基于Stackelberg博弈的循环经济闭环产业链研究

孔鹏志 杨忠直

(上海交通大学安泰经济与管理学院，上海200052)

2004年，循环经济被写入国务院政府工作报告，随后的全国人大、党的十七大、第十一届全国人大常委会等国家重要会议持续关注了循环经济建设;2005年至2008年间在企业、产业和区域层面共分三批建立了192个试点，循环经济已成燎原之势。基于试点形成的十二种模式［1］表明，试图实现减量化的物质循环所依赖的企业链条常跨越不同的产业，形成了具有循环经济特色的产业链。而产业链是我国学者上世纪末针对我国经济发展阶段提出的经济学新概念。从国内外研究的检索情况看，国外的研究基本是空白，国内研究也处于初级阶段［2］。为了揭示循环经济产业链的内在发展机制，对我国可持续目标下的产业转型提供理论依据，本文在清晰界定循环经济产业链的内涵与特征后建立了具有一般意义的闭环产业链模型，从消费者效用出发，基于生产企业间的Stackelberg博弈分析了闭环产业链的形成条件，构建了消费者、企业与政府的利益关联机制，并进一步分析了三大主体最优决策对闭环产业链的影响方式。

1 循环经济产业链的概念与特征

与产业链相近的概念是价值链和供应链，国内学者对产业链的定义不少侧重于这两个方面［3－4］。但价值链理论只是从单个企业的视角串联了能为企业带来竞争优势的设计、生产、销售、发送等活动。虽然这一思想被Shank和Govindarajan从企业内部扩展到从最初的供应商所需的原材料直到将最终产品送到用户的全过程［5］，但形成的供应链理论更多的从物流管理的视角研究从最初供应商到最终用户的企业网络的组织技术［6］。相比价值链和供应链，产业链除了关注价值增值和企业间的技术共生外，还考虑产业特征形成的聚集效应及地域约束和产业关联［7－8］，这也正是我国处于工业化发展阶段，努力通过产业结构调整提高经济发展质量的目标所决定的。循环经济产业链并非要颠覆产业链的一般定义，而是进一步考虑到经济发展面临的资源和环境压力，通过资源的循环利用丰富产业链的内涵。根据循环经济产业链的特征与我国经济发展的现实状况，本文定义循环经济产业链为在同一产业或不同产业中，以资源循环为手段，以价值增值为导向，以满足用户的物质和环境需求为目标，依据技术逻辑联系和时空布局形成的上下关联的链式企业组织模式。

从我国循环经济的产业实践来看，循环经济产业链同时具备结构属性和价值属性。其中结构属性特征表现为［9－10］:通过资源的多层级利用构建网络化产业关联，把不同企业按照技术可行性连接成资源和副产品共享的共生组合;关注的基础由产品变为资源，通过废弃资源的回收利用延长宏观经济产业链;通过回收资源的逆向物流与再利用细化了宏观经济产业链，将原本单向开放式的产业链转变为循环闭合的产业链。循环经济产业链的价值属性特征表现为［11］:通过副产品交易和废气物的回收利用创造出新的价值增长点;伴随废弃物的回收利用形成了价值链的细化和延长，形成了价值的逆向流动;价值体系扩展到社会价值层面，试图用多种方法将环境因素纳入生产和消费范畴。

图1 循环经济产业链的一般模型Fig．1 A general model of industry chain in circular economy

可见循环经济产业链相对于一般产业链的最大变化就是从废弃物质中积极发现有价值的资源，通过资源市场、产品市场和废弃物回收市场注入新的动力，使其重新回到经济系统内部的流动［12］，从而将“资源－生产－消费”的开放式链条转变为“资源－生产－消费－再生资源”的闭式链条。只要基于三个市场的价值补偿机制合理，企业在具备充分信息的情况下就会自动寻求一条价值增值的链条安排经济资源的流动，由此形成了循环物流，形成了循环产业链。

2 闭环产业链的一般模型与博弈分析

结合Pearce和Turner的循环经济物质－效用模型［13］可建立循环经济产业链的一般模型，如图1。

图1中的灰色区域是价值链和供应链关注的领域，白色区域是由于循环经济的生态型发展理念拓展的范围，这是这种拓展构成了考虑资源和环境制约的闭环式发展，但这种拓展同时形成了循环产业链中更加复杂的利益关联。孙国栋和王宁［14］、蔡小军等人［15］、王秀丽和李春发［16－17］以及魏小平和李昆［18］借助博弈分析方法对循环经济产业链的形成机制展开了研究，但设计的博弈模型仅限于传统产业链的范围，没有反映循环经济产业链的闭环特征。

实际上，循环经济建设涉及到消费公众、企业和政府。消费者对物质和环境的消费并不必然的推动物质减量化的发展，除非在非物质减量化引发的资源利用威胁环境质量时才能形成真正意义上的循环经济建设的推力。但消费者的效用结构变化仍对循环经济的建设产生积极的影响，这种影响表现在环境消费的效用会在消费者总效用中的比重逐渐增大，进而对环境的关注使消费者能够积极主动地监督企业污染和政府管理失灵。

政府作为公众利益的代表，理应根据国民的消费意愿全面的权衡发展，关注经济效益、社会效益和环境效益的整体效益最大化。其次，政府应该充分发挥其集体理性的作用，在代际间合理的配置资源，在促进经济发展的同时维护资源利用的可持续性。但目前的GDP增长主要依靠生产和消费，由于还原系统的技术缺失和部门协调不畅，以及废弃物的处理和环境的保护都需要投入大量的资本，所以在以GDP衡量地方政府的业绩的评价体制下，政府常常会忽视环境和废弃物的资本投入。

作为循环经济的实施主体，企业能起到的积极作用是通过实施物质减量化，在升级产品技术含量的同时减轻环境压力。但消极的作用是企业的目标是追求自身利益最大化，在自身利益的驱使下企业更强调其经济效益，而会忽视社会和环境效益。

消费公众、企业和政府在行为目标和作用方向上的互补性提供了在循环经济体制下具有建立相互监督机制的可能。这种相互的牵制关系可以简单表述为图2。

图2 消费者、政府与企业的利益与行为牵制关系Fig．2 The relationship of interests and behavior among customer，government and enterprise

为了提炼基于物质闭路循环的主体行为规律，将图1所示的产业链划分为四个环节:上游企业生产，下游企业生产，消费者消费，资源回收利用，以最简单的方式反映“原材料开采－最终产品生产－产品消费－回收再生资源”的物质闭路循环。这一闭环结构的研究出发点是最终产品和环境的消费效用，因为没有消费价值的物质将被归为废弃物排放出经济系统。环境效用的引入激发了传统产业链与循环经济产业链间的企业竞争，但从物质流分析的研究结果［19］来看，我国2005－2008年的平均直接物质输入量为95．88亿 t，形成的平均 GDP为223 006．03亿元，而平均回收利用物质量仅为10．23亿t，平均综合利用产值只有1 068．34亿元，所以企业盈利仍依赖新开采资源的数量投入，传统产业链中的企业仍是市场竞争中的领导者，符合Stackelberg博弈的特征。本文选择考虑产量决策的Stackelberg博弈模型，并进一步假设:

(1)经济群落中的企业可划分为两条产业链:一是始于新资源开采终于最终产品消费传统产业链，该产业链企业仅开采、使用新资源，在横向企业竞争中为领导者，其生产污染环境较重;二是始于回收资源，经过消费后重回回收市场的循环经济产业链，该产业链中企业仅回收、使用回收资源，在横向企业竞争中为追随者，其生产污染环境较轻;

(2)产品生产过程只有上游原材料开采和下游最终产品生产两个环节，每个环节只有两个企业。上游企业1以不变边际成本c11从自然界开采新资源，以单位价格p11提供给下游企业1;上游企业2以不变边际成本c12从废弃物中提取并加工成适宜于下游企业2使用的回收资源，以单位价格p12提供给下游企业2。下游企业1采用价格为p11的新资源生产新产品，在市场上以单位价格p21销售最终产品q21;下游企业2采用价格为p12的回收资源生产环保产品，在市场上以单位价格p22销售最终产品q22。上、下游企业均不考虑固定成本。

(3)政府通过资源和环境税，按照上游企业1的产量进行单位处罚t1，同时对上游企业2进行单位补贴t1;按照下游企业1的产量进行单位处罚t2，同时对下游企业2进行单位补贴t2。

(4)市场消费群体是具有相同效用函数的连续统，消费者对产品具有线性需求形式;

2．1 消费者效用

根据Singh和Vives分析异质产品竞争均衡建立的效用函数［20］以及简化方式［21］，建立包含新产品和环保产品两种异质品和环境效用的效用函数

其中，α＞0，1＞γ＞－1＞。α表示产品的质量。γ＞0、γ=0合γ＜0分别表示两种异质产品为替代品、不相关和互补品。γ的大小表示产品的差异程度，γ越接近1说明两类产品的差异越小，替代性越高。由于不相关和互补品不能凸显循环经济减量化这一核心原则，所以本文只考虑产品为替代品的情形。将γ进一步分解为γ=βυ，0＜β＜1，0＜υ＜1，其中β表示环保产品对新产品的功能替代度，υ表示消费者的环境偏好度，υ越接近1表示消费者忽视环保产品环境保护功能的程度越高，即环境偏好越低。

消费者所考虑的问题是最大化其消费者剩余

2．2 企业生产决策

2．2．1 上游企业均衡

根据消费者效用最大化的一阶最优条件得到两类产品的线性反需求函数

基于反需求函数，根据逆推归纳法，下游企业2在第二阶段最大化其利润

由一阶最优条件得到企业2的最优反应函数为

下游企业1预见到企业2的反应，在第一阶段最大化其利润

从而得到均衡产量

假设两种生产方式下的新产品和循环产品的原材料还原系数分别为η1和 η2，由于存在生产损耗，ηi＞1，i=1，2，ηi越接近1，说明生产过程的物质损耗越小。由于循环产品的材料可以多次使用，因而其原材料还原过程中需要附加的资源较少，所以只考虑η1≥η2的情形。进而结合(7)式得上游市场两类原材料的反需求函数

在对应下游企业2决策的第二阶段，上游企业2最大化其利润

上游企业1预见到企业2的反应，在对应下游企业1决策的第一阶段最大化其利润

由一阶最优条件得到企业2的最优反应函数为

令Δ1=α －t2－c11－t1，Δ2=α +t2－c12+t1，得到上游两企业的均衡产量

2．3 政府税收控制

政府考虑的目标首先是生产收益的最大化和消费者效用的最大化。在企业的均衡决策情形下，两条产业链的总收益为

1 2 t均具有先动优势。

政府关注的另一个目标是保障循环产业链的回收资源供给。令新产品和环保产品消费后的废弃物产生率分别为ρ1和ρ2，则在开采、生产和消费过程中形成的废弃物总量为

其中 ωi=(ηi－1+ρi)，ωi＞0，i=1，2 分别为新产品和环保产品在一次循环内从原材料投入到最终消费的废弃物形成率。

在上述均衡条件下，循环产业链要求的物质循环率为

结论3 循环产业链的废弃物循环率θ是T的增函数，且存在一个经济最优废弃物循环率θ*。

但值得注意的是，消费者、企业以及政府的利益均达到最大化时的废弃物循环率θ*并不一定是生态最优的。从图1的环境同化吸收能力来看，生态最优的物质循环率为，因而一个真正实现兼顾经济增长和环境保护的可持续的发展模式要求1－θ*≤θe。但是我国目前有关环境同化吸收能力的研究结论［22］并不足以确定出一个满足生态改良要求的经济规模阈值。

3 结论

本文结合循环经济的实践特征构建了闭环产业链模型，以消费者效用为出发点，以政府的环境税为规制手段，利用企业间的博弈分析讨论了三大主体最优决策对闭环产业链的影响机制。研究结论表明:

消费者的环境偏好程度形成了政府的税收调整限制，消费者对环境的偏好程度越低，政府制定环境税收政策的空间就越小，收取的税收也越低。

传统产业链的企业收益会由于消费者的环境忽视而难以实现到循环产业链企业的转移，即使通过提高环境税保护循环产业链中的企业，在政府的全局最优税收条件下，传统产业链的企业在横向企业的比较中仍具有先动优势，循环经济闭环产业链仍受到传统产业链的冲击。

政府必须有效组织社会资源实现经济最优的废弃物循环率，以保证循环产业链的回收资源供给，但经济最优的废弃物循环率只是在消费者容忍范围内实现的消费者效用最大化和生产总收益最大化。真正意义上的可持续发展必须使循环产业链的废弃物循环率达到生态最优，这需要政府舍弃部分经济利益，实施更严厉的环境税政策约束传统产业链的发展规模，同时结合参与性政策提高公众的环境保护意识，以保证环境税收政策的长久可行性。

(编辑:刘呈庆)

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