基于外部理論視角的南疆棉花秸稈資源化利用能力評價

郭夢

摘要?提高秸稈資源綜合利用效率是推進農業(yè)、鄉(xiāng)村綠色發(fā)展的重要一環(huán)，但由于其較大且無法內化的正外部效應阻礙著政府秸稈資源化利用政策推進。首先利用熵權法對2008—2017年新疆南疆5地州棉花秸稈資源的數(shù)據(jù)進行分析，明確了南疆各地州棉花秸稈資源化能力的分布，隨后運用外部理論構建博弈模型，計算了在強制命令型、經濟激勵型和混合型3種政策情景下的納什均衡P1、P2和P3，分析政府行為選擇對農戶棉花秸稈資源化能力影響。結果表明：2008—2017年，南疆農戶棉花秸稈資源化能力綜合得分由大到小依次為阿克蘇地區(qū)、克孜勒蘇柯爾克孜自治州、巴音郭楞蒙古自治州、喀什地區(qū)、和田地區(qū);在3種政策情況下，政府采取混合政策時求解納什均衡解數(shù)值最小值P3介于P1和P2之間，因此農戶進行棉花秸稈資源化利用的概率越大，農戶棉花秸稈資源化能力越強，政府為了效用最大化不采取措施的概率越大;③在3種政策的市場均衡條件下混合型政策的短期均衡條件與長期均衡臨界相比于其他2種政策環(huán)境更易到達，混合型政策更有助于提高農戶棉花秸稈資源化能力。

關鍵詞?秸稈資源化;熵權法;外部理論;南疆

中圖分類號?S216.2?文獻標識碼?A

文章編號?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

秸稈作為農業(yè)廢棄物之一，其資源化利用對我國環(huán)境治理有著重要意義。在我國，現(xiàn)有的秸稈資源化利用路徑主要有基質化、飼料化、燃料化、肥料化、還田等，2015年，全國秸稈資源利用率超過80%。新疆作為產棉大省，其棉花產量的70%以上來自南疆，據(jù)有關學者測算其秸稈可收集量在2014年已超過1?000萬t[1]，秸稈資源非常豐富。南疆干旱少雨，生態(tài)環(huán)境脆弱，年均降水量不足100?mm，年平均氣溫9～11?℃，多風沙、浮塵天氣。南疆脆弱的生態(tài)環(huán)境使得南疆農業(yè)成為典型的弱質產業(yè)，資源的嚴重匱乏要求人們合理利用現(xiàn)有的農業(yè)資源，但根據(jù)全國第一次農業(yè)污染源調查（2010）顯示，南疆棉花秸稈綜合利用率僅為72.71%，并且有露天焚燒現(xiàn)象發(fā)生。早在2005年，我國頒布的《中華人民共和國固體廢物污染環(huán)境防治法》就已明確規(guī)定“禁止在人口集中地區(qū)、機場周圍、交通贛縣附近以及當?shù)厝嗣裾畡澏ǖ膮^(qū)域露天焚燒秸稈”，2017—2019年中央一號文件也接連提出推進農業(yè)清潔生產、鄉(xiāng)村綠色發(fā)展、推進農業(yè)綠色發(fā)展等，并決定選取一些縣在整縣建設秸稈資源綜合利用試點。但是，生態(tài)環(huán)境是一種具有非競爭性和非排他性公共物品，易處于市場失靈的狀態(tài)。當農戶合理利用棉花秸稈資源時所規(guī)避的大氣污染則是一種具有正外部性的公共產品，社會收益大于私人收益，農戶的私人成本無法彌補，需要政府介入實現(xiàn)市場均衡。政府行為選擇在很大程度上影響了農戶的行為，想要提高南疆棉花秸稈資源化利用能力，保護南疆脆弱的生態(tài)環(huán)境，緩解南疆自然資源緊缺的壓力，實現(xiàn)國家的宏觀指標均需要政府與農戶共同努力。

筆者通過南疆5個地州2008—2017年棉花播種面積、產量、人口數(shù)量以及大牲畜數(shù)量的原始數(shù)據(jù)，計算出棉花秸稈的可收集量，并且通過計算棉花秸稈密度、棉花秸稈硬度、棉花秸稈消納能力得出這5個地州棉花秸稈資源化能力的綜合得分，立足南疆棉花秸稈資源化能力的區(qū)位分布上，運用外部理論建立博弈模型，從政府視角出發(fā)討論政府選擇干預對農戶將秸稈資源化利用行為的影響，并計算納什均衡，得出結論。

1?棉花秸稈資源化能力評價方法

1.1?評價方法

1.1.1?棉花秸稈資源量計算。

棉花秸稈資源量是棉花秸稈的可收集量，可從棉花的產出計算得出公式：S=D×r1×r2，其中S為某年棉花秸稈的可收集量;D為某年棉花總產量;r1為棉花秸稈的產出系數(shù);r2為棉花秸稈可收集系數(shù)。根據(jù)前人的研究并綜合新疆棉花種植技術的發(fā)展，該研究將r1取值為5，r2取值為0.9[2]。

1.1.2?熵權法原理。

選取n個地區(qū)，m個指標，則為第i個國家的第j項指標的數(shù)值（i=1，2，…，n;j=1，2，…，m），由該指標計算出熵值，熵值用來判斷這個指標的離散程度，指標的離散程度越大，其熵值越小，該指標對綜合評價的影響越大，即權重越大;反之若該指標其熵值越大，對綜合評價的影響越小，權重越小。

1.1.3?熵權法指標權重確定及綜合得分計算。

首先，由于指標的單位不同，則需將其進行異質指標同質化處理，即把指標的絕對值轉化為相對值;第二步，計算第j項指標下第i個國家占該指標的比重;第三步，計算第j項指標的熵值;第四步，計算信息熵冗余度;第五步，計算各指標的權重;第六步，計算各地區(qū)的綜合得分。

1.1.4?評價指標體系。

通過對已有秸稈資源化能力評價指標體系的整理與總結，從棉花秸稈資源總量和消納能力兩方面共選取了5個具有代表性的指標。

（1）棉花秸稈資源量。該研究中的棉花秸稈資源量是可收集到的棉花秸稈資源量，即棉花秸稈總量去除田間留茬、運輸中損耗的秸稈資源量，其計算公式為：棉花秸稈可收集量=棉花總產量×棉花秸稈產出系數(shù)×棉花秸稈可收系數(shù)

（2）棉花秸稈密度。棉花秸稈密度是指在一定范圍內單位面積土地上的棉花秸稈資源量，該研究則著重計算可收集到的棉花秸稈資源密度。

（3）棉花秸稈強度。該研究著重于計算人均可收集棉花秸稈資源占有量。該指標與棉花秸稈密度可以反映區(qū)域內棉花秸稈資源的豐欠程度。

（4）大牲畜數(shù)量。南疆地州的居民將棉花秸稈用作牲畜飼料，因此牲畜數(shù)量可以用來反映棉花秸稈資源的消納能力。統(tǒng)計年鑒中只有牛、馬、驢、山羊和綿羊的數(shù)據(jù)資料，并且統(tǒng)計資料將前3種列為大牲畜，但由于南疆農戶也將棉花秸稈作為山羊和綿羊的輔助飼料，因此按5只山羊/綿羊=1頭牛，將山羊和綿羊折算成牛的數(shù)量[3]。

（5）棉花秸稈消耗能力。隨著國家對生物質能的重視，將棉花秸稈用于飼料化、肥料化的技術逐漸提高，把資源化利用的棉花秸稈資源量作為各區(qū)棉花秸稈資源化能力的指標（由于南疆整體的秸稈資源消耗量為72.71%[4]，并未找到2008—2017年南疆各地州棉花秸稈在各用途上的消耗量）。

1.2?棉花秸稈資源化能力評價

1.2.1?新疆南疆棉花秸稈資源分布。

由表1可知，南疆主要棉花產地為巴音郭楞蒙古自治州（簡稱“巴州”）、阿克蘇地區(qū)和喀什地區(qū)，其產量均占南疆棉花秸稈產量的94%以上。巴州、阿克蘇地區(qū)的棉花秸稈產量整體呈現(xiàn)波動上升的趨勢;克孜勒蘇柯爾克孜自治州（簡稱“克州”）、喀什地區(qū)和和田地區(qū)則在2008—2014年均呈現(xiàn)波動上升的趨勢，并且在2014年出現(xiàn)峰值，在2014—2017年有所回落。

1.2.2?棉花秸稈資源化能力綜合得分計算結果及分析。

從各地州來看，阿克蘇地區(qū)的增長幅度最快，其2017年的綜合評分相比于2008年提高了17.212?2倍，其原因在于阿克蘇地區(qū)時2008年的棉花秸稈資源可收集量、棉花秸稈密度、棉花秸稈硬度和棉花秸稈消納能力均為5個地區(qū)的最小值，在10年間，阿克蘇地區(qū)的棉花播種面積擴大幅度較大，大牲畜數(shù)量增加較快，單產增幅最高達到128.63%，因此這4個指標的數(shù)值有顯著提高，綜合評分增長幅度較大;喀什地區(qū)增長幅度最慢，因為喀什地區(qū)在2008—2017年單產下降、大牲畜數(shù)量下降、人口增長導致秸稈密度、秸稈強度和秸稈消納能力等指標評分下降較多。和田地區(qū)則處于負增長狀態(tài)，說明其棉花秸稈資源化能力下降，該地區(qū)在2008—2014年呈現(xiàn)波動性增長，在2014年后綜合評分下降迅速，說明其棉花秸稈資源化能力水平下降較大，原因在于播種面積下降、產量下降、單產降低、人口迅速增加、大牲畜數(shù)量減少導致5個指標的綜合評分全都下降（表2）。

2?博弈視角下政府行為對農戶棉花秸稈資源化能力的影響

2.1?政府介入棉花秸稈資源利用的經濟邏輯

生態(tài)環(huán)境是一種具有公共物品的產品，因此具有非競爭性和非排他性，易處于市場失靈的狀態(tài)。當農戶焚燒棉花秸稈資源時，對大氣環(huán)境造成污染，大氣污染作為具有負外部性的公共物品，社會成本大于私人成本;反之當農戶合理利用棉花秸稈資源時所規(guī)避的大氣污染則是一種具有正外部性的公共產品，社會收益大于私人收益。公共產品的性質決定了私人邊際收益與私人邊際成本的矛盾，因此在關于環(huán)境治理方面，僅依靠市場是無法實現(xiàn)資源的帕累托最優(yōu)，需要政府財政補貼來彌補農戶進行棉花秸稈資源化利用的私人成本，使得棉花秸稈資源化利用的正外部效應部分或全部內化，使得市場均衡得到最優(yōu)解。

2.2?博弈理論模型?該模型的前提假設為農戶棉花秸稈資源化能力與棉花秸稈的利用方式無關，僅與棉花秸稈利用量相關。從實際情況看來，政府介入秸稈資源利用的方式主要包括強制命令型、經濟激勵型以及混合型措施3種。強制命令型主要為罰款;經濟激勵型主要為補貼;混合型措施為懲罰與激勵措施并行。因此將在這3種不同的政策情景下構建博弈分析框架，在分析中假設政府與農戶雙方信息完全。

2.2.1?強制命令型政策下的納什均衡。

在這種政策環(huán)境下，政府對焚燒棉花秸稈的農戶進行罰款以約束其行為。假設政府的監(jiān)督管理成本為C1，罰款為F，但由于農戶的分散性，因此農戶焚燒秸稈被政府罰款的情況存在不確定性，因此將農戶被罰款的概率設為λ1[5];若政府不對焚燒棉花秸稈的農戶進行罰款，則政府損失的聲譽為R1;假設農戶將秸稈資源化利用的成本為C2，收益為I1;焚燒秸稈的聲譽損失為R2，罰款為F。

分析博弈雙方收益可知該博弈模型只能求解混合策略中的納什均衡[6-8]。假設政府采取懲罰措施的概率p1，則不采取懲罰措施的概率為1-p1;農戶進行棉花秸稈資源化利用的概率為q1，則不進行棉花秸稈資源化利用的概率為1-q1（p1∈[0，1];q1∈[0，1]）。根據(jù)上述假設條件，可以構建政府和農戶的收益矩陣見圖1。

假設政府效用為Ug1，農戶的期望為Uf1，則其計算結果如下：

Ug1對p1求一階偏導，Uf1對q1求一階偏導，并令其一階偏導等于0，解得農戶和政府博弈的納什均衡解為P1和Q1。P1和Q1為政府與農戶在強制命令型政策下的混合納什均衡解。當政府采取強制型政策的概率大于P1時，農戶會進行棉花秸稈資源化利用，反之將不進行資源化利用;當農戶將棉花秸稈資源化利用概率大于Q1時，政府不會采取強制措施，反之將對農戶進行懲罰。處于納什均衡解上時，政府和農戶采取任何行動的效果均相同。對于P1來說，政府施行懲罰措施的力度越大，農戶進行棉花秸稈資源化利用的收益越高，因此進行資源化利用的積極性越大，棉花秸稈資源化能力越強;對于Q1來說，政府罰款和聲譽認知的綜合收益越大、監(jiān)督管理成本越小，政府采取強制性政策的積極性越強。

2.2.2?經濟激勵型政策下的納什均衡。

在這種政策環(huán)境下，政府對進行棉花秸稈資源化利用的農戶進行補貼以激勵其行為。假設政府補貼標準為S1，但由于補貼資金有限，農戶獲得補貼的可能性與農戶棉花秸稈資源化利用的規(guī)模、利用方式、個人申請積極程度等有關，因此將農戶獲得補貼的可能性設為λ2。同理，最后得出的P2和Q2為政府與農戶在經濟激勵型政策下的混合納什均衡解。當政府采取經濟激勵政策的概率大于P2時，農戶會進行棉花秸稈資源化利用，反之將不進行資源化利用;當農戶將棉花秸稈資源化利用概率大于Q2時，政府不會采取經濟激勵措施，反之將對農戶進行補貼。處于納什均衡解上時，政府和農戶采取任何行動的效果均相同。對于P2來說，政府施行經濟激勵措施的力度越大，農戶進行棉花秸稈資源化利用的收益越高，因此進行資源化利用的積極性越大，棉花秸稈資源化能力越強;對于Q2來說，政府經濟激勵政策和聲譽認知的綜合成本越高、監(jiān)督管理成本越高，政府采取經濟激勵政策的積極性越低。

2.2.3?混合型政策下的納什均衡。

在這種政策環(huán)境下，政府對焚燒棉花秸稈的農戶進行罰款以約束其行為，對進行棉花秸稈資源化利用的農戶進行補貼以激勵其行為。同理當政府采取強制性政策和經濟激勵政策的概率大于P3時，農戶會進行棉花秸稈資源化利用，反之將不進行資源化利用;當農戶將棉花秸稈資源化利用概率大于Q3時，政府不會采取強制性措施和經濟激勵措施，反之將會采取。處于納什均衡解時，政府和農戶采取任何行動的效果均相同。對于P3來說，政府施行兩種措施的力度越大，農戶進行棉花秸稈資源化利用的收益越高，因此進行資源化利用的積極性越大，棉花秸稈資源化能力越強;對于Q3來說，政府實行經濟激勵政策和監(jiān)督管理的綜合成本越低、聲譽認知和罰款收入越高，政府采取兩種措施的積極性越高。

2.2.4?3種政策情景下納什均衡解的比較。

上述3種情景由于在概率上存在不確定性，需進一步討論。對于P來說，計算可知P3最小，而P1和P2大小取決于λ1F和λ2S1的大小。對于Q來說，計算可知Q3

忽略Q1與Q2相等的情況，根據(jù)上述情況可解得混合策略納什均衡解的組合分布，在兩種情況下，P3均為最小值，此時農戶進行棉花秸稈資源化利用的概率大于均衡解P3時，則符合最優(yōu)預期;農戶進行棉花秸稈資源化利用的概率越大，政府為了效用最大化不采取措施的概率越大。因此在規(guī)制農戶行為時，政府采用混合型政策的成本小于兩個單一政策成本之和，并且提高了農戶進行棉花秸稈資源化利用的積極性，從而提高了農戶棉花秸稈資源化能力。

2.3?3種政策環(huán)境下的市場均衡

由于棉農數(shù)量相對龐大，棉花秸稈具有同質性，農戶可以自由選擇種植的產品，信息相對完全，因此該研究將棉花秸稈資源化利用市場假設為完全競爭市場來推導3種政策環(huán)境下的短期與長期均衡。假設3種情況下農戶每資源化利用一單位的棉花秸稈的成本為MC，收益為MR，其余假設同“2.2”。

2.3.1?強制命令型政策下的市場均衡。當政府施行強制命令型政策時，對于農戶而言進行棉花秸稈資源化利用的成本為C2，收益為I1，純收益r1=I1-C2，不進行棉花秸稈資源化利用的成本為R2+λ1F，收益為0，純收益r2=-（R2+λ1F）。在短期市場狀態(tài)下，根據(jù)完全競爭市場的短期均衡條件純收益r1>r2時，即I1>-（R2+λ1F）+C2，政府施行懲罰措施，農戶將進行棉花秸稈資源化利用;當純收益r1<r2時，即使政府對農戶施行懲罰措施，農戶也不會進行棉花秸稈資源化利用。

在長期市場情況下，由完全競爭市場的長期均衡條件，C2<R2+λ1F-I1，政府施行強制命令措施，農戶會進行棉花秸稈資源的資源化利用;當成本C2>R2+λ1F-I1時，即使政府施行懲罰措施，農戶也不會進行棉花秸稈的資源化利用。

2.3.2?經濟激勵型政策下的市場均衡。當政府施行經濟激勵型政策時，對于農戶而言進行棉花秸稈資源化利用的成本為C2，收益為I1+λ2S1，純收益r3=I1+λ2S1-C2，不進行棉花秸稈資源化利用的成本為R2，收益為0，純收益r4=-R2。在短期市場狀態(tài)下，根據(jù)完全競爭市場的短期均衡條件純收益r3>r4時，即I1+λ2S1-C2>-R2，政府施行經濟激勵措施，農戶將進行棉花秸稈資源化利用;當純收益r3<r4時，即使政府對農戶施行經濟激勵措施，農戶也不會進行棉花秸稈資源化利用。

在長期市場情況下下，同理當C2<R2+I1+λ2S1，政府施行經濟激勵措施，農戶會進行棉花秸稈資源的資源化利用;當成本C2>R2+I1+λ2S1，即使政府施行經濟激勵措施，農戶也不會進行棉花秸稈的資源化利用。

2.3.3?混合型政策下的市場均衡。

當政府施行強制命令型政策時，對于農戶而言進行棉花秸稈資源化利用的成本為C2，收益為I1+λ2S1，純收益r5=I1+λ2S1-C2，不進行棉花秸稈資源化利用的成本為R2+λ1F，收益為0，純收益r6=-（R2+λ1F）。在短期市場狀態(tài)下，當純收益r5>r6時，即I1+λ2S1-C2>-（R2+λ1F），政府施行混合措施，農戶將進行棉花秸稈資源化利用;當純收益r5<r6時，即使政府對農戶施行混合措施，農戶也不會進行棉花秸稈資源化利用。在長期市場情況下，當C2<R2+λ1F+I1+λ2S1，政府施行混合型政策，農戶會進行棉花秸稈資源的資源化利用;當成本C2>R2+λ1F+I1+λ2S1，即使政府施行混合型政策，農戶也不會進行棉花秸稈的資源化利用。

3?研究結論

（1）2008—2017年，南疆棉花秸稈資源化能力總體呈上升趨勢，5地州的秸稈資源化能力綜合得分依次為阿克蘇地區(qū)（22.042?1）>克孜勒蘇柯爾克孜自治州（20.919?5）>巴音郭楞蒙古自治州（19.661?8）>喀什地區(qū)（13.041?3）>和田地區(qū)（2.419?0），其中阿克蘇地區(qū)棉花秸稈資源化能力提高顯著，和田地區(qū)棉花秸稈資源化能力下降。

（2）在3種政策情況下，政府采取政策時求解納什均衡解數(shù)值最小值為P3，農戶進行棉花秸稈資源化利用的概率大于均衡解P3時，則符合最優(yōu)預期;與P3對應的Q3介于Q1和Q2之間，因此農戶進行棉花秸稈資源化利用的概率越大，農戶棉花秸稈資源化能力越大，政府為了效用最大化不采取措施的概率越大。與兩個單一政策相比，混合型政策成本更小，在規(guī)制農戶行為時，政府可以采用混合型政策。

（3）在3種政策的短期市場均衡條件下，接受強制命令型政策規(guī)制的進行棉花秸稈資源化利用的條件P最難到達，農戶棉花秸稈資源化利用積極性越小，棉花秸稈資源化利用能力越低;接受混合型政策規(guī)制的農戶進行棉花秸稈資源化利用的條件P最易到達，農戶棉花秸稈資源化利用積極性越大，棉花秸稈資源化利用能力越大。在3種政策的長期市場均衡條件下，接受強制命令型政策規(guī)制的農戶進行棉花秸稈資源化利用的臨界值最難到達，農戶棉花秸稈資源化利用積極性越小，棉花秸稈資源化利用能力低;接受混合型政策規(guī)制的農戶進行棉花秸稈資源化利用的臨界值最易到達，農戶棉花秸稈資源化利用積極性越大，棉花秸稈資源化利用能力越大[9-11]。

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