

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)模式下的物質(zhì)及能量都是單向流動(dòng)的，整個(gè)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)需要從外部汲取物質(zhì)和能量，而無(wú)法在系統(tǒng)內(nèi)部生成。當(dāng)外部汲取的物質(zhì)和能量進(jìn)入農(nóng)業(yè)系統(tǒng)后，則通過(guò)“資源→農(nóng)產(chǎn)品→農(nóng)業(yè)廢棄物”的單鏈條線性模式向外部排出。而北京留民營(yíng)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)采用的是生態(tài)農(nóng)業(yè)中的循環(huán)農(nóng)業(yè)模式，這一模式能夠通過(guò)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)內(nèi)部的合理組織，將部分可再生循環(huán)利用的農(nóng)業(yè)廢棄物作為資源再次利用，從而將整個(gè)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)內(nèi)部的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)耦合成一個(gè)物質(zhì)和能量的回流閉環(huán)，從而達(dá)到資源的節(jié)約與多次利用，這一模式具有提高資源利用率、消除環(huán)境外部的經(jīng)濟(jì)不確定性、節(jié)約資源、優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境等特征。

北京留民營(yíng)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)充分利用秸稈飼料化、禽畜糞便堆肥、沼氣發(fā)酵、太陽(yáng)能、沼氣發(fā)電等方式，將養(yǎng)牛場(chǎng)、養(yǎng)雞場(chǎng)、養(yǎng)豬場(chǎng)、魚塘、農(nóng)田、苗圃、果園、食品加工廠、沼氣池、旅店、商店等有機(jī)鏈接起來(lái)，而作為能源供給核心的沼氣池節(jié)約了大量能耗并降低了對(duì)環(huán)境的破壞，使得整個(gè)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)可以每年減少3000 噸標(biāo)準(zhǔn)煤的使用，4.6 噸SO2排放、3.6 噸粉塵排放，以及720 噸的CO2排放[41]。此外，禽畜糞便、人類糞便以及生活污水、農(nóng)業(yè)污水、生活有機(jī)廢物、種植作物秸稈均可以作為發(fā)酵原料用以制作復(fù)合有機(jī)肥料，而使用這些復(fù)合有機(jī)肥料可以進(jìn)一步減少農(nóng)產(chǎn)品的農(nóng)藥殘留，并改善土壤的結(jié)構(gòu)，這也是留民營(yíng)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)盛產(chǎn)大量有機(jī)食品的主要原因，這些有機(jī)食品可以通過(guò)線下線上的銷售平臺(tái)面向公眾出售，游客也可以通過(guò)生態(tài)采摘的方式獲得這些有機(jī)食品，這進(jìn)一步促進(jìn)了農(nóng)場(chǎng)的生態(tài)農(nóng)業(yè)旅游等文娛項(xiàng)目，豐富了經(jīng)營(yíng)范圍，同時(shí)能夠吸引更多游客[42]。

北京留民營(yíng)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的循環(huán)農(nóng)業(yè)模式以及業(yè)務(wù)多元化經(jīng)營(yíng)方式為它贏得了諸多榮耀，包括“北京最美鄉(xiāng)村”“全國(guó)綠色村莊”等榮譽(yù)稱號(hào)。但隨著時(shí)間的推移，一系列缺點(diǎn)也逐漸浮出水面，包括2010 年被媒體曝光其下屬農(nóng)業(yè)公司使用虛假的產(chǎn)品質(zhì)量追溯碼、漏檢農(nóng)藥殘留量、用普通蔬菜冒充有機(jī)蔬菜以次充好[43]；2014 年被媒體和專家質(zhì)疑其有機(jī)蔬菜生產(chǎn)流程衛(wèi)生條件較差，種植有機(jī)蔬菜使用的有機(jī)復(fù)合肥存在大腸桿菌超標(biāo)，種植土壤存在抗生素殘留等問(wèn)題[44]。此外，還存在中間商逐層分銷賺取利潤(rùn)導(dǎo)致有機(jī)蔬菜價(jià)格過(guò)高、沼氣臭味影響有機(jī)蔬菜生產(chǎn)環(huán)境和工人健康，水質(zhì)土壤不理想，生產(chǎn)流程不規(guī)范，營(yíng)銷模式難以為繼等問(wèn)題[45]。

這些問(wèn)題的背后是北京留民營(yíng)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型問(wèn)題，雖然采用了綠色、環(huán)保的循環(huán)農(nóng)業(yè)模式，但在包括產(chǎn)品生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)循環(huán)流程、市場(chǎng)營(yíng)銷等方面仍然缺少開(kāi)放、透明、高效精準(zhǔn)的有效管理，這不僅導(dǎo)致其品牌聲譽(yù)受到損失，也使得其農(nóng)業(yè)效率低下，有機(jī)農(nóng)業(yè)的投入成本大、回報(bào)周期長(zhǎng)，獲得農(nóng)產(chǎn)品有機(jī)認(rèn)證需要經(jīng)過(guò)3 年的土壤改良，有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量較低，無(wú)法獲得足夠的利潤(rùn)預(yù)期來(lái)吸引投資商[45]。因此，必須對(duì)留民營(yíng)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的農(nóng)業(yè)模式進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)而提升其農(nóng)業(yè)水平。2018 年10 月，留民營(yíng)村黨支部的領(lǐng)導(dǎo)在“留民營(yíng)鄉(xiāng)村振興與黨建工作聯(lián)席會(huì)”上提出了實(shí)現(xiàn)留民營(yíng)村“鄉(xiāng)村治理現(xiàn)代化、科技化、信息化和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)”的目標(biāo)，并號(hào)召與全球特色小鎮(zhèn)聯(lián)盟以及北京海淀信用產(chǎn)業(yè)聯(lián)合會(huì)的密切合作，將留民營(yíng)村打造成集低碳生態(tài)、數(shù)字智慧、智能宜居、文旅康養(yǎng)、幸福生活五位一體的科技新城[46]。因此，基于這一背景，研究將充分利用區(qū)塊鏈技術(shù)，提出了一個(gè)基于區(qū)塊鏈的“去中心化”數(shù)字農(nóng)業(yè)框架，這一框架具備區(qū)塊鏈的一切技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并可以最大限度地保留循環(huán)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性，為該生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的循環(huán)農(nóng)業(yè)模式提供一個(gè)可行的，能夠提升農(nóng)業(yè)水平的數(shù)字化轉(zhuǎn)型方案。

3.2 基于區(qū)塊鏈的數(shù)字化循環(huán)農(nóng)業(yè)架構(gòu)

留民營(yíng)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的循環(huán)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)由多個(gè)部分組成，主要包括養(yǎng)雞場(chǎng)、養(yǎng)牛場(chǎng)、養(yǎng)豬場(chǎng)、藕池、魚塘、農(nóng)田、谷物加工廠、沼氣池和生活區(qū)。這些部分在日常運(yùn)作中會(huì)產(chǎn)生大量的各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，這些業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通常由Web、APP 或者智能傳感器的形式收集并進(jìn)行發(fā)送，比如奶牛身上用來(lái)監(jiān)測(cè)牛瘟疫、炭疽病的可穿戴式智能健康監(jiān)測(cè)設(shè)備（荷蘭已有數(shù)家公司開(kāi)發(fā)出此類智能傳感設(shè)備），這一設(shè)備不僅可以監(jiān)測(cè)奶牛的健康狀況，還可以通過(guò)全球定位系統(tǒng)監(jiān)測(cè)奶牛在養(yǎng)牛場(chǎng)的日?；顒?dòng)軌跡；安置在農(nóng)田的農(nóng)作物監(jiān)測(cè)設(shè)備，比如常用的智能化“農(nóng)田小氣候站”，這一設(shè)備可以用來(lái)監(jiān)測(cè)溫度、濕度、日常強(qiáng)度、風(fēng)力、農(nóng)田土壤酸堿度；安置在蔬菜大棚的智能傳感器，它可以測(cè)量蔬菜大棚中CO2的濃度、O2的濃度等，為蔬菜的溫室種植提供精準(zhǔn)的環(huán)境管控。

根據(jù)比特幣以及以太坊（Ethereum）中的區(qū)塊鏈技術(shù)，將北京留民營(yíng)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的養(yǎng)牛場(chǎng)、養(yǎng)牛場(chǎng)、養(yǎng)雞場(chǎng)、養(yǎng)豬場(chǎng)、魚塘、農(nóng)田、苗圃、果園、食品加工廠、沼氣池等每一個(gè)部分中的人員均視作節(jié)點(diǎn)，比如生活區(qū)中的游客、商店店員及賓館服務(wù)人員、養(yǎng)豬場(chǎng)的農(nóng)民等，這些人可以通過(guò)下載區(qū)塊鏈專用的節(jié)點(diǎn)軟件而變成節(jié)點(diǎn)。此外，對(duì)于動(dòng)物、植物和其農(nóng)業(yè)設(shè)施，如果它們有可穿戴式智能健康監(jiān)測(cè)設(shè)備、農(nóng)田小氣候站，以及其他可以或經(jīng)過(guò)改裝后能夠兼容區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)軟件的電子設(shè)備，那么這些動(dòng)物、植物和農(nóng)業(yè)設(shè)施亦可以視作節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)可以是僅具備發(fā)出任務(wù)或接收信息的廣播節(jié)點(diǎn)，也可以是具有“挖礦”功能的礦工節(jié)點(diǎn)（需要下載專門的挖掘器程序），還可以是具有一切完整功能與權(quán)限的完整節(jié)點(diǎn)，不論何種類型的節(jié)點(diǎn)均可以處于聯(lián)機(jī)狀態(tài)或脫機(jī)狀態(tài)，所有節(jié)點(diǎn)都遵循區(qū)塊鏈的同步通信原則。當(dāng)節(jié)點(diǎn)選定之后，研究依據(jù)開(kāi)放式系統(tǒng)互聯(lián)（open system interconnection,OSI）的七層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)以及已有研究[47]，提出一個(gè)由數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識(shí)層、激勵(lì)層、合約層及應(yīng)用層一共六層構(gòu)成的區(qū)塊鏈技術(shù)架構(gòu)體系。其中，應(yīng)用層最好理解，它把區(qū)塊鏈的各型應(yīng)用場(chǎng)景和應(yīng)用案例封裝在內(nèi)，是建立在區(qū)塊鏈基礎(chǔ)技術(shù)上的不同應(yīng)用場(chǎng)景，在研究提出的區(qū)塊鏈技術(shù)架構(gòu)體系中，應(yīng)用層封裝的是北京留民營(yíng)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的案例信息。而區(qū)塊鏈中的基礎(chǔ)技術(shù)主要分布在其他各層。

數(shù)據(jù)層中封裝了數(shù)據(jù)區(qū)塊、鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)、哈希函數(shù)、時(shí)間戳、默克爾（Merkle）樹(shù)、非對(duì)稱加密技術(shù)以及數(shù)字簽名。若將區(qū)塊鏈視作一個(gè)分布式賬本，則每個(gè)分布式節(jié)點(diǎn)可以儲(chǔ)存賬本的副本，這一副本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由數(shù)據(jù)區(qū)塊、鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)以及操作數(shù)據(jù)構(gòu)成，整個(gè)副本通過(guò)非對(duì)稱加密來(lái)保證真實(shí)性與安全性。其中，操作數(shù)據(jù)又稱為操作記錄，是留民營(yíng)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)中一系列行為產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，比如沼氣發(fā)酵池的使用次數(shù)、沼氣的排放量、奶牛的產(chǎn)奶量、豬糞的重量等。數(shù)據(jù)區(qū)塊則由區(qū)塊頭、區(qū)塊體、計(jì)數(shù)器以及區(qū)塊大小字段組成。區(qū)塊頭中封裝了當(dāng)前版本號(hào)、父區(qū)塊哈希值、隨機(jī)數(shù)、時(shí)間戳以及默克爾根信息。區(qū)塊體中包含了從創(chuàng)世區(qū)塊（Genesis Block）開(kāi)始的，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的所有操作記錄。區(qū)塊鏈中的每個(gè)分布式節(jié)點(diǎn)都可以通過(guò)特定的哈希算法和默克爾樹(shù)結(jié)構(gòu)將一定時(shí)期內(nèi)接收到的操作數(shù)據(jù)封裝到一個(gè)帶有時(shí)間戳的數(shù)據(jù)區(qū)塊中，并鏈接到長(zhǎng)度最長(zhǎng)的主區(qū)塊鏈上形成最新的區(qū)塊。哈希算法主要包括MD（Message Digest）系列算法、SHA（Secure Hash Algorithm）系列算法以及混合哈希算法等。默克爾樹(shù)是一種大多數(shù)區(qū)塊鏈系統(tǒng)常用的數(shù)據(jù)組織方式，其作用是快速歸納和校驗(yàn)區(qū)塊數(shù)據(jù)的存在性和完整性，這里采用常用的二叉默克爾樹(shù)，它將第一層的每?jī)蓚€(gè)相鄰的哈希值合并為一個(gè)字符串，通過(guò)計(jì)算其哈希值作為第二層的非葉子節(jié)點(diǎn)的值，然后繼續(xù)逐層往上進(jìn)行相同操作，最終將所有操作的哈希值遞歸到默克爾樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)，也就是默克爾根，并將默克爾根存入?yún)^(qū)塊頭。時(shí)間戳用來(lái)記錄區(qū)塊數(shù)據(jù)的寫入時(shí)間，并可以為區(qū)塊數(shù)據(jù)提供數(shù)字公證服務(wù)證明數(shù)據(jù)的存在性，它可以保證留民營(yíng)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)中所有操作的可記錄性并可以溯源，防止出現(xiàn)信息不透明的現(xiàn)象。區(qū)塊之間由鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)組成網(wǎng)絡(luò)，通常是線性鏈表或有向無(wú)環(huán)圖。有向無(wú)環(huán)圖的優(yōu)點(diǎn)是能夠滿足多線程操作，缺點(diǎn)是操作的驗(yàn)證時(shí)間較長(zhǎng)且容易導(dǎo)致雙花問(wèn)題，因此這里依然使用線性鏈表結(jié)構(gòu)。非對(duì)稱加密結(jié)構(gòu)區(qū)分了加密系統(tǒng)的私鑰與公鑰，使得數(shù)據(jù)的發(fā)送者A可以通過(guò)B 提供的公鑰對(duì)數(shù)據(jù)加密后發(fā)送給B，而B(niǎo) 則通過(guò)私鑰開(kāi)啟解密，從而確保數(shù)據(jù)是由A 發(fā)送的，而A則無(wú)法通過(guò)公鑰推算出私鑰，這種依賴于單向限門函數(shù)的加密技術(shù)能夠保障區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的安全性和不可篡改性。

以留民營(yíng)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)中的豬圈為例，豬糞、以及人糞、干秸稈、麥麩、污泥、生活垃圾等廢棄物通過(guò)進(jìn)口存入沼氣發(fā)酵設(shè)備進(jìn)行發(fā)酵。產(chǎn)生的沼氣通過(guò)沼氣發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力，而太陽(yáng)能可以作為沼氣發(fā)電機(jī)的能源。沼氣發(fā)酵后剩下的沼泥和沼渣則可以被罐車運(yùn)走，作為肥料用于藕池、糧田和菜地。由于干秸稈、麥麩、污泥等廢棄物來(lái)自藕池、糧田、菜地等留民營(yíng)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的其他區(qū)域，而沼泥和沼渣也被作為有機(jī)肥料用于藕池、糧田和菜地，因此便形成了一重循環(huán)。不僅是豬圈，沼氣帶來(lái)的電力還可以維持整個(gè)留民營(yíng)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的運(yùn)作，太陽(yáng)能發(fā)電也是一條供電途徑。因此，留民營(yíng)的循環(huán)農(nóng)業(yè)采用清潔能源實(shí)現(xiàn)了物質(zhì)循環(huán)。而在整個(gè)循環(huán)農(nóng)業(yè)體系中，各個(gè)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)操作數(shù)據(jù)可以通過(guò)布放在生態(tài)農(nóng)場(chǎng)各處的智能傳感設(shè)備上傳至區(qū)塊鏈。以豬圈為例，其在農(nóng)業(yè)循環(huán)過(guò)程中的一切操作均可以作為數(shù)據(jù)錄入?yún)^(qū)塊，如圖1 所示。

圖1 基于豬圈物質(zhì)循環(huán)的區(qū)塊鏈架構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)層中含P2P 網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)傳播協(xié)議以及數(shù)據(jù)驗(yàn)證機(jī)制。通常情況下，P2P 網(wǎng)絡(luò)可分為三類[48]，即中心化覆蓋，去中心化覆蓋以及混合覆蓋。在中心化覆蓋的P2P 網(wǎng)絡(luò)中，中心節(jié)點(diǎn)起到促進(jìn)其他葉節(jié)點(diǎn)之間相互交流的橋梁作用，不同于C/S（Client/Server）網(wǎng)絡(luò)模式，雖然中心節(jié)點(diǎn)與葉節(jié)點(diǎn)之間的權(quán)力并不平等，但所有節(jié)點(diǎn)均可以自由加入或退出，但其中心化程度依然較高；去中心化覆蓋的P2P 網(wǎng)絡(luò)中不存在固定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，也不存在中心節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)既是客戶端又是服務(wù)端，節(jié)點(diǎn)地址也沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間可以直接交換信息，這是完全中心化的一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；混合覆蓋的P2P 網(wǎng)絡(luò)是一種分層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，存在具有一定中心化的超級(jí)節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)局部服務(wù)于其負(fù)責(zé)的葉節(jié)點(diǎn)，每個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)服務(wù)若干個(gè)葉節(jié)點(diǎn)，葉節(jié)點(diǎn)之間的交流需要通過(guò)超級(jí)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行，超級(jí)節(jié)點(diǎn)保存了所有數(shù)據(jù)索引和存放位置的信息，葉節(jié)點(diǎn)A 需要下載所需數(shù)據(jù)時(shí)，它需要鏈接到超級(jí)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢索，并由超級(jí)節(jié)點(diǎn)返回存有相關(guān)數(shù)據(jù)的葉節(jié)點(diǎn)B 的用戶信息，然后葉節(jié)點(diǎn)A 與葉節(jié)點(diǎn)B 之間可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?；旌细采w的P2P 網(wǎng)絡(luò)同時(shí)具備中心化覆蓋的P2P 網(wǎng)絡(luò)以及去中心化覆蓋的P2P網(wǎng)絡(luò)二者的優(yōu)勢(shì)，相比中心化覆蓋的P2P 網(wǎng)絡(luò)，它擁有更好的可擴(kuò)展性與可靠性，而相比去中心化覆蓋的P2P網(wǎng)絡(luò)，它對(duì)復(fù)雜查詢的支持程度更高，如圖2 所示。

圖2 混合覆蓋的P2P網(wǎng)絡(luò)

為了讓農(nóng)場(chǎng)中的部分智能設(shè)備發(fā)揮超級(jí)節(jié)點(diǎn)的作用，因此采用混合覆蓋型P2P 網(wǎng)絡(luò)，將其他智能設(shè)備、傳感器的數(shù)據(jù)索引和位置保存在指定的智能設(shè)備中（比如小型的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)中心），當(dāng)區(qū)塊鏈中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間需要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，則可以通過(guò)充當(dāng)超級(jí)節(jié)點(diǎn)的智能設(shè)備進(jìn)行檢索并獲得位置信息，但這些行為必須通過(guò)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證，從而實(shí)現(xiàn)信息透明；數(shù)據(jù)傳播協(xié)議規(guī)定了節(jié)點(diǎn)之間的通信方式，通常采用TCP（Transmission Control Protocol）協(xié)議進(jìn)行節(jié)點(diǎn)之間的初始連接，地址廣播與發(fā)現(xiàn)，全節(jié)點(diǎn)同步區(qū)塊數(shù)據(jù)等一系列操作；當(dāng)新區(qū)塊在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳播時(shí)，每個(gè)接收到區(qū)塊的節(jié)點(diǎn)都需要對(duì)其進(jìn)行獨(dú)立驗(yàn)證，以此防止惡意數(shù)據(jù)或無(wú)效數(shù)據(jù)的傳播。在留民營(yíng)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)接收到鄰近節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)后，礦工節(jié)點(diǎn)會(huì)收集并驗(yàn)證P2P 網(wǎng)絡(luò)中已被廣播但尚未確認(rèn)的數(shù)據(jù)，并從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、語(yǔ)法規(guī)范性、數(shù)字簽名、輸入和輸出等方面進(jìn)行校驗(yàn)，并將有效的數(shù)據(jù)整合到當(dāng)前的區(qū)塊中。

共識(shí)層存在的目的是在分布式計(jì)算的情況下讓區(qū)塊鏈中的各節(jié)點(diǎn)高效地達(dá)成共識(shí)，雖然決策權(quán)越分散的系統(tǒng)民主化程度越高，且系統(tǒng)穩(wěn)定性和滿意程度越高，但達(dá)成共識(shí)的效率越低。反之，決策權(quán)越集中的系統(tǒng)民主化程度越低，且系統(tǒng)穩(wěn)定性和滿意度也較低，但達(dá)成共識(shí)的效率越高。共識(shí)層中封裝的各類共識(shí)算法可以讓眾多節(jié)點(diǎn)在決策分散的情況下高效達(dá)成共識(shí)，達(dá)成共識(shí)后全部節(jié)點(diǎn)具備了“一致性”。不同于傳統(tǒng)的分布式共識(shí)算法，區(qū)塊鏈的共識(shí)算法考慮了拜占庭容錯(cuò)問(wèn)題，即假設(shè)存在惡意篡改和偽造數(shù)據(jù)的拜占庭節(jié)點(diǎn)。當(dāng)前區(qū)塊鏈中常用的共識(shí)算法包括PBFT、PoW、PoS、Proof of activity、Proof of burn、dBFT、Proof of luck 等[49]。其中，比特幣采用的是PoW 共識(shí)算法，它通過(guò)分布式節(jié)點(diǎn)的算力競(jìng)爭(zhēng)來(lái)保證數(shù)據(jù)的一致性以及共識(shí)的安全性，礦工節(jié)點(diǎn)基于各自礦機(jī)設(shè)備的算力相互競(jìng)爭(zhēng)來(lái)共同解決一個(gè)求解復(fù)雜但驗(yàn)證容易的SHA256（SHA 系列算法之一）數(shù)學(xué)問(wèn)題，它通過(guò)前一個(gè)區(qū)塊的哈希值和隨機(jī)數(shù)來(lái)計(jì)算下一個(gè)區(qū)塊的哈希值，誰(shuí)先找到隨機(jī)數(shù)，誰(shuí)就能最先計(jì)算出下一個(gè)區(qū)塊的哈希值，而最快解決這一數(shù)學(xué)問(wèn)題的礦工節(jié)點(diǎn)將自動(dòng)獲得下一區(qū)塊的記賬權(quán)和系統(tǒng)發(fā)行的比特幣獎(jiǎng)勵(lì)，它實(shí)質(zhì)上依賴于礦工節(jié)點(diǎn)解決數(shù)學(xué)問(wèn)題的速度。PoW 共識(shí)算法的另外一個(gè)優(yōu)勢(shì)是它的容錯(cuò)率是50%，也就是說(shuō)只有不誠(chéng)實(shí)的拜占庭節(jié)點(diǎn)控制51%及以上的算力才能對(duì)區(qū)塊鏈發(fā)動(dòng)攻擊（比如“雙花攻擊”），這在實(shí)際操作中是非常困難的。由于PoW 共識(shí)算法已有成熟的應(yīng)用與發(fā)展，并且作為很多其他共識(shí)算法的基礎(chǔ)算法存在，因此，在北京留民營(yíng)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的區(qū)塊鏈技術(shù)架構(gòu)中可以采用PoW 共識(shí)算法。

激勵(lì)層中含有發(fā)行機(jī)制與分配機(jī)制，負(fù)責(zé)代幣（Token）的發(fā)行與分配，通常情況，代幣有多種類型，比如股份、貨幣或商品等。這里采用數(shù)字貨幣的形式，將北京留民營(yíng)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)發(fā)行的代幣命名為“綠色低碳幣”（green low-carbon coin，GLCC），綠色低碳幣的發(fā)行機(jī)制可采用總量有上限、總量無(wú)上限或者二者混合的方式進(jìn)行發(fā)行，分配機(jī)制可以采用EOS 或FIL 分配機(jī)制。參考比特幣的模式，結(jié)合綠色低碳幣獨(dú)特的發(fā)行定價(jià)方式，其生態(tài)圈由發(fā)行、流通與市場(chǎng)三個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成，如圖3 所示。

圖3 綠色低碳幣生態(tài)圖

在發(fā)行環(huán)節(jié)，綠色低碳幣具有開(kāi)源性，因此吸引了大量開(kāi)發(fā)者貢獻(xiàn)技術(shù)對(duì)其算法和機(jī)制不斷進(jìn)行完善。在整個(gè)綠色低碳幣網(wǎng)絡(luò)（一個(gè)區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)）中，礦工節(jié)點(diǎn)提供算力來(lái)保證綠色低碳幣的共識(shí)和安全性，而算力則來(lái)自設(shè)備商提供的礦機(jī)，而礦機(jī)的能源供應(yīng)來(lái)自生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的太陽(yáng)能發(fā)電與沼氣發(fā)電。綠色低碳幣網(wǎng)絡(luò)為每個(gè)新發(fā)現(xiàn)的區(qū)塊準(zhǔn)備一定數(shù)量的綠色低碳幣來(lái)獎(jiǎng)勵(lì)礦工節(jié)點(diǎn)，部分礦工節(jié)點(diǎn)可能為了提升算力而進(jìn)行合作組建收益共享、風(fēng)險(xiǎn)共擔(dān)的礦池，從而將零散的算力匯聚起來(lái)提高挖出綠色低碳幣的概率。每一枚綠色低碳幣的發(fā)行價(jià)格取決于節(jié)約的能量（比如使用太陽(yáng)能發(fā)電與沼氣發(fā)電），這些能量通過(guò)一定公式換算成碳排放量，再根據(jù)碳交易所實(shí)時(shí)確定的碳匯價(jià)格來(lái)定價(jià)。在流通環(huán)節(jié)，持幣人通過(guò)特定的軟件平臺(tái)（比如綠色低碳幣錢包）向商家支付綠色低碳幣來(lái)?yè)Q取商品或服務(wù)，比如留民營(yíng)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)生產(chǎn)的有機(jī)蔬菜。在市場(chǎng)環(huán)節(jié)，由于綠色低碳幣的發(fā)行價(jià)格取決于實(shí)時(shí)的碳匯價(jià)格，因此具有波動(dòng)性，這使得它具備金融衍生品的屬性，從而使得持幣人可以將綠色低碳幣出售給投資者，而投資者則通過(guò)綠色低碳幣交易平臺(tái)進(jìn)行交易，每一筆交易都將由全體礦工節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證并計(jì)入?yún)^(qū)塊鏈中。

合約層中主要封裝有智能合約，它是一類運(yùn)行在分布式賬本上，預(yù)制規(guī)則，自動(dòng)觸發(fā)，具有狀態(tài)和值，滿足條件響應(yīng)，可封裝，可驗(yàn)證，可執(zhí)行，能夠有效完成價(jià)值轉(zhuǎn)移、信息交換的計(jì)算機(jī)程序。智能合約作為一組情境應(yīng)對(duì)型的程序化規(guī)則和邏輯，是部署在區(qū)塊鏈上去中心化、可信共享的程序代碼。簽署合約的交易方必須就合約內(nèi)容、違約條件、違約責(zé)任及外部核查數(shù)據(jù)源達(dá)成一致，還可以在觸發(fā)合約之前檢測(cè)試驗(yàn)合約代碼是否有效。智能合約可以不依賴于任何中心機(jī)構(gòu)或第三方監(jiān)督，滿足觸發(fā)條件后將自動(dòng)化代表各簽署方觸發(fā)并執(zhí)行合約，且這一合約具有可編程特征，交易方可以根據(jù)約定增加任意復(fù)雜的條款。北京留民營(yíng)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)中的智能合約運(yùn)行機(jī)制如圖4 所示。

圖4 智能合約運(yùn)行機(jī)制

智能合約的構(gòu)建與執(zhí)行分以下幾步：第一步，用戶注冊(cè)成為區(qū)塊鏈的用戶，區(qū)塊鏈返回給用戶一對(duì)公鑰和私鑰，公鑰作為用戶在區(qū)塊鏈上的賬戶地址，私鑰作為操作該賬戶的唯一鑰匙；第二步，用戶雙方將各自承諾的權(quán)利義務(wù)等內(nèi)容編寫為電子化的機(jī)器語(yǔ)言，參與者分別用各自的私鑰對(duì)合約簽名，一份智能合約由此生成，它通常包括觸發(fā)條件的代碼、值和狀態(tài)；第三步，簽名后的智能合約傳入?yún)^(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)P2P 的方式在區(qū)塊鏈全網(wǎng)中傳播；第四步，當(dāng)用戶發(fā)起交易后，智能合約被調(diào)用，合約中的代碼會(huì)驗(yàn)證簽名，并根據(jù)預(yù)言機(jī)提供的已驗(yàn)證和已加密的可信數(shù)據(jù)以及世界狀態(tài)的檢查信息，自動(dòng)判斷當(dāng)前所處的場(chǎng)景是否滿足智能合約的出發(fā)條件，以嚴(yán)格執(zhí)行響應(yīng)規(guī)則并更新世界狀態(tài)（world state），執(zhí)行合約代碼通常在EVM 沙箱中由礦工節(jié)點(diǎn)進(jìn)行；第五步，若智能合約滿足觸發(fā)條件，則會(huì)自動(dòng)執(zhí)行并通知用戶，當(dāng)智能合約包括的所有交易都順序執(zhí)行完后，合約的狀態(tài)（status）會(huì)被標(biāo)記為完成并被移除；第六步，執(zhí)行完畢的交易被打包進(jìn)新的數(shù)據(jù)區(qū)塊，在智能合約預(yù)設(shè)的激勵(lì)機(jī)制作用下，礦工節(jié)點(diǎn)會(huì)利用PoW 共識(shí)算法對(duì)新區(qū)塊進(jìn)行認(rèn)證，經(jīng)過(guò)認(rèn)證后的新區(qū)塊會(huì)鏈接到區(qū)塊鏈主鏈，使得世界狀態(tài)的更新生效。

3.3 數(shù)字化循環(huán)農(nóng)業(yè)框架的優(yōu)勢(shì)

上一節(jié)介紹了提出的基于區(qū)塊鏈的數(shù)字技術(shù)架構(gòu)，這是一個(gè)去中心化的數(shù)字化農(nóng)業(yè)框架，它可以幫助北京留民營(yíng)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)降低技術(shù)成本、保護(hù)數(shù)據(jù)安全、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理智能化。使用區(qū)塊鏈能夠跟蹤和鏈接生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的IT 資產(chǎn)、電力供應(yīng)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和空間資源以及工作訂單，進(jìn)而管理全部系統(tǒng)數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)開(kāi)放共享，并通過(guò)共識(shí)算法的一致性來(lái)減少運(yùn)營(yíng)維護(hù)中的操作錯(cuò)誤。區(qū)塊鏈還可以對(duì)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的軟硬件設(shè)備和線路進(jìn)行監(jiān)督，利用其可溯源、不可篡改、去信任、開(kāi)放共享的數(shù)據(jù)管理方式對(duì)農(nóng)場(chǎng)中各型生產(chǎn)操作設(shè)備的能耗進(jìn)行精準(zhǔn)化管理，實(shí)現(xiàn)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的節(jié)能布局，打破數(shù)據(jù)孤島，構(gòu)建起覆蓋所有智能設(shè)備的節(jié)能可信數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與采集網(wǎng)絡(luò)，讓能耗監(jiān)控可以分時(shí)間、分階段、分生產(chǎn)環(huán)節(jié)、分供應(yīng)鏈地被自動(dòng)收集和處理，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的節(jié)能減排，并在設(shè)備采購(gòu)、經(jīng)營(yíng)維護(hù)、環(huán)境監(jiān)控等各個(gè)環(huán)節(jié)削減隱形成本，從而提升管理效率并大幅度降低留民營(yíng)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型投入的技術(shù)成本；區(qū)塊鏈的分布式賬本模式以及強(qiáng)健的非對(duì)稱加密技術(shù)、共識(shí)算法、數(shù)字簽名等安全手段可以為生態(tài)農(nóng)場(chǎng)存儲(chǔ)的敏感數(shù)據(jù)提供多重保護(hù)。正因?yàn)閰^(qū)塊鏈?zhǔn)褂玫姆菍?duì)稱加密算法可以在多個(gè)服務(wù)器之間分發(fā)數(shù)據(jù)，加上每個(gè)區(qū)塊通常僅包含前一個(gè)區(qū)塊的加密散列函數(shù)，因此難以被黑客竊取全部數(shù)據(jù)。將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備作為節(jié)點(diǎn)納入?yún)^(qū)塊鏈，它便能夠保存賬本的副本，這種分散化的存儲(chǔ)方式能夠提升節(jié)點(diǎn)間通信的安全性，為生態(tài)農(nóng)場(chǎng)中的信息流動(dòng)提供高度安全的傳輸協(xié)議。同時(shí)，區(qū)塊鏈技術(shù)的可溯源性能夠記錄生態(tài)農(nóng)場(chǎng)日常運(yùn)營(yíng)中的一切記錄和狀態(tài)，便于其開(kāi)展運(yùn)維工作并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理的智能化。

除了上述優(yōu)勢(shì)以外，利用區(qū)塊鏈技術(shù)還可以有效解決北京留民營(yíng)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的諸多問(wèn)題。對(duì)于文獻(xiàn)[43]中提到的利用普通蔬菜冒充有機(jī)蔬菜的問(wèn)題，有機(jī)蔬菜從種植、培育、采摘、加工、銷售等環(huán)節(jié)則可以利用區(qū)塊鏈的可溯源性全部可溯，從而提升產(chǎn)品透明度供所有授權(quán)節(jié)點(diǎn)（區(qū)塊鏈用戶）進(jìn)行查詢或下載，杜絕以次充好的行為。對(duì)于文獻(xiàn)[44]與[45]中提到的問(wèn)題，一方面，可以通過(guò)區(qū)塊鏈的智能合約來(lái)規(guī)范生產(chǎn)管理流程，比如將有機(jī)蔬菜認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的具體事項(xiàng)和要求寫入智能合約，并在整個(gè)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中加以廣播，一旦發(fā)生大腸桿菌超標(biāo)、農(nóng)藥殘留超標(biāo)等違約事項(xiàng)，則自動(dòng)觸發(fā)懲罰措施，對(duì)失信人或失職人員加以懲戒，同時(shí)通知區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點(diǎn)（商戶、客戶、第三方機(jī)構(gòu)等各類主體）并自動(dòng)停止不合格農(nóng)產(chǎn)品流入市場(chǎng)，避免給客戶帶來(lái)更多的健康危害；另一方面，依托區(qū)塊鏈透明開(kāi)放的流程管理也可以減少沼氣發(fā)酵過(guò)程中的浪費(fèi)與污染，進(jìn)一步提高生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的環(huán)境質(zhì)量。此外，挖掘綠色低碳幣可以激勵(lì)更多的用戶參與，而隨著用戶人數(shù)的增加，礦工節(jié)點(diǎn)的數(shù)量也越來(lái)越多，挖幣的難度增加，此時(shí)一般的PC 無(wú)法提供挖幣所需的算力，則設(shè)備商可以銷售礦機(jī)設(shè)備給用戶，而礦機(jī)雖然耗電量較高，但也可以利用留民營(yíng)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的太陽(yáng)能發(fā)電與沼氣發(fā)電，挖幣行為能夠進(jìn)一步帶動(dòng)區(qū)塊鏈用戶在農(nóng)場(chǎng)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)、旅游觀光等環(huán)節(jié)中開(kāi)展節(jié)能減排與生態(tài)保護(hù)，維護(hù)并促進(jìn)留民營(yíng)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的循環(huán)農(nóng)業(yè)朝著“更綠色”（greener）的方向演進(jìn)。

4 結(jié)語(yǔ)

雖然作為傳統(tǒng)行業(yè)的農(nóng)業(yè)一貫對(duì)新興技術(shù)抱有審慎態(tài)度，但社會(huì)各界卻普遍愿意擁抱“農(nóng)業(yè)數(shù)字化”[50]。除此之外，數(shù)字化可以幫助傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)解決諸如“不斷增長(zhǎng)的糧食需求與日益趨緊的資源利用之間的矛盾”這樣的挑戰(zhàn)[51]。隨著農(nóng)業(yè)數(shù)字化進(jìn)程的躍升，人類與技術(shù)在農(nóng)業(yè)價(jià)值鏈中的連接度（connectivity）將隨著農(nóng)業(yè)實(shí)踐的透明度（transparency）的增加而持續(xù)增加，而農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的數(shù)字化則會(huì)對(duì)固有的農(nóng)業(yè)利益相關(guān)者之前的利益平衡形成挑戰(zhàn)[52]。因此，對(duì)于傳統(tǒng)行業(yè)的農(nóng)業(yè)而言，在數(shù)字化浪潮奔涌澎湃的大勢(shì)下，最為迫切的需求莫過(guò)于在數(shù)字技術(shù)與農(nóng)業(yè)的交叉點(diǎn)開(kāi)展跨學(xué)科研究，減少技術(shù)變革為農(nóng)業(yè)帶來(lái)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，探索數(shù)字化農(nóng)業(yè)框架的架構(gòu)以及這一框架如何支持及重塑傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)模式，并力爭(zhēng)在新農(nóng)業(yè)模式下保留或進(jìn)一步促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)性。研究在客觀論證了區(qū)塊鏈技術(shù)具有滲透性的基礎(chǔ)上，以北京留民營(yíng)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的循環(huán)農(nóng)業(yè)為例，提出了一個(gè)去中心化的數(shù)字化循環(huán)農(nóng)業(yè)框架，該框架整合了傳統(tǒng)循環(huán)農(nóng)業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展內(nèi)涵與區(qū)塊鏈的核心技術(shù)特征，為循環(huán)農(nóng)業(yè)的數(shù)字化演進(jìn)提供了可行的參考方案。然而，研究仍存在以下幾項(xiàng)不足，這些不足值得思考并在未來(lái)的研究中進(jìn)一步開(kāi)拓探索：

第一，研究在理論層面提出了一個(gè)可行的技術(shù)框架，但仍缺少工程實(shí)踐環(huán)節(jié)。未來(lái)可以通過(guò)實(shí)踐的方法，譬如在比特幣測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的Docker 鏡像、以太坊的DApp（Deceentralized App）等區(qū)塊鏈應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)架構(gòu)完整的區(qū)塊鏈，結(jié)合留民營(yíng)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)整個(gè)數(shù)字化農(nóng)業(yè)框架進(jìn)行實(shí)地測(cè)試與檢驗(yàn)，并將測(cè)試結(jié)果實(shí)時(shí)反饋，從而進(jìn)一步完善技術(shù)框架的細(xì)節(jié)并總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，不斷修正實(shí)踐方向，修葺生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的農(nóng)業(yè)數(shù)字化路徑。

第二，研究以北京留民營(yíng)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)為典型案例進(jìn)行了區(qū)塊鏈技術(shù)架構(gòu)，雖然將宏大的理論下放到具體應(yīng)用場(chǎng)景中顯得豐富生動(dòng)并具有針對(duì)性，但研究的普適性與泛化性值得商榷。單從理論層面而論，任何農(nóng)業(yè)場(chǎng)景利用區(qū)塊鏈技術(shù)都可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，但實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的方式并非唯一，技術(shù)的選擇也是多樣化的。除火熱的區(qū)塊鏈技術(shù)外，云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、數(shù)字孿生、虛擬現(xiàn)實(shí)等數(shù)字技術(shù)也為農(nóng)業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了多樣化的技術(shù)方案。此外，由于不同農(nóng)業(yè)場(chǎng)景面臨的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題不同，即便這些農(nóng)業(yè)場(chǎng)景都采用區(qū)塊鏈技術(shù)開(kāi)展數(shù)字化轉(zhuǎn)型，其技術(shù)架構(gòu)的細(xì)節(jié)也會(huì)存在差異。今后，除研究提到的北京留民營(yíng)生態(tài)農(nóng)場(chǎng)外，還可以陸續(xù)開(kāi)展更多的微觀案例研究，比如研究北京蟹島度假村、北京延慶區(qū)新華營(yíng)村、北京懷柔北房鎮(zhèn)葦里村的農(nóng)業(yè)場(chǎng)景，提出更多基于區(qū)塊鏈的循環(huán)農(nóng)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型方案，將單案例研究拓展為多案例研究，從而豐富案例庫(kù)，增強(qiáng)案例的效度與技術(shù)方案的普適性。

第三，研究是基于傳統(tǒng)循環(huán)農(nóng)業(yè)的數(shù)字化架構(gòu)，隨著數(shù)字技術(shù)的蓬勃發(fā)展，農(nóng)業(yè)數(shù)字化已成為農(nóng)業(yè)未來(lái)的發(fā)展方向之一，而以綠色農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)及循環(huán)農(nóng)業(yè)為代表的可持續(xù)農(nóng)業(yè)同樣作為未來(lái)的農(nóng)業(yè)發(fā)展方向之一，兩種模式在目標(biāo)與理念內(nèi)涵上存在差異，且側(cè)重點(diǎn)并不相同，這種差異性在具體實(shí)踐中是否會(huì)產(chǎn)生碰撞，從而影響農(nóng)業(yè)發(fā)展的實(shí)際效果，“數(shù)字化”與“可持續(xù)”之間的關(guān)系是否可以達(dá)到一個(gè)中庸均衡的狀態(tài)，這些疑問(wèn)在研究時(shí)并未給予過(guò)多探討。未來(lái)，除了更具實(shí)踐性的工程實(shí)踐研究與豐富的多案例研究之外，還可以在宏觀層面開(kāi)展更多理論辨析與梳理，通過(guò)定性與定量研究相結(jié)合的方式，研究“農(nóng)業(yè)數(shù)字化”與“可持續(xù)農(nóng)業(yè)”二者在組織管理、生產(chǎn)效率、技術(shù)創(chuàng)新、環(huán)保外部性等問(wèn)題上的一致與區(qū)別，并試圖用“中庸”蘊(yùn)含的哲學(xué)邏輯加以詮釋，將哲學(xué)邏輯與技術(shù)邏輯再一次進(jìn)行勇敢的“擁抱”，通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼撟C、歸納與總結(jié)，為未來(lái)農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供更多思考與建議。