東海陸源污染治理的演化博弈分析

張林姣，沈滿洪,2

(1.寧波大學商學院 寧波 315211；2.浙江省生態文明研究中心 杭州 310018)

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東海陸源污染治理的演化博弈分析

張林姣1，沈滿洪1,2

(1.寧波大學商學院 寧波 315211；2.浙江省生態文明研究中心 杭州 310018)

隨著工業化和城鎮化的推進，陸源污染物的排放量在逐漸增加，東海作為陸源污染的主要接受者，其環境也逐漸惡化。文章基于演化博弈分析方法，從陸源污染的治理主體出發，從企業與地方政府之間、沿海地方政府之間、沿海政府與海島政府之間以及企業與公眾之間建立演化博弈模型，根據復制動態圖分析陸源污染治理的主體間的策略演進規律及其影響因素；根據相關因素提出相關策略，使演化博弈的穩定策略向(合作,合作)演化，以促進各主體協同治理陸源污染。

東海；陸源污染；污染治理；演化博弈；海洋環境

1 引言

隨著工業化和城鎮化的推進，中國的經濟發展取得前所未有的成果，同時水污染狀況形勢異常嚴峻。污水排海是當前沿海地區廢水排放的重要途徑，然而海洋納污能力有限，一旦超過其承載力，就會出現對海洋環境的破壞[1]。根據2006—2014年《中國近岸海域環境質量公報》，東海的四類及劣四類海水水質面積從2006年的52.2%到2014年的62.1%，有逐漸上升的趨勢，且四類及劣四類海水水質面積的比例遠遠大于其他三大海域，表明東海海洋環境在逐漸惡化。在海洋污染源中，陸源污染約占海洋污染的80%，已變成海洋污染的罪魁禍首[2]，對陸源污染的治理刻不容緩。海洋污染及陸源污染屬于公共問題，有效治理陸源污染從而減輕海洋污染，需要政府、企業、公眾多主體的共同參與，但各主體間存在利益博弈。為促進各主體共同治理，運用演化博弈的方法極具意義，因此本文從演化博弈的視角分析各主體的行為選擇和策略路徑，并解釋各主體選擇不合作策略的原因，針對原因提出相關對策建議。

國內外學者對環境污染治理的主體行為策略的研究主要選取監管者、污染產生者、污染治理的監督者這3個利益主體，可以將其劃分為中央政府與地方政府之間的博弈[3]、地方政府之間的博弈[4]、地方政府與企業之間的博弈[5-6]、企業與公眾之間的博弈[7]。在中央政府與地方政府之間的博弈方面，余敏江[8]認為破解“智豬博弈”需要科學劃分中央與地方政府在生態治理上的事權、財權，全面引入“綠色GDP”績效評價指標體系，逐步實現“區域限批”制度化，不斷完善生態治理問責制度，進一步健全生態補償機制；在政府與企業之間的博弈方面，劉洋[9]用“囚徒困境”分析經濟水平相同的地方政府間和經濟水平不同的地方政府間的跨區域環境治理，得出個人理性的提高和設立獎懲機制都有助于走出“囚徒困境”。在政府與企業之間的博弈方面，張學剛[10]認為減少政府因企業污染帶來的收益、降低政府監管成本、加大對企業污染的處罰等有助于環境質量的改善，而且建立以增加企業污染的聲譽成本以及提高地方政府縱容污染的政治成本等非物質成本的制度是改善環境質量的重要方向。在企業與公眾之間的博弈方面，杜建國[11]用演化博弈的方法分析環境污染中公眾與企業的行為，認為公眾參與下的企業環境行為路徑演化系統既可以向良好狀態演化，也可以“鎖定”于不良狀態；通過調節模型中的參數可以跳出不良“鎖定”狀態，應加大環保宣傳力度、建立網上公共平臺、加大對企業的罰款力度、鼓勵新技術開發。

綜合以上的研究結果可以發現，目前的研究多以博弈主體的完全理性為假設條件來分析治理主體的行為，并且以政府和企業之間的博弈為主，涉及多主體之間的污染治理博弈較少，用博弈的方法具體到陸源污染治理領域的幾乎沒有。鑒于在現實中博弈主體難以達到完全理性，策略的學習往往是長期不斷學習和調整的結果，因此本文用有限理性的演化博弈方法，重點從企業與地方政府之間、沿海地方政府之間、沿海政府與海島政府之間以及企業與公眾之間4個層面構建演化博弈模型，分析陸源污染治理主體間的策略演進，并分析當前主體選擇不治理策略的原因，以期為促進治理主體共同治理陸源污染提供理論依據。

2 政府與企業之間的博弈

東海陸源污染物的偷排漏排現象屢見不鮮。政府和企業追求的目標有所不同，企業追求利潤最大化，選擇治污就需要進行環保投資，對其利潤造成損失；為逃避治污的高昂成本，企業選擇被罰款也不治理，因為對企業來說不治理的利潤顯然高于治理的利潤。而政府的目標函數里包括公眾利益和GDP考核中的經濟利潤，政府一方面必須考慮環境污染給公眾帶來的影響，避免輿論壓力；另一方面在中央考評機制中經濟收入這一指標也非常重要，而地方政府的主要收入來源于企業的稅收，企業利潤的降低會影響政府的財政收入，因此政府作為監管者與企業之間存在博弈關系。

2.1 博弈假設

假設1：有政府和企業這2個群體，參與治理陸源污染的政府和企業都是有限理性人，政府和企業2個群體進行策略交往。政府選擇監管的概率為x、選擇不監管的概率為(1-x)，企業選擇治理污染的概率為y、選擇違法排污的概率為(1-y)。

根據以上假設，博弈支付矩陣如表1所示。

表1 沿海政府與企業之間的博弈支付矩陣

2.2 演化博弈分析

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

分別對企業和政府2類群體進行復制動態分析，得到復制動態方程分別為：

(C1x+Fx+W1-C1-W′1)

(7)

[F+G-C2-(F+G)y]

(8)

復制動態方程反映了博弈方學習的速度和方向，當其為0時，表示此時博弈達到一種相對穩定的狀態，選擇企業的博弈動態進行分析。

圖1 企業群體的復制動態相位

同理可得政府的復制動態相位圖(圖2)。

圖2 政府群體的復制動態相位

為了更直觀地表現政府和企業的復制動態方程，可用平面圖形表述二者的關系(圖3)。

圖3 政府和企業群體博弈的復制動態穩定性示意

從圖3可以看出，4個頂點處無演化穩定策略，其狀態是靜態博弈均衡分析的結果。但在眾多的企業和政府的博弈中，博弈不一定落在4個頂點處，將企業和政府的策略看成隨機變量，其均勻地分布在方格中，其中x軸代表政府監管的概率，y軸代表企業治理污染的概率。當初始狀態落在區域A時，該博弈收斂于x=0、y=0，即(不監管，非法排污)策略組合是政府和企業2個群體博弈的必然選擇；當初始狀態落在區域B時，該博弈收斂于x=1、y=0，即(監管，非法排污)策略組合是政府和企業2個群體博弈的必然選擇；當初始狀態落在區域D時，該博弈收斂于x=0、y=1，即(不監管，治理污染)策略組合是政府和企業2個群體博弈的必然選擇；當初始狀態落在區域C時，該博弈收斂于x=1、y=1，即(監管，治理污染)策略組合是政府和企業2個群體博弈的必然選擇。

2.3 解決博弈困境的啟示

市場經濟越發展，國民經濟增長率越高，城市的工業污染越嚴重，環境保護和經濟利益之間的沖突越激烈。企業的目標是追求利潤的最大化，企業在治理措施、成本、排污數量方面掌握的信息比政府充分，在違法成本F較低的情況下，同樣的資金投入到生產中可以增加利潤ΔR，而投入到環境保護和治理中則沒有顯而易見的利潤。在面臨治污成本C1和罰款成本F的選擇時，由于罰款成本F具有比較優勢，就會使企業不僅不積極治污，還會將罰款看做對非法排污的認可，因此出現屢禁屢排的現象。為逃避污染責任，一方面，企業會選擇扭曲各方面信息來逃避處罰；另一方面，由于監管成本C2過高，政府獲得企業的全部治理和排放信息的困難重重，加上政府選擇不監管時其公信力損失G過小，政府對企業的污染排放監管力度較小，這樣會增加企業逃避環境責任的可能性，大多數企業就會選擇直接將廢水排放到水源地，從而導致水污染。影響SC+D和SB+C的參數與其均是單調關系，其對企業治理和政府監督的策略演化方向如表2所示。

表2 參數的變化對企業和政府策略選擇的影響

參數變化概率變化相位面積變化與演化方向ΔR↓X*↓SC+D↑C1↓X*↓SC+D↑F↑X*↓,Y*↑SC+D↑,SB+C↑G↑Y*↑SB+C↑C2↓Y*↑SB+C↑

根據表2可知，為了解決企業的非法排污問題，在y保持不變的情況下，使演化策略向“治理”方向演化，可以降低企業的治理成本C1、增加罰款力度F、增加治理后的收益ΔR。加強政府監管力度，在x保持不變的情況下，使演化策略向“監管”方向演化，可以降低政府的監管成本C2、增加罰款力度F、增加社會公信力損失G。因此在現實中，巨大的治理成本和監管很難通過技術改變，而排污權交易機制可以減少企業治理陸源污染的成本和政府監管企業的排污成本，也能增加企業的收益。因此可以建立排污權交易機制以及加大對企業超排行為的處罰力度，引入公眾參與政府監管的監督，從而減少企業污染物的排放。

3 沿海政府之間的博弈

東海沿岸地方政府都在治理陸源污染，但努力程度不盡相同，之間的協調與合作也不盡完美。由于海水具有一定的流動性，陸源污染入海的危害是相互影響的。沿岸地方政府在治理陸源污染方面作為博弈主體應采取“最優策略”，即不管對手采取何種策略，該策略對自己來說是最有利的策略，但該決策往往會造成不好的后果。

3.1 博弈假設

假設1：有沿海地方政府A和B這2個群體，參與治理陸源污染的地方政府都是有限理性人，2個群體進行策略交往。A選擇治理的概率為x、選擇不治理的概率為(1-x)，B選擇治理的概率為y、選擇不治理的概率為(1-y)。

假設2：A和B的環境治理成本分別為CA和CB，當A治理陸源污染時，就會減少陸源污染對海洋的排放，帶給自己的收益為Qa，從而增加海洋環境容量；由于水具有流動性，帶給B的海洋環境正外部性為βθaQa，其中β為海洋環境質量在地方政府績效考核中的權重系數，θa為沿海政府A對沿海政府B的效應系數。當A不治理陸源污染時，就會增加陸源污染對海洋的排放，帶給自己的損失為La，從而減少海洋環境容量；由于水具有流動性，帶給B的海洋環境負外部性為βLa。同理可得B的收益。當一方選擇治理、另一方選擇不治理時，受到中央政府的處罰為F。參數CA、CB、Qa、Qb、θa、θb、F、β、La、Lb均大于0。

根據以上假設，博弈支付矩陣如表3所示。

表3 沿海政府之間的博弈支付矩陣

3.2 演化博弈分析

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

分別對A和B進行復制動態分析，得到的復制動態方程分別為：

(15)

F(y)=dy/dt

(16)

令F(x)=0，得到x=0,x=1,x*=(CA-βQa-βLa)/F；

令F(y)=0，得到y=0,y=1,y*=(CB-βQb-βLb)/F。

與企業和政府間的演化博弈相同，這里不再對單個政府的策略進行穩定性分析，而是將沿海政府A和B相應的復制動態相位圖表現在同一個坐標平面內，后述主體間的演化博弈同理。由F(x)和F(y)的穩定點可以得到5個局部均衡點分別是A(1,0)、B(1,1)、C(0,1)、D(x*,y*)、O(0,0)，其中O(0,0)和B(1,1)是演化的穩定策略(圖4)。由圖4可知，當最初狀態落在區域ABCD時，演化博弈系統向B(1,1)收斂，沿海地方政府都選擇治理陸源污染唯一的演化穩定策略；當最初狀態落在區域AOCD時，演化博弈系統向O(0,0)收斂，沿海地方政府都選擇不治理陸源污染唯一的演化穩定策略。

圖4 沿海地方政府之間演化的復制動態相位

3.3 解決博弈困境的啟示

沿海地方政府面對高昂的陸源污染治理成本C，再加上對海域環境污染防治重視不夠且β極小、中央政府的處罰F較輕，往往容易忽略海洋生態環境，從而使系統以更大的概率沿DO路徑向(不治理，不治理)策略演化，最終導致海洋環境的破壞。為使系統以更大的概率沿DB路徑向“帕累托最優”(治理，治理)策略方向演化，應使鞍點D的位置向O點靠近，從而使區域ABCD的面積擴大。由圖4可知，SABCD=1-(x*+y*)/2，影響SABCD的8個參數與SABCD均是單調關系，其對沿海政府(治理，治理)策略演化方向的影響如表4所示。

表4 參數變化對沿海政府演化策略的影響

根據表4可知，要促進沿海政府對陸源污染的治理，使演化策略向(治理，治理)方向演化，可以降低治理成本(CA、CB)、增加罰款力度F、增加海洋環境在地方政績考核中的比重β。因此在現實中，治理成本的巨大很難通過技術改變，同時罰款力度的增加也難以控制企業的偷排行為，而排污權交易機制可以降低政府治理陸源污染的成本，從而減少政府治理的阻力；完善政府政績考評體系，提高政府對環境污染的重視程度，從而增加環境效益。

4 沿海政府與海島政府之間的博弈

沿海城市選擇廢水排海的實質是污染轉移，但受海洋環境惡化影響最大的是相關海島城市，對其造成負的外部性。沿海城市考慮到巨大的治理成本以及海洋的公共性，廢水排海是最佳策略。海島城市是污染的接受者，一旦其進行治理，由于環境治理具有正的外部性，沿海城市就能坐享收益，因此海島城市在面臨巨大的治理成本時一般會選擇任其排放，最終就會導致海洋環境繼續惡化。

4.1 博弈假設

假設1：有沿海政府A和海島政府B這2個群體，參與治理陸源污染的沿海政府A和海島政府B都是有限理性人，2個群體進行策略交往。沿海政府A選擇治理的概率為x、選擇不治理的概率為(1-x)，海島政府B選擇治理的概率為y、選擇不治理的概率為(1-y)。

根據以上假設，博弈支付矩陣如表5所示。

表5 沿海政府與海島政府之間的博弈支付矩陣

4.2 演化博弈分析

(17)

(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

分別對海島政府B和沿海政府A進行復制動態分析，得到的復制動態方程分別為：

(23)

(24)

由此得到5個均衡點，分別是O(0,0)、A(1,0)、B(1,1)、C(0,1)、D(x*,y*)。其中O(0,0)和B(1,1)是演化的穩定策略，演化的復制動態相位圖如圖5所示。由圖5可知，當最初狀態落在區域ABCD時，演化博弈系統向B(1,1)收斂，最終沿海政府和海島政府選擇(治理，治理)是唯一的演化穩定策略；當最初狀態落在區域AOCD時，演化博弈系統向O(0,0)收斂，最終沿海政府和海島政府選擇(不治理，不治理)是唯一的演化穩定策略。

圖5 沿海政府與海島政府群體之間 演化的復制動態相位

4.3 解決博弈困境的啟示

表6 參數變化對沿海政府與海島政府間 演化博弈策略的影響

續表

5 企業與公眾之間的博弈

社會機制在很多發達國家被證明是有效的環境保護手段，實踐證明政府、企業與社會公眾共同保護環境是最可以持續的三位一體模式。目前在我國海洋環境保護的陸源污染治理中公眾作用并沒有很好地發揮，近年來隨著海洋污染的加重，政府加大海洋環境保護宣傳力度，使公眾環保意識有一定的提高，但在大多數情況下公眾只是被動參與、缺乏主動性。

污染企業和社會公眾2個主體之間產生的博弈活動處于該博弈鏈條的最基礎環節。企業面對的行為策略主要有2種類型：一種是在環保方面投入充分，雖然利潤有一定程度的降低，但達到政府規定的排放標準，此時社會公眾與污染企業將表現出良好關系、和平相處；另一種是在環保方面投入不是很充分，利潤有所提高，但不能達到政府規定的排放標準，此時公眾的健康等相關收益將因污染的負面影響而減少，公眾會通過訴訟賠償等方式來影響企業的污染行為。

5.1 博弈假設

假設1：有企業和公眾這2個群體，參與治理陸源污染的企業和公眾都是有限理性人，2個群體進行策略交往。公眾選擇監督的概率為x、選擇不監督的概率為(1-x)，企業選擇治理污染的概率為y、選擇非法排放的概率為(1-y)。

根據以上假設，博弈支付矩陣如表7所示。

表7 公眾與企業之間的博弈支付矩陣

5.2 演化博弈分析

(25)

(26)

(27)

(28)

(29)

(30)

分別對企業和公眾2個群體博弈進行復制動態分析，得到復制動態方程分別為：

(31)

(32)

令F(x)=0，得到x=0,x=1,y*=(c-r+m-m′)/(c-r+m-m′+q-q′)；

由此得到5個局部均衡點，分別是O(0,0)、A(0,1)、B(1,0)、C(1，1)、D(x*,y*)，其中O點和C點是演化的穩定策略，分別代表(監督、治理污染)和(不監督、非法排污)，企業和公眾間的博弈動態演化過程如圖6所示。當初始狀態落在區域ACBD時，演化博弈向C(1,1)收斂，最終(監督，治理污染)是唯一的演化穩定策略；當初始狀態落在區域AOBD時，演化博弈向O(0,0)收斂，最終(不監督，非法排污)是唯一的演化穩定策略。

圖6 公眾與企業群體之間演化的復制動態相位

5.3 解決博弈困境的啟示

海洋環境的惡化仍沒有引起公眾對保護海洋環境的足夠重視，因此公眾監督帶來的收益增加量Δm、Δq很小，此外公眾投訴的成本c較大，而政府對公眾投訴行為的獎勵r很小，r

表8 參數變化對企業和公眾演化策略的影響

根據表8可知，要提高公眾參與監督的積極性，使演化策略向(治理污染，監督)方向演化，在企業選擇治理的概率y*保持不變的情況下，可降低投訴成本c、增加投訴獎勵r、增加公眾對環保收益Δm和Δq的認識。

6 結論與建議

本研究采用演化博弈的方法，分析政府與企業之間、沿海政府之間、沿海政府與海島政府之間以及企業與公眾之間在陸源污染治理問題上的行為選擇和策略路徑。對于企業而言，選擇是否治理的策略受治污成本、監管成本和治污收益的影響；對于沿海政府和海島政府而言，選擇是否治理的策略受治污成本、罰款額、地方政績考核中的環境指標比重以及生態補償額的影響；對于公眾而言，選擇是否監督的策略受投訴成本、投訴獎勵和環保意識的影響。

為促進演化博弈向各主體合作的策略演進，從而減少陸源污染及海洋污染，建議如下：

(1)建立海洋排污權交易機制。在海洋污染物總量控制下，對排污企業的排污權進行界定，企業根據自身需要的排污量在市場上進行交易，由于不同的企業在污染治理費用上有差異，排污權交易可促使治污成本低的企業努力減少污染物排放，從而將剩余的排污權出售。排污權交易使企業將污染納入成本收益中，治理成本較高的企業在排污量不足的情況下可以購買排污權，從而減少治理成本。因此，建立海洋排污權交易機制既可提高企業治理污染水平、減少治理成本，也可以降低政府對海洋環境的管理成本，充分發揮市場對排污權的配置作用，減少陸源污染物的排放。

(2)加大對企業超排行為的處罰力度。當前我國企業環境違法受到的處罰主要是罰款且額度較低，要使企業承擔環境污染的責任，必須提高環境違法成本，如取消設定最高罰款額度，采取根據經濟損失大小決定處罰多少這種靈活方式，提高處罰威懾力。同時，對企業環境違法的處罰不能僅用罰款的方式，對經濟和社會造成嚴重危害的行為還需采取停產整頓、退出市場、刑事處罰等措施。

(3)建立海洋生態補償機制。海洋生態補償機制即海洋生態治理和保護的收益地區、收益者要為其獲得的生態收益支付費用。可通過橫向或縱向的財政支付方式，將海洋污染的治理成本在沿海政府與海島政府間進行合理再分配。合理的生態補償將會起到正面激勵作用，對于主動治理和保護海洋環境的政府而言將會減少陸源污染物的排放，對于補償的政府而言可以避免其非理性的行為。為達成各沿海地方政府的合作，應制定法律法規，就生態補償主體的責任和義務、補償水質標準、補償方式等作出具體規定。

(4)完善政績考核體系，提高獎懲力度。在地方政府的政績考核體系中不僅要有GDP增長的經濟指標，還要有環境質量指標，包括陸地和海洋的環境質量，并且提高環境質量指標在政府政績考核體系中的比重，作為考核主要內容，實施問責制，做到陸源污染和海洋污染“一票否決制”；加大對不達標排放的處罰力度，同時加大對努力治污并取得成效的獎勵力度。

(5)引入公眾參與陸源污染防治。公眾參與環境治理監督對企業排放行為有一定的約束作用，同時也可以通過公眾的力量解決企業排污行為和政府監管信息不對稱問題，從而降低政府監管成本。應大力宣傳海洋環境保護，開通公眾依法監督環保治理的渠道，依法給予公眾環境知情權和參與權，加大對公眾參與環境監督的獎勵力度。

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Evolutionary Game Analysis on Control of Land-based Pollution Sources in the East China Sea

ZHANG Linjiao1，SHEN Manhong1,2

(1.School of Bussiness,Ningbo University,Ningbo 315211,China；2.Center for Ecological Civilization of Zhejiang Province,Hangzhou 310018,China)

With the development of industrialization and urbanization，the emission of terrestrial pollutants is gradually increasing，and the environment of the East China Sea，which is the main recipient of terrestrial pollution，is also deteriorating.Based on the evolutionary game theory，the evolutionary game models were established from four aspects：between the central government and the local government，between the coastal local governments，between the coastal local government and the island local government，and between the government and the enterprise.Evolutionary rule and influencing factors were analyzed according to the replicated dynamical map.The relevant strategies were put forward according to the relevant factors，so that the evolutionary strategy of evolutionary game was evolved to promote the cooperation of various subjects to control the land-based pollution.

East China Sea，Land-based sources of pollution，Pollution control，Evolutionary game，Marine environment

2016-09-22；

2017-03-10

浙江省哲學社會科學重大招標項目“生態文明制度建設研究”(14YSXK03ZD)；國家社科基金重大招標項目“海洋生態損害補償制度及公共治理機制研究——以中國東海為例”(16ZDA050).

張林姣，碩士研究生，研究方向為產業創新與可持續發展、環境經濟學，電子信箱：778237536@qq.com

沈滿洪，教授，博士，研究方向為資源與環境經濟學、生態文明建設理論與政策，電子信箱：smh@nbu.edu.cn

F062.2；P7

A

1005-9857(2017)04-0003-10