農村水環境治理行動的演化博弈分析

許玲燕++杜建國++汪文麗

摘要

新常態下，我國環境承載力已經達到或接近上限，農村水環境也存在著“邊治理、邊污染” 和地方政府監管乏力問題，究其根源是缺乏農村水環境治理的內生機制，在中央政府投入大量精力、財力的同時，其他利益相關主體卻存在不同利益訴求和行為導向沖突，因而厘清農村水環境治理行動中的主體博弈關系有助于突破此現實困境，形成良好的行動機制。本文利用演化博弈模型，分析了地方政府、企業和農戶三方博弈主體在農村水環境治理行動中的演化過程。研究結果表明，系統演化具有多重復雜情景，在良好的演化情景下，只要農戶參與治理的意愿高，地方政府最終將趨向于引導行動，企業也相應選擇凈化策略，三方實現共同治理，農村水環境質量將得到顯著改善；相反地，在不良演化情景下，即使農戶愿意參與治理、或企業愿意采取凈化策略，都無法得到地方政府的支持和系統中其他主體的響應，系統將鎖定于不良狀態，最終造成農村水環境治理的“公地悲劇”；在一般情景下，通過調節各方策略的參數值，發現只要地方政府和企業聯合起來致力于通過一系列引導和扶持策略保障農戶從參與農村水環境治理中獲得切實利益，可使系統跳出不良狀態，形成三方共同治理的良好局面。實例分析結果進一步驗證了只要政府和企業聯合行動以切實保障農戶的利益，就有利于促進農村水環境質量提升。據此提出促進三方共同參與、保障農戶利益的農村水環境治理行動對策建議。

關鍵詞農村水環境治理；演化博弈；三方主體

中圖分類號C931；X52

文獻標識碼A文章編號1002-2104（2017）05-0017-10DOI：10.12062/cpre.20170332

農村水環境是指分布在廣大農村的河流、湖沼、溝渠、池塘、水庫等地表水體、土壤水和地下水體的總稱[1]，是農村生產生活不可缺少的基礎條件，是全國水環境的重要組成部分，直接關系著農村經濟、農業發展、農民健康及農村生態可持續等方面[2]。近十年來，我國新農村建設取得了顯著成效，但隨著農業產業化、城鄉一體化進程加快，資源消耗、環境惡化已成為農村經濟發展和生態文明建設的重要瓶頸，其中突出表現為農村人多水缺水臟的矛盾加劇，農業污染物排放量大、農村生活污染加劇、畜禽養殖污染嚴重以及工業、城市污染向農村轉移等問題相互交織[3]。以2014年全國環境統計公報數據為例，在廢水及其污染物排放指標下化學需氧量排放總量中農業源排放量占比48%、氨氮排放總量中農業源排放量占比32%，可見農業源排放已從數量規模上成為我國農村水污染的主要污染源。究其原因是缺乏農村水環境治理的內生機制，在中央政府投入大量精力、財力的同時，其他利益相關主體卻沒有形成農村水環境保護的共識，造成部分農村水污染控制工程“曬太陽”、農村水污染監測“盲區”等現象。如地方政府在經濟績效和環境績效的權衡中較多選擇默許水污染行為、以獲取地方經濟利益和地方政府績效最大化，且多年來將環保工作重心放在城市、忽視了農村區域，或者由于監管技術和成本的門檻造成地方政府監管乏力，當地農戶為追逐短期經濟收入通常選擇使用可以帶來高產的農藥、化肥、隨意處理畜禽糞便、排放生活污水，企業為節約生產成本往往選擇無污染處理的“三廢”排放。因此，在農村水環境治理過程中，考慮多主體的利益驅動、決策依據以及主體間的交互作用，構建地方政府、企業和農戶共治的內生機制，是激發利益相關主體參與農村水環境治理的關鍵舉措。

1文獻綜述

關于農村水環境“邊治理、邊污染” 和地方政府監管乏力困境問題，公共物品理論和外部性理論做出了深刻闡釋：農村水環境資源通常隸屬于公共物品范疇，因此決定了農戶和企業的消費行為（如水污染排放）具有顯著的負外部性，從而有了“公地悲劇”[4]，而農村水環境保護行為（如水污染治理）卻具有顯著的正外部性，于是產生了“搭便車”問題，最終導致“囚徒困境”[5]。由此可見，農村水環境治理問題不僅是技術難題，更是復雜利益相關者的不同利益訴求和行為導向沖突作用下的現實困境[6]，因此經典博弈論被廣泛應用于揭示多元利益相關者的利益和行動，取得了豐碩成果。杜焱強等應用不完全信息博弈論探討了政府、企業、村民和村委在農村水環境治理過程中的責任要求與行為關系，研究表明各方利益主體的策略、行為相互制約[7]。有鑒于此，Dungumaro[8]、Taylor[9-10]、曹海林[11]、于瀟等[12]提出了要構建包括政府、市場、企業、農戶、社會公眾等多元利益主體協同參與的農村水環境網絡治理新思路。但是，這些研究通常是建立在個體理性的前提假設之上的，對現實中農村水環境治理問題的信息不完備性、利益相關者的行為決策有限理性特征、個體到群體行為的作用機制復雜性等特征的解釋力不足，因而基于有限理性和群體行為分析的演化博弈理論越來越多地用于揭示環境治理問題中的復雜主體交互關系和行為，并涌現了一系列最新成果。杜建國等、金帥和杜建國等、張偉等分別建立了公眾參與企業環境行為、政府與社會主體環保行為、政府與企業排污行為的演化博弈模型，分析了不同情形下公眾、企業、政府兩兩博弈的演化相位圖和進化穩定策略[13-15]。潘峰等構建了地方政府與地方政府、地方政府與排污企業、地方政府與中央政府的演化博弈模型，分析了參與者的行為演化規律、演化穩定策略，得出了地方政府環境規制策略的影響因素[16-17]。鄭君君等運用演化博弈理論研究了環境污染引發群體性事件的博弈過程及相關的利益沖突，并考慮了群體間存在信息交互時，監管部門采用輿情引導的情況下環境污染群體性事件的演化特征[18]。鐘錦構建了淮河流域上游企業和下游企業水污染控制的動態演化博弈模型，分析了淮河流域上下游經濟群體合作過程的演化穩定策略[19]；Estalaki等將環境罰函數引入演化博弈模型，分析了伊朗北部的Zarjub河的水污染負荷分配[20]。值得一提的是，出于模型簡練和分析方便等原因，上述研究的演化博弈均為兩方博弈，而實質上環境保護（包括水環境治理）行為是多元利益主體共同作用的過程，僅靠兩方利益主體的努力較難實現環境治理的目的。

鑒于此，本文在繼承現有研究成果的基礎上[21-22]，根據演化博弈的基本原理，以有限理性的地方政府、企業和農戶作為決策主體，建立考慮主體動態支付的三方演化博弈模型，以此深入揭示我國農村水環境治理行動中多元利益主體決策行為的演化特征。

2農村水環境治理的三方演化博弈模型構建

2.1問題描述及模型假設

由于水環境問題的公共性和復雜性，農村水環境治理不僅是政府的一己之責，同時也需要聯動企業和農戶等相關利益主體的協作。因此，本文考慮在特定區域的農村水環境治理行動中主要存在地方政府、企業和農戶三類群體，三者均為有限理性。在我國現有農村水環境治理體系中，農村水環境管理機構最低設置到縣一級，部分鄉鎮設立水利（水務）站（所），主要涵蓋環境保護部門、水利部門、國土資源部門、衛生部門、建設部門、農業部門、漁業部門、交通部門等，以及重要河流、湖泊、水庫的流域管理機構，在本文中以上群體代指地方政府，其行為策略有兩類：通過監督、懲罰手段或合理的激勵手段等積極引導其他主體參與農村水環境治理，或者不引導，簡記為（g，g〖TX-1.2mm〗）。相應地，企業也有兩類行為策略：通過采用凈水排放等方式參與農村水環境治理，反之直接排污；農戶的兩類行為策略是：通過選擇使用有機肥料和環保治蟲方式、清潔畜禽糞便和垃圾、舉報企業排污等積極環保行為參與治理農村水環境，反之不積極參與治理；因此，企業和農戶這兩類群體的行為策略空間分別為（凈化，排污）、（參與治理，不參與治理），分別簡記為（e、e〖TX-1.2mm〗）、（h、h〖TX-0.3mm〗）。

為了更清楚地對模型進行解釋，本文結合現實情況作出如下假設：

假設1 該特定區域內三類群體的總數保持相對穩定，進而群體規模均可標準化為1。在時刻t，地方政府群體選擇引導策略的概率為x（t），企業群體和農戶群體中選擇凈化策略的比例分別為y（t）、z（t），并滿足：0≤x（t）≤1，0≤y（t）≤1，0≤z（t）≤1。

假設2 就地方政府主體而言，用于農村水環境治理的專項經費為cg，不管地方政府采取引導或不引導策略，只要其他主體同時選擇環保行為，則當地農村水環境得到改善，地方政府獲得上級政府的獎勵Vsg；反之，只要有其他主體選擇污染行為致使當地農村水環境惡化，地方政府就會收到上級政府的整改要求，如關停污染企業、整治污染水域等，從而影響地方政府業績，記為地方政府受到的懲罰pg。

假設3 就企業主體而言，正常的生產收益為se，選擇凈化策略需要購買凈化設備等支付一定數額的成本ce，若地方政府采取引導策略，其將獲得地方政府的物質激勵we；反之，如果選擇直接排污，則可能獲得額外收益Vsg，但因此造成的農村水環境潛在損害對企業和農戶未來的生產可能產生的負收益分別為kebe、（1-ke）be，若地方政府采取監督、懲罰的引導策略或農戶選擇積極環保策略時，企業會受到來自地方政府的罰款pe。

假設4 就農戶主體而言，正常的生產收益為sh，選擇使用有機肥料和環保治蟲方式、清潔畜禽糞便和垃圾、舉報企業排污等行動積極參與農村水環境治理時需要支付一定數額的成本ch，因此可獲得來自地方政府的環保物質激勵wh和因舉報企業排污獲得的額外獎勵Vwh，以及獲得更好的農村生存、生產水環境，產生的額外收益為Vsh；反之，如果選擇直接污染環境的策略則會對農村水環境造成潛在的損害，對未來農村工業發展、農業生產和農村生活造成破壞性影響，因此企業和農戶可能產生負收益khbh和（1-kh）bh。

2.2支付函數構建

根據以上假設和分析，可以得出在不同策略下，農村水環境治理的三方主體支付矩陣如表1所示：

表1中，當地方政府、企業和農戶的策略空間為（引導，凈化，參與治理）時，其收益分別為（Vsg-cg-we-wh，se-ce+we，sh+Vsh-ch+wh），意味著地方政府的收益πg為來自上級政府的獎勵Vsg減去支付的引導成本cg、支付〖LL〗給企業和農戶的物質激勵we、wh，企業的收益πe為其正常的生產收益se加上地方政府的激勵we減去選擇凈化策略需要支付的成本ce，農戶的收益πh為其正常的生產收益為sh、選擇凈化策略產生的額外收益為Vsh、地方政府的物質激勵wh三者之和減去選擇凈化策略支付的成本ch。同理可得，其它策略空間下的主體收益。

3演化博弈分析

3.1演化過程的均衡點

通過以上分析可知，地方政府群體選擇引導策略的期望收益為：

地方政府群體選擇不引導策略的期望收益為：

3.2平衡點的穩定性分析

通過復制動態方程求出的平衡點不一定是系統的演化穩定策略，因此根據李雅普洛夫穩定性理論，系統在平衡點處的漸近穩定特性可通過分析系統雅克比（Jacobian）矩陣的特征值來判斷，即系統漸進穩定的充要條件是Jacobian矩陣的所有特征值均具有負實部。系統（I）的Jacobian矩陣為式（2）。

計算系統（I）的Jacobian矩陣J在必然存在的8個三種群純策略平衡點、5個可能存在的單種群純策略平衡點和1個混合策略平衡點的特征值，據此判斷平衡點的漸進穩定性。

以E1（0， 0， 0）為例討論其滿足漸近穩定的條件，系統（I）在平衡點E1（0， 0， 0）的雅克比矩陣J如式（3）。此時J的特征值為λ1=pe-cg，λ2=-ce-Vse+kebe，λ3=Vsh-ch+Vwh+（1-kh）bh，若滿足條件①，則有λ1，λ2，λ3均小于0，E1（0， 0， 0）是漸進穩定的。同理可得系統（I）在其余6個平衡點處的漸進穩定性條件，見表2、3。

4演化結果的情景分析

根據上述演化模型的平衡點分析及其局部穩定性分析，可知在農村水環境治理行動中地方政府、企業和農戶在不同情景下的演化博弈過程和各自的演化穩定策略。鑒于系統（I）演化具有多重復雜路徑，本文分三方共同治理、三方都不治理和上述兩類情景的過渡情景這三類情景分別討論三方博弈的演化過程，并指出各個情景下系統存在的平衡點是否為鞍點、不穩定點或ESS。

4.1情景1：三方共同治理

由表1可知，若三方主體共同參與農村水環境治理，即要求系統（I）的平衡點（1，1，1）是ESS，則必須滿足條件〖LL〗⑤。由條件⑤中的第1個不等式we-wh-2pe+cg<0可知：此時要求地方政府須加大對企業排污的罰款力度、提高對農戶參與治理的物質激勵，同時盡可能降低治理經費、減小對企業參與治理的物質激勵，這將有助于提高地方政府引導治理的積極性和主動性；第2個不等式-we-pe+ce+Vse-kebe<0要求從企業角度出發，在增大企業排污時的罰款、負收益與凈化的物質獎勵時，盡可能地減少企業凈化成本及排污的額外收益；第3個不等式-[Vsh-ch+（1-kh）bh+wh]<0要求積極提高農戶參與治理的獎勵、額外收益及不治理的負收益，降低其參與治理的成本，這將有助于提高農戶的參與主動性。

為了更直觀地分析地方政府、企業和農戶的漸進穩定

利用matlab仿真工具對上述演化博弈模型進行數值實驗分析。計算表2中7個可能趨近穩定的平衡點的特征值，并依據ESS判定規則和表3穩定條件可知此時E2和E8是系統（I）的ESS，E1、E3是鞍點，E4、E13、E14是不穩定點。這表明，在農村水環境治理行動中，無論地方政府最初是否實施引導策略、企業是否采取凈化策略，只要農戶愿意參與治理行動，此時三方主體將全部參與到農村水環境治理行動中，進而農村水環境質量將得到顯著改善，進入穩定和良性循環階段。

4.2情景2：三方都不治理

同理，若三方主體都不參與治理農村水環境，即要求（0，0，0）是系統（I）的ESS，則必須滿足條件①。由條件①可知地方政府對企業的罰款可依據其引導治理的成本大小決策，企業是否參與治理的決策取決于其直接排污的額外收益、排污帶來的負收益、凈化成本的大小，而農戶參與治理的積極性可能受到參與治理的成本、治理帶來的額外收益、舉報企業的獎〖LL〗勵以及不治理帶來的負收益等因素的影響。

分別減小條件①中第三個不等式的參數Vsh、Vwh、（1-kh）bh的取值，增加ch的取值，分別調整為0.3、0、0、6，其它參數取值同情景1，利用matlab仿真工具對地方政府、企業和農戶的漸進穩定演化軌跡進行數值實驗分析。計算表2中7個可能趨近穩定的平衡點的特征值，并依據ESS判定規則可知此時E1（0，0，0）是系統（I）的ESS，E2、E3、E8是鞍點，E4、E13、E14是不穩定點。

這表明，只要減小農戶參與治理農村水環境的收益，農戶不會選擇治理環境的行為方式，進而最終影響企業選擇直接排污的策略、地方政府選擇不引導策略，即三方從農村水環境治理行動中無利可圖，此時系統必定演化至糟糕狀態（x0，y0，z0），造成農村水環境質量惡化的后果，進入惡性循環階段。

4.3情景3：三方以一定概率參與治理

該情景描述的社會場景是地方政府、企業和農戶三方均以一定概率參與農村水環境治理行動，即存在（x*，y*，z*）的情形（見圖1）。在該情景下系統（I）存在多種演化穩定策略，最終演化結果在很大程度上取決于三類種群的初始狀態及其相互激勵、約束關系。為了清晰地驗證在該情景下系統參數的變化影響三類種群的策略選擇演化過程，即分析模型關鍵參數的靈敏度，現將參數取值為：cg=2、ce=1、ch=0.5、pe=60、we=4、wh=2.5、Vwh=3、Vse=2、Vsh=1、kebe=0.4、（1-kh）bh=0.8，采用數值實驗方法，通過圖形直觀地分析政府引導治理的成本cg，企業排污面臨的罰款pe、凈化獎勵we、凈化成本ce、排污額外收益Vse以及污染負收益kebe，農戶參與治理的成本ch、政府獎勵wh、舉報企業排污獲得的額外獎勵Vwh、額外環境收益為Vsh以及不參與治理的環境負收益（1-kh）bh等參數的變化對演化結果的影響。圖1中橫坐標代表各個自變量的取值，縱坐標代表各主體的參與概率，曲線表示各主體的策略演化過程。

由圖1可知，降低地方政府引導治理的成本，可提高地方政府和企業參與農村水環境治理的積極性；相反地，提高地方政府對企業排污的罰款，且罰款力度要大大超出企業的治理成本，有助于提高地方政府和企業參與農村水環境治理的積極性。同理可知，通過增加企業凈化獎勵、污染負收益，減小企業凈化成本、排污額外收益，可促使地方政府和企業積極參與農村水環境治理（即x1，y1）。減小農戶參與治理的成本、不參與治理的環境負收益，增大農戶參與治理的政府獎勵、舉報企業排污獲得的額外獎勵以及額外環境收益，可促使農戶積極參與到農村水環境治理行動中來（即z1）。

5結論與建議

本文針對農村水環境治理行動中有限理性的地方政府、企業和農戶的不同角色、策略和行動，構建了三方演化博弈模型，分析了三方博弈主體通過長期反復博弈、學習和調整策略，形成的最理想策略結果是：（地方政府引導，企業凈化，農戶參與治理）。通過單種群的均衡點穩定性分析、三種群共同組成的系統（I）的均衡點穩定性分析以及潤州區水環境治理行動的案例分析，得出以下三點結論：

（1）單種群的均衡點穩定性除了與自身策略的影響因素相關，還受其他兩類種群的策略選擇影響；

（2）在系統（I）處于良好的情景下，只要農戶參與治理的意愿高，地方政府最終將趨向于引導，企業也會積極參與到農村水環境治理中，農村水環境質量將得到顯著改善；相反地，在系統（I）處于不良的情景下，即使企業愿意采取凈化策略積極參與治理，或農戶愿意參與治理，但仍然得不到地方政府的支持或系統其它參與者的響應，最終造成農村水環境治理的“公地悲劇”；一般情景下，研究各方策略的影響因素變化對演化結果的敏感度，發現地方政府和企業的行動方向一致，此時只要地方政府和企業聯合起來致力于通過一系列引導和扶持策略保障農戶從參與農村水環境治理中獲得切實利益，依然可以形成三方共同治理的良好局面；

（3）通過一系列引導和扶持策略保障農戶從參與農村水環境治理中獲得切實利益，有利于促進農村水環境質量提升。

以上結論較好地揭示和解釋了我國農村水環境污染事件持續發生、形勢日益嚴峻的現實問題，關鍵就在于農戶的水環境行為缺乏引導、監督和懲罰機制，造成其參與農村水環境治理的收益小于不參與的收益，最終形成農戶不參與治理的行為。立足于上述分析和結論，本文建議在農村水環境治理行動中構建地方政府、企業、農戶共同參與的網絡治理模式，各主體之間通過監督、激勵、舉報、信息傳遞與公開、輔助管理、服務提供等方式相互關聯，通過這一機制積極促進農戶參與治理農村水環境。第一，創建多方共同治理的農村水環境監管信息平臺，各方主體只有在該平臺完成各自承擔的信息任務后才能獲得上級政府或地方政府的物質激勵，其中，地方政府負責水環境信息公開、民意調查和水污染事件通報，企業提交環評報告和用水排水數據，農戶舉報企業與其他農戶排污行為、地方政府不作為。第二，實施以保護水資源和減量增收為重點的農業產業結構調整，以綠色生產為導向，轉變農業種植養殖方式、經營方式和管理方式，更好地優化水資源利用；完善農業支持保護補貼政策，將政策目標調整為支持耕地地力保護和有機糧食價格補貼、取消被舉報及被披露有水污染行為的農戶種糧補貼，引導農戶減少化肥農藥用量，切實加強農村水資源保護；落實農業取用水資源稅改革，對規定限額內的農業取用水免征水資源稅、對取用污水處理回用水等非常規水源免征水資源稅，提高農村水資源利用效率。

（編輯：王愛萍）

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作者簡介：許玲燕，博士，講師，主要研究方向為農業經濟管理、水資源管理、管理系統工程。Email：xulingyan333@163.com。

基金項目：江蘇省教育廳人文社會科學研究基金“江蘇省農村水環境承載力情景模擬及提升策略研究”（批準號：2016SJB630091）；江蘇省博士后項目“太湖流域農村水環境承載力演化分析及提升策略研究”（批準號：1501074C）；國家自然科學基金面上項目“名牌產品供應鏈不良環境行為：形成、演化及治理策略研究”（批準號：71471076）；中國國家自然科學基金委員會與韓國國家研究基金委國際合作項目“FDI企業環境創新行為及環境績效研究——以在華韓資企業為例”（批準號：71411170250）；江蘇大學高級人才啟動項目“基于農民專業合作社的干旱指數巨災期權運作機制設計與制度安排”（批準號：14JDG103）。