基于群體博弈的秸稈焚燒問題分析

王柳偉+楊輝+黎繼巧

摘 要 以農(nóng)戶作為單群體的新視角來看待問題，建立露天焚燒秸稈問題的單群體博弈模型，利用復(fù)制動力學(xué)來刻畫農(nóng)戶的有限理性行為，并以此對模型的Nash平衡進行穩(wěn)定性分析.研究發(fā)現(xiàn)：焚燒秸稈簡單易行，短期來看，收益較好，卻不知對環(huán)境造成的污染是很嚴重的；不焚燒秸稈成本高，但從長遠來看，不焚燒秸稈的收益呈遞增趨勢；焚燒秸稈對環(huán)境造成破壞，不焚燒秸稈的整體社會收益遠大于焚燒秸稈；最后，通過模型仿真來對問題進行分析驗證，并提出建議與對策來解決露天焚燒秸稈問題.

關(guān)鍵詞 群體博弈；復(fù)制動力學(xué)；秸稈露天焚燒；仿真實驗

中圖分類號 O225 文獻標識碼 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

氣候變化問題一直是各國的重要研究問題，引起氣候變化的因素很多如工業(yè)廢氣排放、汽車尾氣、城市建設(shè)等，但農(nóng)作物秸稈露天焚燒也是引起氣候變化（霧霾天氣）的一個主要原因；如蘭春劍等人[1]研究認為空氣污染指數(shù)與秸稈焚燒火點數(shù)量呈正相關(guān)性，蘇繼峰[2]研究認為南京的霧霾天氣主要是由秸稈露天焚燒造成的.

我國是一個農(nóng)業(yè)大國，每年農(nóng)作物收獲季節(jié)都會產(chǎn)生大量的秸稈，畢于運等人[3]的研究發(fā)現(xiàn)，每年農(nóng)作物秸稈可以產(chǎn)生8億噸，如此巨大的數(shù)據(jù)引起了各級政府的關(guān)注，各級政府

加大監(jiān)管措施，一定程度上遏制了露天焚燒秸稈問題，但收效甚微.秸稈如何處理成為一個急需解決的問題，一部分可直接還田，仍有很大一部分需要進行合理處理.雖然政府和眾多

企業(yè)對秸稈處理問題進行合作研究，提出了很多綜合利用處理方法，主要有4種：秸稈養(yǎng)畜（飼料）、種植食用菌（基料）、工業(yè)加工（工業(yè)原料）、能源化（燃料）.但綜合利用處理方法由于受到農(nóng)戶的參與度低、實施成本高等問題的影響，秸稈綜合利用情況并不理想.

在秸稈焚燒問題中，起關(guān)鍵作用的是農(nóng)戶，農(nóng)戶受自身行為模式的局限，自身知識的束縛，以及對環(huán)境問題的意識淡薄，焚燒秸稈成了簡單易行的處理途徑.如馬驥[4]認為，農(nóng)戶是“只追求短期經(jīng)濟目標，并只根據(jù)預(yù)期凈收益決定秸稈利用方式”.如何提高農(nóng)民關(guān)于環(huán)境問題的認識，以及如何加大秸稈綜合利用收益調(diào)動農(nóng)民的積極性成了問題的關(guān)鍵. 盛錦[5]通過建立合作博弈模型，即應(yīng)改變過去認為農(nóng)戶與政府控制秸稈露天焚燒上進行不合作博弈的片面認識，提出解決秸稈露天焚燒問題的方法.

以往的研究大多認為，農(nóng)戶的行為模式是典型的經(jīng)紀人模式，由此導(dǎo)致政府的管理措施出現(xiàn)偏差.依據(jù)農(nóng)戶眾多、短視、模仿周圍人等特點，本文提出對于農(nóng)戶行為模式的新認識——群體博弈，群體博弈對于處理像秸稈露天焚燒這種參與人群龐大，每一個代理人是很小的并是匿名的且每一個代理人的支付依賴于他自身選取的策略和其他人的策略分布的決策問題來說是一個很強大且有效的工具.本文從群體博弈新視角，建立單群體博弈模型，通過仿真分析農(nóng)戶在政府監(jiān)控下行為變化趨勢，從而給決策者建言獻策.

3 模 型

因為農(nóng)戶這個群體是非常龐大的，所以從群體博弈方面考慮更為恰當(dāng).在下面的單群體博弈中，從農(nóng)戶群體中全隨機抽取兩個個體進行博弈.農(nóng)戶可能選擇不焚燒秸稈，也可能選擇焚燒秸稈.在不改變問題本質(zhì)的情況下，做出如下假設(shè)：

（?。┓贌斩捄唵我仔?，農(nóng)戶為此所付出的成本幾乎忽略不計；

（ⅱ）政府對焚燒秸稈的情況高度重視，對于焚燒秸稈的行為政府有一定的懲罰措施；

（ⅲ）秸稈綜合利用盡管短期內(nèi)可能不會有明顯的經(jīng)濟效益，但長遠看將會改善環(huán)境，減少空氣污染，利國利民，其變化趨勢呈現(xiàn)x21的邊際效益遞增趨勢；

（ⅳ）焚燒秸稈簡單易行成本低短期收益明顯，長期來看收益呈現(xiàn)x2的邊際遞減趨勢；

（ⅴ）對收益的考量不僅僅是貨幣方面的，還有整體的社會價值.endprint

設(shè)在博弈過程中，單群體可選的純策略集s=（不焚燒秸稈，焚燒秸稈）；

社會狀態(tài)表示為x=（x1，x2），其中選擇不焚燒秸稈的農(nóng)戶所占比例為x1，選擇焚燒秸稈的農(nóng)戶所占比例為x2；

仿真結(jié)果分析：初始狀態(tài)選擇不焚燒秸稈的人少時，綜合利用秸稈的成本減少與收益增加、對秸稈焚燒行為的舉報概率提高、政府獎懲增加、提高放棄焚燒秸稈的經(jīng)濟補償、秸稈焚燒收益的減少、加大對私自焚燒秸稈的罰金，都會使得初始結(jié)果改變，向著政府希望看到的大家都放棄焚燒秸稈的理想狀態(tài)改變；初始狀態(tài)選擇不焚燒秸稈的人多時，為了維持這種情況，一定要注意控制綜合利用秸稈的成本和提高綜合利用秸稈的收益，避免改變初始農(nóng)戶都向著不焚燒秸稈的理想結(jié)果.

2）當(dāng)g

初始狀態(tài)一定的情況下，對在單一參數(shù)改變的情況下，看最終結(jié)果是否發(fā)生改變，如表2所示.

仿真結(jié)果的分析：對于只有部分人選擇不焚燒秸稈的情況，通過減少綜合利用秸稈的成本和提高收益、對秸稈焚燒行為的舉報概率提高、政府獎懲增加、提高放棄焚燒秸稈的經(jīng)濟補償、秸稈焚燒收益的減少、加大對私自焚燒秸稈的罰金，會使得選擇不焚燒秸稈的農(nóng)戶增多，向著農(nóng)戶不焚燒秸桿的方向發(fā)展.

5 結(jié)論與建議

通過以上仿真結(jié)果分析，為了使農(nóng)戶向著不焚燒秸稈的狀態(tài)發(fā)展，有以下建議可供參考：

首先，對秸稈綜合利用是一關(guān)鍵問題，目前綜合利用秸稈主要有4種途徑，即：能源化（燃料）、工業(yè)加工（工業(yè)原料）、種植食用菌（基料）、秸稈養(yǎng)畜（飼料），但因技術(shù)的不成熟、生產(chǎn)規(guī)模較小等問題，綜合利用秸稈的成本很高且收益不多，使得農(nóng)戶參與度低，在政府和農(nóng)戶群體的博弈中，為了提高綜合利用秸稈的效率政府應(yīng)引入企業(yè)、加大對秸稈綜合利用的科研投入，控制成本并提高收益，調(diào)動農(nóng)戶參與的積極性；其次，對于農(nóng)戶而言，受自身知識束縛，對環(huán)境問題知之甚少，應(yīng)加大宣傳力度，環(huán)境問題關(guān)乎社會發(fā)展問題，愛護環(huán)境從自身做起，提高農(nóng)戶保護環(huán)境的意識很有必要；再者，政府應(yīng)出臺相應(yīng)政策和規(guī)章制度，對于私自焚燒秸稈的情況加大處罰力度，鼓勵舉報焚燒秸稈的不良行為；最后，焚燒秸稈簡單易行，短期來看，收益較好，卻不知對環(huán)境造成的污染是很嚴重的；不焚燒秸稈成本高，但從長遠來看，不焚燒秸稈的收益呈現(xiàn)x21的邊際效益遞增趨勢；焚燒秸稈對環(huán)境造成破壞，不焚燒秸稈的整體社會收益遠大于焚燒秸稈；在多方面的共同努力下，秸稈焚燒問題一定會得到改善，向著農(nóng)戶都不焚燒秸稈的理想狀態(tài)發(fā)展.

參考文獻

[1] 蘭春劍，江洪.長三角地區(qū)秸稈焚燒所引起的黑碳氣溶膠排放及環(huán)境影響研究[D]. 杭州：浙江農(nóng)林大學(xué)林業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院， 2012.

[2] 蘇繼峰. 秸稈焚燒對南京及周邊地區(qū)空氣質(zhì)量的影響[D]. 南京：南京信息工程大學(xué)大氣物理學(xué)院， 2011.

[3] 畢于運， 王亞靜， 高春雨. 中國主要秸稈資源數(shù)量及其區(qū)域分布[J]. 農(nóng)機化研究，2010，32（3）：1-7.

[4] 馬驥. 我國農(nóng)戶秸稈就地焚燒的原因：成本收益比較與約束條件分析——以河南省開封縣杜良鄉(xiāng)為例[J]. 農(nóng)業(yè)技術(shù)經(jīng)濟， 2009（2）：77-84.

[5] 盛錦. 基于政府、農(nóng)戶、企業(yè)三方合作博弈的秸稈焚燒管理問題研究[J]. 中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃， 2015， 36（4）：48-53.

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