以区块链技术助力龙江粮食安全

■ 郭秀颖 刘述强

《中共黑龙江省委关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》提出要“打造北大荒现代农业航母……率先实现农业物质装备、科技现代化、经营管理现代化、农业信息化、资源利用可持续化，建成现代化大农业全国标杆，真正成为标准的制定者、行业的引领者、三产融合的示范者”，并提出了拓展数字技术在现代农业应用的远景构想。那么，如何推动龙江农业数字化进程，提升龙江粮食产业现代化管理，借助数字技术构建动态智能、高度透明的粮食预警系统，早日实现粮食安全数字化管理的弯道超车，具有重要的理论意义和应用价值。

一、粮食安全的多维度评价是深化农业供给侧改革的需要

粮食安全的内涵随着社会的进步而不断地发展深化。1974年联合国粮农组织（FAO）首次提出了仅限于数量满足的“粮食安全”概念；1983年FAO总干事爱德华又在“买得到”基础上增加了“买得起”，提出政府调控国内粮食价格的能力要求；1996年FAO通过《罗马宣言》，强调粮食的质量安全和营养健康；2001 年世界粮食大会上进一步提出“对环境无公害、无污染，对人体增强健康、延年益寿，并保证粮食生产能力稳定提高”的可持续发展的粮食安全概念。1992 年我国也提出了粮食安全概念，认为粮食安全是指“能够有效地提供全体居民以数量充足、结构合理、质量达标的包括粮食在内的各种食物”。综上可见，粮食安全已从数量安全，逐步扩展到经济、质量和生态安全。目前，我国粮食产业正处于结构性升级的关键阶段，粮食安全问题需结合人民对美好生活需求进行多维度思考，应把数量、质量、经济、生态作为一个交叉纵横的系统因素对粮食安全进行综合的评估，实现粮食供给侧改革。粮食安全保障的一个重要环节就是安全预警，如何做好粮食安全预警为政府科学决策做好支撑，实现风险防范，则尤为重要。目前，粮食安全预警多借助政府定期统计数据进行风险评估与预测，数据缺少时时动态更新性、不可篡改性，同时，数据偏重于粮食数量安全的指标统计，缺少关于粮食质量、经济和生态安全等全方位的统计指标，为了更好地适应粮食安全供给侧改革，对粮食安全进行全面科学系统的评估，需要建立一套包括数量、质量、经济和生态四个模块在内的全方位指标体系，实现粮食全产业链多维度溯源，并通过内部指标体系之间的交叉制约、数据动态更新、不可篡改删除等优势，实现粮食安全的智慧预警，积极推进农业数字化进程。

二、区块链技术为粮食安全智能预警提供有效工具支撑

当前，物联网、大数据、云计算、人工智能、5G 等在内的一系列新技术开启了一个全新的科技发展时代。其中，区块链以密码学、分布式系统使数据实现了不可篡改性、去中心性、可追溯和透明性，能有效地改善供应链点对点的数据安全传递，形成块状链接式数据库，进而构建起信任传递网络，极大地降低了信任关系交流传递的成本，提高了效率，被誉为“一场后互联网时代的革命”。从2008年首次提出区块链概念开始，至今区块链技术已应用到多个领域，我国也在积极推动区块链产业化。区块链正在不断提升产业创新驱动能力，赋能产业链的智能化、网络化、流程化，推动产业链价值分享和诚信商业机制的创新，进而构建起协同创新的产业生态体系。2019年10月，中共中央政治局第十八次集体学习专门聚焦区块链，明确强调了要加快推动区块链技术和产业创新发展。2020 年4 月，国家发改委首次将“区块链”列入新型基础设施的范围，明确其属于新基建的信息基础设施。目前，区块链应用已逐步向去中心化社会迈进。全国已有超过30 个省市地区发布政策指导文件，开展区块链产业布局。2020 年1 月哈尔滨新区也发起了“黑龙江省区块链产业发展联盟”，该联盟将进一步整合区块链资源，形成“区块链+十大行业”发展路径，重点构建“区块链+农业”“区块链+智能制造”“区块链+电子政务”“区块链+石墨烯”等发展体系，并与国家可信区块链联盟形成互动，共同推动区块链技术领域的发展与应用，成为黑龙江省经济新的增长极。

农业数字经济需建立在农业高效生产技术和数字技术的跨界融合上，而区块链技术正可以为农业提供公正透明的产销机制和信用体系。农业数字化的核心之一就是要让区块链技术和理念全面介入，为缺失安全监控的初级农产品搭建起一个建立在契约和信用基础上的，按照共识机制自动化程序运行的农业数字生态体系，这将对农业经济数字化具有里程碑的意义。目前，“区块链+农业”还主要应用在部分食品安全溯源领域，缺少对粮食安全预警的应用，而粮食安全的科学准确性数据正是需要区块链这种“信用”服务。对于粮食安全预警，当前国内外学者已做了大量有益的研究，但借助区块链技术建立粮食安全预警系统由于软硬件的局限性目前还处于初步探索阶段，还没有建设起能涵盖粮食产业链全流程的数据管理系统，导致各工作环节产生的数据还处于一个个“数据孤岛”状态，无法实时互联互通，也缺乏完整的现代契约的基础保证。然而，数据是数字化基本的生产资料，数据的质量直接决定了数字化所能达到的深度和广度。针对现在粮食安全预警存在数据不系统、滞后和可修改等问题，急需有效利用区块链技术建立粮食安全联盟链数据，使粮食安全预警系统数据具有不可篡改、去中心化、动态化的优势，实现粮食安全预警的动态智能化。

三、黑龙江省粮食安全智能预警系统的构建设想

黑龙江省作为国家的粮食大省，2020年粮食总产量为7541万吨，已连续10年居全国粮食总产量第一，实现十七连丰，其粮食安全直接关系到国家的粮食安全。因此，应结合黑龙江省关于粮食安全预警的实际需求，构建包含数量、质量、经济、生态四个维度的粮食安全预警模块，并遴选确立特征指标体系，在此基础上，应用区块链技术构建去中心化的数据库子系统，全方位建立互相制约、互相映衬的粮食安全系统，形成粮食产业区块链生态网络。

预警体系的构建和特征指标的选取是粮食智能预警系统的核心环节，在借鉴现有粮食安全评价指标的基础上，基于粮食安全数据指标的代表性以及可获得性，选择了粮食安全数量、质量、经济和生态4项一级指标、11项二级指标和31项三级指标。其中，影响粮食安全的数量指标包括土地类指标含粮食作物播种面积、粮食有效灌溉面积、粮食自然灾害面积；人力指标含粮食耕种劳动力人数、农业技术人员人数，机械化指标含农业机械设备、农用水利设施、农用电力设施、农业科技三项费用；产量指标含粮食作物单位面积产量、复种指数；进口与库存指标含进口粮食数量、粮食储备数量；替代指标含粮食的替代品（肉蛋奶）数量。影响粮食安全的质量指标包括粮食健康质量指标含粮食重金属含量、农药残留量、粮食霉变陈化量、储粮杀虫剂使用量、转基因粮食；粮食营养安全质量指标含人均肉蛋奶与粮食消费量比例、粮食作物与经济作物种植比例。影响粮食安全的经济指标包括粮食微观经济指标含粮食价格、粮食替代品价格；粮食宏观经济指标含粮食消费价格指数、粮食财政支出。影响粮食安全的生态指标包括增产类生态破坏指标含化肥使用量、农药使用量、农膜残留量、秸秆焚烧量；常态类生态破坏指标含水土流失治理面积、单位粮食消耗水资源量、单位粮食消耗土地资源量。粮食安全的数量指标中的指标与质量指标和生态指标互相制约，确保粮食安全的系统平衡发展。此外，还借助粮食自给率、粮食安全库存系数、人均粮食占有量、食物供求平衡指数、膳食能量供求差率、粮食价格指数、农业劳动生产率等相对指标作为预警阈值，结合国际和国家指标标准实现预警报告。

在上述指标体系和阈值确定、信号提取和周期识别等体系构建的基础上，利用区块链技术构建包含数据库子系统、预测模拟模型子系统、警示信号预报子系统在内的黑龙江省粮食安全智能预警系统。其中，数据库子系统通过区块链技术，在确认数据输入者身份安全的基础上获得第一手指标数据，并利用底层区块链系统借助云数据平台，建立联盟区块链生态网络，为粮食安全预警提供动态大数据支撑；在此基础上，借助区块链机器学习模块，对数据进行汇总分析，并将有效数据传输给预测模拟模型子系统，预测模拟模型子系统依托粮食安全风险模型和预警模拟模型，分析数据超出预警界限的程度、原因和趋势，然后提出调控措施，并在调控措施出现效果时，进行反馈和再调节，并提出粮食安全预警信号；警示信号预备子系统是在接收预测模拟模型子系统警示预报和解决建议后，经政府监管部门综合确认，提出预警结论，并发布到粮食安全查询平台，供政府、企业和个人进行查询。粮食安全预警系统旨在对黑龙江省未来粮食安全状况进行动态检测、预警和形势研判，为政府决策部门及时、准确、高质提供具有整体性、全局性和权威性的数字信息，实现粮食产业数字化监控和管理。

我国5G技术的迅猛发展，为基于区块链技术的粮食安全智慧预警系统提供了有效实施的平台。5G 技术具有高效率、低时速、广覆盖和海量设备接入的技术特点，极大地增强了信息的流动性，但其技术本身不具备核实信息真实性的能力，而区块链技术正可以弥补这一缺陷，为数据安全和信息确认提供了高效、可信的解决方案，两者有机结合，可使粮食安全智慧预警系统的构建切实可行、指日可待。