近日，中国热科院生物所甘蔗研究中心联合国内外科研团队，首次提出区块链赋能的“人-机-物”三元融合智慧农业架构，为提升农业生产效率与破解数据安全难题提供了全新解决方案。

研究团队构建的智慧农业系统（图1）包含三大核心模块：在物理层面实时采集作物生长数据的物联网传感网络；在网络层面保障数据安全的区块链分布式账本；在人机交互层面提供精准农事建议的AI决策系统。在甘蔗数字化示范基地的测试中，该系统使灌溉用水效率提升25%，病虫害预警准确率提高30%。

图1.区块链驱动的智慧农业H-CPS架构

研究团队创新性地将语义区块链技术与联邦学习结合（图2）。比如，当无人机扫描甘蔗田时，其搭载的多光谱相机数据，将通过5G网络实时上链，AI模型则自动分析叶片病斑特征，而农户的种植经验，则通过智能合约，转化为可执行的数字资产。如果将该系统应用到果蔗产业，在供应链追溯场景中，每一株甘蔗从种苗到加工的全流程数据，都会被加密存储，消费者通过扫码即可验证产品真伪，获得全面信息。测试数据显示，基于区块链的溯源系统，将使交易纠纷率下降68%。

图2. 区块链在智慧农业中的应用

研究中最具革命性的突破在于“语义分片技术”（图3）。通过将作物表型、基因型数据、气象模型等海量信息，转化为语义特征向量，系统可进一步将其自动划分为不同的区块链分片，使数据查询效率提升45.88%，存储空间降低95.76%。在模拟实验中，该技术成功将10万份水稻基因组数据检索时间从12小时压缩至9秒，数据检索效率显著提升。

图3.语义区块链

研究团队构建的智慧系统让每一株作物都拥有可追溯的“数字身份证”（图4）。在甘蔗主产区，区块链赋能的智能合约，能有效实现自动灌溉，当土壤湿度传感器数值低于30%时，系统自动触发水泵，并在灌溉结束时实时结算水电费用，较传统人工管理节约成本18%。该架构在棉花、大豆等作物的测试中同样表现优异，在使农药使用量减少20%的同时，提升产量15%。

本研究不仅为智慧农业提供了理论框架，更将催生多项落地应用：基于语义区块链的农业保险系统，能自动核验灾害损失并秒级赔付；分布式机器学习平台，将让不同地区的农户在共享AI模型的同时，不泄露隐私数据。

图4 .基于H-CPS、区块链和人工智能的数字作物试点

研究成果以“Blockchain-empowered H-CPS architecture for smart agriculture”为题发表于《Advanced Science》。中国热科院生物所特聘研究员/福建师范大学教授汪晓丁、热带作物生物育种全国重点实验室/中国热科院生物所副研究员吴期滨为共同第一作者，热带作物生物育种全国重点实验室/中国热科院生物所/甘蔗研究中心主任阙友雄与中科院华南植物园研究员罗鸣担任通讯作者。该研究获得国家热带农业科学中心甘蔗科技创新团队、热带作物生物育种全国重点实验室科研专项、国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的联合支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202503102