农村水环境治理行动的演化博弈分析

许玲燕++杜建国++汪文丽��

摘要

新常态下，我国环境承载力已经达到或接近上限，农村水环境也存在着“边治理、边污染” 和地方政府监管乏力问题，究其根源是缺乏农村水环境治理的内生机制，在中央政府投入大量精力、财力的同时，其他利益相关主体却存在不同利益诉求和行为导向冲突，因而厘清农村水环境治理行动中的主体博弈关系有助于突破此现实困境，形成良好的行动机制。本文利用演化博弈模型，分析了地方政府、企业和农户三方博弈主体在农村水环境治理行动中的演化过程。研究结果表明，系统演化具有多重复杂情景，在良好的演化情景下，只要农户参与治理的意愿高，地方政府最終将趋向于引导行动，企业也相应选择净化策略，三方实现共同治理，农村水环境质量将得到显著改善；相反地，在不良演化情景下，即使农户愿意参与治理、或企业愿意采取净化策略，都无法得到地方政府的支持和系统中其他主体的响应，系统将锁定于不良状态，最终造成农村水环境治理的“公地悲剧”；在一般情景下，通过调节各方策略的参数值，发现只要地方政府和企业联合起来致力于通过一系列引导和扶持策略保障农户从参与农村水环境治理中获得切实利益，可使系统跳出不良状态，形成三方共同治理的良好局面。实例分析结果进一步验证了只要政府和企业联合行动以切实保障农户的利益，就有利于促进农村水环境质量提升。据此提出促进三方共同参与、保障农户利益的农村水环境治理行动对策建议。

关键词农村水环境治理；演化博弈；三方主体

中图分类号C931；X52

文献标识码A文章编号1002-2104（2017）05-0017-10DOI：10.12062/cpre.20170332

农村水环境是指分布在广大农村的河流、湖沼、沟渠、池塘、水库等地表水体、土壤水和地下水体的总称[1]，是农村生产生活不可缺少的基础条件，是全国水环境的重要组成部分，直接关系着农村经济、农业发展、农民健康及农村生态可持续等方面[2]。近十年来，我国新农村建设取得了显著成效，但随着农业产业化、城乡一体化进程加快，资源消耗、环境恶化已成为农村经济发展和生态文明建设的重要瓶颈，其中突出表现为农村人多水缺水脏的矛盾加剧，农业污染物排放量大、农村生活污染加剧、畜禽养殖污染严重以及工业、城市污染向农村转移等问题相互交织[3]。以2014年全国环境统计公报数据为例，在废水及其污染物排放指标下化学需氧量排放总量中农业源排放量占比48%、氨氮排放总量中农业源排放量占比32%，可见农业源排放已从数量规模上成为我国农村水污染的主要污染源。究其原因是缺乏农村水环境治理的内生机制，在中央政府投入大量精力、财力的同时，其他利益相关主体却没有形成农村水环境保护的共识，造成部分农村水污染控制工程“晒太阳”、农村水污染监测“盲区”等现象。如地方政府在经济绩效和环境绩效的权衡中较多选择默许水污染行为、以获取地方经济利益和地方政府绩效最大化，且多年来将环保工作重心放在城市、忽视了农村区域，或者由于监管技术和成本的门槛造成地方政府监管乏力，当地农户为追逐短期经济收入通常选择使用可以带来高产的农药、化肥、随意处理畜禽粪便、排放生活污水，企业为节约生产成本往往选择无污染处理的“三废”排放。因此，在农村水环境治理过程中，考虑多主体的利益驱动、决策依据以及主体间的交互作用，构建地方政府、企业和农户共治的内生机制，是激发利益相关主体参与农村水环境治理的关键举措。

1文献综述

关于农村水环境“边治理、边污染” 和地方政府监管乏力困境问题，公共物品理论和外部性理论做出了深刻阐释：农村水环境资源通常隶属于公共物品范畴，因此决定了农户和企业的消费行为（如水污染排放）具有显著的负外部性，从而有了“公地悲剧”[4]，而农村水环境保护行为（如水污染治理）却具有显著的正外部性，于是产生了“搭便车”问题，最终导致“囚徒困境”[5]。由此可见，农村水环境治理问题不仅是技术难题，更是复杂利益相关者的不同利益诉求和行为导向冲突作用下的现实困境[6]，因此经典博弈论被广泛应用于揭示多元利益相关者的利益和行动，取得了丰硕成果。杜焱强等应用不完全信息博弈论探讨了政府、企业、村民和村委在农村水环境治理过程中的责任要求与行为关系，研究表明各方利益主体的策略、行为相互制约[7]。有鉴于此，Dungumaro[8]、Taylor[9-10]、曹海林[11]、于潇等[12]提出了要构建包括政府、市场、企业、农户、社会公众等多元利益主体协同参与的农村水环境网络治理新思路。但是，这些研究通常是建立在个体理性的前提假设之上的，对现实中农村水环境治理问题的信息不完备性、利益相关者的行为决策有限理性特征、个体到群体行为的作用机制复杂性等特征的解释力不足，因而基于有限理性和群体行为分析的演化博弈理论越来越多地用于揭示环境治理问题中的复杂主体交互关系和行为，并涌现了一系列最新成果。杜建国等、金帅和杜建国等、张伟等分别建立了公众参与企业环境行为、政府与社会主体环保行为、政府与企业排污行为的演化博弈模型，分析了不同情形下公众、企业、政府两两博弈的演化相位图和进化稳定策略[13-15]。潘峰等构建了地方政府与地方政府、地方政府与排污企业、地方政府与中央政府的演化博弈模型，分析了参与者的行为演化规律、演化稳定策略，得出了地方政府环境规制策略的影响因素[16-17]。郑君君等运用演化博弈理论研究了环境污染引发群体性事件的博弈过程及相关的利益冲突，并考虑了群体间存在信息交互时，监管部门采用舆情引导的情况下环境污染群体性事件的演化特征[18]。钟锦构建了淮河流域上游企业和下游企业水污染控制的动态演化博弈模型，分析了淮河流域上下游经济群体合作过程的演化稳定策略[19]；Estalaki等将环境罚函数引入演化博弈模型，分析了伊朗北部的Zarjub河的水污染负荷分配[20]。值得一提的是，出于模型简练和分析方便等原因，上述研究的演化博弈均为两方博弈，而实质上环境保护（包括水环境治理）行为是多元利益主体共同作用的过程，仅靠两方利益主体的努力较难实现环境治理的目的。

鉴于此，本文在继承现有研究成果的基础上[21-22]，根据演化博弈的基本原理，以有限理性的地方政府、企业和农户作为决策主体，建立考虑主体动态支付的三方演化博弈模型，以此深入揭示我国农村水环境治理行动中多元利益主体决策行为的演化特征。

2农村水环境治理的三方演化博弈模型构建

2.1问题描述及模型假设

由于水环境问题的公共性和复杂性，农村水环境治理不仅是政府的一己之责，同时也需要联动企业和农户等相关利益主体的协作。因此，本文考虑在特定区域的农村水环境治理行动中主要存在地方政府、企业和农户三类群体，三者均为有限理性。在我国现有农村水环境治理体系中，农村水环境管理机构最低设置到县一级，部分乡镇设立水利（水务）站（所），主要涵盖环境保护部门、水利部门、国土资源部门、卫生部门、建设部门、农业部门、渔业部门、交通部门等，以及重要河流、湖泊、水库的流域管理机构，在本文中以上群体代指地方政府，其行为策略有两类：通过监督、惩罚手段或合理的激励手段等积极引导其他主体参与农村水环境治理，或者不引导，简记为（g，g〖TX-1.2mm〗）。相应地，企业也有两类行为策略：通过采用净水排放等方式参与农村水环境治理，反之直接排污；农户的两类行为策略是：通过选择使用有机肥料和环保治虫方式、清洁畜禽粪便和垃圾、举报企业排污等积极环保行为参与治理农村水环境，反之不积极参与治理；因此，企业和农户这两类群体的行为策略空间分别为（净化，排污）、（参与治理，不参与治理），分别简记为（e、e〖TX-1.2mm〗）、（h、h〖TX-0.3mm〗）。

为了更清楚地对模型进行解釋，本文结合现实情况作出如下假设：

假设1 该特定区域内三类群体的总数保持相对稳定，进而群体规模均可标准化为1。在时刻t，地方政府群体选择引导策略的概率为x（t），企业群体和农户群体中选择净化策略的比例分别为y（t）、z（t），并满足：0≤x（t）≤1，0≤y（t）≤1，0≤z（t）≤1。

假设2 就地方政府主体而言，用于农村水环境治理的专项经费为cg，不管地方政府采取引导或不引导策略，只要其他主体同时选择环保行为，则当地农村水环境得到改善，地方政府获得上级政府的奖励Vsg；反之，只要有其他主体选择污染行为致使当地农村水环境恶化，地方政府就会收到上级政府的整改要求，如关停污染企业、整治污染水域等，从而影响地方政府业绩，记为地方政府受到的惩罚pg。

假设3 就企业主体而言，正常的生产收益为se，选择净化策略需要购买净化设备等支付一定数额的成本ce，若地方政府采取引导策略，其将获得地方政府的物质激励we；反之，如果选择直接排污，则可能获得额外收益Vsg，但因此造成的农村水环境潜在损害对企业和农户未来的生产可能产生的负收益分别为kebe、（1-ke）be，若地方政府采取监督、惩罚的引导策略或农户选择积极环保策略时，企业会受到来自地方政府的罚款pe。

假设4 就农户主体而言，正常的生产收益为sh，选择使用有机肥料和环保治虫方式、清洁畜禽粪便和垃圾、举报企业排污等行动积极参与农村水环境治理时需要支付一定数额的成本ch，因此可获得来自地方政府的环保物质激励wh和因举报企业排污获得的额外奖励Vwh，以及获得更好的农村生存、生产水环境，产生的额外收益为Vsh；反之，如果选择直接污染环境的策略则会对农村水环境造成潜在的损害，对未来农村工业发展、农业生产和农村生活造成破坏性影响，因此企业和农户可能产生负收益khbh和（1-kh）bh。

2.2支付函数构建

根据以上假设和分析，可以得出在不同策略下，农村水环境治理的三方主体支付矩阵如表1所示：

表1中，当地方政府、企业和农户的策略空间为（引导，净化，参与治理）时，其收益分别为（Vsg-cg-we-wh，se-ce+we，sh+Vsh-ch+wh），意味着地方政府的收益πg为来自上级政府的奖励Vsg减去支付的引导成本cg、支付〖LL〗给企业和农户的物质激励we、wh，企业的收益πe为其正常的生产收益se加上地方政府的激励we减去选择净化策略需要支付的成本ce，农户的收益πh为其正常的生产收益为sh、选择净化策略产生的额外收益为Vsh、地方政府的物质激励wh三者之和减去选择净化策略支付的成本ch。同理可得，其它策略空间下的主体收益。

3演化博弈分析

3.1演化过程的均衡点

通过以上分析可知，地方政府群体选择引导策略的期望收益为：

地方政府群体选择不引导策略的期望收益为：

3.2平衡点的稳定性分析

通过复制动态方程求出的平衡点不一定是系统的演化稳定策略，因此根据李雅普洛夫稳定性理论，系统在平衡点处的渐近稳定特性可通过分析系统雅克比（Jacobian）矩阵的特征值来判断，即系统渐进稳定的充要条件是Jacobian矩阵的所有特征值均具有负实部。系统（I）的Jacobian矩阵为式（2）。

计算系统（I）的Jacobian矩阵J在必然存在的8个三种群纯策略平衡点、5个可能存在的单种群纯策略平衡点和1个混合策略平衡点的特征值，据此判断平衡点的渐进稳定性。

以E1（0， 0， 0）为例讨论其满足渐近稳定的条件，系统（I）在平衡点E1（0， 0， 0）的雅克比矩阵J如式（3）。此时J的特征值为λ1=pe-cg，λ2=-ce-Vse+kebe，λ3=Vsh-ch+Vwh+（1-kh）bh，若满足条件①，则有λ1，λ2，λ3均小于0，E1（0， 0， 0）是渐进稳定的。同理可得系统（I）在其余6个平衡点处的渐进稳定性条件，见表2、3。

4演化结果的情景分析

根据上述演化模型的平衡点分析及其局部稳定性分析，可知在农村水环境治理行动中地方政府、企业和农户在不同情景下的演化博弈过程和各自的演化稳定策略。鉴于系统（I）演化具有多重复杂路径，本文分三方共同治理、三方都不治理和上述两类情景的过渡情景这三类情景分别讨论三方博弈的演化过程，并指出各个情景下系统存在的平衡点是否为鞍点、不稳定点或ESS。

4.1情景1：三方共同治理

由表1可知，若三方主体共同参与农村水环境治理，即要求系统（I）的平衡点（1，1，1）是ESS，则必须满足条件〖LL〗⑤。由条件⑤中的第1个不等式we-wh-2pe+cg<0可知：此时要求地方政府须加大对企业排污的罚款力度、提高对农户参与治理的物质激励，同时尽可能降低治理经费、减小对企业参与治理的物质激励，这将有助于提高地方政府引导治理的积极性和主动性；第2个不等式-we-pe+ce+Vse-kebe<0要求从企业角度出发，在增大企业排污时的罚款、负收益与净化的物质奖励时，尽可能地减少企业净化成本及排污的额外收益；第3个不等式-[Vsh-ch+（1-kh）bh+wh]<0要求积极提高农户参与治理的奖励、额外收益及不治理的负收益，降低其参与治理的成本，这将有助于提高农户的参与主动性。

为了更直观地分析地方政府、企业和农户的渐进稳定

利用matlab仿真工具对上述演化博弈模型进行数值实验分析。计算表2中7个可能趋近稳定的平衡点的特征值，并依据ESS判定规则和表3稳定条件可知此时E2和E8是系统（I）的ESS，E1、E3是鞍点，E4、E13、E14是不稳定点。这表明，在农村水环境治理行动中，无论地方政府最初是否实施引导策略、企业是否采取净化策略，只要农户愿意参与治理行动，此时三方主体将全部参与到农村水环境治理行动中，进而农村水环境质量将得到显著改善，进入稳定和良性循环阶段。

4.2情景2：三方都不治理

同理，若三方主体都不参與治理农村水环境，即要求（0，0，0）是系统（I）的ESS，则必须满足条件①。由条件①可知地方政府对企业的罚款可依据其引导治理的成本大小决策，企业是否参与治理的决策取决于其直接排污的额外收益、排污带来的负收益、净化成本的大小，而农户参与治理的积极性可能受到参与治理的成本、治理带来的额外收益、举报企业的奖〖LL〗励以及不治理带来的负收益等因素的影响。

分别减小条件①中第三个不等式的参数Vsh、Vwh、（1-kh）bh的取值，增加ch的取值，分别调整为0.3、0、0、6，其它参数取值同情景1，利用matlab仿真工具对地方政府、企业和农户的渐进稳定演化轨迹进行数值实验分析。计算表2中7个可能趋近稳定的平衡点的特征值，并依据ESS判定规则可知此时E1（0，0，0）是系统（I）的ESS，E2、E3、E8是鞍点，E4、E13、E14是不稳定点。

这表明，只要减小农户参与治理农村水环境的收益，农户不会选择治理环境的行为方式，进而最终影响企业选择直接排污的策略、地方政府选择不引导策略，即三方从农村水环境治理行动中无利可图，此时系统必定演化至糟糕状态（x0，y0，z0），造成农村水环境质量恶化的后果，进入恶性循环阶段。

4.3情景3：三方以一定概率参与治理

该情景描述的社会场景是地方政府、企业和农户三方均以一定概率参与农村水环境治理行动，即存在（x*，y*，z*）的情形（见图1）。在该情景下系统（I）存在多种演化稳定策略，最终演化结果在很大程度上取决于三类种群的初始状态及其相互激励、约束关系。为了清晰地验证在该情景下系统参数的变化影响三类种群的策略选择演化过程，即分析模型关键参数的灵敏度，现将参数取值为：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，采用数值实验方法，通过图形直观地分析政府引导治理的成本cg，企业排污面临的罚款pe、净化奖励we、净化成本ce、排污额外收益Vse以及污染负收益kebe，农户参与治理的成本ch、政府奖励wh、举报企业排污获得的额外奖励Vwh、额外环境收益为Vsh以及不参与治理的环境负收益（1-kh）bh等参数的变化对演化结果的影响。图1中横坐标代表各个自变量的取值，纵坐标代表各主体的参与概率，曲线表示各主体的策略演化过程。

由图1可知，降低地方政府引导治理的成本，可提高地方政府和企业参与农村水环境治理的积极性；相反地，提高地方政府对企业排污的罚款，且罚款力度要大大超出企业的治理成本，有助于提高地方政府和企业参与农村水环境治理的积极性。同理可知，通过增加企业净化奖励、污染负收益，减小企业净化成本、排污额外收益，可促使地方政府和企业积极参与农村水环境治理（即x1，y1）。减小农户参与治理的成本、不参与治理的环境负收益，增大农户参与治理的政府奖励、举报企业排污获得的额外奖励以及额外环境收益，可促使农户积极参与到农村水环境治理行动中来（即z1）。

5结论与建议

本文针对农村水环境治理行动中有限理性的地方政府、企业和农户的不同角色、策略和行动，构建了三方演化博弈模型，分析了三方博弈主体通过长期反复博弈、学习和调整策略，形成的最理想策略结果是：（地方政府引导，企业净化，农户参与治理）。通过单种群的均衡点稳定性分析、三种群共同组成的系统（I）的均衡点稳定性分析以及润州区水环境治理行动的案例分析，得出以下三点结论：

（1）单种群的均衡点稳定性除了与自身策略的影响因素相关，还受其他两类种群的策略选择影响；

（2）在系统（I）处于良好的情景下，只要农户参与治理的意愿高，地方政府最终将趋向于引导，企业也会积极参与到农村水环境治理中，农村水环境质量将得到显著改善；相反地，在系统（I）处于不良的情景下，即使企业愿意采取净化策略积极参与治理，或农户愿意参与治理，但仍然得不到地方政府的支持或系统其它参与者的响应，最终造成农村水环境治理的“公地悲剧”；一般情景下，研究各方策略的影响因素变化对演化结果的敏感度，发现地方政府和企业的行动方向一致，此时只要地方政府和企业联合起来致力于通过一系列引导和扶持策略保障农户从参与农村水环境治理中获得切实利益，依然可以形成三方共同治理的良好局面；

（3）通過一系列引导和扶持策略保障农户从参与农村水环境治理中获得切实利益，有利于促进农村水环境质量提升。

以上结论较好地揭示和解释了我国农村水环境污染事件持续发生、形势日益严峻的现实问题，关键就在于农户的水环境行为缺乏引导、监督和惩罚机制，造成其参与农村水环境治理的收益小于不参与的收益，最终形成农户不参与治理的行为。立足于上述分析和结论，本文建议在农村水环境治理行动中构建地方政府、企业、农户共同参与的网络治理模式，各主体之间通过监督、激励、举报、信息传递与公开、辅助管理、服务提供等方式相互关联，通过这一机制积极促进农户参与治理农村水环境。第一，创建多方共同治理的农村水环境监管信息平台，各方主体只有在该平台完成各自承担的信息任务后才能获得上级政府或地方政府的物质激励，其中，地方政府负责水环境信息公开、民意调查和水污染事件通报，企业提交环评报告和用水排水数据，农户举报企业与其他农户排污行为、地方政府不作为。第二，实施以保护水资源和减量增收为重点的农业产业结构调整，以绿色生产为导向，转变农业种植养殖方式、经营方式和管理方式，更好地优化水资源利用；完善农业支持保护补贴政策，将政策目标调整为支持耕地地力保护和有机粮食价格补贴、取消被举报及被披露有水污染行为的农户种粮补贴，引导农户减少化肥农药用量，切实加强农村水资源保护；落实农业取用水资源税改革，对规定限额内的农业取用水免征水资源税、对取用污水处理回用水等非常规水源免征水资源税，提高农村水资源利用效率。

（编辑：王爱萍）

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作者简介：许玲燕，博士，讲师，主要研究方向为农业经济管理、水资源管理、管理系统工程。Email：xulingyan333@163.com。

基金项目：江苏省教育厅人文社会科学研究基金“江苏省农村水环境承载力情景模拟及提升策略研究”（批准号：2016SJB630091）；江苏省博士后项目“太湖流域农村水环境承载力演化分析及提升策略研究”（批准号：1501074C）；国家自然科学基金面上项目“名牌产品供应链不良环境行为：形成、演化及治理策略研究”（批准号：71471076）；中国国家自然科学基金委员会与韩国国家研究基金委国际合作项目“FDI企业环境创新行为及环境绩效研究——以在华韩资企业为例”（批准号：71411170250）；江苏大学高级人才启动项目“基于农民专业合作社的干旱指数巨灾期权运作机制设计与制度安排”（批准号：14JDG103）。