博弈互动机理下的低碳农业生态产业链共生耦合机制研究

齐振宏，王培成

（华中农业大学经济管理学院，湖北 武汉 430070）

博弈互动机理下的低碳农业生态产业链共生耦合机制研究

齐振宏，王培成

（华中农业大学经济管理学院，湖北 武汉 430070）

低碳农业生态产业链是发展低碳农业的重要载体，如何使农业产业链与生态链进行共生耦合，使经济理性与生态理性统一，有效解决农业发展与资源与环境之间的尖锐矛盾，建立有效的共生耦合机制以解决发展动力不足问题成为关键。本文基于微观视角，采用博弈论“囚徒困境”模型，分析了低碳农业生态产业链主体间的互动机理，研究了低碳农业生态产业链的共生耦合机制，即资源循环利用机制、生态价值补偿机制和利益合作与风险分享机制；最后以武汉市东西湖发展低碳农业生态产业链为例进行了实证分析。

低碳农业；生态产业链；共生耦合机制；共生耦合效益

Abstract:Agro-ecological industry chain is an important carrier and the main form of low-carbon agriculture.To make the agricultural industry chain coupled with the ecological chain,and to make economic rationality and ecological rationality unified,and resolve the tension between agricultural development and resources environments effectively,establishing effective coupling mechanism is a key to solution.Based on microscopic perspective,the paper studies the interaction using game theory “Prisoner’s Dilemma”model,and coupling mechanisms,included resources recycling system,ecological compensation mechanism and the interests of the co-sharing mechanism.Last,this paper takes the agro-ecological industry chain of Wuhan east-and north Lake as an example.

Key words:low-carbon agriculture;ecological industry chain;interaction mechanism;simbiltic coupling efficiency

1 前言

我国农业正处于转型发展期，传统的“高投入、高消耗、高污染、低效益”的农业发展方式与资源环境之间的矛盾日益尖锐，其技术原因是割裂了农业生态系统内部天然的产业链与生态链之间的共生耦合关系，片面强调经济增长而忽视了生态环境，导致产业链与生态链割裂；其制度原因是缺乏生态链与产业链有效耦合的激励机制。发展“低投入、低消耗、低污染、高效益”的低碳农业成为转型的必然选择。如何使产业链与生态链进行共生耦合，使经济理性与生态理性统一，建立有效的共生耦合动力机制成为发展低碳农业的关键。

由于环境的外部性和信息不对称，使农业生态产业链活动经常会受到扰动，甚至可能导致生态产业链失灵，直接制约着生态产业链的稳定性与可持续发展。一个健康运作的生态产业链应该是稳定的或是具有柔性的，具体表现为能够抵御各种风险，包括经营管理风险、维护风险和或有风险，其抵御风险能力的强弱决定了这条产业链能否长期健康的运作下去［1］。而上下游节点企业共生耦合能力、合作动力的高低正是影响生态产业链风险抵御能力强弱的关键。实际上，农业生态产业链的共生耦合不仅有利于产业链抗御风险、保持稳定发展，而且更主要的是会创造出耦合效益：一方面表现为链条上企业间合作的价值创造，另一方面体现在整个链条上的集群价值，如由于产业链的耦合效应，企业分工合作、资源互补获得规模经济和范围经济，形成了区域共同品牌，提升了整个产业的竞争力，而这些最终又促进了合作企业利益的提高［2］。

当前关于低碳农业的研究大多集中在宏观层面和定性分析，很少深入到低碳农业生态产业链共生耦合机制的微观层面和实证研究。本文基于微观视角，采用博弈论“囚徒困境”模型，分析低碳农业生态产业链的共生耦合机制，最后以武汉市东西湖低碳农业生态产业链的构建为例进行了实证分析。

2 理论基础及博弈模型

2.1 低碳农业生态产业链理论基础

低碳农业（Low-Carbon agriculture）是循环经济在农业上的运用，目的是发展资源节约型、环境友好型农业生产体系，其主要特征是低投入、低消耗、低污染和高效益。发展低碳农业是我国农业转变发展方式，节能减排，应对气候变化、减少温室气体排放的紧迫要求。

低碳农业生态产业链是指农业系统按照循环经济原理,仿照自然生态系统，建立起农牧一体化的共生食物链，通过废弃物交换、资源循环利用、要素耦合和产业联接等方式形成 “生产者-消费者-分解者”相互依存、密切联系、合作协同的产业网络体系。其实质就是通过农业生产方式的根本转变，以结构生态重组转型为核心的农业产业生态化以及相应的组织创新和制度创新。低碳农业生态产业链是实施循环经济的有效载体，共生和耦合是其根本特征，因此，发展低碳农业生态产业链不是靠单个企业能够实施的，而是需要上下游企业之间能够建立紧密的利益与风险共享机制，建立起互利共生的产业联盟。

传统化学农业由于过于依赖专业分工和资源要素投入而对资源环境的负面影响越来越大，在反思中，人们越来越意识到农业生态系统的不可分割性。Frosch和Gallouplos认为产业系统可以仿照生态系统从生产者流向消费者、并由分解者和清除者再循环的物质循环过程，在企业之间建立共生关系，从而促使产业系统转化为生态产业系统［3］。我国学者马世骏提出了以“整体、协调、循环、再生”为核心的社会-经济-自然复合生态系统共生思想［4］。尹琦和肖正扬提出要依据生态学原理与共生思想建立生态产业链［5］。农业的特殊性在于它是依赖自然生态环境建立起来的一种人工生态系统。农业与自然生态的天然联系性，决定了农业经济系统比工业系统更易于和谐地纳入到自然生态系统的物质循环过程中，建立起生态循环产业链发展模式，产生共生耦合效益。

我国农业面源污染日益严重的一个主要原因在于农村企业小而散的布局，改变这种状况的方法就是要运用共生耦合原理建立生态产业链。共生（Symbiosis）概念最早是由德国真菌学家德贝里（Anton de Bary）提出的，认为实质是合作。产业共生（Industrial Symbiosis），首先是由丹麦卡伦堡公司出版的《产业共生》提出的，主要指生态产业链上不同企业副产品之间的合作。随着研究的深入，一些学者对这一概念进行了修正，Reid Lifset［6］认为，产业共生不仅是关于生态产业链上共处（Co-location）企业之间的废物交换，而且是一种全面合作。耦合本来是一个物理学概念，它是指两个（或两个以上）的体系或运动形式之间通过各种相互作用而彼此影响的现象，耦合的理念很早就被应用于生态经济系统，曹明宏［7］、左其婷［8］、苗泽华［9］分别对生态经济系统的耦合机制、社会经济与生态环境的耦合机制、工业企业与区域的耦合机制进行了探讨研究，它的本质和共生基本是一致的。农业生态产业链的共生耦合是通过一系列的激励与约束机制，通过主体间的相互合作与互动而形成的。农业生态产业链不同于一般的产业链，关键在于引入了一个生态环境变量，目的是解决环境成本内部化的动力机制问题，从而实现经济理性与生态理性的统一。

我国农业仍然在传统体制下运行，尚未形成有利于低碳农业发展的新机制，因而缺乏相应的动力系统。由于市场机制和政府规制的不完善，以及内部利益联接机制不完善，使低碳农业生态产业链上的上下游企业的交易活动和规制活动易于受到抑制和扰动，由此可能导致生态产业链失灵，这是产生生态产业链不稳定的最根本的制度根源，因而需要建立有效的激励和约束机制来保证其可持续发展。

2.2 无机制约束的博弈模型

生态产业链是由上下游企业等不同主体所构成的，链上各主体之间首先是作为一个独立的经济实体而存在和发展的，由于涉及的主体较多，其主体价值导向往往不一致从而导致目标多元化、行为范式多样化，直接表现为生态产业链各环节主体及关联主体在资金、土地、信息等要素上存在着行为冲突，最终后果表现为投入效率不高，损失较大，甚至影响整个生态产业链的波动；同时，他们又是利益相关者，共生与耦合成为他们共同目标，其互动可以视为一个动态的利益博弈过程。通常各主体选择合作策略是意欲实现互利共赢达到各方利益合理化，但这种理想的合作策略一般会因环境外部性而产生搭便车行为扰动，机会主义的困扰往往成为无法达到稳定的纳什均衡，低碳农业生态产业链的实践也往往因此陷入“囚徒困境”。根据奥卡姆剃刀原理，为便于研究复杂的生态产业链企业之间的关系实质，我们将链上各利益相关主体抽象简化为甲、乙两个上下游企业，并设定以下假设［10］：

（1）甲、乙两企业都具有完全的行为理性；（2）在生态产业链内部，甲、乙两企业对相同的市场环境、产业环境，具有完全的信息，各自不仅完全知道自己行为的收益，而且完全知道对方的应对策略以及选择某种行为策略时的收益；（3）甲、乙两企业具有相同的行为策略空间，即合作与不合作；（4）双方都合作时的收益为P1，一方合作而另一方不合作时合作方的收益为P2，不合作方的收益为P3，双方都不合作时的收益为P4。

在该博弈模型中，由于生态产业链需共同分担治理环境的成本支出，而环境成本外部化行为必然使企业自身从中获益，因而机会主义的不合作一方将比选择合作的一方获得更大的收益，也高于双方都选择合作时的收益，这是因为不合作方能够利用对方的合作而谋取额外利益，同时导致合作方利益受损。当双方均选择不合作时，任意一方都不仅无法获得合作效益，还会因为对方的不合作得到最差的收益。因此各种情况的收益的关系为：P3＞ P1＞ P4＞ P2。

根据上述假设条件和利益关系的判断，甲、乙两企业有四种行为策略组合，甲、乙两企业博弈模型的收益矩阵见表1。

表1 无激励和约束机制下甲、乙博弈模型受益矩阵

根据表1，尽管甲乙两企业博弈双方都知道（合作，合作）的收益（P1,P1），虽然这并非是各自双方利润最大化选择，但肯定是合理化次优选择，由于受理性经济人追求各自利润最大化的刺激，它并不构成纳什均衡。给定一方选择合作，那么另一方的最优策略一定是不合作，因为不合作方因为环境成本外部化能够得到更大的收益P3。最终博弈的占优纳什均衡是甲乙均选择不合作，各得到收益（P4,P4）。即使甲乙双方事前订立合作的协议，但是在利己主义动机的驱动下，以及受协议的不完备性与动态变化性影响，违约的冲动远远大于遵守协定的积极性。因此，为了达到双方合作共赢，必须引入理性机制的激励与约束。

2.3 引入激励与约束机制的博弈模型

引入激励与约束机制，即生态产业链内的合作行为会受到奖励，而不合作方要受到惩罚。这种奖励主要来自于合作收益，其惩罚主要来自政府强制性环境规制，以及声誉下降所带来的利益损失，甚至被剔除出产业链的惩罚。比较而言，声誉下降给生态产业链内的主体带来的损失虽然不是最直接的，但有可能是根本而长远的，这是因为能进入产业链内的主体一般都需经过链上企业的认真考察与慎重选择，链上的每一个主体都成长在特定的产业链内，彼此具有利益攸关性和依赖性，一旦违背契约、声誉下降就很可能失去在链内的博弈机会而导致无任何收益，这样就大大加大了不合作行为的机会成本。

假设主体因不合作的损失为L（惩罚幅度），且L随契约机制约束的严格和声誉的下降而增大。由于不合作行为受到惩罚往往是在一段时间以后才实现的，需引入贴现系数 δ（0＜δ＜1）。 δ 越接近 1，表示博弈方对未来收益的价值评价与当前收益越相近；δ越接近0，表示博弈方对未来收益的价值评价越不高。由以上分析可知引进激励和约束机制后，甲、乙两主体博弈模型的得益矩阵见表2。

表2 激励和约束机制下甲、乙博弈模型受益矩阵

双方合作时，每个主体的受益相等，且均为P1，利益受到激励且较大，体现了合作双赢的思想；当甲、乙都不合作时，双方均会受到惩罚。当P3-δL＞P1时，（不合作，不合作）仍然是甲、乙博弈的纳什均衡，说明生态产业链的激励约束机制并没有最终使合作成为主体间博弈的纳什均衡，即生态产业链没有达到一定的耦合状态。当P3-δL≤P1时，（合作，合作）是主体间博弈的纳什均衡，合作行为才是其必然选择。由此可见，如何促进生态产业链上下游企业的共生耦合，则必须引入激励和约束机制的规制。

3 低碳农业生态产业链共生耦合机制

生态产业链上节点主体的共生耦合是低碳农业生态产业链可持续发展的必要条件，引入相关的激励和约束机制有利于节点主体的共生耦合，有利于抑制生态产业链内企业的搭便车行为和违约行为。

根据博弈分析的结果，合作的纳什均衡条件为：P3-

δL≤P1，因此合理确定P1和P3的值，并提高惩罚幅度L及贴现因子δ，是维护生态产业链内秩序、维持生态产业链可持续发展的重要手段。根据这个均衡条件，本文导入了低碳农业生态产业链的共生耦合机制，即资源的循环利用机制（提高贴现因子δ）、生态的价值补偿机制（提高惩罚幅度L）和利益合作分享机制（合理确定P1和 P3的值），通过这些相互关联的激励和约束机制，使生态产业链共生耦合效益得以充分发挥。

3.1 资源的循环利用机制

生态产业链的核心是要实现资源在上下游链上企业之间的循环利用，变废为宝，提高资源利用效率，减少资源投入与环境污染。资源的循环利用是根据资源的成分、特性和禀赋形式对自然资源综合开发、能源原材料充分加工利用和废弃物回收再生利用，通过各环节的反复回用，发挥资源的多种功能，使其转化为社会所需物品的生产经营行为［11］。资源的循环利用提高了现有农业资源的价值和使用效率，也相当于提高了原来不科学不合理利用资源的成本，即提高了农业资源传统利用方式的贴现因子δ。

农业生态产业链上的资源循环利用包括三个不同而又有序衔接的层面［12］。一是企业层面的“小循环”。农业生态产业链上的各类企业要按照资源循环利用的要求，在各项生产活动中，减少废弃物排放，甚至达到“零排放”的目标。二是农业生态产业链层面的“中循环”。这种“中循环”的原理是工业代谢和工业共生原理，链条上不同企业产生的废弃物进行集中处理，使之再利用。三是农业生态产业链与社会区域层面的“大循环”。由于环境具有巨大的外部性，政府应确立以公权性环境权为主线的环境资源保护立法体系，以确保产业层面的资源循环利用能够得到有效监督并实现社会福利最大化，把农业资源循环利用纳入区域经济发展和社会发展中。只有通过这三个层面的循环，低碳农业生态产业链的共生耦合才具有载体支撑和物质基础，生态产业链才能与区域经济有机统一，也才能达到资源利用减量化、循环化和综合化的目标。

3.2 生态的价值补偿机制

发展生态产业链既要强调生态价值，又要强调经济价值，二者缺一不可。如果生态产业链的微观主体的经济价值不能得到有效保障，缺乏经济驱动力就无法保证其生态价值的实现。生态价值补偿实质上就是将经济活动所产生的负外部性内部化，让生态产业链主体的经济理性与生态理性统一。生态价值补偿体系就是协调相关链上主体的环境利益及其经济利益分配关系，为改善、维护和恢复生态资源价值系统“额外成本”的一种补偿体系。生态产业链进行生态价值补偿时，既要有来自政府的补贴，又要有来自产业链上下游之间的反哺。反哺式模式就是在生态关联性高、相对独立的生态系统中具有受益者和损益者，受益者按适当比例对损益者进行补偿。反哺式模式的实质是企业之间的补偿。只有发挥政府与企业双重积极性，环境成本内部化问题才能得到有效解决。

3.3 合理的利益分配机制

生态产业链的合理的利益分配机制是指链上的各个主体将一定时期内共同创造和实现的利益和风险按照一定的原则进行分配和分担的过程，它是生态产业链共生耦合的内在要求。生态产业链的兴起和发展，正是根源于各参与主体对产业的投入能够得到满意回报和收益的预期。这客观上就要求参与者在生态产业链上获得的效益应大于未参与之前的效益，产业链承担风险的能力应大于未构建前各主体的风险承担能力。生态产业链是由不同的经济利益主体联结起来的，如果利益关系处理得不好，链条就会不稳甚至断裂。

由于农业生产要素的自然禀赋和稀缺程度不同导致生态产业链各个节点主体的收益率不同，因此在生态产业链中利益分配过程中，要特别注意保证不同合作利益相关者的利益所得。比如，在生态产业链中，龙头企业所需投入的现代生产要素更多，这样它在收益分配方面就占据了领导和控制地位，理应获得更多的回报，同时也必然承担更大的风险；而从属的小企业或农户则在经营和利益分配中必然处于从属和依附地位。目前，我国农业产业化组织中的利益分配主要采取协议定价方式和利润返还方式。由于环境的多变性和不确定性，以及生态产业链主体间合约的不完备性，利益创造和分配中总是充满着风险和不确定，如何面对这些风险，需建立一个有效的生态产业链的利益分配和风险共担机制，确保相关利益主体承担与其相应的责任和义务。

4 武汉市东西湖区低碳农业生态产业链耦合机制的应用

4.1 东西湖区低碳农业生态产业链发展背景

武汉市东西湖区已于2006年被国家正式列为全国首批13家循环经济试点工业园区之一。2007年东西湖区根据区内资源禀赋特点，紧密结合实际，以循环经济理念为指导，以经济结构调整为主线，以提高资源转化利用效率和减少废弃物排放为重点，大力发展低碳农业，主要在养殖业、种植业、农产品深加工和生物制药业之间形成了资源相互利用、循环再生的共生耦合产业链（见图1）。

农业种植业为农产品深加工和畜牧养殖业提供原材料和饲料；种植业和畜牧养殖业为食品加工业提供原料，产生的粪污变废为宝，生产有机肥料供种植业使用；食品加工业的废弃物作为原料进入到生物制药行业，从而建立和完善行业内部及行业间的产业链和产品代谢，实施清洁生产和资源、废物的资源化、减量化和循环再利用，不仅实现了废弃物的资源化利用，而且提高了资源利用效率，还大大减少了废弃物的排放所造成的环境污染，美化了环境，真正使农业向低碳化方向发展。

4.2 农业生态产业链共生耦合机制的应用

如何保证这些低碳农业生态产业链的可持续发展，建立共生耦合机制是关键。东西湖循环经济园区对此进行了深入探索，产生了良好的成效。

（1）资源循环利用机制是基础。东西湖区是武汉市养牛基地，2007年就形成了11个养牛小区，存栏14800头的规模。规模化养殖在带来经济效益的同时，也产生了大量的牛粪和污水，每年牧业园牛粪排放量达14.8万吨，污水排放量为103.6万吨，带来了严重的环境污染。东西湖区根据循环经济理念，建立了低碳农业生态产业链，中化东方肥料有限公司投资780万元兴建生物有机肥料厂，将养殖小区产生的牛粪和部分尿液利用现代方法发酵脱臭变成高效有机肥。这些有机肥再供给慈惠、新安渡等生态农业基地生产无公害蔬菜和绿色粮食，粮食秸秆用来养牛，从而实现了生物资源的循环利用。仅此工程，每年消耗秸秆7万吨左右，让农民增加收入1500多万元。

（2）生态价值补偿机制是重要调控手段。为推动东西湖区企业发展低碳农业的积极性，实现对资源的高效利用，尽快实现低投入、低消耗、低排放、高效率的目标，东西湖区从区财政拨出专款，设立东西湖区推动循环经济发展专项资金，并制定出《东西湖区推动循环经济发展专项资金使用管理暂行办法》，对有循环经济技术开发研究、生物能源合理化使用以及废弃物再生利用企业给予财政补助和其它优惠政策，如采取绿色招商，重点发展补链项目，提高生态产业链产出效率。为了优化生态产业链网络，园区对生态环境做出贡献的企业或补链项目加以补贴，最终确定了对10家企业的12个项目给予扶持，其中有10个节能降耗项目的设备补贴和2个企业的清洁生产审核补贴，共计补贴资金246万元。这些激励与补偿机制的建立，促进了企业发展低碳农业的积极性。

（3）合理的利益分配机制是关键。通过全面的设计和规划，园区成立了“公司+基地+农户”的组织方式，使生态产业链上的利益相关者通过契约方式来结成利益共享、风险共担的利益共同体。在政府的扶持下，遵循市场机制作用，利益重点向链上“弱势群体”（农户或小企业）倾斜，使企业得发展，农户得实惠，以此形成稳定发展的共生耦合系统。如园区内的辛安渡农场引进了武汉绿环有机农业发展有限公司，该公司建设了优质肥牛、双孢菇种养循环经济基地项目，将肥牛产生的粪、尿纳入沼气池，沼气供农户取暖、生火、做饭，沼渣种蘑菇，沼液种有机蔬菜，减少了农药和化肥的使用，减少了CO2排放，提升了农产品档次，实现了农业规模化、绿色化和品牌化，在解决环境污染的同时又提高了合作者的发展水平，形成了低碳农业生态产业链良性循环发展的新路子。

5 主要结论

（1）低碳农业生态产业链之间需要建立起有效的共生耦合机制。要充分发挥生态产业链的功能不仅需要有技术支撑而且需要有机制保证。只有把经济理性与生态理性相结合，经济效益与环境效益兼顾，环境外部性内部化的动力问题才能得到有效解决。农业生态产业链是一个特殊的利益相关者，他们之间由于资源、技术、利益上的独立性与依存性并存，具有更大的复杂性。正因为主体的多样性和复杂性，如何建立有效的共生耦合动力机制，防止环境外部化的搭便车行为就显得更加必要。

（2）低碳农业生态产业链是循环经济在农业运用中的发展载体，是实现环境效益和经济效益协调发展的重要手段。传统的农业发展模式，仅着眼于单个层面经济利益，忽视整体生态价值，带来环境成本外部化行为。而低碳农业生态产业链把链上的废弃物集中资源化，即从废弃物发现资源的残留价值，通过对副产物进行合理循环和利用，实现价值发现和价值增值。低碳农业生态产业链实现了资源的最大限度利用、资源价值的充分转化，是农业经济发展转型的有效载体。

（3）资源循环利用机制、生态价值补偿机制和利益合理分配机制是低碳农业生态产业链耦合机制的有机统一体。其中，资源循环利用机制是基础，生态价值补偿机制是重要调控手段，利益合理分配机制是关键，三者缺一不可。要有效结合起来运用，才能促进低碳农业生态产业链的可持续发展，最终实现经济效益、环境效益和社会效益的有机统一。

［1］李云燕.产业生态系统的构建途径与管理方法［J］.生态环境，2008，17（4）：1707-1714.

［2］刘志坚.基于循环经济的产业链耦合机制研究［J］.科技管理研究，2007，（7）：111-113.

［3］Frosch R A,Gallopoulos N E.Strategies for manufacturing［J］.Scientific American,1989,261（3）:144-152.

［4］马世骏.经济生态学原则在工农业建设中的应用［J］,生态学报,1983，（1）:1-6.

［5］尹琦，肖正扬.生态产业链的概念与应用［J］.环境科学，2002，（11）：114-118.

［6］Lifset R.Industrial Symbiosis in Denmark ［M］.New York:New York University,Stern School of Business Press,1997.25-26.

［7］曹明宏，雷书彦等.论生态经济良性耦合与湖北农业运作机制创新［J］.湖北农业科学，2000，（6）：7-9.

［8］ 左其亭，陈嘻.社会经济——生态环境耦合系统动力学模型［J］.上海环境科学，2001，20（12）:592-595.

［9］苗泽华.论工业企业生态规划与区域可持续发展［J］.中国人口·资源与环境，2003，（5）：107-109.

［10］张聪群.产业集群互动机理研究［M］.北京：经济科学出版社，2007，11.91-94.

［11］陈德敏.资源循环利用论［D］.重庆：重庆大学，2004.20-29.

［12］丁声俊.论发展中国新型农村合作制 ［J］.中国合作经济，2005，（12）：18-22.

（责任编辑迟凤玲）

Coupling Mechanism of Low-carbon Agricultural Ecological Industry under Game and Interaction Theory

Qi Zhenhong,Wang Peicheng
（School of Economics and Management,Huazhong Agricultural University,Wuhan 430070,China）

F205；F323

A

国家社科基金项目“基于生态链与产业链耦合的养猪业循环经济长效机制研究”（08BJY068）、湖北省社科基金项目“湖北省发展循环经济的运行机制与政策支撑体系研究”(2007066)、武汉市软科学项目“武汉市循环经济科技支撑体系研究”（200940833364）、武汉市社科基金项目“大力发展循环经济，促进武汉加快发展研究”（4006-056026）资助。

2010-06-22

齐振宏（1964-），男，安徽安庆人，教授，硕士生导师，留英博士后；研究方向：农业经济管理。