从区块链赋能的角度来看，蔬菜供应链质量安全管理

摘要：蔬菜供应链从是从种植、检测、加工、储运到销售的全过程，多个环节存在较高的质量安全风险和隐患。该文针对蔬菜供应链质量安全管理的关键环节及典型问题引入区块链技术，在对区块链赋能蔬菜供应链质量安全管理机理和路径做出探索性研究。以区块链为底层技术构建蔬菜供应链质量安全监测系统，实现数据实时采集、过程即时监测、问题最终溯源，为打造高效、有序的食品安全体系奠定了基础。

加快蔬菜产业的发展是增加农民收入，发展农村经济并实现农村小康的有效途径[1]。随着我国蔬菜种植面积、产量及经济效益的迅速增长，农药、添加剂滥用以及运输加工过程中交叉污染等因素引发的质量安全问题日益突出。蔬菜产品质量安全正日益成为全球性的问题[2]。蔬菜供需各环节涉及的主体成员较多[3]，必须对其供应链生长、加工直至流通、消费等环节进行全方位监测[4]，利用最新的信息技术，构建多要素融合的全供应链质量安全精准监管系统[5]。

有学者利用物联网、大数据等技术对蔬菜质量安全监管机制及产业大数据平台做了探讨[6-7]。但这类传统技术在实际应用中存在数据中心化的问题，各个节点上的数据由企业自行管理，难以保障信息的安全性及可靠性[8]。区块链作为信息技术革命中的一项颠覆性技术，具有体系去中心化、交易机制透明、数据不可篡改等技术特征。利用区块链去中心化的网络体系架构，可解决因数据中心化而易受网络攻击等问题，提高数据的可信度和可靠性[9]。以区块链为底层技术，构建蔬菜供应链质量安全监测系统，实现信息采集、查询、监测、追溯等功能，对提高蔬菜产业供应链质量安全产生助益。该研究通过对蔬菜产品供应链质量安全管理关键环节及其现存问题的分析，阐述区块链赋能蔬菜供应链质量安全管理的机理，并通过质量安全监测系统的构建，在区块链赋能蔬菜供应链质量安全管理路径方面做出探索性研究。

1蔬菜产品供应链质量安全管理关键环节及问题

蔬菜供应链是从种植、检测、加工、储运到销售的全过程(图1)。种植环节主要进行制定种植计划、选定种植区域、施肥、用药、采摘等工作，蔬菜采摘后经质量检测环节进入分拣加工环节，而后经物流仓储进入销售及消费环节。在蔬菜供应链的诸环节中，种植、检测、分拣加工及物流仓储环节存在较多的质量安全隐患。

1.1种植环节存在农药残留问题

蔬菜在其生长过程中容易受到外源性污染，一是人类活动、工农业生产过程中汞、铅、镉等重金属污染，二是蔬菜种植过程中大量使用农药、化肥、杀虫剂等造成的化学污染。部分污染物暴露于外部环境能够被降解，但微量的有害物质及农药残留在消费端仍可带来严重的质量安全隐患。蔬菜种植园区水源若受到污染，引起水源质量恶化，也是造成食品安全隐患的一个重要途径。农药残留等外源性污染问题应从源头预防，严禁使用禁用、限用农药。蔬菜种类繁多、种植环境较为复杂，收购企业或分销商无法对其生长及环境情况进行实时监测，致使部分农残超标蔬菜流通到供应链的下一环节，进而流入终端消费市场，发生农药残留导致中毒事件。

1.2检测环节工作量大、难度高

一些涉农企业为增加自身利润，采取降低生产成本的经营对策，逃避检测的案例时有发生。检测环节不设或者少设检测程序等，也会使检测阶段难以发现蔬菜产品本身的质量安全隐患。鉴于蔬菜产品产量巨大，市场难以对所有品种进行统一检测，无法保证全部产品质检达标。检测手段落后、先进检验技术不够普及，加之检测程序复杂繁琐，使得蔬菜产品质量检测工作较难达成预期效果。蔬菜质量检测过程中大量使用抽样检测，在检测样本确定方面容易受到主观因素的影响，样本批次蔬菜质量往往不能形成对总体的无偏估计，使得一些潜在来。生鲜时蔬存在较高的保鲜要求，对检测人员及设备的检测能力也构成了挑战，甚至对检测结果的可靠性造成影响。

1.3分拣加工环节发生二次污染

分拣加工过程的清洁和消毒工序，旨在清除微生物等污染，对保障蔬菜质量安全至关重要。但该环节存在大量手工式小作坊，设备落后、卫生条件较差，工作本身甚至会造成产品质量安全隐患。分拣加工设备选择不当、包装物强度不够，都会导致产品物理毁损、外物混入的情形发生，不仅降低产品质量，严重的还会导致蔬菜产品二次污染，引发消费环节的质量安全事故。蔬菜产品完全裸露在加工场地，在生产环境被病毒细菌污染、清洗不彻底等情况下，被二次污染的概率将大幅度增加。包装设备、容器器具、包装物上的细菌病毒，也是蔬菜产品二次污染的一个重要源头。2020年下半年，北京、大连、青岛等多地海关，从进口冷冻产品外包装样本中，检出新冠病毒核酸阳性，对食品二次污染问题起到警示作用。

1.4物流仓储环节易发生腐烂变质

新鲜果蔬等生鲜农产品在物流配送环节最容易出质量安全问题[10]。基于冷链物流在提高蔬菜保鲜程度、降低损耗方面的优势[11]，蔬菜产品物流越来越多地采用冷链方式。但长期以来国内冷库只起到一个低温蕴藏仓库的作用，尚未与冷链物流相结合形成一体化产业。冷链物流体系分散，物流企业与冷库之间缺少一站式服务。冷链运输与仓储环节衔接不畅，“断链”现象增加了蔬菜产品在物流仓储环节的腐烂变质风险。部分物流企业为降低成本，甚至采用运输途中关闭制冷机、快到目的地时打开制冷机的现象，大幅度增加了蔬菜产品腐烂变质的风险，容易诱发严重的食品质量安全事故。

2区块链赋能蔬菜供应链质量安全管理的机理

区块链是由多种技术组合而成的技术体系，主要涉及公私钥技术、分布式算法、点对点网络及数据存储技术等[12]。发挥区块链去中心化网络及技术体系优势，能够为蔬菜供应链质量安全管理进行技术赋能。

2.1去中心化网络体系强化农残监测

区块链采用的对等网络、密码学算法及共识算法等技术，决定了其本身具有去中心化、信息透明、可追溯等特性[13]。去中心化意味着网络中不需要中心化的服务器，每个分布式节点的权责对等，都可以进行数据的分布式存储和核算。区块链网络中的各个在线节点遵守同样的数据储存、验证与加密规则，对链上的交易和数据共同进行实时维护，各节点对数据进行独立备份以保障数据安全完整。区块链网络去中心化的体系架构保证了交易双方之间的点对点交互，能够使大规模数字交易得以高效率地实现。去中心化网络体系下，蔬菜供应链上相关各方对源污染进行联合监测监控，及时上传农药残留检测数据及市场反馈信息，织牢蔬菜产品质量安全追溯网，确保对质量安全问题进行源头把控。

2.2共识机制提高质量安全检测效率

区块链上采用不同的共识机制，在满足一致性和有效性的同时会对系统整体性能产生不同影响[14]。区块链记录数据信息的方式是将存有交易或事项的区块按照时间顺序持续添加到链尾，每个节点都会存储整个链条的所有数据和信息。区块链共识机制与智能合约结合，在蔬菜产品质量异常时，自动进行预警，利于质量检测及数据回溯。质量安全检测过程中，需要按照管理规范运行质量检测程序，提高检测结果的准确性。区块链网络中的任何一方都可以通过共识机制，对蔬菜流通过程中出现的质量问题进行记录与追溯。共识机制下，能够对蔬菜产品从供货商经由物流公司最终送达客户的全过程进行质量追踪，使产品质量信息及检测工作更加透明，并确保质量数据传输的安全和高效。

2.3公私钥技术消除加工环节二次污染

区块链公私钥技术将密钥存储的职责交由各节点共同承担，相较于传统中心化公钥系统能够提供更好的抗干扰能力[15]。为保障数据的安全性与客户的隐私，区块链上数据信息的加密过程需要将密钥封装机制和数据封装机制相互结合。将区块链公私钥技术用于蔬菜供应链，加工商和分销商分别拥有各自的专有私钥，双方都不能伪造对方的私钥。公钥有效记录从蔬菜种植到分拣、加工、包装、流通、储存等一系列环节的相关数据。蔬菜产品加工过程中的各种操作都会以文字、视频等形式，通过私钥记录至区块链上。经公私钥技术记录的数据不可篡改，极大地保证了信息的真实有效，确保各环节操作都符合规范，避免分拣加工环节的二次污染，保障蔬菜产品质量安全。

2.4数字签名技术确保物流仓储衔接

区块链构建的信任网络，将带来多场景模式下的便利流通[16]。区块链采用数字签名技术使交易方在无第三方担保情况下实现互信，实现对产品质量的在途实时监测，保障物流仓储环节的产品质量安全。数字签名规定2种互补的机制，一个用于签名，另一个用于验证。签名机制对物流运输中的所有车辆做数字签名，车辆类型、产品种类、车内温度等信息储存在公有链，同时以私有链的形式将签名发送至对应的仓储企业。验证机制确保仓储企业收到签名，并将空余仓位信息以唯一的代码形式发回至物流企业。基于双方即时签名和实时验证，实现物流需求与仓位之间的匹配，缩减蔬菜产品的物流在途时间，降低产品腐烂变质的概率。

3区块链赋能蔬菜供应链质量安全管理的路径

我国大部分蔬菜质量安全管理系统功能单一，无法满足蔬菜供应链不同主体需求[17]。区块链技术应用必将朝着建立产业服务平台的方向发展，以区块链为底层技术建立的信息平台具有更高的安全性和运作效率[18]。以下通过质量安全监测系统构建的“蔬菜供应链质量安全监测系统的逻辑框架”(图2)，对区块链赋能蔬菜供应链质量安全管理的路径做出阐述。

3.1质量安全信息采集模块

质量安全信息采集中心是一个带有数据库和数据分析功能的决策系统，主要对蔬菜种植、分拣加工、物流仓储等环节的数据进行实时采集。在蔬菜种植环节，经销商依据消费者购买需求，组织农户实现规模化种植。该环节通过采用密钥交换协议和非对称加密相结合的方式，实施农作物种植环境监测。质量检测环节依据规定的检测方法和程序，对蔬菜产品农残、重金属污染及霉变等情况进行检测。分拣加工环节主要在标准卫生条件下进行加工，并进行包装等初次或二次加工，使用温湿度监测仪对生产加工环境进行监测，并通过传感器将温湿度等信息上传至区块链信息中心。分拣加工完成后，将产地信息、品种规格、货号批号等信息汇总，并通过扫描仪扫描到区块链网络中。物流存储环节主要采集冷库供应、运输车辆、产品种类、车内温度等信息，这类信息主要通过计算机、手机、平板电脑等终端设备进行采集。数据采集过程与区块链信息中心即时通信，并可通过区块链网络上的智能合约对信息进行校验，通过温湿度传感器、扫描设备、RFID标签、农残检测仪等设备的使用，提高信息采集效率、保障数据准确性。

3.2质量安全信息实时监测模块

区块链分布式存储结构下，通过对蔬菜质量安全数据资料的实时收集与处理，将相关信息，如蔬菜生产、加工、包装、质量检测等信息实时反馈到网络系统上，经过全网的批准，存储到区块链数据中心。蔬菜质量安全实时监测模块用到信息全程追溯技术，通过记录在案的标识来验证蔬菜产品的生长采摘信息、质量检测信息及加工包装信息。区块链技术实现了蔬菜产品质量安全管理的数字化，每种蔬菜都可以在进入流通时就分配到一个密码唯一的标识符。这种独特的、加持密码的代码可以输入共享数据分类账，从蔬菜供应商、制造商到分销商、零售商乃至最终消费者，都可将他们的操作或跟踪数据分享给一个共同账户，最终形成包含完整信息的带有时间戳的数据库。任何参与者都可以访问共同账户，但不能更改记录的数据，实现数据的公开、透明、可追溯。

3.3技术资源模块

技术资源模块主要由数据接口、存储设备、密码算法、共识机制、网络设备及智能合约等几个部分构成，通过信息技术软硬件的综合运用对蔬菜质量安全信息进行实时追踪。共识机制使参与者对交易信息达到高效共识，缩短相互间的认证时间，使得交易和记录在瞬间完成。数据层和实时操作模块之间通过神经网络、语言分析、图像和语音识别等智能化技术进行实时通信，完成交易、数据及指令的记录与更新。一旦发现蔬菜产品存储环境中的温度、湿度等参数超标，系统会自动对异常情况进行预警。在智能合约中有写入执行规则的情况下，系统还可以对异常状况自动采取应急防范措施。区块链分布式账本存储技术及不可篡改性数据传输设计，使得数据能够及时传输到网络上，并持续更新蔬菜从种植到销售乃至消费的全供应链数据记录。

3.4系统应用界面

实时访问界面是使用者直接进行信息交互的载体及操作界面。授权操作人员可通过网络接口登录到系统平台，依据权限等级，对蔬菜供应链上的信息进行实时监控、检索查询、智能温控、溯源防伪查询和需求预测等操作，并能够进入信息采集中心进行数据录入和采集等工作。在实时访问界面，可对监控设备进行控制，并用可视化技术将蔬菜供应链质量安全信息以视频和图表等形式进行展示。在具备蔬菜产品质量安全监督与安全问题溯源功能的前提下，系统还可依据数据中心信息拓展蔬菜产品需求预测功能。通过蔬菜供应链质量安全管理监测系统，市场主体与监管主体之间可以加强信息联通，拓展信息采集、查询、监测、追溯等功能，保障蔬菜产业供应链质量安全。

4结论

蔬菜产品质量安全正日益成为全球性的问题。蔬菜供应链上的质量安全隐患，主要存在于蔬菜种植环节、检测环节、分拣加工环节以及物流仓储环节。将区块链技术应用于蔬菜供应链质量安全管理，能够发挥其去中心化体系下的技术优势。区块链去中心化网络体系能够强化蔬菜农残监测、共识机制提高质量安全检测效率、公私钥技术消除分拣加工环节二次污染、数字签名技术保证物流仓储环节相衔接。以区块链为底层技术，构建由信息采集模块、实时监测模块、技术资源模块、系统应用界面构成的质量安全监测系统，实现信息采集、查询、监测、追溯等功能，为蔬菜供应链质量安全管理新路径新探索提供设施条件。

参考文献

[1]刘钦.乡村振兴战略背景下我国蔬菜产业发展分析[J].北方园艺，2020(2)：145-147.

[2]于冬菊，李钰菡.蔬菜供应链质量安全影响因素研究[J].山东社会科学，2020(2)：93-97.

[3]崔丽，张永芬.基于供应链上下游制约机制的蔬菜质量安全控制[J].江苏农业科学，2016(2)：484-486.

[4]高明坤，高宇航，田明硕，等.光学传感器在农产品质量安全中的应用研究[J].分析实验室，2020(10)：1225-1232.

[5]宋英卓，吴晓明，钱建平，等.多要素融合的农产品质量安全精准监管系统构建与应用[J].中国农业资源与区划，2020，41