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基于外部理论视角的南疆棉花秸秆资源化利用能力评价

范文

郭梦

摘要?提高秸稈资源综合利用效率是推进农业、乡村绿色发展的重要一环，但由于其较大且无法内化的正外部效应阻碍着政府秸秆资源化利用政策推进。首先利用熵权法对2008—2017年新疆南疆5地州棉花秸秆资源的数据进行分析，明确了南疆各地州棉花秸秆资源化能力的分布，随后运用外部理论构建博弈模型，计算了在强制命令型、经济激励型和混合型3种政策情景下的纳什均衡P1、P2和P3，分析政府行为选择对农户棉花秸秆资源化能力影响。结果表明：2008—2017年，南疆农户棉花秸秆资源化能力综合得分由大到小依次为阿克苏地区、克孜勒苏柯尔克孜自治州、巴音郭楞蒙古自治州、喀什地区、和田地区;在3种政策情况下，政府采取混合政策时求解纳什均衡解数值最小值P3介于P1和P2之间，因此农户进行棉花秸秆资源化利用的概率越大，农户棉花秸秆资源化能力越强，政府为了效用最大化不采取措施的概率越大;③在3种政策的市场均衡条件下混合型政策的短期均衡条件与长期均衡临界相比于其他2种政策环境更易到达，混合型政策更有助于提高农户棉花秸秆资源化能力。

关键词?秸秆资源化;熵权法;外部理论;南疆

中图分类号?S216.2?文献标识码?A

文章编号?0517-6611（2021）03-0254-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.03.068

Abstract?Improving?the?comprehensive?utilization?efficiency?of?straw?resources?is?an?important?part?of?promoting?the?green?development?of?agriculture?and?rural?areas.?However，?due?to?its?large?externalization?effect?that?cannot?be?internalized，?it?hinders?the?governments?straw?resource?utilization?policy.?This?paper?firstly?uses?the?entropy?weight?method?to?analyze?the?data?of?cotton?straw?resources?in?five?prefectures?of?southern?Xinjiang?from?2008?to?2017，?and?clarifies?the?distribution?of?cotton?straw?resource?utilization?ability?in?various?states?in?southern?Xinjiang.?Then，?using?external?theory?to?construct?a?game?model，?the?calculation?is?carried?out.?The?Nash?equilibrium?under?the?three?policy?scenarios?of?mandatory?order，?economic?incentive?and?mixed?type?P1，P2?and?P3，?analyzes?the?influence?of?government?behavior?choice?on?the?resource?utilization?ability?of?farmers?cotton?straw.?The?research?conclusions?show?that：In?2008-2017，?the?comprehensive?scores?of?cotton?straw?resource?utilization?ability?of?farmers?in?South?Xinjiang?were：?Aksu>Kizilsu?Kirghiz?Autonomous?Prefecture>Bayingol?Mongolian?Autonomous?Prefecture>Kashgar>Hetian?Area;under?the?three?policy?situations，?the?minimum?value?of?the?Nash?equilibrium?solution?when?the?government?adopts?the?mixed?policy?is?P3，and?the?corresponding?P3?is?between?P1?and?P2，the?greater?the?probability?that?farmers?will?use?cotton?straw?resources，?the?stronger?the?ability?of?farmers?to?use?cotton?straw?resources，?and?the?greater?the?probability?that?the?government?will?not?take?measures?to?maximize?utility;in?three?the?shortterm?equilibrium?condition?of?the?hybrid?policy?under?market?equilibrium?conditions?and?the?longterm?equilibrium?critical?value?is?easier?to?reach?than?the?other?two?policy?environments，?and?the?mixed?policy?is?more?helpful?to?improve?farmers?cotton?straw?resource?utilization?ability.

Key?words?Straw?recycling;Entropy?method;External?theory;Southern?Xinjiang

秸秆作为农业废弃物之一，其资源化利用对我国环境治理有着重要意义。在我国，现有的秸秆资源化利用路径主要有基质化、饲料化、燃料化、肥料化、还田等，2015年，全国秸秆资源利用率超过80%。新疆作为产棉大省，其棉花产量的70%以上来自南疆，据有关学者测算其秸秆可收集量在2014年已超过1?000万t[1]，秸秆资源非常丰富。南疆干旱少雨，生态环境脆弱，年均降水量不足100?mm，年平均气温9～11?℃，多风沙、浮尘天气。南疆脆弱的生态环境使得南疆农业成为典型的弱质产业，资源的严重匮乏要求人们合理利用现有的农业资源，但根据全国第一次农业污染源调查（2010）顯示，南疆棉花秸秆综合利用率仅为72.71%，并且有露天焚烧现象发生。早在2005年，我国颁布的《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》就已明确规定“禁止在人口集中地区、机场周围、交通赣县附近以及当地人民政府划定的区域露天焚烧秸秆”，2017—2019年中央一号文件也接连提出推进农业清洁生产、乡村绿色发展、推进农业绿色发展等，并决定选取一些县在整县建设秸秆资源综合利用试点。但是，生态环境是一种具有非竞争性和非排他性公共物品，易处于市场失灵的状态。当农户合理利用棉花秸秆资源时所规避的大气污染则是一种具有正外部性的公共产品，社会收益大于私人收益，农户的私人成本无法弥补，需要政府介入实现市场均衡。政府行为选择在很大程度上影响了农户的行为，想要提高南疆棉花秸秆资源化利用能力，保护南疆脆弱的生态环境，缓解南疆自然资源紧缺的压力，实现国家的宏观指标均需要政府与农户共同努力。

笔者通过南疆5个地州2008—2017年棉花播种面积、产量、人口数量以及大牲畜数量的原始数据，计算出棉花秸秆的可收集量，并且通过计算棉花秸秆密度、棉花秸秆硬度、棉花秸秆消纳能力得出这5个地州棉花秸秆资源化能力的综合得分，立足南疆棉花秸秆资源化能力的区位分布上，运用外部理论建立博弈模型，从政府视角出发讨论政府选择干预对农户将秸秆资源化利用行为的影响，并计算纳什均衡，得出结论。

1?棉花秸秆资源化能力评价方法

1.1?评价方法

1.1.1?棉花秸秆资源量计算。

棉花秸秆资源量是棉花秸秆的可收集量，可从棉花的产出计算得出公式：S=D×r1×r2，其中S为某年棉花秸秆的可收集量;D为某年棉花总产量;r1为棉花秸秆的产出系数;r2为棉花秸秆可收集系数。根据前人的研究并综合新疆棉花种植技术的发展，该研究将r1取值为5，r2取值为0.9[2]。

1.1.2?熵权法原理。

选取n个地区，m个指标，则为第i个国家的第j项指标的数值（i=1，2，…，n;j=1，2，…，m），由该指标计算出熵值，熵值用来判断这个指标的离散程度，指标的离散程度越大，其熵值越小，该指标对综合评价的影响越大，即权重越大;反之若该指标其熵值越大，对综合评价的影响越小，权重越小。

1.1.3?熵权法指标权重确定及综合得分计算。

首先，由于指标的单位不同，则需将其进行异质指标同质化处理，即把指标的绝对值转化为相对值;第二步，计算第j项指标下第i个国家占该指标的比重;第三步，计算第j项指标的熵值;第四步，计算信息熵冗余度;第五步，计算各指标的权重;第六步，计算各地区的综合得分。

1.1.4?评价指标体系。

通过对已有秸秆资源化能力评价指标体系的整理与总结，从棉花秸秆资源总量和消纳能力两方面共选取了5个具有代表性的指标。

（1）棉花秸秆资源量。该研究中的棉花秸秆资源量是可收集到的棉花秸秆资源量，即棉花秸秆总量去除田间留茬、运输中损耗的秸秆资源量，其计算公式为：棉花秸秆可收集量=棉花总产量×棉花秸秆产出系数×棉花秸秆可收系数

（2）棉花秸秆密度。棉花秸秆密度是指在一定范围内单位面积土地上的棉花秸秆资源量，该研究则着重计算可收集到的棉花秸秆资源密度。

（3）棉花秸秆强度。该研究着重于计算人均可收集棉花秸秆资源占有量。该指标与棉花秸秆密度可以反映区域内棉花秸秆资源的丰欠程度。

（4）大牲畜数量。南疆地州的居民将棉花秸秆用作牲畜饲料，因此牲畜数量可以用来反映棉花秸秆资源的消纳能力。统计年鉴中只有牛、马、驴、山羊和绵羊的数据资料，并且统计资料将前3种列为大牲畜，但由于南疆农户也将棉花秸秆作为山羊和绵羊的辅助饲料，因此按5只山羊/绵羊=1头牛，将山羊和绵羊折算成牛的数量[3]。

（5）棉花秸秆消耗能力。随着国家对生物质能的重视，将棉花秸秆用于饲料化、肥料化的技术逐渐提高，把资源化利用的棉花秸秆资源量作为各区棉花秸秆资源化能力的指标（由于南疆整体的秸秆资源消耗量为72.71%[4]，并未找到2008—2017年南疆各地州棉花秸秆在各用途上的消耗量）。

1.2?棉花秸秆资源化能力评价

1.2.1?新疆南疆棉花秸秆资源分布。

由表1可知，南疆主要棉花产地为巴音郭楞蒙古自治州（简称“巴州”）、阿克苏地区和喀什地区，其产量均占南疆棉花秸秆产量的94%以上。巴州、阿克苏地区的棉花秸秆产量整体呈现波动上升的趋势;克孜勒苏柯尔克孜自治州（简称“克州”）、喀什地区和和田地区则在2008—2014年均呈现波动上升的趋势，并且在2014年出现峰值，在2014—2017年有所回落。

1.2.2?棉花秸秆资源化能力综合得分计算结果及分析。

从各地州来看，阿克苏地区的增长幅度最快，其2017年的综合评分相比于2008年提高了17.212?2倍，其原因在于阿克苏地区时2008年的棉花秸秆资源可收集量、棉花秸秆密度、棉花秸秆硬度和棉花秸秆消纳能力均为5个地区的最小值，在10年间，阿克苏地区的棉花播种面积扩大幅度较大，大牲畜数量增加较快，单产增幅最高达到128.63%，因此这4个指标的数值有显著提高，综合评分增长幅度较大;喀什地区增长幅度最慢，因为喀什地区在2008—2017年单产下降、大牲畜数量下降、人口增长导致秸秆密度、秸秆强度和秸秆消纳能力等指标评分下降较多。和田地区则处于负增长状态，说明其棉花秸秆资源化能力下降，该地区在2008—2014年呈现波动性增长，在2014年后综合评分下降迅速，说明其棉花秸秆资源化能力水平下降较大，原因在于播种面积下降、产量下降、单产降低、人口迅速增加、大牲畜数量减少导致5个指标的综合评分全都下降（表2）。

2?博弈视角下政府行为对农户棉花秸秆资源化能力的影响

2.1?政府介入棉花秸秆资源利用的经济逻辑

生态环境是一种具有公共物品的产品，因此具有非竞争性和非排他性，易处于市场失灵的状态。当农户焚烧棉花秸秆资源时，对大气环境造成污染，大气污染作为具有负外部性的公共物品，社会成本大于私人成本;反之当农户合理利用棉花秸秆资源时所规避的大气污染则是一种具有正外部性的公共产品，社会收益大于私人收益。公共产品的性质决定了私人边际收益与私人边际成本的矛盾，因此在关于环境治理方面，仅依靠市场是无法实现资源的帕累托最优，需要政府财政补贴来弥补农户进行棉花秸秆资源化利用的私人成本，使得棉花秸秆资源化利用的正外部效应部分或全部内化，使得市场均衡得到最优解。

2.2?博弈理论模型?该模型的前提假设为农户棉花秸秆资源化能力与棉花秸秆的利用方式无关，仅与棉花秸秆利用量相关。从实际情况看来，政府介入秸秆资源利用的方式主要包括强制命令型、经济激励型以及混合型措施3种。强制命令型主要为罚款;经济激励型主要为补贴;混合型措施为惩罚与激励措施并行。因此将在这3种不同的政策情景下构建博弈分析框架，在分析中假设政府与农户双方信息完全。

2.2.1?强制命令型政策下的纳什均衡。

在这种政策环境下，政府对焚烧棉花秸秆的农户进行罚款以约束其行为。假设政府的监督管理成本为C1，罚款为F，但由于农户的分散性，因此农户焚烧秸秆被政府罚款的情况存在不确定性，因此将农户被罚款的概率设为λ1[5];若政府不对焚烧棉花秸秆的农户进行罚款，则政府损失的声誉为R1;假设农户将秸秆资源化利用的成本为C2，收益为I1;焚烧秸秆的声誉损失为R2，罚款为F。

分析博弈双方收益可知该博弈模型只能求解混合策略中的纳什均衡[6-8]。假设政府采取惩罚措施的概率p1，则不采取惩罚措施的概率为1-p1;农户进行棉花秸秆资源化利用的概率为q1，则不进行棉花秸秆资源化利用的概率为1-q1（p1∈[0，1];q1∈[0，1]）。根据上述假设条件，可以构建政府和农户的收益矩阵见图1。

假设政府效用为Ug1，农户的期望为Uf1，则其计算结果如下：

Ug1对p1求一阶偏导，Uf1对q1求一阶偏导，并令其一阶偏导等于0，解得农户和政府博弈的纳什均衡解为P1和Q1。P1和Q1为政府与农户在强制命令型政策下的混合纳什均衡解。当政府采取强制型政策的概率大于P1时，农户会进行棉花秸秆资源化利用，反之将不进行资源化利用;当农户将棉花秸秆资源化利用概率大于Q1时，政府不会采取强制措施，反之将对农户进行惩罚。处于纳什均衡解上时，政府和农户采取任何行动的效果均相同。对于P1来说，政府施行惩罚措施的力度越大，农户进行棉花秸秆资源化利用的收益越高，因此进行资源化利用的积极性越大，棉花秸秆资源化能力越强;对于Q1来说，政府罚款和声誉认知的综合收益越大、监督管理成本越小，政府采取强制性政策的积极性越强。

2.2.2?经济激励型政策下的纳什均衡。

在这种政策环境下，政府对进行棉花秸秆资源化利用的农户进行补贴以激励其行为。假设政府补贴标准为S1，但由于补贴资金有限，农户获得补贴的可能性与农户棉花秸秆资源化利用的规模、利用方式、个人申请积极程度等有关，因此将农户获得补贴的可能性设为λ2。同理，最后得出的P2和Q2為政府与农户在经济激励型政策下的混合纳什均衡解。当政府采取经济激励政策的概率大于P2时，农户会进行棉花秸秆资源化利用，反之将不进行资源化利用;当农户将棉花秸秆资源化利用概率大于Q2时，政府不会采取经济激励措施，反之将对农户进行补贴。处于纳什均衡解上时，政府和农户采取任何行动的效果均相同。对于P2来说，政府施行经济激励措施的力度越大，农户进行棉花秸秆资源化利用的收益越高，因此进行资源化利用的积极性越大，棉花秸秆资源化能力越强;对于Q2来说，政府经济激励政策和声誉认知的综合成本越高、监督管理成本越高，政府采取经济激励政策的积极性越低。

2.2.3?混合型政策下的纳什均衡。

在这种政策环境下，政府对焚烧棉花秸秆的农户进行罚款以约束其行为，对进行棉花秸秆资源化利用的农户进行补贴以激励其行为。同理当政府采取强制性政策和经济激励政策的概率大于P3时，农户会进行棉花秸秆资源化利用，反之将不进行资源化利用;当农户将棉花秸秆资源化利用概率大于Q3时，政府不会采取强制性措施和经济激励措施，反之将会采取。处于纳什均衡解时，政府和农户采取任何行动的效果均相同。对于P3来说，政府施行两种措施的力度越大，农户进行棉花秸秆资源化利用的收益越高，因此进行资源化利用的积极性越大，棉花秸秆资源化能力越强;对于Q3来说，政府实行经济激励政策和监督管理的综合成本越低、声誉认知和罚款收入越高，政府采取两种措施的积极性越高。

2.2.4?3种政策情景下纳什均衡解的比较。

上述3种情景由于在概率上存在不确定性，需进一步讨论。对于P来说，计算可知P3最小，而P1和P2大小取决于λ1F和λ2S1的大小。对于Q来说，计算可知Q3

忽略Q1与Q2相等的情况，根据上述情况可解得混合策略纳什均衡解的组合分布，在两种情况下，P3均为最小值，此时农户进行棉花秸秆资源化利用的概率大于均衡解P3时，则符合最优预期;农户进行棉花秸秆资源化利用的概率越大，政府为了效用最大化不采取措施的概率越大。因此在规制农户行为时，政府采用混合型政策的成本小于两个单一政策成本之和，并且提高了农户进行棉花秸秆资源化利用的积极性，从而提高了农户棉花秸秆资源化能力。

2.3?3种政策环境下的市场均衡

由于棉农数量相对庞大，棉花秸秆具有同质性，农户可以自由选择种植的产品，信息相对完全，因此该研究将棉花秸秆资源化利用市场假设为完全竞争市场来推导3种政策环境下的短期与长期均衡。假设3种情况下农户每资源化利用一单位的棉花秸秆的成本为MC，收益为MR，其余假设同“2.2”。

2.3.1?强制命令型政策下的市场均衡。当政府施行强制命令型政策时，对于农户而言进行棉花秸秆资源化利用的成本为C2，收益为I1，纯收益r1=I1-C2，不进行棉花秸秆资源化利用的成本为R2+λ1F，收益为0，纯收益r2=-（R2+λ1F）。在短期市场状态下，根据完全竞争市场的短期均衡条件纯收益r1>r2时，即I1>-（R2+λ1F）+C2，政府施行惩罚措施，农户将进行棉花秸秆资源化利用;当纯收益r1<r2时，即使政府对农户施行惩罚措施，农户也不会进行棉花秸秆资源化利用。

在长期市场情况下，由完全竞争市场的长期均衡条件，C2<R2+λ1F-I1，政府施行强制命令措施，农户会进行棉花秸秆资源的资源化利用;当成本C2>R2+λ1F-I1时，即使政府施行惩罚措施，农户也不会进行棉花秸秆的资源化利用。

2.3.2?经济激励型政策下的市场均衡。当政府施行经济激励型政策时，对于农户而言进行棉花秸秆资源化利用的成本为C2，收益为I1+λ2S1，纯收益r3=I1+λ2S1-C2，不进行棉花秸秆资源化利用的成本为R2，收益为0，纯收益r4=-R2。在短期市场状态下，根据完全竞争市场的短期均衡条件纯收益r3>r4时，即I1+λ2S1-C2>-R2，政府施行经济激励措施，农户将进行棉花秸秆资源化利用;当纯收益r3<r4时，即使政府对农户施行经济激励措施，农户也不会进行棉花秸秆资源化利用。

在长期市场情况下下，同理当C2<R2+I1+λ2S1，政府施行经济激励措施，农户会进行棉花秸秆资源的资源化利用;当成本C2>R2+I1+λ2S1，即使政府施行经济激励措施，农户也不会进行棉花秸秆的资源化利用。

2.3.3?混合型政策下的市场均衡。

当政府施行强制命令型政策时，对于农户而言进行棉花秸秆资源化利用的成本为C2，收益为I1+λ2S1，纯收益r5=I1+λ2S1-C2，不进行棉花秸秆资源化利用的成本为R2+λ1F，收益为0，纯收益r6=-（R2+λ1F）。在短期市场状态下，当纯收益r5>r6时，即I1+λ2S1-C2>-（R2+λ1F），政府施行混合措施，农户将进行棉花秸秆资源化利用;当纯收益r5<r6时，即使政府对农户施行混合措施，农户也不会进行棉花秸秆资源化利用。在长期市场情况下，当C2<R2+λ1F+I1+λ2S1，政府施行混合型政策，农户会进行棉花秸秆资源的资源化利用;当成本C2>R2+λ1F+I1+λ2S1，即使政府施行混合型政策，农户也不会进行棉花秸秆的资源化利用。

3?研究结论

（1）2008—2017年，南疆棉花秸秆资源化能力总体呈上升趋势，5地州的秸秆资源化能力综合得分依次为阿克苏地区（22.042?1）>克孜勒苏柯尔克孜自治州（20.919?5）>巴音郭楞蒙古自治州（19.661?8）>喀什地区（13.041?3）>和田地区（2.419?0），其中阿克苏地区棉花秸秆资源化能力提高显著，和田地区棉花秸秆资源化能力下降。

（2）在3种政策情况下，政府采取政策时求解纳什均衡解数值最小值为P3，农户进行棉花秸秆资源化利用的概率大于均衡解P3时，则符合最优预期;与P3对应的Q3介于Q1和Q2之间，因此农户进行棉花秸秆资源化利用的概率越大，农户棉花秸秆资源化能力越大，政府为了效用最大化不采取措施的概率越大。与两个单一政策相比，混合型政策成本更小，在规制农户行为时，政府可以采用混合型政策。

（3）在3种政策的短期市场均衡条件下，接受强制命令型政策规制的进行棉花秸秆资源化利用的条件P最难到达，农户棉花秸秆资源化利用积极性越小，棉花秸秆资源化利用能力越低;接受混合型政策规制的农户进行棉花秸秆资源化利用的条件P最易到达，农户棉花秸秆资源化利用积极性越大，棉花秸秆资源化利用能力越大。在3种政策的长期市场均衡条件下，接受强制命令型政策规制的农户进行棉花秸秆资源化利用的临界值最难到达，农户棉花秸秆资源化利用积极性越小，棉花秸秆资源化利用能力低;接受混合型政策规制的农户进行棉花秸秆资源化利用的临界值最易到达，农户棉花秸秆资源化利用积极性越大，棉花秸秆资源化利用能力越大[9-11]。

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