区块链技术在国土空间生态修复中的应用构想

　　摘要：国土空间生态保护修复是自然资源部门“两统一”职责之一，是建设生态文明和推动高质量发展的重要举措。当前国土空间生态修复面临项目统筹难度大、审批流程长、资金支出进度缓慢、监管难度大等困境。区块链技术是推动公共治理高效、安全和智能化的重要工具。文章在系统梳理区块链技术要点和国土空间生态修复困境的基础上，分析区块链技术应用于国土空间生态修复的可行性，提出基于基础设施、技术、功能、应用、目标五个层面的应用技术框架构想，以及加快技术研发与试点探索、完善基础设施与配套、强化人才队伍建设、加强标准化建设和支撑、激励多元主体协同联合的实施路径。

　　关键词：区块链技术;国土空间生态修复;应用构想;路径

　　引言

　　为实现山水林田湖草整体保护、系统修复、综合治理，党中央赋予自然资源部门统一行使国土空间生态保护修复职责。国土空间生态修复是指为实现国土空间格局优化、生态系统健康稳定和生态功能提升的目标，按照山水林田湖草是一个生命共同体的理念，对因长期高强度开发建设、不合理利用和自然灾害等造成生态系统严重受损退化、生态功能失调和生态产品供给能力下降的区域，采取工程和非工程等综合措施进行生态恢复、生态整治、生态重建、生态康复的过程和有意识的活动[1-2]。

　　目前，我国已持续开展了山水林田湖草生态保护修复工程、全域土地综合整治、矿山生态修复、海洋生态修复等多种类型的国土空间生态修复工程，成效显著。生态系统是由生物与非生物相互作用结合而成的结构有序的统一整体，涉及山、水、林、田、湖、草、沙等多种生态要素，涵盖生态、农业、城镇三大空间，在这个统一整体中，生物与环境之间相互影响、相互制约，并在一定时期内处于相对稳定的动态平衡状态。

　　受气候变化、自然灾害等自然因素和高强度国土开发利用等人为因素的双重影响，加之生态系统的脆弱性、生态问题的复杂性、生态修复的长期性等问题，国土空间生态修复工作在推进过程中面临项目统筹难度大、审批流程长、资金支出进度缓慢、监管难度大等困境，严重制约了生态保护修复工作效果的及时发挥，亟需探索有效破解上述难题的新技术。

　　2017 年《国务院办公厅关于积极推进供应链创新与应用的指导意见》②中指出要积极研究利用区块链、人工智能等新技术。2019 年，中共中央政治局第十八次集体学习对区块链技术发展现状和趋势进行了研究，习近平同志强调，要把区块链作为核心技术自主创新重要突破口，加快推动区块链技术和产业创新发展，提高运用和管理区块链技术能力，使区块链技术在建设网络强国、发展数字经济、助力经济社会发展等方面发挥更大作用[3]。

　　2022 年 1 月发布的《杭州市重大建设项目“十四五”规划》③提出，杭州市将打造中国区块链之都，推进区块链技术在商贸金融、民生服务、智能制造等领域的深度应用。《广东省智慧自然资源总体设计方案》提出，要运用区块链技术推动自然资源资产管理。区块链(Blockchain)是一种分布式数据存储、点对点传输、应用共识机制、加密算法的计算机新型应用模式[4]，本质上是一个共享、可信的公共总账[5]。

　　区块链是一项致力于推动公共治理高效、安全和智能化的信息化技术，已广泛应用于金融[6]、保险[7]、产品溯源[8]、资金监管[9]等领域，在环境治理[5]、乡村治理[10]、自然资源管理[11]、工程项目管理[12]等方面具有一定的应用潜力。基于此，本研究结合区块链技术功能特点和国土空间生态修复内涵，面向国土空间生态修复工作的困境和技术需求，分析区块链技术应用于国土空间生态修复的可行性，探索构建基于区块链技术的国土空间生态修复应用技术框架，设计提出相关实施路径，以期为推动区块链技术在国土空间生态修复中的应用提供相关参考。

　　1 区块链技术概述

　　广义的区块链是指利用加密链式区块结构来存储与验证数据、利用分布式共识算法来新增和更新数据、利用运行在区块链上的代码来保证业务逻辑自动强制执行的一种全新的多中心化基础与分布式计算范式[12]，因其采用分布式存储，因此也被称为分布式账本技术。区块链是一项以密码学理论和通信安全理论为基础，综合 P2P 网络、时间戳、非对称性加密、智能合约等技术的互联网数据库技术[12]。区块链本质上是一种互为信任化的合作模式[13]，可以使全社会进入到一种去中心化数据库系统，对提升公共治理能力，实现国家治理体系和治理能力现代化有重要作用。

　　1.1 信息共享区块链的核心功能是基于 P2P 网络技术，以区块链组网构建分布式账本，以“点对点”和“端对端”组网方式实现区块链中各个节点的自由连接，保障区块链中各个节点计算机地位的平等性和自由交易，而无需以往强制性中心的控制，无固定和唯一的中心，保障区块链中各参与方的信息能够最大程度地共享互通。

　　1.2 信息可追溯性和不可篡改性时间戳(Timestamp)是指 1970 年 1 月 1 日格林尼治时间 00:00:00(北京时间 1970 年 01 月 01日 08:00:00)到现在的总秒数，表示在某个特定时间点存在数据。在区块链系统中，每一个新区块生成时，都会被记录生成时间，最终依照区块生成时间的先后顺序相连成区块链，每个独立节点又通过 P2P 网络建立联系，最终形成中心化的分布式时间戳服务系统。时间戳技术是保证区块链数据库可追溯和数据不可篡改的重要技术支撑，通过精准记录实施过程，监督实施主体，明晰责任划分，提高数据可信度。

　　1.3 智能化管理智能合约(Smart contract)是根据 if/then 原则开发的计算机程序，将智能合约程序植入区块链后，能实现对整个项目合同约定的时间节点、数量、规格、资金拨付等事项内容的自动化智能管理，根据预设时间节点自动督促交易双方按照合同履约，减少控制中心人为控制导致的延误，节省工作时间，提升项目实施的智能化水平，提高工作效率。

　　1.4 开放型区块链技术通过双方签约，将有关交易数据和参数全链公开传播，根据需要将交易数据公开至部分或全部节点，便于节点为交易数据背书，进而实现区块链不同程度的信息开放和数据库的公开透明化。区块链技术的开放性有利于各节点了解和掌握全链范围内的交易情况，在监督区块链交易等活动的同时，还可为相似节点提供公平竞争机会，减少因信息不对称引起的风险和不必要的损失。

　　1.5 信息安全性非对称加密(Asymmetric cryptographic)技术的加密和解密是两个完全独立的过程，使用的是两种不同类型的“独立密码”，加密时一个是“公钥(Publickey)”，另一个是“私钥(Privatekey)”，在使用公钥或者私钥进行数据加密时，正确的数据只能通过相对应的密钥认证获取，进而实现信息加密保护和数字身份认证等，保障用户信息安全。

　　2 应用可行性分析

　　2.1 困境解析

　　目前，自然资源部门正在稳步推进山水林田湖草生态保护修复工程、全域土地综合整治、矿山生态修复、海洋生态修复、自然保护地建设等国土空间生态保护修复工作，保障国家及区域生态安全和高质量发展。在取得显著成效的同时，也面临着项目统筹难度大、审批流程长、资金支出进度慢、监管难度大等现实困境。

　　以国家第三批山水林田湖草生态保护修复工程试点之一的广东省粤北南岭山区山水林田湖草生态保护修复工程项目为例，该项目包括矿山环境治理恢复工程、土地整治与土壤修复利用工程、生态系统和生物多样性保护工程、流域水环境保护及治理工程 4 大类，共 17 项治理工程[14]，含 300 多个子项目。项目实施主体涉及自然资源、生态环境、农业农村、水利、住建、文旅、交通、财政等部门，由于信息共享渠道不畅，项目实施过程中常遇到项目类型多、验收标准差异大、项目实施周期不统一等问题;项目投入资金 90 余亿元，涉及资金量大的子项目需要多层审批。

　　项目验收易受招投标工作、天气、项目变更、植物生长周期等因素制约，影响预算执行进度;项目信息量大、信息差异大，任务复杂，管理组织规模大、管理层次多，极大地增加了项目监管难度，不利于高效推动项目建设和显现生态修复成效。经过梳理分析，导致以上困境的原因可细分为生态要素多、项目类型多、项目信息量大、资金量大、信息共享程度低、过于依赖控制中心、信息反馈不及时、资料不完善、公众监督难度大等，可进一步总结归纳为：项目存在信息孤岛、项目纠错成本高、智能化管理水平低、信息反馈效率低、控制中心集中化、资料不详实和公众参与度低。

　　2.2 应用潜力分析

　　2019 年 11 月，自然资源部印发了《自然资源部信息化建设总体方案》④，指出通过建立国土空间生态修复监管系统，对国土空间综合整治、土地整理复垦、矿山地质环境恢复治理和生态修复等国土空间生态修复工作进行统一管理和监督。为加快自然资源信息化建设，持续推进自然资源治理体系和治理能力现代化，2021 年广东省自然资源厅印发了《广东省智慧自然资源总体设计方案》⑤，明确要探索建立土地整治、土地复垦、矿山修复、海洋生态修复、山水林田湖草一体化修复等重大项目的信息化跟踪、监督、监测机制。

　　运用区块链技术推动自然资源“三资一体”资产管理，利用知识图谱技术赋能自然资源全周期审批监管，保障自然资源底数清晰、配置科学、保护有力、利用高效，落实自然资源政务服务“一网通办”、自然资源管理“一网统管”。构建集调查监测、审批监管、评价评估、预测预警和智慧赋能五大能力的智慧自然资源监管平台，实现全要素全流程精细化管理和数字化智能审查，助力自然资源高效利用。

　　可以将区块链技术作为招投标、质量控制、成本控制、合同管理、进度管理、风险管控、安全管理等管理环节的技术手段，来实现项目信息全方位全流程管理。同时，还可以运用区块链技术组织协调国土空间生态修复项目中的各项事务，提升项目管理的智能化水平，为促进国家治理体系和治理能力现代化提供新思路与新方法。除政策制度外，国土空间生态修复项目统筹难度大、审批流程长、资金支出进度慢、监管难度大等问题更多属于技术层面的问题，而区块链技术为解决这些难题提供了可能。

　　通过实地调研和咨询专家，结合区块链技术的功能，经对比分析，区块链技术的信息共享功能可为生态修复项目中的信息孤岛、信息反馈效率低、数据控制中心过于集中等问题提供解决路径;信息的可追溯性和不可篡改性可通过信息操作记录，监督实施过程，精准定位工作责任主体和时间节点，提高工作效率，节省纠错成本，保障资料内容详实;区块链技术的信息安全性保障了公众参与生态修复工作的个人信息安全;自动化的智能合约技术提升了国土空间生态修复工作和项目管理的智能化水平;区块链技术的开放性功能可面向全链节点公开交易数据，实现信息开放和数据库公开透明，有利于公众参与和监督，摆脱数据控制过度集中的困境，有利于国土空间生态修复主体由“单一体”向“多元化”转变。

　　3 应用技术框架构想基于基础设施、技术、功能、应用和目标五个层面，立足现有自然资源信息化设施，依托“自然资源云”平台，借助“智慧自然资源”和“生态修复监测监管系统”，探索搭建贯通国家、省、市、县、镇，联通自然资源、生态环境、农业农村、水利、住建等涉及生态修复业务相关部门的全链节点设施，打造“区块链+国土空间生态修复”模式，为国土空间生态修复业务应用和衔接融合奠定基础，助力自然资源部门履行国土空间生态保护修复职责。

　　3.1 基础设施层面以“自然资源云”现有的服务器、网络、存储、加密、安全维护等运行环境为区块链基础设施，借助基于调查监测、审批监管、评价评估、预测预警和智慧赋能的“智慧自然资源”设计，以国家、省、市等各级国土空间生态修复监测监管系统为依托，引入 P2P 网络、时间戳、非对称加密、哈希算法、智能合约等技术与算法，建立区块链分布式节点。通过区块链管理平台建设，实现国土空间生态修复工作的统一管理与调度。

　　3.2 技术层面基于自然资源基础层设施，以及 P2P 网络、时间戳、非对称加密、哈希算法、智能合约等算法，实现防篡改、可编程、安全可行、智能化、去中心化等目标，开展区块链相关基础技术研发。

　　3.3 功能层面通过数据共识共享，冲破传统工作中不同层级、部门间的信息壁垒;通过对接链下业务系统，实现链上链下业务多方协作;借助智能合约程序，对合同约定的有关事项进行自动化智能管理，督促签约方按照合同履行合约;通过信息加密保护、数字身份认证、全链信息公开，实现国土空间生态修复工作公开透明和用户信息保护，便于公众监督并保障信息安全。

　　3.4 应用层面面向统一行使国土空间生态保护修复职责的技术需求，围绕目前自然资源部门正在推进的山水林田湖草生态保护修复工程、全域土地综合整治、矿山生态修复、海洋生态修复工作，建立涵盖生态、农业、城镇三大空间，涉及矿山、森林、湿地、海洋、农田等生态要素，包括调查评估、规划设计、项目实施、验收评价、绩效评价、管护保护等工作流程的区块链技术应用服务体系。为国家、省、市、县、镇五个行政层级中涉及生态修复的自然资源、生态环境、农业农村、水利等相关部门，以及企事业单位、社会公众提供国土空间生态修复相关信息服务。

　　3.5 目标层面

　　随着国土空间生态修复工作的快速推进，其内涵日益丰富，其目标已由最初的保护和修复受损生态系统、保障区域生态安全扩展并涵盖“碳达峰碳中和”、自然资源高水平保护和高效率利用、乡村振兴、保障粮食安全、人居环境改善、生态产品价值实现和推动共同富裕等领域。随着国土空间生态修复工作向纵深发展，其目标和业务类型将日益多样化，这有利于国土空间生态修复工作的多元化，并促使其取得系统性、整体性成效。

　　目前，广东省正在积极开展基于现有土地整治监测监管系统的模块增设和改造升级实践工作，探索建立涵盖山水林田湖草生态保护修复工程、全域土地综合整治、矿山生态修复、垦造水田、建设项目临时用地复垦等工作，兼具省、市、县国土空间生态修复规划成果数据治理和生态补偿管理数据运营服务的监测监管系统，以实现全省国土空间生态修复监测监管工作“一张图”的系统业务运营服务。然而，受部门内部业务条块化管理、部门之间数据信息壁垒、部分数据信息量化难度大、区域间数据信息基础设施条件不一、专业技术人才短缺等因素制约，区块链技术在国土空间生态修复中的应用依然任重道远。

　　4 实施路径

　　4.1 加快技术研发与试点探索区块链是一项新理论、新技术、新产业，与国土空间生态修复工作的结合和应用尚处于理论论证层面，在信息共享、组网并联、智能合约、身份认证等方面的技术积累尚为空白，应加大生态修复区块链技术基础研究和应用技术研发投入，聚焦场景打造、链上链下协同、信息兼容、组织结构梳理等关键技术攻关，推动区块链技术与自然资源管理工作融合创新发展。探索“区块链+国土空间生态修复”“区块链+生态产品价值实现”等新模式，打造全域土地综合整治、矿山市场化利用、红树林保护、碳排放权交易等典型性区块链应用场景和新兴业态。

　　按照统筹谋划、试点先行、稳步推广的原则，根据生态修复各领域业务的信息化水平和现实需求，择优选择一批项目或者区域进行试点，积极探索，及时总结试点成功模式和经验并示范推广。扩大区块链技术在山水林田湖草生态保护修复工程、全域土地综合整治、矿山生态修复、森林生态修复、海洋生态修复、生态补偿等领域中的应用和推广范围。

　　4.2 完善基础设施与配套区块链技术是“可编程社会”高效运转的技术基础[5]。生态修复项目，如山水林田湖草生态保护修复工程、矿山生态修复、森林保护修复等大多位于经济欠发达地区，往往缺乏数字化基础设施、人才力量、经济利益驱动力，不利于区块链技术的推广应用。

　　此外，同一地区不同层级相关机构在技术水平和基础设施方面的不均衡，也不利于区块链技术在国土空间生态修复领域的落地生效和纵深发展。应依托数字乡村发展战略的实施和数字政府建设，发挥通信产业技术优势，加快补齐信息技术在农村基层应用的硬件设施、软件设施和技术力量短板，建立健全农村自然资源基础信息数据和生态系统天空地一体化监测体系，提升边远山区、欠发达地区生态修复数字化、自动化、智能化水平，为区块链技术在国土空间生态修复各领域的推广应用奠定设施基础。

　　4.3 强化人才队伍建设可通过在高校开设相关专业，通过将区块链技术、人工智能与生态学、地理学、土壤学、环境科学、环境工程、林学、海洋学等课程交叉设置的措施，培养交叉性、复合型人才，促进生态修复领域与区块链领域人才的交流和融合发展。借助数字政府、智慧自然资源信息化平台优势，培养、引进生态修复和区块链领域复合型领军人才，多渠道打造国土空间生态修复区块链专业人才队伍。鼓励生态修复领域人员学习区块链技术知识，通过开展理论和应用专业技术培训，培养造就一批懂生态修复、善用互联网、懂运营、会研发、能维护的高素质专业技术人才，助推区块链技术在相关领域中的拓展应用。

　　4.4 加强标准化建设和支撑2016 年，《中国区块链技术和应用发展白皮书(2016)》首次提出中国区块链标准体系框架，将区块链标准分为基础、过程和方法、可信和互操作性、业务和应用、信息安全五个大类。总体上看，国内国际区块链领域的标准正处于培育期，大部分关键性标准处于研制阶段或尚未开始研制，缺乏高适用性、通用的关于区块链技术的国家、行业、地方、团体标准。接下来，应围绕国土空间生态修复区块链技术应用标准化现实需求，按照“急用先行、成熟先上”原则开展标准研制工作，明确标准名称、性质、适用范围等内容，优先开展基础标准研制。

　　逐步建立完善国土空间生态修复数据结构和数据规范，明确相关标准化要求，规范信息采集方式方法，制定统一的数据格式标准和口径。鼓励区块链产业化龙头企业、高校院所、企事业单位、社会组织等组建区块链协同创新联盟，合作研制基于国土空间生态修复的区块链相关标准。此外，应积极跟踪国际区块链标准化进展，关注和参与国际及区域统一标准制定，借鉴发达国家生态修复经验，制定适合我国国情的国际标准化工作策略，提升我国在国土空间生态修复区块链相关标准制定中的话语权。

　　4.5 激励多元主体协同联合除自然资源部门外，国土空间生态修复工作涉及生态环境、农业农村、水利、住建、文旅、财政等职能部门，还涉及金融机构、保险、信贷、担保等投资主体，应充分发挥自然资源部门在组织协调、信息共享、项目设计、监测监管、技术支撑等方面的主导作用，带领国土空间生态修复区块链行业中各职能部门、企业、金融机构、科研机构、监管部门、行业社会组织等主体共同搭建信息交流共享平台，建立长效合作工作机制，实现国土空间生态修复区块链领域多元主体的协同联动，推动国土空间生态修复提质增效。

　　参考文献

　　[1]吴次芳,肖武,曹宇,等.国土空间生态修复[M].北京：地质出版社，2019.

　　[2]曹宇,王嘉怡,李国煜.国土空间生态修复:概念思辨与理论认知[J].中国土地科学,2019,33(7):1-10.

　　[3]佚名.把区块链作为核心技术自主创新重要突破口加快推动区块链技术和产业创新发展[N].人民日报,2019-10-26(01).

　　[4]工业和信息化部信息化和软件服务业司.中国区块链技术和应用发展白皮书[R].北京：工业和信息化部信息化和软件服务业司，2016:1-5.

　　[5]杨煜.基于区块链赋能的生态环境治理网络研究[J].电子政务,2021(4):105-113.

　　[6]张礼卿,吴桐.区块链在金融领域的应用：理论依据、现实困境与破解策略[J].改革,2019(12):65-75.

　　作者：吴家龙 1，苏梦园 2，邓婷 3，苏少青 1，冯妙玲 1，李晓澄 1

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