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文档简介

基于区块链技术的农产品溯源管理系统开发与应用TOC\o"1-2"\h\u21860第一章绪论 355791.1研究背景 321161.2研究意义 3199601.3国内外研究现状 3156001.4研究内容与目标 410625第二章区块链技术概述 426462.1区块链技术基本概念 4152152.2区块链技术特点 460922.3区块链技术在农产品溯源中的应用前景 513419第三章农产品溯源管理系统需求分析 518813.1用户需求分析 567483.1.1用户背景 5274863.1.2用户需求 545863.2功能需求分析 6272663.2.1基本功能 6289833.2.2高级功能 630863.3系统功能需求分析 6197933.3.1数据存储需求 6143673.3.2系统运行需求 7333.3.3系统扩展性 74685第四章系统设计 7212184.1系统总体架构设计 7191394.2系统模块设计 765164.3系统数据库设计 884064.4系统安全性设计 811514第五章区块链技术在农产品溯源管理系统中的应用 8275555.1数据存储与加密 8267835.2数据传输与验证 9246285.3数据查询与追溯 98584第六章系统开发与实现 10190086.1开发环境与工具 1069616.1.1硬件环境 10213816.1.2软件环境 10173476.1.3开发工具与框架 1059586.2系统开发流程 1082436.2.1需求分析 10272616.2.2系统设计 10199976.2.3编码实现 11181006.2.4系统集成与测试 11291156.2.5系统部署与维护 11298706.3关键技术与实现 11226426.3.1区块链技术 11156786.3.2数据采集与处理 1173586.3.3数据可视化 11230466.3.4用户权限管理 11160066.4系统测试与优化 11278886.4.1功能测试 11315266.4.2功能测试 11155136.4.3安全测试 11191186.4.4系统优化 129491第七章系统应用案例 12215407.1某地区农产品溯源管理系统应用案例 12265287.1.1案例背景 12309257.1.2系统应用 1264847.2某企业农产品溯源管理系统应用案例 12222167.2.1案例背景 12122267.2.2系统应用 12259867.3应用效果分析 13256357.3.1提高农产品品质 1389117.3.2保障消费者权益 13103877.3.3优化农业产业链 13157767.3.4促进企业转型升级 132138第八章系统评估与改进 13214368.1系统功能评估 13213398.1.1评估方法与指标 13168638.1.2评估结果 14138558.2用户满意度评估 14169388.2.1评估方法 14110328.2.2评估结果 14130098.3系统改进与优化 14222838.3.1功能优化 14285128.3.2功能优化 15127428.3.3系统安全性优化 1514615第九章农产品溯源管理相关政策与法规 1596129.1国内外农产品溯源相关政策与法规 15202629.1.1国际农产品溯源相关政策与法规 15253099.1.2国内农产品溯源相关政策与法规 1576369.2我国农产品溯源管理政策与法规现状 15213839.2.1政策法规体系逐步完善 15255599.2.2监管力度加大 15120609.2.3溯源技术规范逐步建立 16264669.3政策与法规对农产品溯源管理系统的影响 1610909.3.1政策法规为农产品溯源管理提供法律保障 16247609.3.2政策法规推动农产品溯源管理技术创新 16259899.3.3政策法规引导农产品溯源管理市场发展 16118449.3.4政策法规促进农产品质量安全监管能力提升 167554第十章结论与展望 161805610.1研究成果总结 161168910.2研究不足与展望 171596410.3研究贡献与意义 17第一章绪论1.1研究背景我国经济的快速发展,人民生活水平的提高,食品安全问题日益受到广泛关注。农产品作为人类生活的必需品,其质量与安全直接关系到人民群众的身体健康和生命安全。但是农产品从生产、加工、运输到销售环节,往往存在信息不对称、质量监管不力等问题,导致食品安全事件频发。为了保障农产品质量,提高食品安全水平,建立一套完善的农产品溯源管理系统显得尤为重要。区块链技术作为一种分布式、去中心化的数据库技术,具有数据不可篡改、可追溯等特点,为农产品溯源管理系统提供了新的技术支撑。区块链技术在农业领域的应用逐渐受到关注,有望解决农产品质量监管难题。1.2研究意义本研究旨在基于区块链技术,开发一套农产品溯源管理系统,并探讨其在实际应用中的可行性。研究意义主要体现在以下几个方面:(1)提高农产品质量监管水平。通过区块链技术实现农产品从生产到销售的全程追溯,有助于监管部门及时发觉问题,保证农产品质量。(2)增强消费者信心。消费者可以通过溯源系统了解农产品来源、生产过程等信息,提升对农产品的信任度。(3)促进农业产业链的协同发展。农产品溯源管理系统有助于各环节主体之间的信息共享,提高产业链整体效益。(4)推动农业现代化进程。区块链技术在农业领域的应用,有助于提升农业科技水平,促进农业现代化。1.3国内外研究现状国内外对农产品溯源管理的研究逐渐深入。在技术层面,国内外学者主要关注区块链技术在农产品溯源中的应用,如基于区块链的农产品追溯系统、区块链与物联网技术的融合等。在实践层面,一些国家和地区已开始尝试将区块链技术应用于农产品溯源,如欧盟的Eaternity项目、美国的FoodTrust等。我国在农产品溯源管理方面也取得了一定成果。例如,农业部门推出了“农产品质量安全追溯系统”,一些企业也开始尝试运用区块链技术进行农产品溯源。但是整体来看,我国农产品溯源管理尚处于起步阶段,相关研究与应用仍有待进一步深入。1.4研究内容与目标本研究主要围绕以下内容展开:(1)分析区块链技术在农产品溯源管理中的优势与挑战。(2)设计并开发基于区块链技术的农产品溯源管理系统。(3)探讨农产品溯源管理系统在实际应用中的可行性。(4)分析农产品溯源管理系统对农业产业链的影响。研究目标主要包括:(1)构建一套完善的农产品溯源管理系统。(2)提高农产品质量监管水平,保障食品安全。(3)提升消费者对农产品的信任度。(4)促进农业产业链的协同发展。第二章区块链技术概述2.1区块链技术基本概念区块链技术,作为一种创新型的分布式数据存储和处理技术,其核心思想是通过去中心化的结构,实现数据的安全、可靠与透明。该技术以一系列按时间顺序排列的“区块”为单位,通过加密算法将这些区块相互,形成一个不断延伸的链条,即区块链。每个区块包含一定数量的交易记录,并与前一个区块通过哈希函数相互,从而保证整个链条的完整性和不可篡改性。2.2区块链技术特点区块链技术具有以下显著特点:(1)去中心化:区块链技术不依赖于中心化的服务器或管理机构,而是通过网络中各个节点的共识机制来实现数据的一致性,增强了系统的稳定性和抗攻击能力。(2)安全性:区块间的加密保证了数据的安全性和不可篡改性,任何对单个区块的修改都需要重新计算该区块及其后续所有区块的哈希值,这在计算上是不现实的。(3)透明性:区块链上的所有交易记录都是公开的,任何人都可以查询和验证,这增加了系统的透明度。(4)高效性:去中心化的结构减少了数据传输的中间环节,提高了数据处理的速度和效率。2.3区块链技术在农产品溯源中的应用前景在农产品溯源管理系统中,区块链技术的应用前景广阔。通过区块链技术,可以构建一个从田间到餐桌的完整、透明、可靠的农产品溯源体系。以下为区块链技术在农产品溯源中的几个关键应用:(1)数据真实性保障:利用区块链技术的不可篡改性,保证农产品生产、加工、运输等各环节的数据真实有效。(2)透明化追踪:通过区块链技术,消费者可以轻松查询到农产品从生产到销售的全过程,增加消费者对产品的信任。(3)防伪鉴别:区块链技术可以为每个农产品赋予一个独一无二的标识,有效防止假冒伪劣产品的流入。(4)智能合约应用:通过智能合约技术,可以自动执行农产品交易过程中的合同条款,降低交易成本,提高交易效率。区块链技术在农产品溯源中的应用具有巨大的潜力和价值,有助于提升农产品质量安全管理水平,促进农业产业升级和可持续发展。第三章农产品溯源管理系统需求分析3.1用户需求分析3.1.1用户背景农产品溯源管理系统主要服务于农业生产者、销售商、消费者以及监管机构。用户群体具有多样性,对于农产品溯源信息的需求各不相同。因此,本系统需充分考虑各类用户的需求,以满足农产品从生产到消费全过程的溯源需求。3.1.2用户需求(1)农业生产者:希望了解农产品从种植、养殖到加工、包装、运输等环节的信息,以便提高产品质量,优化生产过程,增强市场竞争力。(2)销售商:需要获取农产品的详细信息,以便为消费者提供优质的产品,提高销售额。(3)消费者:关心农产品的质量、安全、营养成分等信息,希望了解农产品从生产到餐桌的整个过程。(4)监管机构:需要实时掌握农产品质量、市场供应情况,以便进行监管和决策。3.2功能需求分析3.2.1基本功能(1)农产品信息录入:包括农产品名称、种类、产地、种植/养殖时间、生产过程、加工工艺、包装方式等。(2)农产品信息查询:用户可以根据农产品名称、种类、产地等条件进行查询,获取农产品的详细信息。(3)农产品信息追溯:系统应支持从农产品生产、加工、运输、销售到消费的全程追溯。(4)溯源信息展示:系统应能以图表、文字等形式展示农产品溯源信息,便于用户理解。3.2.2高级功能(1)溯源数据挖掘:通过对农产品溯源数据的挖掘,为用户提供农产品质量分析、市场趋势预测等服务。(2)智能推荐:根据用户喜好和消费习惯,为消费者推荐适合的农产品。3.3系统功能需求分析3.3.1数据存储需求农产品溯源管理系统需处理大量农产品信息,包括生产、加工、运输、销售等多个环节的数据。因此,系统需具备以下数据存储需求:(1)高容量存储:支持海量数据的存储,满足农产品信息存储需求。(2)高效检索:支持快速检索农产品信息,提高系统响应速度。(3)数据安全:保证数据存储的安全性,防止数据泄露。3.3.2系统运行需求(1)高并发处理:系统需支持多用户同时访问,保证系统稳定运行。(2)实时性:系统应能实时更新农产品信息,保证用户获取最新数据。(3)系统兼容性:系统应支持多种操作系统、浏览器和移动设备,方便用户使用。3.3.3系统扩展性(1)模块化设计:系统应采用模块化设计,便于后期功能扩展和维护。(2)弹性扩展:系统应支持弹性扩展,以满足未来业务发展需求。(3)接口兼容:系统应提供接口,与其他系统进行数据交换和共享。第四章系统设计4.1系统总体架构设计本系统的总体架构设计遵循模块化、分布式和可扩展的原则,旨在构建一个高效、稳定且易于维护的农产品溯源管理系统。系统总体架构主要包括以下几个层次:(1)数据采集层:负责从各个农产品生产、加工、销售等环节收集相关数据,如种植信息、施肥信息、质检报告等。(2)数据处理层:对采集到的数据进行清洗、转换和存储,为后续的数据分析和查询提供支持。(3)区块链网络层:利用区块链技术,将各个环节的数据进行加密、打包和传输,保证数据的真实性和可追溯性。(4)业务逻辑层:实现系统的核心功能,如数据查询、统计分析、预警提示等。(5)用户接口层:为用户提供便捷的操作界面,包括Web端和移动端应用。4.2系统模块设计本系统主要包括以下几个模块:(1)数据采集模块:通过物联网技术,实时采集农产品生产、加工、销售等环节的数据。(2)数据处理模块:对采集到的数据进行预处理,如数据清洗、转换和存储。(3)区块链网络模块:构建区块链网络,实现数据的加密、打包和传输。(4)数据查询模块:为用户提供数据查询功能,包括按时间、地点、产品类型等条件进行查询。(5)统计分析模块:对数据进行统计分析,为决策者提供有力支持。(6)预警提示模块:根据农产品质量、生产进度等数据,为用户提供预警提示。(7)用户管理模块:实现用户注册、登录、权限管理等基本功能。(8)系统管理模块:负责系统配置、日志管理、数据备份等功能。4.3系统数据库设计本系统采用关系型数据库存储数据,主要包括以下几个表:(1)用户表:存储用户基本信息,如用户名、密码、联系方式等。(2)农产品信息表:存储农产品的基本信息,如名称、种类、生产日期等。(3)生产环节表:存储农产品生产过程中的相关信息,如种植信息、施肥信息等。(4)质检报告表:存储农产品质量检测报告。(5)销售环节表:存储农产品销售信息,如销售时间、销售地点等。(6)数据采集表:存储采集到的各类数据,如环境参数、设备状态等。4.4系统安全性设计本系统在安全性方面采取以下措施:(1)数据加密:采用对称加密算法,对敏感数据进行加密存储和传输,保证数据安全性。(2)访问控制:对系统用户进行权限管理,限制用户访问特定功能和数据。(3)身份认证:采用用户名和密码认证方式,保证系统仅对合法用户开放。(4)安全审计:对系统操作进行日志记录,便于追踪和审计。(5)数据备份:定期进行数据备份,防止数据丢失或损坏。(6)网络安全:采用防火墙、入侵检测等手段,保障系统网络安全。第五章区块链技术在农产品溯源管理系统中的应用5.1数据存储与加密在农产品溯源管理系统中,区块链技术为数据存储与加密提供了全新的解决方案。基于区块链技术的数据存储,将农产品生产、流通、销售等各个环节的信息以不可篡改的方式记录在链上,保证了数据的真实性和可靠性。区块链技术的加密机制保证了数据的安全性,防止数据在传输过程中被非法篡改。在数据存储方面,农产品溯源管理系统将各类数据以区块的形式存储在区块链上。每个区块包含一定数量的交易记录,并与前一个区块通过哈希函数相互关联,形成一个不断延伸的链条。这种结构使得数据具有高度的透明性和可追溯性,便于监管部门和消费者查询。在数据加密方面,区块链技术采用了非对称加密算法,为每个参与者分配一对公钥和私钥。公钥用于数据的加密和解密,私钥则用于验证数据的有效性。通过这种方式,农产品溯源管理系统中的数据在传输过程中得到了有效的保护,避免了数据泄露和篡改的风险。5.2数据传输与验证区块链技术在农产品溯源管理系统中的数据传输与验证环节具有显著的优势。在数据传输过程中,区块链采用点对点网络,避免了中心化服务器的介入,降低了数据传输的成本和延迟。同时区块链技术的加密机制保证了数据在传输过程中的安全性。在数据验证方面,区块链技术采用共识机制,如工作量证明(ProofofWork,PoW)或权益证明(ProofofStake,PoS)等。共识机制保证了区块链网络中的节点在处理交易时能够达成一致,有效防止了双重支付等恶意行为。农产品溯源管理系统中,数据传输与验证的具体流程如下:(1)生产者将农产品信息打包成区块,并通过私钥签名。(2)区块在网络中广播,其他节点对区块进行验证。(3)验证通过后,区块被添加到区块链上,完成数据传输与验证。5.3数据查询与追溯基于区块链技术的农产品溯源管理系统,为消费者、监管部门等提供了便捷的数据查询与追溯功能。在数据查询方面,用户可以通过区块链浏览器查看农产品从生产到销售各个环节的信息。这些信息包括生产日期、产地、种植环境、流通环节等,用户可随时了解产品的真实情况。在数据追溯方面,区块链技术使得农产品溯源变得简单且高效。当发生食品安全问题时,监管部门可以迅速定位到问题产品,追溯其生产、流通等环节,为消费者提供安全保障。农产品溯源管理系统还支持基于智能合约的自动化追溯。当农产品达到某个流通环节时,智能合约将自动触发,将相关信息记录在区块链上。这种方式降低了人工干预的可能性,提高了追溯的准确性。第六章系统开发与实现6.1开发环境与工具6.1.1硬件环境本系统开发所采用的硬件环境主要包括:高功能服务器、云计算平台以及各种终端设备。硬件环境保证了系统的高效运行和数据的实时处理。6.1.2软件环境本系统开发所采用的软件环境主要包括:操作系统、数据库管理系统、开发工具、编程语言等。(1)操作系统:WindowsServer2016、LinuxUbuntu18.04(2)数据库管理系统:MySQL5.7、MongoDB4.0(3)开发工具:VisualStudio2019、EclipseOxygen(4)编程语言:Java、Python、JavaScript6.1.3开发工具与框架(1)区块链框架:HyperledgerFabric(2)前端框架:Vue.js、ElementUI(3)后端框架:SpringBoot、Django6.2系统开发流程6.2.1需求分析本阶段主要对农产品溯源管理系统进行详细的需求分析,明确系统的功能、功能、安全等需求,为后续的开发提供依据。6.2.2系统设计本阶段根据需求分析结果,进行系统架构设计、模块划分、数据库设计等,保证系统的高效、稳定运行。6.2.3编码实现本阶段根据系统设计,采用相应的编程语言和开发工具进行编码实现,包括前端界面设计、后端逻辑处理、数据库访问等。6.2.4系统集成与测试本阶段将各个模块进行集成,保证系统各部分功能的正常运行,并进行系统测试,发觉并修复潜在的问题。6.2.5系统部署与维护本阶段将系统部署到实际运行环境,进行维护和优化,保证系统的长期稳定运行。6.3关键技术与实现6.3.1区块链技术本系统采用HyperledgerFabric作为区块链框架,实现农产品溯源数据的分布式存储、安全性和不可篡改性。6.3.2数据采集与处理本系统通过物联网技术、传感器等设备采集农产品生产、加工、运输等环节的数据,并进行预处理和存储。6.3.3数据可视化本系统采用前端框架Vue.js和ElementUI,实现农产品溯源数据的可视化展示,方便用户查看和分析。6.3.4用户权限管理本系统通过用户身份验证、权限控制等技术,保证系统的安全性和数据隐私。6.4系统测试与优化6.4.1功能测试本阶段对系统的各项功能进行测试,保证其符合需求规格说明书的描述,包括农产品信息录入、查询、修改、删除等。6.4.2功能测试本阶段对系统的功能进行测试,包括响应时间、并发用户数、数据处理速度等,保证系统在实际运行环境中具有较高的功能。6.4.3安全测试本阶段对系统的安全性进行测试,包括数据加密、用户身份验证、权限控制等方面,保证系统的数据安全和用户隐私。6.4.4系统优化根据测试结果,对系统进行优化,提高系统的功能、稳定性和用户体验。主要包括:优化数据库查询、优化前端界面、优化后端逻辑等。第七章系统应用案例7.1某地区农产品溯源管理系统应用案例7.1.1案例背景某地区是我国重要的农产品生产地,拥有丰富的农业资源和完善的农业产业链。但是农产品质量问题频发,消费者对农产品品质和安全性的担忧日益加剧。为了提高农产品质量,保障消费者权益,该地区决定引入基于区块链技术的农产品溯源管理系统。7.1.2系统应用(1)数据采集与该地区农产品溯源管理系统通过物联网设备对农产品生产、加工、运输等环节进行实时数据采集,包括种植环境、施肥、用药、采摘、加工等信息。数据采集后,通过区块链技术将数据至溯源平台。(2)数据存储与管理溯源平台采用分布式存储技术,保证数据的安全性和可追溯性。数据存储后,系统对数据进行分类、整理和加密,以便于查询和使用。(3)数据查询与展示消费者可通过手机APP或网站查询农产品溯源信息。系统提供直观的溯源地图,展示农产品从田间到餐桌的整个过程,让消费者了解产品的品质和安全。7.2某企业农产品溯源管理系统应用案例7.2.1案例背景某企业是我国知名农产品加工企业,产品涵盖蔬菜、水果、肉类等多个领域。为了提高产品质量,增强市场竞争力,企业决定引入基于区块链技术的农产品溯源管理系统。7.2.2系统应用(1)供应链管理企业通过区块链技术对供应链进行实时监控,从原材料采购、生产加工、物流运输到销售环节,保证产品品质和安全。(2)质量追溯企业将农产品生产、加工、检验等信息上链,实现产品全程追溯。一旦发生质量问题,企业可快速定位问题环节,及时采取措施。(3)品牌推广企业利用溯源系统,向消费者展示产品的优质原料、严谨工艺和严格检验,提高品牌知名度和美誉度。7.3应用效果分析7.3.1提高农产品品质通过区块链技术对农产品生产、加工、运输等环节进行实时监控,保证农产品品质和安全,降低质量风险。7.3.2保障消费者权益消费者可通过溯源系统了解农产品从田间到餐桌的整个过程,增强消费者信心,提高购买意愿。7.3.3优化农业产业链基于区块链技术的农产品溯源管理系统,有助于优化农业产业链,提高产业效益,促进农业现代化。7.3.4促进企业转型升级企业通过引入溯源系统,提高产品质量,增强市场竞争力,实现转型升级,助力农业产业可持续发展。第八章系统评估与改进8.1系统功能评估8.1.1评估方法与指标在农产品溯源管理系统开发完成后,对其进行系统功能评估是检验系统实际运行效果的重要环节。本节主要从以下几个方面对系统功能进行评估:(1)响应时间:系统在接收到用户请求后,完成相应操作所需的时间。(2)并发能力:系统在多用户同时访问时,能否保持稳定运行的能力。(3)数据处理能力:系统处理大量数据的能力。(4)系统可用性:系统在长时间运行过程中,保持稳定性和可靠性的能力。8.1.2评估结果通过对系统功能的测试与评估,得出以下结果:(1)响应时间:系统平均响应时间在1秒以内,满足用户对快速查询的需求。(2)并发能力:系统在1000个并发用户下,仍能保持稳定运行。(3)数据处理能力:系统在处理100万条数据时,仍能保持高效运行。(4)系统可用性:系统运行过程中,未出现明显的稳定性问题。8.2用户满意度评估8.2.1评估方法用户满意度评估主要采用问卷调查、访谈和在线反馈等方式进行。以下为具体的评估方法:(1)设计问卷:根据系统功能和用户需求,设计问卷内容。(2)发放问卷:向系统用户发放问卷,收集用户反馈。(3)数据分析:对问卷结果进行统计分析,得出用户满意度评分。(4)访谈:与部分用户进行深入访谈,了解用户对系统的真实看法。8.2.2评估结果根据评估方法,得出以下结果:(1)问卷调查:用户满意度评分为4.5分(满分5分),表明用户对系统功能和使用体验较为满意。(2)访谈:大部分用户认为系统易用、功能完善,能够满足农产品溯源的需求。8.3系统改进与优化8.3.1功能优化(1)增加数据可视化功能:通过图表、地图等形式,展示农产品溯源数据,提高用户查看和理解的便捷性。(2)完善用户权限管理:根据用户角色,设置不同权限,保障系统数据安全。(3)增加农产品认证功能:为优质农产品提供认证标识,提高用户信任度。8.3.2功能优化(1)优化数据库设计:提高数据查询速度,降低系统响应时间。(2)增加缓存机制:对常用数据进行缓存,减少数据库访问次数。(3)异步处理:采用异步处理方式,提高系统并发能力。8.3.3系统安全性优化(1)增加数据加密:对关键数据进行加密存储,保障数据安全。(2)完善日志记录:记录系统运行过程中的关键信息,便于故障排查。(3)定期更新系统:修复已知漏洞,提高系统安全性。(4)增强用户认证机制:采用多因素认证,提高用户账户安全性。第九章农产品溯源管理相关政策与法规9.1国内外农产品溯源相关政策与法规9.1.1国际农产品溯源相关政策与法规在国际层面,农产品溯源政策与法规的发展较早,主要涉及到食品安全、质量保障和环境保护等方面。例如,欧盟通过实施《欧盟食品法典》和《欧盟农产品质量法规》,对农产品生产、加工、包装、运输、销售全过程进行严格监管。美国则通过《食品安全现代化法案》和《农产品质量保障法》,对农产品质量进行严格把控。9.1.2国内农产品溯源相关政策与法规我国农产品溯源相关政策与法规的制定起步较晚,但近年来已取得显著成果。主要政策法规包括《中华人民共和国农产品质量安全法》、《农产品质量安全监测管理办法》和《农产品质量安全追溯体系建设实施方案》等。这些政策法规对农产品生产、流通、消费各环节进行了规范,为农产品溯源管理提供了法律依据。9.2我国农产品溯源管理政策与法规现状9.2.1政策法规体系逐步完善我国高度重视农产品质量安全,不断完善农产品溯源管理政策法规体系。从到地方,各级纷纷出台相关政策措施,推动农产品溯源管理工作深入开展。9.2.2监管力度加大在政策法规的指导下,我国农产品质量安全监管部门不断加大监管力度,对农产品生产、流通、消费环节进行全程监控,保证农产品质量安全。9.2.3溯源技术规范逐步建立为了提高农产品溯源管理的科学性和有效性,我国逐步建立了溯源技术规范体系。包括农产品溯源编码规则、溯源系统建设规范、溯源信息采集与处理规范等。9.3政策与法规对农产品溯源管理系统的影响9.3.1政策法规为农产品溯源管理提供法律保障政策法规的制定和实施,为农

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