区块链技术在林业中的应用

       进入新时期，区块链技术的发展为多领域带来了新的变革，为多行业数字化转型和发展提供了全新驱动力。立足新发展阶段，行业数字化、智能化转型步伐加快，人民对美好生活的需要不断增强，区块链作为新时期赋能实体经济转型和发展的重要技术，其价值在近年被不断挖掘，成为了众多未来产业的基石。本文以国内外文献为基础，挖掘区块链的研究热点概述如下。

       全球视角下区块链研究和应用可以划分为 6 个领域。首先，全球范围内区块链在隐私安全领域的研究最为热门，当前隐私安全问题对区块链健康生态体系的建立产生严重威胁，为区块链应用的广泛落地带来了巨大挑战。因此，国际研究学者更多地关注区块链隐私安全的研究。其次，多数研究者热衷于区块链在人工智能物联网领域的应用，区块链技术的结合有助于实现更高效的物联网操作，以改善人机互动，加强数据管理和分析，使其更快、更智能、更环保、更安全 ^[13] 。除此之外，研究表明，区块链在以太坊为代表的智能合约，以医疗健康、医疗服务为代表的智慧医疗，以比特币为代表的金融服务，以点对点计算、共识算法为基础的共识机制等领域的研究热度较高。

       中国视角下区块链研究和应用可以划分为 10 个领域。首先，国内区块链智能合约研究热度最高，一方面，智能合约随着以太坊的高灵活性和完善的治理机制等优势被广泛应用于多场景业务；另一方面，基于以太坊区块链的智能合约中存在多个安全漏洞问题尚待解决，使得研究学者专注于智能合约安全漏洞的研究 ^[14] 。其次，以比特币、数字货币为代表的区块链金融服务也受到广泛关注，区块链技术作为比特币底层核心创新技术之一，保证了比特币的去中化和可信性，随着多元化数字资产被多国认可和使用，区块链金融服务的使用场景也在不断扩大。除此之外，国内区块链热度较高的有人工智能物联网、共识机制、数据管理、隐私安全、数据共享和供应链。区块链多维度的应用和研究促进了社会经济的向前发展。值得注意的是，随着经济全球化进程加速，国内区块链逐步被应用于共享经济领域。

       全球区块链研究热点涉及 6 个领域，国内紧跟全球发展态势被细分于 10 个领域。总体来看，区块链在隐私安全、人工物联网、智能合约、共识机制、金融服务领域等的创新应用受到普遍关注。不同的是，国际视野下智慧医疗领域的研究热点较高，国内相关研究较少，突出了国际视野下区块链研究的前瞻性；国内研究多分布于数据管理、版权保护、数据共享、供应链和共享经济领域，研究领域更具体，体现了区块链技术的多元化特性。区块链在多行业的成功应用表明，区块链技术具有极高的普适性，能有效地解决多行业痛点，为多领域技术体系建设服务。区块链研究热点呈现出从基础技术体系向多领域延伸，生态圈、可持续发展体系逐步形成的态势。

       随着我国生态文明建设和乡村振兴战略的深入推进，林业在生态保护、生态修复和资源可持续利用等方面扮演着越来越重要的角色，林业高质量发展成为新时期创新绿色发展的重要任务，在推进经济转型升级、促进人与自然和谐共生等方面具有重要意义。区块链技术体系的完善为林业高质量发展提供了新的途径和思路，促进林业产业的数字化转型。当前，区块链在林业中的应用主要集中于森林经营管理、森林产品追溯和森林火灾监测 ^[15] 领域。

       国外对区块链技术在森林经营管理领域应用的研究多是根据其去中心化、公开透明、安全、持久以及节约成本等特性展开，主要涉及森林资源的保护和合理利用、碳交易以及防止森林砍伐和退化等场景。在森林资源保护和合理利用场景中，Willrich 等 ^[16] 结合区块链技术，勾画了一个长远的参与式森林管理模式，通过整合不同利益相关者的主张来实现更好的共同利益。Figorilli 等 ^[17] 设计了一个基于区块链的 Web 应用程序，以实现林业苗圃智能化管理，该应用程序能实时管理和监控苗圃中的植物，提升苗圃林木的数字化和透明度。碳交易市场方面，Kotsialou 等 ^[18] 探究了区块链技术在碳交易市场中的应用情况，强调区块链技术有可能帮助克服碳交易市场交易成本等挑战，并说明区块链与其他技术结合，能有效处理碳交易市场的永久性和额外性问题。Sun 等 ^[19] 分析了区块链在林业碳汇项目应用中的有效性和机制，研究发现，区块链技术的引入在提高林农减排意愿的同时，通过影响碳价格来降低减排成本，达到了降本增效的目的，也从整体上提高了林农的减排力度。在防止森林砍伐和退化场景中，Nandhini 等[ ^20] 建立了一个结合图像处理和区块链技术的系统以防止森林砍伐，该平台通过图像处理方法检测和计算树木的数量，通过区块链存储树木的详细信息。Cueva-sanchez 等 ^[21] 提出一种基于区块链的技术解决方案，以保障秘鲁伐木的合法性。

       国内仅在森林资源保护和合理利用以及碳交易方面有所涉猎，涂平生等 ^[22] 为保障林业数据的完整性、真实性，提出基于区块链、数据库的林业数据采集系统。周莉等 ^[23] 为了解决现存碳交易市场存在的难题，提出融合信息技术和经济手段的区块链碳交易模式，助力环境可持续发展目标的实现。周业军等 ^[24] 系统分析了区块链在碳市场交易成本降低、稳定秩序强化、协同合作提升等方面的优势，总结了区块链技术应用于碳交易存在的数据标准缺失、智能合约规则偏离实际、利益输送便捷等挑战，提出从完善监管模式、引入监管沙盒、厘清追责机制 3 个层面的应对方案，以促进碳交易市场的繁荣发展。

       国外对区块链技术在森林产品追溯方面的研究多根据其不可篡改、可追溯等特性展开。Dudder 等 ^[25] 通过开发基于区块链技术的防篡改数字系统来实现木材的追踪，并发现区块链技术在用于确保供应链可持续性能方面有积极作用。Figorilli 等 ^[26] 开发了一个基于区块链的木材可追溯性系统，使用区块链、物联网、RFID、智能手机应用程序和云技术实现供应链中木材从立木到最终客户的跟踪，确保了木材交易的可靠性、安全性。为了解决供应链中认证木材来源难以验证问题，Gallersd?rfer 等 ^[27] 提出了在供应链中部署嵌入交换智能合约的以太坊平台进行数量控制的解决方案，以确保木材资源的总量正确。Sun 等 ^[28] 提出了一种使用 AKAZE 方法改进基于区块链的木材追溯系统方法，其中 AKAZE 用于提取木材纹理的关键点，区块链用于存储木材信息，该方法有效地解决了数字信任和实木产品的快速区分问题。

       国内王进等 ^[29] 以加蓬共和国为例分析了区块链技术在加蓬木材供应溯源中的应用，探讨了基于区块链技术的木材溯源系统的构建，为实现木材来源可追溯、提高木材供应链信息透明度等提供了新的方案。周茜等 ^[30] 构建的基于区块链技术的网络融资新融合模式，实现了网络融资机构风险把控能力的强化和信贷便捷性的提升，从本质上提高了林业小微企业的信用水平。

       国外在森林火灾监测研究中，Datta 等 ^[31] 认为利用区块链在基于物联网的森林火灾检测中进行认证和隐私保护，有利于森林火灾数据的安全传输和保证数据的真实性，但在实际应用过程中依然存在数据安全、隐私泄露、可扩展性以及存储优化等问题。Datta 等 ^[32] 为了提升智能森林火灾系统的安全性，设计了一种基于区块链的 Sybil-secured 网络结构（BSSFFS），并提出一种节能共识算法来解决能源利用问题。为实现火灾情况的快速监测和数据的安全传输，Datta 等 ^[33] 构建了一个基于区块链和 EdgeDrone 的森林火灾监测安全数据传输（BESDDFFS）框架，有效提升了火灾监测的性能，加快了数据传输吞吐量。为提升偏远林区森林火灾安全和监测管理，Mahmudnia 等 ^[34] 提出了一种基于区块链的无人机应用框架。该框架的应用增强了任务流程的有效控制和安全性，保障了偏远地区的行动安全最大化，提高了管理系统的数据分析能力。国内，于简宁 ^[35] 针对森林火灾数据集中式存储导致的数据泄露及恶意篡改问题，引入区块链和星际文件系统技术，提出了基于区块链的森林火灾数据分布式存储方案，在保证系统性能的前提下实现了森林火灾数据不可篡改的分布式存储。为保证森林火灾电子档案数据的存储和共享，于简宁等 ^[36] 提出了一种基于区块链技术的森林火灾档案数据共享方案。寇允等 ^[37] 针对林区作业场地防火监测系统存在的数据真实性、实时性、共享性问题，在传统的防火监测系统基础上研建了基于区块链技术的防火监测系统数据共享模式，以保证林区作业场地防火监测数据的一致性、可靠性和安全性，实现了林区作业防火数据的安全共享。

       在现阶段，区块链虽然在林业的一些领域中进行了应用尝试和探索，并取得了初步成果，但目前林业区块链的应用大多处于试验阶段，基础体系尚未建立，应用基础较为薄弱。一方面，林业区块链技术应用需要依托精准的数据，而在林业行业中，由于数据收集和监测的不确定性、林业数据类型和格式的多样性、不同领域区块链应用的差异性，使得区块链在林业领域的应用存在数据准确性不足、多领域间数据交互阻碍大难以实现跨界整合和应用、林业区块链统一的设计与规范尚未形成、不同平台之间难以融合等问题。另一方面，当前现有研究中林产品溯源大多针对木材展开，缺乏多样性森林生态产品溯源研究以及森林生态产品的质量和交易供应保障体系的建立。其次，区块链赋能生态产品价值转化的研究尚待开展。为进一步解决当前林业区块链中存在的问题，下面结合区块链普适性、多元化的技术特征，从森林数据监测、数据管理以及森林生态产品质量保障、价值转化等领域探索林业区块链的应用前景和优势。

       林业管理需要考虑森林的分布、组成、结构，以及随时间变化的一些随机扰动信息等各种因素，凸显了监测对林业管理的不可或缺性。林木生长周期较长揭示了林业管理的长周期性 ^[38] ，森林资源档案管理的规范性和时效性直接影响林场决策 ^[39] ，印证了林业档案管理的重要性。林业资源监测面临环境恶劣、面积大、周期长、任务繁重等问题，凸显了林业资源监测和数据管理水平提升的紧迫性和必要性。

       调查显示，基于区块链的农业物联网可信溯源体系有效解决了农业物联网中存在的数据孤立、不可靠、易被篡改、难以追踪追责等问题，大幅减少了冗余数据，提高了安全性 ^[40] 。基于区块链的物联网安全数据共享系统，实现加密数据细粒度的共享、分布式的信任管理，提升了物联网数据的处理效率 ^[41] 。区块链在文件档案管理中的应用，有助于推动档案保存管理过程自动化和管理体系优化 ^[42] 。这些研究为林业多模态、多维度监测，林业长周期数据存储共享，森林资源档案的有效管理提供了新思路。

       区块链和物联网是两种新兴的数字化技术，它们的结合能有效解决林业监测和数据管理中存在的监测周期长、数据不精确、易被篡改、难以追踪追责等问题，提高林业监测和数据管理的效率和精确度。其应用优势主要体现在以下几方面： 

       1）林业监管和防范盗伐。构建“区块链+物联网”林业监管平台以实现林区实时监测和预警，及时发现和防范非法采伐行为。同时，受益于区块链技术的去中心化和不可篡改特性，可提高监管的可信度和可靠性，使得林业监管体系更加完善，从而维护林地的生态和安全。 

       2）数据管理和精准施策。构建“区块链+物联网”一体化数据管理平台以实现传感器采集数据实时上链、存储、共享和验证，能有效保证林地的实时监测、数据的可追溯性、数据的真实性和可信度，避免数据造假和篡改。其次，基于物联网传感器采集的数据，通过区块链技术实现对林业资源的精准管理，为林业资源利用提供更科学的决策依据。 

       3）跨界数据整合和全生命周期管理。林业数据来源多元，如遥感、人工调查等，数据类型和格式多样。利用区块链技术将不同来源的数据整合到同一区块链网络，可实现不同领域的信息共享和协同，促进林业资源管理整体效率和水平的提升。通过区块链技术实现对林业资源全生命周期的管理和跟踪，能确保资源可持续利用和管理。

       当前，在森林生态产品供应和价值转换过程中常常存在信息不对称、价值转换方式单一、质量标准不规范、质量难以保证、管理和监管不到位等问题，森林生态产品价值实现中最为重要、关键的一环是将生态产品推向市场实现价值，因此探究区块链赋能生态产品价值实现具有特殊意义。

       调查显示，基于区块链的农产品质量安全可信溯源系统的设计，解决了农产品产业链生产、加工和流通多节点之间数据安全和溯源信息真实可信等问题 ^[43] ，通过区块链实现数字化，提供高度透明、不可篡改的系统，可以解决非法采伐和林业经济去中心化问题，同时达到规范产品贸易和满足环境敏感市场需求的目的 ^[44] 。其次，区块链和跨境电商的创新融合能有效解决交易参与者之间的信息滞后性、不对称性等问题，提高信息的时效性 ^[45] 。区块链与商业模式的结合增加了企业竞争优势，为新的价值创造提供机会，増强用户体验，从而实现更好的组织收益和市场绩效 ^[46] 。上述研究为区块链应用于森林生态产品质量保障、增值、价值转换提供了参考，具体如下： 

       1）产品质量保证、溯源和认证。利用区块链的不可篡改性、可追溯性和透明性，构建森林生态产品供应链体系以实现产品生产全过程的记录和管理，确保产品来源可靠、质量合格。应用区块链智能合约技术实现对森林生态产品质量的自动监测和自动化管理，如自动化报警、自动化溯源等，提高产品的质量控制能力。其次，产品的质量信息和安全数据可以与各个环节的相关企业、监管机构和消费者共享，提高透明度和信任度。同时，通过对森林生态产品的认证，增强消费者的信心，提高产品的附加值和溢价空间。 

       2）数字化资产管理。区块链可以将森林生态产品数字化，把产品转化为数字资产，并建立数字化产品的市场交易平台，实现资产的便捷流转和交易。这样可以提高产品的流通性，降低产品交易的成本和时间，进而增加产品的价值。同时，区块链技术可以实现林业资产的数字化监管和管理，包括林木生长情况、森林防火情况、采伐情况等，提高林业资源的利用效率和管理水平。

       3）生态产品价值转化。基于区块链的生态产品交易平台搭建，有助于信任机制、透明交易体系的建立，实现生态产品的点对点交易，降低中间环节的成本和风险，确保交易的公正可靠。通过智能合约，提供交易的自动化和透明化，保障交易的安全和公正性。平台交易信息和资产流转的记录，能有效防范欺诈和侵权行为，保障交易各方的权益和利益。其次，区块链可以为生态产品的金融创新提供技术支持，如基于智能合约的融资、保险和交易服务等。

       从林业区块链发展现状分析，“区块链+”在森林经营管理、森林产品追溯和森林火灾探测的良好运用显示了其在林业领域广阔的发展空间。区块链与林业结合作为一种新业态，能进一步提高林业综合效益，实现生态修复和绿色发展。为推动区块链与林业结合，需要通过建立顶层设计，统筹发展规划；推进试点研究，完善标准体系；加强理论研究，促进技术研发；协同科技创新，强化科技支撑；注重人才培养，提供智力保障等方面建设，为林业高质量发展提供全方位支持。