区块链背景下的可持续电子农业的PEST 研究：来自供应链管理创新的视角

翟羿蒙

（河海大学公共管理学院, 南京 211100）

区块链技术是一种去信任化的架构, 其分布式信任的特点是透明、连接性和问责。整个区块链系统的运行是透明的, 不需要节点之间的信任, 因为没有一个节点可以欺骗另一个节点, 本质上形成了一个信任链[1］。区块链是一个分布式账户数据库, 由一系列密码生成的数据块组成。在区块链交易中, 只有当所有参与者协商达成共识时, 新的区块环才会被验证添加到分布式账本中。当数据被验证并添加到区块链时, 它们被永久地储存起来, 因为除非有人控制51%以上的节点, 否则不可能修改单个节点上的数据库。因此区块链被认为是一种安全可靠的技术。区块链表现出4 个重要特征：可追溯性、去中心化、智能合约和数据安全。可追溯性意味着任何数据变化都会被检测到, 在区块链中, 数据可以沿着链条追踪到它们的源头[2, 3］。在供应链管理系统中, 每笔交易都存储在一个不可变的区块中, 而产品则通过时间戳进行追踪, 形成一个灵活的链条追踪机制[4］。区块链上的各数据分散地存储在整个网络的各节点上, 并由交易双方点对点地进行交易[5］。去中心化消除了集中式数据存储的安全风险[6］, 因为整个网络没有组织, 即使一个节点崩溃, 整个系统仍然可以运行[1］。此外, 用特定语言编写的智能合约, 在没有人类干预的情况下自动执行, 为匿名方之间的可信交易和协议提供了保障, 不需要中央机关的法律系统或外部执行机制, 实现了交易的可追溯性、透明度和不可逆转性[7］。此外, 只有当数据在区块链中所有共同工作的计算机上传输时, 数据安全才能实现。

本研究主要关注区块链在可持续生态农业供应链中的应用。区块链在金融和社会治理方面的应用已受到广泛关注, 但仍缺乏对可持续供应链的研究。可持续供应链正处于起步阶段, 但展现出了巨大的潜力。目前还没有公开的研究系统地调查区块链在中国可持续电子农业中的应用, 包括这种应用的潜在政治、经济、社会和技术驱动因素。在任何国家, 农业都被认为是关系到社会经济发展的最关键部门之一, 大大地影响了3 个可持续性支柱（经济、环境和社会）。在农业领域, 从生产到加工、储存、分销和零售, 任何环节的造假都会带来食品安全风险。通过区块链技术, 这一系列的过程可以被实时跟踪, 被跟踪的数据不能被改变[8］。因此, 研究生态友好型农业如何促进可持续农业是非常重要的。本研究的其余部分结构如下：第1 节评估了区块链应用和可持续农业发展之间的关联。第2 节对区块链在可持续农产品供应链中的应用进行了PEST（政治、经济、社会和技术）分析, 从政治、经济、社会和技术的角度描述了可持续农业区块链的发展现状。最后, 总结了区块链在可持续农业应用中的机遇和挑战。

1 区块链与可持续发展

不断增长的粮食需求下, 日益发展的集约化耕作导致了生态的破坏。土地的使用造成了有机物的枯竭, 农民不得不依靠工业化肥来维持他们的生产。以环境为代价的工业发展的危害包括土壤侵蚀、病原体和害虫增加、生物多样性丧失和温室气体排放。在这种情况下, 可持续农业发展面临着巨大的挑战。研究人员和从业人员密切关注着环境状况, 追求人与自然之间的平衡发展。这种思维的转变迎来了一个新的阶段, 从以产品为中心的市场1.0 到以客户为中心的市场2.0, 再到市场3.0, 展现出当前社会对可持续产品和服务的需求[9］。

可持续发展是一种新的发展战略, 它实现了各方面的进步, 包括科技创新、经济改革、产业结构调整和生态文明, 它要求在经济发展过程中考虑环境保护和资源节约。强调可持续发展不仅能满足当代人的需求, 还能保证人类未来的资源需求, 即生态可持续性的经济和社会的综合发展。

区块链的应用促进了农业供应链的可持续发展。区块链平台采用的智能合约包含了公平的合同条件, 避免了信息不对称, 实现了供应商和参与者之间公开透明的商业联系, 而其去中心化的特点又防止了中间商的欺诈和腐败。此外, 区块链的可追溯性保证了食品安全和消费者健康。区块链在农业保险中的应用还可以避免农民由于自然灾害导致的损失, 提高他们的整体生活水平。从环境角度来看, 区块链的透明度和可追溯性可以减少资源消耗, 推进循环经济的发展。

从供应链的角度来看, 可持续发展包括确保商品的生产、流通和消费不影响商品的未来生产、流通和消费。区块链在农业供应链中的应用目标与资源节约型社会的可持续发展目标本质上是一致的。为了实现可持续性, 农业供应链应该采用新兴技术来支持供应链决策。新兴技术可以帮助农业供应链管理可持续性要求, 如供需变化和食品安全法规[10］。

2 PEST 分析

2.1 政治因素

在中国, 自2016 年国务院发布《关于制定 “十三五” 国家信息化规划的通知》以来, 区块链技术已经成为国家支持的重点新兴领域。中央和地方政府都实施了相关政策, 以促进传统产业的技术创新。过去5 年来, 国务院制定了多项相关政策, 包括通过区块链技术发展促进新一轮科技变革和产业转型、提高中国整体科技创新能力、应用新兴技术促进制造业发展等相关政策。工业和信息化部、中国网络空间管理局、商务部办公厅、教育部、农业农村部等部门也根据各自的职能, 发布了相关领域的文件。国务院和有关部门支持区块链技术的应用和创新。2019 年10 月24 日, 中央政治局就区块链技术的发展现状和趋势进行了第十八次集体学习, 习近平指出, 要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口, 并提出2 个重点领域, 包括6 个重要任务和整合任务。

地方政府对区块链建设也高度重视, 他们的区块链推广政策可以概括为以下几点：促进传统产业转型升级（重庆、山东、湖北、湖南、陕西）；促进数字经济发展（河北、安徽、福建、山西、甘肃、天津、重庆、辽宁、江苏、湖南、海南、青海、内蒙古、宁夏、新疆）；加强区块链技术研发（北京、天津、甘肃、上海、重庆）；推进智能场景应用（北京、江西、山东、广东、海南、福建、甘肃）；建设相关产业园区（重庆、山东、海南、陕西）。

在地方政策上, 经济发达的东部沿海城市更注重技术研发和产业创新, 而中部和西部城市都将此视为新的经济机遇, 希望通过区块链建设带动整体产业发展。

目前, 国内区块链产业主要集中在经济发达、科研资源丰富的一线城市。不过, 中西部地区也在区块链赛道上不断进步, 投入政策和资源。

在中国信息通信研究院发布的2019 年区块链白皮书中表示, 要建立健全区块链产业, 需要政府、企业、技术开发商等多个利益相关方共同参与, 并更加关注国外的技术发展, 提高自身技术水平。此外, 在数据共享、医药品溯源等国计民生的重点领域开展区块链应用的先导示范, 将良好的案例示范推广至全国应用。此外, 在政策层面, 从近期发展的角度出发, 区块链的扶持政策惠及数据、金融等重点领域, 从长远来看, 有利于掌握数字技术主导权, 早日建成信息化工业强国。

在农业方面, 农业和农村事务部近年来也积极出台了区块链农业的相关政策。从2019 年至今, 农业农村部先后发布了《关于金融服务乡村振兴的指导意见》《关于印发数字农业乡村发展规划（2019—2025 年）的通知》《关于印发2020 年种植业工作要点的通知》《关于印发2020 年农药管理要点的通知》《关于印发2020 年农产品质量安全工作要点的通知》《关于印发2020 年农村产业工作要点的通知》《关于印发社会资本投资农业农村指导意见的通知》《关于深入实施农村创新创业带头人培育行动的意见》《关于扩大农业农村有效投资加快补齐 “三农” 领域突出短板的意见》《关于印发全国农村产业发展规划（2020—2025）的通知》, 致力于优化农村金融、农产品质量安全追溯、农业资源监测等领域。

2.2 经济因素

中共十九大报告提出了乡村振兴战略, 要求遵循产业兴旺、生态宜居、乡风文明、治理有效、生活富裕的总体要求。为了实现乡村振兴, 国家出台了一系列经济政策, 发展生态农业, 并实施了3 项农村脱贫措施。针对COVID-19 对农业供应链的影响, 农业农村部和财政部发布了《关于实施2020 年农业生产发展项目的通知》, 优化农产品供给资金机制, 重视农业生态环境治理, 为全面实施以绿色生态为导向的农业补贴制度改革做准备, 促进农业绿色发展。

农业农村部和财政部还出台了《2020 年强农惠农重点政策》, 对拥有耕地承包权的农民给予财政补贴, 并将补贴标准与耕地保护责任挂钩, 促进创新绿色生态保护方式和手段。中央政府鼓励农业产业关系从同质化竞争向合作共赢转变, 优化产业链各环节, 开发高市场价值。

然而, 2 个关键因素致使农业融资困难一直成为传统农业发展的障碍。首先, 农业生产周期长, 导致投资回报期长, 增加了投资风险。此外, 传统农业生产模式较为分散, 局限于生产区域内的小范围, 市场没有得到积极开发, 形成完整的供应链, 这种农业贸易模式使农民收入、客户消费、农业企业价值乃至国家农业结构调整复杂化[11］。在农业中引入区块链, 将区块链与农业相结合, 可以成功克服传统农业的弊端, 引导和撬动更多社会和金融资本进入农业和农村地区。

从微观角度看, 经济行为包括需求、供应、购买和销售。供应链上的这些经济行为形成了物质流、资金流和信息流的循环运作, 不断增值创造利润。产供销一体化是以市场为导向的商业模式, 尊重市场发展规律, 实现产销结合, 省去中间环节, 降低运营成本, 实现利润最大化。融入农业的区块链模式可以实现农业产、供、销一体化, 一个典型的案例是砀山梨。为提升品牌形象和文化知名度, 提高产、供、销一体化水平, 实现以销代产, 确保农民增收, 打赢脱贫攻坚战, 砀山县政府执行了百年梨树守护的启动计划。每棵梨树都有一个监护人, 具体的梨树信息、索赔人身份、梨树与索赔人之间的合同都记录在公开透明的区块链系统中, 确保合同的可靠性。区块链将技术和产业结合起来, 促进数字经济和农业创新的发展, 提升中国农业经济水平。

2.3 社会影响

社会影响包含主要反映为文化传统和社会流动性的社会存在, 以及主要表现为（企业）社会责任的社会意识。

2.3.1 社会存在 中国是一个传统的农业大国, 古有韩非子 “仓廪之所以实者, 耕农之本务也” 的农本思想。中国古代封建社会的自给自足的小农经济, 具有封闭性和落后性的特点。作为统治阶级的工具, 这种社会结构阻碍了经济发展和社会进步。传统农业与数字化管理相结合的现代农业模式, 将文化传统与现代潮流相融合, 为中国社会经济结构的转型升级产生了新的机遇。如今, 社会主要矛盾发生了变化, 即人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分发展之间的矛盾, 这也是中国 “三农” 问题的关键所在。中国农产品供需失衡的主要原因在于农产品供应链的生产、流通和消费三大环节, 生产者和消费者无法实现信息对称, 无法确定价格。为了在市场上生存, 首先, 生产者不得不降低成本, 生产低质量的产品, 而这些产品更加没有市场。另外, 消费者选择低价产品, 经销商只能打价格战, 形成恶性循环。区块链可以缓解这种困境。消费者可以通过区块链技术选择自己信任的产品, 而购买者可以借助区块链驱动的大数据选择可信赖的农民。

2.3.2 社会意识 受社会责任感的影响, 消费者一般会选择透明度较高的供应链中的产品, 而供应链的透明度又可以影响消费者的购买决策。在这方面, 区块链技术的高透明程度、信息共享、数据安全等特点符合消费者的需求, 而且这种P2P（点对点）交易可以保护交易双方的利益。一个公司的环境和社会责任往往会影响消费者的购买决定。一项实证研究将高亲社会的消费者与低亲社会的消费者区分开来[12］, 并报告说这2 种类型的消费者对社会责任问题的态度有不同的内在动机：前者表现出基于结果的社会偏好, 主要受利他主义和不平等厌恶的影响, 而后者则显示出基于过程的社会偏好, 具有强烈的互惠影响[13］。此外, 他们还发现, 虽然供应链透明度的提高降低了企业的短期利润, 但消费者对高透明度供应链中的产品表现出较高的支付意愿。当价格具有可比性时, 消费者倾向于选择具有明确社会责任信息的产品。传统的农业供应链缺乏透明度, 消费者面临着食品欺诈的风险。农民作为生产者的利益也很难得到保证, 即由于信息不对称, 单个农民缺乏市场力量, 他们的商品往往得不到公平的价格, 最终只能勉强维持生计。基于区块链技术的农产品供应链促进了商品公平贸易, 有助于实现经济、社会和环境的可持续发展。

2.4 技术因素

2.4.1 区块链的发展现状 随着区块链技术的不断发展, 区块链不仅适用于比特币领域, 也适用于其他各领域。根据中国信息通信研究院发布的《区块链专利态势白皮书》（1.0 版）, 近年来区块链专利申请迅速增加。区块链专利申请量逐年增加, 该技术正处于技术生命周期的快速发展阶段。从2013 年到2018 年底, 全球区块链专利申请总数达到8 996 件, 其中中国区块链专利申请达到4 435 件, 占全球的49%, 占亚洲的85%, 位居全球第一。尽管如此, 区块链技术仍处于起步阶段, 其典型优势如下：第一, 采用多种技术措施确保区块链安全。第二, 隐私保护手段日益多样化。第三, 互操作性成为新的应用需求热点。第四, 存储可扩展性成为日益迫切的需求。第五, 可维护性需求逐渐迫切。总的来说, 中国区块链企业的商业模式主要分为区块链平台、应用和竞争币开发。中国区块链专利申请者多为初创企业和大学, 如布比（北京）网络技术有限公司、杭州复杂美科技有限公司、中国科学院等。也不乏专注于区块链研发和专利申请的互联网巨头, 如阿里巴巴公司和腾讯公司, 他们都有专利布局和大量的专利。

2.4.2 区块链技术在农业领域的发展 通过区块链, 农业生产数据可以直接上传到仓库, 质量追溯无法被篡改。在农村金融方面, 区块链与农业保险的结合使得农业保险的赔付更加智能化, 农户的信用数据记录检索也更加方便。

第一, 区块链技术可以在农产品电商的支付系统中采用。支付信息以智能合约的形式存储在系统中。传统商业交易系统的支付流程较长, 而基于区块链技术的支付系统在指定的农产品到达目的地后, 会自动触发智能合约的有效条款的交付。这不仅缩短了交易时间, 也提高了交易的可信度。在农产品交易中应用加密货币可以大大降低交易成本[14］。此外, 区块链技术下的支付系统解决了因各国法律不同而导致的跨境支付的法律问题, 比特币的全球特性使其成为多个国家适合的电子商务支付媒介[11］。

第二, 区块链技术可以作为农业风险管理的工具, 例如农业保险。当自然灾害发生或市场价格下降时, 智能农业保险可以缓冲农民收入损失的冲击。智能合约和分布式账本技术的结合使农业保险的索赔过程完全数字化和自动化。区块链消除了保险商的欺诈和腐败, 因为一旦达成协议, 政策条款就不能被篡改。分布式账本记录了气象站收集的数据, 一旦农民的索赔标准得到满足, 就会自动支付给农民, 而不需要保险公司的确认[15］。

第三, 区块链去中心化可以通过分布式账本实现, 以跟踪农场环境传感器数据和其他信息（例如：具体的农药和化肥使用信息）, 确保整个农业供应链的可持续性。智能农业平台可以通过农田、温室、林地和牧场等目标区域的传感器节点, 实时收集农业育种或种植信息。农民也可以实现对其产品种植环境的智能控制[16］。例如, 传感器系统被用来监测他们自己作物的二氧化碳浓度以防止霉菌侵袭。这大大减少了因管理不善而被遗弃在供应链上的水果和蔬菜的浪费。区块链技术已经成为农场收获监测的工具。

综合考虑, 区块链技术使农业生产更加成熟, 优化了供应链中的原材料采购、种植、生长、养殖、收获、加工、分销和零售阶段[8］。区块链技术在保护隐私的同时提高了系统的决策准确性。

3 机遇与挑战

3.1 机会

3.1.1 降低环境风险 传统的农业生产依赖于外部环境, 面临着自然灾害、气候问题和难以控制的传染病等挑战[15］, 例如2020 年COVID-19 对新鲜农产品供应链的影响和中东地区不稳定造成的供应链中断。由此可见农业供应链的风险很高, 需要采取风险控制缓解措施[17］。区块链技术和农业保险的结合有助于农业生产管理应对自然灾害的风险, 缓冲损失的影响, 帮助农民应对低生产期。

3.1.2 确保农产品的安全 传统的粮食生产和农业供应链存在食品安全问题。一些牲畜的饮用水源和作物灌溉水含有城市和农村地区工矿企业非法处理的废水。这些废水含有重金属元素, 如汞和铅以及其他化合物, 导致农产品含有这些重金属。一些农民为了赚钱, 在水果和蔬菜上喷洒劣质农药, 如果农药含量超标, 就会对人体健康造成危害。在食品加工过程中, 制造商可能会添加过量的添加剂和激素, 如在面粉中添加微量增白剂（过氧化苯甲酰）, 在饮料中添加过量的化学甜味剂, 还可能将海产品浸泡在甲醛中, 以延长其保质期, 提高其外观, 而不考虑消费者的生命安全[16］。激素还被用作作物成熟剂以提高产量。滥用激素也会危害人类健康。区块链平台的可追溯系统建立了一个农业食品信息链, 涵盖了食品安全监管机构、农产品和牲畜农场、加工厂、物流配送公司（超市）和客户。所有农产品的信息都是公开透明的, 监管机构对产品进行责任调查, 消费者可以充分了解供应链中的产品信息, 防止有缺陷的产品流入市场[1］。

3.1.3 提高供应链效率 传统农业供应链中生产者和消费者之间的众多中间商导致交易缓慢[15］, 付款延迟[18］, 以及生产者和消费者需求之间的脱节[19］。短视的供应链成员在短期利益方面相互不信任[6］, 最终产生了因供应链成员之间缺乏合作和协调而产生的牛鞭效应。牛鞭效应是指需求信息在供应链中传递时的逐级放大现象, 产品需求的订单量随着供应链的上游而波动和增加, 最终远超过最初的消费者需求预测。牛鞭效应增加了供应链成本, 降低了供应链效率。然而, 可追溯性机制提高了整个供应链的整体质量预测和评估, 因为区块链系统中的每一笔交易都被记录下来, 无法被改变[20］。区块链技术增加了供应链的可视性, 这样供应商可以快速掌握客户商品的销售状况, 避免缺货或多余的库存风险, 这也避免了产品出现问题时供应链成员之间的责任推诿。此外, 这些支持区块链的农业供应链可以防止中央机构的腐败和低效, 解决信息不对称问题, 使供应链更加高效和透明。此外, 还要缩短农产品电商交易的物流链, 减少中间环节, 全面优化升级支付、结算和合同执行, 降低供应链成本, 提高效率[21］。

3.2 挑战

3.2.1 技术挑战 区块链作为一项新兴技术仍处于起步阶段, 面临许多挑战。例如, 由于区块链大小的限制, 它只能每秒处理7 笔交易[1］, 并且在存储大量传感器数据的吞吐量方面受到限制, 出现了数据瓶颈[22］。区块链系统的实施成本很高, 其不可更改性导致数据库无法进行修正。虽然数据安全得到保证, 但这意味着当数据输入错误时, 整个区块链都会受到影响[17］, 而且数据纠正过程很麻烦。区块链管理和昂贵的设施也阻碍了新用户进入市场, 某些缺乏专业知识和资金的中小企业被排除在市场之外[2］。区块链系统可能成为贸易的技术壁垒, 形成新的市场竞争局面[23］。此外, 当区块链技术直接应用于农产品的跟踪和数据存储时, 很难在识别的基础上自动存储和检索分批存储在区块链上的哈希数据[24］。

3.2.2 环境挑战 除了区块链本身的技术因素外, 外部环境也施加了许多压力。区块链的去中心化性质改变了社会信任机制, 人们的信任从对权威的信任转变为基于新兴技术的分布式信任。因此, 供应链中间商和中心化的中央组织可以阻止区块链技术的发展, 以保持他们的权威地位[17］。当交易中介消失时, 就业压力又将成为一个新的问题, 这是所有技术革命的共同特点[25］。

作为一项新兴技术, 区块链也面临着监管挑战。如果没有全面的市场监管形式, 加密货币很容易受到投机者的影响, 价格可能会急剧波动[25］。此外, 各国监管机构出台的政策因国家而异, 某些国家甚至没有出台法规[17］。标准化的缺乏也是可能遇到的问题。在农业供应链中, 每个国家都有自己的过敏原、微量营养素和农药的指标, 所以缺乏标准化可能导致冲突[2］。因此, 需要引入完善的法律和监管体系来监督区块链技术在农产品中的使用[20］。

3.3 其他挑战

区块链溯源机制增强了对供应链的信任, 但可能会误导消费者对所提供的额外信息的接触, 导致消费者难以做出明智的消费决策。极端区块链时代的到来, 可能是对同胞原有信任的一种背离。然而, 区块链技术本身也有局限性。它不是不可替代的, 也不能解决所有问题。在农业领域, 人工智能和物联网比区块链技术更实用, 例如, 在农业支付领域, 区块链支付方式并不比支付宝交易更方便。

总的来说, 区块链在农产品供应链中的应用, 促进了农产品电子商务中资金流、信息流和物资流的有机结合[21］。区块链技术主导了信息流, 提高了资金使用效率。通过高新技术改造, 提升了传统物流业的核心竞争力。传统物流业从劳动密集型向资本和技术密集型转变, 为节源型社会向可持续发展转变提供了新的动力。