基于群体博弈的秸秆焚烧问题分析

王柳伟+杨辉+黎继巧

摘 要 以农户作为单群体的新视角来看待问题，建立露天焚烧秸秆问题的单群体博弈模型，利用复制动力学来刻画农户的有限理性行为，并以此对模型的Nash平衡进行稳定性分析.研究发现：焚烧秸秆简单易行，短期来看，收益较好，却不知对环境造成的污染是很严重的；不焚烧秸秆成本高，但从长远来看，不焚烧秸秆的收益呈递增趋势；焚烧秸秆对环境造成破坏，不焚烧秸秆的整体社会收益远大于焚烧秸秆；最后，通过模型仿真来对问题进行分析验证，并提出建议与对策来解决露天焚烧秸秆问题.

关键词 群体博弈；复制动力学；秸秆露天焚烧；仿真实验

中图分类号 O225 文献标识码 A

Abstract We constructed a single population game model by regarding farmer as a single population， and characterized the bounded rational behavior by replication dynamics and analysized the stability of Nash equilibria based on that model. We show that the behavior of burning straw is simple and easy， and the benefits are high in the short term， but environmental pollutions are serious. Otherwise， the cost of not burning is high， but in the long term， the benefit of non-burning straw is increasing. Burning straw is harmful to the environment， and the social benefit of not burning straw is much higher than burning straw. Finally， the problem was analyzed and verified through simulation， and we gave suggestions and solutions to solve the problem of straw burning.

Key words population games； replication dynamics； crops straw opening burning； simulation experiment

1 引 言

氣候变化问题一直是各国的重要研究问题，引起气候变化的因素很多如工业废气排放、汽车尾气、城市建设等，但农作物秸秆露天焚烧也是引起气候变化（雾霾天气）的一个主要原因；如兰春剑等人[1]研究认为空气污染指数与秸秆焚烧火点数量呈正相关性，苏继峰[2]研究认为南京的雾霾天气主要是由秸秆露天焚烧造成的.

我国是一个农业大国，每年农作物收获季节都会产生大量的秸秆，毕于运等人[3]的研究发现，每年农作物秸秆可以产生8亿吨，如此巨大的数据引起了各级政府的关注，各级政府

加大监管措施，一定程度上遏制了露天焚烧秸秆问题，但收效甚微.秸秆如何处理成为一个急需解决的问题，一部分可直接还田，仍有很大一部分需要进行合理处理.虽然政府和众多

企业对秸秆处理问题进行合作研究，提出了很多综合利用处理方法，主要有4种：秸秆养畜（饲料）、种植食用菌（基料）、工业加工（工业原料）、能源化（燃料）.但综合利用处理方法由于受到农户的参与度低、实施成本高等问题的影响，秸秆综合利用情况并不理想.

在秸秆焚烧问题中，起关键作用的是农户，农户受自身行为模式的局限，自身知识的束缚，以及对环境问题的意识淡薄，焚烧秸秆成了简单易行的处理途径.如马骥[4]认为，农户是“只追求短期经济目标，并只根据预期净收益决定秸秆利用方式”.如何提高农民关于环境问题的认识，以及如何加大秸秆综合利用收益调动农民的积极性成了问题的关键. 盛锦[5]通过建立合作博弈模型，即应改变过去认为农户与政府控制秸秆露天焚烧上进行不合作博弈的片面认识，提出解决秸秆露天焚烧问题的方法.

以往的研究大多认为，农户的行为模式是典型的经纪人模式，由此导致政府的管理措施出现偏差.依据农户众多、短视、模仿周围人等特点，本文提出对于农户行为模式的新认识——群体博弈，群体博弈对于处理像秸秆露天焚烧这种参与人群庞大，每一个代理人是很小的并是匿名的且每一个代理人的支付依赖于他自身选取的策略和其他人的策略分布的决策问题来说是一个很强大且有效的工具.本文从群体博弈新视角，建立单群体博弈模型，通过仿真分析农户在政府监控下行为变化趋势，从而给决策者建言献策.

3 模 型

因为农户这个群体是非常庞大的，所以从群体博弈方面考虑更为恰当.在下面的单群体博弈中，从农户群体中全随机抽取两个个体进行博弈.农户可能选择不焚烧秸秆，也可能选择焚烧秸秆.在不改变问题本质的情况下，做出如下假设：

（ⅰ）焚烧秸秆简单易行，农户为此所付出的成本几乎忽略不计；

（ⅱ）政府对焚烧秸秆的情况高度重视，对于焚烧秸秆的行为政府有一定的惩罚措施；

（ⅲ）秸秆综合利用尽管短期内可能不会有明显的经济效益，但长远看将会改善环境，减少空气污染，利国利民，其变化趋势呈现x21的边际效益递增趋势；

（ⅳ）焚烧秸秆简单易行成本低短期收益明显，长期来看收益呈现x2的边际递减趋势；

（ⅴ）对收益的考量不仅仅是货币方面的，还有整体的社会价值.endprint

设在博弈过程中，单群体可选的纯策略集s=（不焚烧秸秆，焚烧秸秆）；

社会状态表示为x=（x1，x2），其中选择不焚烧秸秆的农户所占比例为x1，选择焚烧秸秆的农户所占比例为x2；

仿真结果分析：初始状态选择不焚烧秸秆的人少时，综合利用秸秆的成本减少与收益增加、对秸秆焚烧行为的举报概率提高、政府奖惩增加、提高放弃焚烧秸秆的经济补偿、秸秆焚烧收益的减少、加大对私自焚烧秸秆的罚金，都会使得初始结果改变，向着政府希望看到的大家都放弃焚烧秸秆的理想状态改变；初始状态选择不焚烧秸秆的人多时，为了维持这种情况，一定要注意控制综合利用秸秆的成本和提高综合利用秸秆的收益，避免改变初始农户都向着不焚烧秸秆的理想结果.

2）当g

初始状态一定的情况下，对在单一参数改变的情况下，看最终结果是否发生改变，如表2所示.

仿真结果的分析：对于只有部分人选择不焚烧秸秆的情况，通过减少综合利用秸秆的成本和提高收益、对秸秆焚烧行为的举报概率提高、政府奖惩增加、提高放弃焚烧秸秆的经济补偿、秸秆焚烧收益的减少、加大对私自焚烧秸秆的罚金，会使得选择不焚烧秸秆的农户增多，向着农户不焚烧秸杆的方向发展.

5 结论与建议

通过以上仿真结果分析，为了使农户向着不焚烧秸秆的状态发展，有以下建议可供参考：

首先，对秸秆综合利用是一关键问题，目前综合利用秸秆主要有4种途径，即：能源化（燃料）、工业加工（工业原料）、种植食用菌（基料）、秸秆养畜（饲料），但因技术的不成熟、生产规模较小等问题，综合利用秸秆的成本很高且收益不多，使得农户参与度低，在政府和农户群体的博弈中，为了提高综合利用秸秆的效率政府应引入企业、加大对秸秆综合利用的科研投入，控制成本并提高收益，调动农户参与的积极性；其次，对于农户而言，受自身知识束缚，对环境问题知之甚少，应加大宣传力度，环境问题关乎社会发展问题，爱护环境從自身做起，提高农户保护环境的意识很有必要；再者，政府应出台相应政策和规章制度，对于私自焚烧秸秆的情况加大处罚力度，鼓励举报焚烧秸秆的不良行为；最后，焚烧秸秆简单易行，短期来看，收益较好，却不知对环境造成的污染是很严重的；不焚烧秸秆成本高，但从长远来看，不焚烧秸秆的收益呈现x21的边际效益递增趋势；焚烧秸秆对环境造成破坏，不焚烧秸秆的整体社会收益远大于焚烧秸秆；在多方面的共同努力下，秸秆焚烧问题一定会得到改善，向着农户都不焚烧秸秆的理想状态发展.

参考文献

[1] 兰春剑，江洪.长三角地区秸秆焚烧所引起的黑碳气溶胶排放及环境影响研究[D]. 杭州：浙江农林大学林业与生物技术学院， 2012.

[2] 苏继峰. 秸秆焚烧对南京及周边地区空气质量的影响[D]. 南京：南京信息工程大学大气物理学院， 2011.

[3] 毕于运， 王亚静， 高春雨. 中国主要秸秆资源数量及其区域分布[J]. 农机化研究，2010，32（3）：1-7.

[4] 马骥. 我国农户秸秆就地焚烧的原因：成本收益比较与约束条件分析——以河南省开封县杜良乡为例[J]. 农业技术经济， 2009（2）：77-84.

[5] 盛锦. 基于政府、农户、企业三方合作博弈的秸秆焚烧管理问题研究[J]. 中国农业资源与区划， 2015， 36（4）：48-53.

[6] SANDHOLM W H. Population games and evolutionary dynamics[M]. Cambridge， Massachusetts ：MIT press，2011.