季节交替下农业废弃物第三方治理稳定性研究

张浩，涂国平，庄道元

（1.淮北师范大学 经济与管理学院，安徽 淮北 235000；2.南昌大学 管理学院，江西 南昌 330031）

受城乡二元化制度的影响，中国农村环境治理存在法律制度缺失、资金技术缺乏、治理主体缺位的“三缺”问题，引入第三方治理则可有效解决上述“三缺”问题，农村环境第三方治理的对象包括农村生活污染、农村工矿业污染、农业废弃物污染。其中，农业废弃物的第三方治理是农村环境第三方治理的关键[1]104-108。

农业废弃物第三方治理是保持人与自然和谐共生、走乡村绿色发展、实现乡村振兴的必由之路。与工矿业生产活动相比，受季节影响是农业生产活动的显著特征，由此造成了农业废弃物第三方治理存在一定的独特性，有必要研究季节交替对农业废弃物第三方治理的影响机理，为全面推进农村环境第三方治理提供政策设计依据。

一、文献综述

农业废弃物第三方治理主要有三方参与，第一方是政府，其需要向社会提供绿色的生态环境；第二方是农业生产者，其生产行为产生了大量的废弃物；第三方是专业化的废弃物资源化服务公司[2]107。农业废弃物第三方治理的稳定运营依赖于各参与方的持续参与，本文中农业废弃物第三方治理“稳定性”指的是“各参与主体合作的持续性”。当前针对农业废弃物第三方治理稳定性的研究集中于以下三个方面：

1.对第三方治理企业的激励和约束对稳定性的影响。在激励方面，学者较多考虑如何进行政府补贴。王翠霞等[3]216-226运用系统动力学方法，研究了政府补贴对农业废弃物集中治理大型沼气工程可持续运营的影响，认为应提升补贴标准。Zheng等[4]认为，中国政府对大中型沼气工程补贴应以产品为基础而非建设投入补贴，制定补贴方案和模式应更具有针对性和科学性[5]。Federica等[6]888-897和Jean等[7]40-51计算了沼气发电厂所需的政府补贴水平。Wang等[8]认为，政府需要根据沼气集中生产（CBP）项目在能值投入产出、环境负荷、经济价值等方面的优劣，提供相应的支持。第三方治理企业并非规模越大越好，Luo等[9]1131-1139研究表明，在中国分散的农业结构中，小型沼气厂目前为综合利用沼气提供了一个合适的系统，因此要因地制宜地发展养殖污染第三方治理，并加强相关制度政策前瞻性研究[10]95-100。在约束方面，针对第三方治理企业存在的道德风险，郭志达等[11]37-44基于委托代理理论视角，研究了农业废弃物第三方治理的机制设计问题。

2.第三方治理产业链对稳定性的影响。由于单纯的农业废弃物资源化利用不能带来较理想的收益，因此还要通过全产业链循环来提升农业废弃物资源化利用成果的附加值[12]116-121，例如华北平原部分县区政府通过引导和宣传，提高农村居民对“煤改气”的“使用意愿”“购买意愿”，增加大中型沼气集中生产（CBP）项目的收益[13]。王火根等[2]111认为，要整合农业废弃物第三方治理上下游的产业资源，打造沼气产业的“循环经济产业链”，使沼气工程的投资价值实现最大化。

3.农业生产者行为对稳定性的影响。郑黄山等[14]1081-1089应用logistic回归模型分析影响南平养猪污染第三方治理支付行为的关键因素，发现“污染者付费原则”在农村养殖污染第三方治理中难以执行，养猪户缴费比例较低，严重影响了第三方治理的正常运转。赵俊伟等[15]90-97+173-174运用Heckman两阶段模型分析生猪规模养殖户对粪污处理社会化服务的支付意愿与支付水平及其影响因素，结果表明，文化程度、猪场与粪污消纳地距离、养殖收益、对第三方治理的预期与支付意愿支付水平显著正相关。

受季节影响是农业生产活动的显著特征，从当前文献来看，学界对农业废弃物第三方治理稳定性的研究中，缺少对季节交替这一因素的考量，因此也缺乏针对季节变化提出的政策建议。基于此，本文考虑季节交替这一客观规律，在研究方法上，运用演化博弈理论，通过分析农业生产者和第三方治理企业多次交互作用下的策略选择，来刻画“各参与主体合作的持续性”的变化规律，为农业废弃物第三方治理稳定性的提升提供理论依据。

二、演化博弈模型构建及分析

（一）模型构建

农业废弃物是农业生产、农产品加工、畜禽养殖业等排放的废弃物的总称（狭义上指畜禽粪污、秸秆）。研究表明，当前农业废弃物领域研究的热点已经从种植废弃物转向养殖废弃物，从未经处理的废弃物到能源利用[16]。本文的研究对象是畜禽粪污的第三方治理。假定农业生产者群体和第三方治理企业群体具有一定的理性，均可以选择参与或不参与废弃物第三方治理。为便于表述，对参数做出如下设定：

1.农业生产者产生的废弃物中含q单位的有机质（有机质是秸秆、畜禽粪污中可资源再利用的主要成分），由生产规模决定；在进行农业生产时，产生有机质同时还会产生其他非有机质物质，例如在进行生猪养殖时，产生猪粪尿等有机质的同时，还会消耗一定量的水用于清洗猪圈，假设非有机质产量与有机质产量比例关系为λ，则农业生产废弃物总量为Q＝q（1+λ）。

2.当农业生产者不参与废弃物第三方治理时，合规处理废弃物途径是在配套的种植业内消纳废弃物，即“养种结合”，设有机质处理量为n。在配套的种植业规模不变的情况下，季节变化通过影响作物生长周期进而影响废弃物有机质合规处理量，例如作物在夏季生长旺盛，在冬季生长缓慢，因此夏季农业废弃物消纳量较大、冬季农业废弃物消纳量较低，这也是农业夏季水土污染减轻、冬季水土污染加重的主要原因。设农业生产者合规处理废弃物有机质需付出单位成本C1，例如人工成本、设备维护成本等。

3.当配套的种植业无法完全消纳废弃物时，由于农业面源污染具有分散性、不确定性及时空分布的异质性特征，使得农业生产者极易产生机会主义污染行为[17]8-14，例如农业生产者偷排等违规处理废弃物的行为，导致废弃物二次污染，造成下游农户作物烧苗减产，被发现后不仅需赔偿农户经济损失，还需承担一定的行政罚款[18]37-42。设农业生产者违规处理废弃物的单位成本为C2。

4.废弃物单位运输成本为t，该费用由第三方治理企业支付；第三方治理企业生产废弃物再制造产品的单位成本为d。

5.设第三方治理企业从农业生产者购买废弃物的价格为a（a＜0则表示农业生产者委托第三方治理企业处理废弃物所支付的费用）。

6.一单位废弃物再制造产品市场价格为P；政府单位补贴为S；若农业生产者要加入到第三方治理需付出参与成本F1，例如信息搜寻成本、缔约成本、监督履约成本等；同理，若第三方治理企业加入需付出参与成本F2。

结合上述假设和设定，农业生产者、第三方治理企业两方博弈支付矩阵如表1所示。

假设农业生产者群体中采取参与策略的比例为P1，则采取不参与策略的比例为1-P1；第三方治理企业群体中采取参与策略的比例为P2，则采取不参与策略的比例为 1-P2；0≤P1，P2≤1。

农业生产者群体采取参与策略的收益为

表1 农业生产者、第三方治理企业支付矩阵

农业生产者群体采取不参与策略的收益为

则农业生产者群体的平均收益为

第三方治理企业群体采取参与策略的收益为

第三方治理企业群体采取不参与策略的收益为

则第三方治理企业群体的平均收益为

进而可得农业生产者、第三方治理企业博弈的复制动态方程为

则式（7）的雅可比矩阵为

（二）均衡点稳定性分析

式（7）具有四个纯策略均衡点（0，0），（0，1），（1，0），（1，1）及一个混合策略均衡点，其中。对五个均衡点处雅克比矩阵分析如表2所示。

表2 均衡点稳定性分析

根据Friedman提出的稳定性判别方法[19]637-666[20]21-28：若均衡点的雅可比行列式值 det J＞0、迹值 tr J＜0，则该均衡点稳定，对应演化稳定策略，若雅可比行列式值为负，则此均衡点为鞍点。由于F1F2＞0 且-（F1+F2）＜0，故均衡点（0，0）是演化稳定策略；由于F2＞0，对于任意的[nC1+（q-n）C2+Qa-F1]，都无法使得[nC1+（q-n）C2+Qa-F1]F2＞0 与 nC1+（q-n）C2+Qa-F1+F2＜0 同时成立，故均衡点（0，1）不可能为演化稳定策略；同理，均衡点（1，0）不可能为演化稳定策略；由于tr J=0，故均衡点也不是演化稳定策略。当满足条件

均衡点（1，1）为演化稳定策略。式（8）表明，若要农业生产者和第三方治理企业达成合作，应保证“参与”均是两方的最优策略，此时式（7）具有两个演化稳定策略（0，0）和（1，1），即（不参与，不参与）和（参与，参与）。 由两个不稳定演化策略（0，1）、（1，0）和鞍点所连接而成的线段可以看成是系统收敛于不同模式的分界线，如图1所示。当农业生产者、第三方治理企业的初始策略选择在区域①和区域④内时，最终将锁定于“不良”状态，即演化稳定策略（0，0）；当农业生产者、第三方治理企业的初始策略选择在区域②和区域③内时，最终将收敛于“良好”状态，即演化稳定策略（1，1）。

（三）参数分析

推论1.增大农业生产者违规处理废弃物的成本，可以促使农业生产者加入到第三方治理中，提升第三方治理稳定性。

推论2.降低农业生产者和第三方治理企业的参与成本，有利于提升农业废弃物第三方治理稳定性。

2013年，中国灌溉排水发展中心、水利部农村饮水安全中心按照部党组总体部署，深入学习贯彻党的十八大和十八届三中全会精神,扎实开展以为民务实清廉为主要内容的党的群众路线教育实践活动，紧紧围绕农村水利发展目标任务，全力做好重点领域技术支撑和服务工作，为提高农业综合生产能力、保障农村饮水安全发挥了重要支撑保障作用。

推论3.第三方治理企业向农业生产者购买废弃物或是农业生产者向第三方治理企业支付废弃物治理费用，价格的变动对第三方治理稳定性的影响都是随机的。

推论4.若农业生产者违规处理废弃物单位成本高于合规处理废弃物单位成本，在废弃物消纳量较大的季节，农业废弃物第三方治理稳定性较低，在废弃物消纳量较小的季节，农业废弃物第三方治理稳定性较高；若农业生产者违规处理废弃物单位成本低于合规处理废弃物单位成本，在废弃物消纳量较大的季节，农业废弃物第三方治理稳定性较高，在废弃物消纳量较小的季节，农业废弃物第三方治理稳定性较低。

三、案例分析

生猪养殖废弃物主要为猪粪尿，具备一定的污染性。养殖场消纳生猪养殖废弃物主要是采取“沼气工程发酵+养种结合”模式，但该模式在实际操作中存在多个不足之处[21]153-156，导致大量废弃物未得到良好的处理，废弃物外排造成了严重的农业污染，因此，生猪养殖一直是环保部门的重点管控对象。与此同时，废弃物可用于发电，其还富含氮磷等营养物质，是制作生物质有机肥的原料资源[22]12-17。当前，生猪养殖场已是农业废弃物第三方治理的重要参与者。

（一）××环保工程有限公司被约谈案例分析

江西××环保工程有限公司（以下简称××公司）2013年在江西省新余市渝水区开始探索整县推进第三方集中资源化利用模式，全量化收集处理上游N家养殖企业产生的粪污及病死猪，连动下游N家种植园区。近年来该第三方治理在发展中暴露出了一些问题。2018年新余市环保局就畜禽粪污收集存在的问题约谈了该公司负责人，并提出几点要求：

××公司每月向地方环保部门报送畜禽粪便收集处置月报表，一方面，可以监督该公司是否做到了全量化收集猪粪污；另一方面，通过对养殖场应收纳粪便数和实际收纳数量的比对可以初步判断养殖场是否存在违规处理粪污的可能性，进而决定是否对养殖场进行检查，及时的检查可以更好地将养殖场违规处理废弃物行为的负外部性内部化，提升了养殖场违规处理废弃物的成本，进一步完善了监管体系。由推论1可知，这项要求有利于××公司第三方治理的稳定性。此外，为防范可能出现的××公司利用信息优势产生道德风险的问题，在地方政府的后续管理工作中，还有必要进行“令××公司如实上报养殖场应收纳粪便数和实际收纳数量”的机制设计。

第二，严格按照设计产能与养殖户签订粪污收集清理合同，量力而行，无正当理由不得拒收养殖厂产生的粪污。

一方面，严格按照设计产能与养殖户签订粪污收集清理合同，确保××公司能够将收集的粪污全部处理，避免出现因处理能力不足而拒收养殖户粪污的现象，无正当理由不得拒收养殖厂粪污，进一步保障了合同的履约，降低了养殖场的参与成本；另一方面，签订合同确保了××公司获取废弃物的渠道、数量、规格等的稳定性，降低了××公司的参与成本，由推论2可知，该要求有利于××公司第三方治理的稳定性。

第三，严格按照市场价格区间设定畜禽粪污处理价格，不得随意抬价加价。

该第三方治理是农业生产者委托第三方治理企业处理废弃物，因此养殖场需向××公司支付粪污处理费用，由推论3可知，处理费用的变动对第三方治理稳定性的影响具有随机性，需根据其他参数的取值才能具体分析，因此××公司在遵循市场规律、明确市场价格区间的基础上，结合有机肥等产品的市场价格、生产成本等因素的变化情况，设定并及时调整畜禽粪污处理价格，将第三方治理稳定性保持在较高水平。

（二）××公司罗坊镇大型沼气发电项目案例分析

2017年××公司在新余市渝水区罗坊镇南英恳殖场建成罗坊镇大型沼气发电项目，申请中央投资资金3 750万元，地方投资750万元，自筹资金5 802.37万元，全量化收集处理区域内规模养猪场3万多吨粪污以及周边农田2万多吨秸秆，采用混合发酵，年产沼气超800万立方米，年发电量超1 300万千瓦·时，年产沼渣有机肥4.16万吨，提纯沼液年产沼液有机肥2.71万吨，沼液提纯后剩余的淡液可做稀释水循环使用。本文以罗坊镇大型沼气发电项目为例，研究季节变化对××公司第三方治理稳定性的影响。

根据对罗坊镇大型沼气发电项目的调研，将数据列出如下：猪粪的有机质含量为20.4%，经换算可得一个季度内q=1 898.73吨，λ＝3.90，猪粪购买单价为65元/吨，在15千米经济运输范围内，运输费用约为原材料购买成本的40%；沼液有机肥市场售价约为50元/吨，沼渣有机肥市场售价约为350元/吨，发电上网价格为0.75元/千瓦·时。新余市政府未对发电上网、沼渣有机肥、沼液有机肥生产项目进行补贴，因此S＝0元；××公司生产单位成本d包含人工费、电费、固定资产折旧费等，其中建筑物按30年进行折旧，设备按20年进行折旧；市场价格P以总收入除以q计，该工程为环保新能源项目，享受新余市税收免税政策。考虑到现实情况，对其他参数进行合理的假设，设养殖场合规处理废弃物有机质的单位成本C1=400元/吨。罗坊镇在2017年3月—10月以种植水稻、果树为主，冬季种植蔬菜，根据作物的生长周期及施用有机肥节点，假设春、夏、秋、冬四季养殖场合规处理粪污的有机质的量分别为1 000吨、1 600吨、800吨、400吨。

1.当C1＞C2，即养殖场违规处理废弃物有机质单位成本低于合规处理废弃物有机质单位成本，假设C2=200元/吨，随着春夏秋冬季节交替，鞍点的取值分别为（0.52，0.51）、（0.52，0.46）、（0.52，0.52）、（0.52，0.56），不变，取值减小，则鞍点与均衡点（1，0）、（0，1）链接所成的折线的右侧区域（即图1中区域②和区域③的总面积）变大，罗坊镇大型沼气发电项目运营的稳定性提升；反之，不变，取值增大，罗坊镇大型沼气发电项目运营的稳定性降低。随春、夏、秋、冬四季交替，罗坊镇大型沼气发电项目运营的稳定性呈中—高—中—低的变化趋势，如图2所示。

2.当C1＜C2，即养殖场违规处理废弃物有机质单位成本高于合规处理废弃物有机质单位成本，假设C2=600元/吨，随着春、夏、秋、冬季节交替，鞍点的取值分别为（0.52，0.41）、（0.52，0.43）、（0.52，0.41）、（0.52，0.40），随春、夏、秋、冬四季交替，罗坊镇大型沼气发电项目运营的稳定性呈中—低—中—高的变化趋势，如图3所示。

对比两种情况，其他参数取值不变，仅将养殖场违规处理废弃物有机质单位成本从200元/吨增大到600元/吨，在同一季节下，不变，减小，罗坊镇大型沼气发电项目稳定性提升，这说明增大养殖场违规处理废弃物成本可以提升罗坊镇大型沼气发电项目运营的稳定性，因此，新余市环保局还需进一步加强对养殖场违规处理废弃物的监管，对养殖场的违规行为尽早发现、及时处理。此外，随着季节的交替，罗坊镇大型沼气发电项目运营的稳定性也有所波动，建议新余市环保局不仅要对养殖场进行常规监管，还要针对季节变化开展养殖场废弃物处理专项整治活动并出台有针对性的补贴政策，改善某些季节内第三方治理稳定性较低的状况。

四、结论与建议

本文考虑季节因素，构建农业废弃物第三方治理演化博弈模型，分析双方参与策略选择，得到如下结论：（1）农业废弃物第三方治理的稳定性与农业生产者违规处理废弃物成本正相关，与农业生产者、第三方治理企业的参与成本负相关；（2）第三方治理企业向农业生产者购买废弃物或是农业生产者向第三方治理企业支付废弃物治理费用，价格的变动对第三方治理稳定性的影响都是随机的；（3）农业废弃物第三方治理稳定性受季节交替影响而存在两种周期性变化规律，但具体表现出何种变化规律取决于农业生产者合规处理废弃物与违规处理废弃物成本之间的大小关系。

根据结论提出如下管理建议：（1）对于加入第三方治理的农业生产者，也不能放松监管，通过提高农业生产者违规处理废弃物成本，强化农业生产者参与废弃物第三方治理的意愿；（2）进一步降低双方的参与成本，例如完善农业废弃物第三方治理的法律法规，明确农业生产者和第三方治理企业的权责界定；（3）严格管控废弃物处理价格或者废弃物购买价格，避免价格过大波动导致农业生产者或者第三方治理企业参与意愿降低；（4）受季节交替影响，农业废弃物第三方治理稳定性存在两种周期性变化规律。该变化规律有助于政府识别出第三方治理稳定性较低的季节，进而制定具有针对性的短期政策，例如针对低稳定性季节开展短期财政补贴以及废弃物处理专项整治活动。政府需要将常规性的长期政策与针对性的短期政策相结合，利用组合政策推动农业废弃物第三方治理的长期稳定运营。