基于演化博弈的煤矿区土地复垦监管策略分析

赖小君，胡振琪,2，郭家新，张 雪，王晓彤

(1.中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院，北京 100083；2.中国矿业大学环境与测绘学院，江苏 徐州 221116)

煤炭的大规模开采对环境造成了很大影响，导致大量土地沉陷，其中大部分土地为耕地，在高潜水位地区，土地沉降后还会导致大面积积水，严重破坏土地保护和生态环境[1]。截至2018年，有超过667万hm2因生产建设项目和自然灾害造成损毁的土地未得到复垦，其中60%以上是耕地或其他农用地，严重威胁粮食安全和生态安全[2]。为了在短时间内恢复被破坏的土地资源，确保煤炭开采可持续进行，务必合理制定土地复垦相关方案，对完善生态系统、高效利用土地资源具有积极意义。根据我国2011年发布的《土地复垦条例》，按照“谁损毁，谁复垦”的原则，理应由煤炭企业负责复垦损毁的土地，但是土地复垦并不能给煤炭经营者带来任何收益，因此在实践中，煤炭企业完全履行复垦义务的很少，而损毁的土地面积不断增加，就目前来看，土地复垦率仅为15%～25%[3]。煤炭企业甚至利用与政府、当地居民的利益牵连关系，逃避复垦义务，造成区域生态环境恶化，严重违背了国家生态环境保护、生态文明建设及绿色煤炭建设的相关政策。因此，理清煤炭企业、政府和当地居民之间的利益关系成为落实土地复垦工作的关键。

1 国内研究现状

从生态环境角度研究政府、企业和民众的两方或者三方博弈关系是我国学者的研究热点，针对我国农业生态环境问题的现状，有学者运用博弈论方法对农业生态环境保护机制过程中政府与农户[4-5]、企业与农户[6]、中央政府或地方政府与农户[7]的行为策略与演化轨迹进行了研究；还有学者在完全信息静态下构建环境治理中两两参与的博弈模型和三方参与博弈模型，分析了参与博弈主体的动态演变过程[8-9]，找到了影响我国低碳转型环境政策优化的关键因素[10]，并结合流域的环境污染特点，对生态文明建设三方共治提出对策建议[11]；部分学者从演化博弈论的视角探讨环境治理问题中涉及中央政府与地方政府[12]，或中央政府、地方政府、企业之间的演化过程[13-14]，或者政府、企业、当地居民之间的博弈关系[15-17]；还有学者建立煤炭企业与地方政府系统双方的演化博弈模型[18-19]，对博弈双方的演化稳定性进行了研究，并对演化博弈过程进行了数值仿真分析[20-21]。

2 博弈模型的建立与分析

由于煤炭企业、政府和当地居民三方博弈存在信息不对称，因此采取的行动以及行动导致的结果存在差异，三方关系如图1所示。政府即监管土地复垦工作的相关部门，与煤矿企业存在利益牵连关系，煤矿企业为当地带来经济发展的同时，也给政府部门带来政绩和利益，因此对政府是否监管煤矿企业土地复垦工作存在矛盾心理；煤矿企业的发展也为当地居民带来就业机会，并且一些村庄居民因采煤造成土地塌陷得到补贴，也存在利益牵连，因此当地居民参与监督煤矿企业复垦土地积极性不高；政府协调组织当地居民参与土地复垦监督工作，居民举报监督对政府起着补充作用。

图1 煤炭企业、政府和当地居民三方关系

2.1 模型假设

假设1：煤炭企业(E)、政府(G)和当地居民(R)三方都寻求自身利益最大化。

假设2：煤炭企业进行土地复垦工作完成任务，需要支付费用F，政府鼓励其复垦工作并给予税收优惠PE；若土地复垦工作不达标，按条例规定需给予当地居民损失补偿费B，被政府监管部门发现，需要支付罚款AG；若此时居民参与监督，按政府要求由煤炭企业给予居民监督奖励AR，企业仍需缴纳土地复垦费F。

假设3：政府若监管土地复垦工作，则需付出成本CG，其付出的成本与煤炭企业牵连的利益有关，利益越大政府监管部门对土地复垦工作的执法难度越大，监管成本越高；政府因主动监管促使煤炭企业土地复垦达标给政府带来环境绩效PG；政府监管发现煤炭企业土地复垦工作不达标，则收取罚款AG；若不监管土地复垦工作，政府的不作为造成形象损失D。

假设4：当地居民若参与监督工作，需付出监督成本CR，若与煤炭企业利益牵连越大，则付出的成本越高；当煤炭企业土地复垦工作不达标时，当地居民可收到一份补偿B，发现煤炭企业土地复垦工作不达标，在政府监管下，可获得监督奖励AR。

2.2 模型构建

本文构建煤炭企业(E)、政府(G)和当地居民(R)的三方动态博弈模型，其博弈关系如图2所示。

根据三方博弈关系及基本假设，可得出三方8种期望收益函数，见表1。

图2 煤炭企业、政府和当地居民三方博弈树

表1 煤炭企业、政府和当地居民三方期望收益函数

表1中的1～8号分别对应博弈树的8种可能性，SE1，SG1，SR1分别表示第一种情况下政府、煤炭企业和当地居民的期望收益函数。煤炭企业是否进行土地复垦与生态修复，其策略空间是复垦达标和复垦不达标，根据博弈相关理论分析，如果政府实施监管或者当地居民参与监督，对于煤炭企业来说，其占优策略为土地复垦达标；如果政府和居民都不实施监管，则煤炭企业占优策略为土地复垦不达标。对于政府而言，其策略空间为参与监管和不参与监管，如果煤炭企业土地复垦达标，则其占优策略为不实施监管；反之，则其占优策略为实施监管。当地居民的策略空间为参与监督和不参与监督，如果煤炭企业土地复垦达标，当地居民占优策略为不参与监管；如果煤炭企业土地复垦达标，政府给予当地居民监督奖励，其占优策略为参与监督。

2.3 模型求解

在既定假设条件下，得出三方的期望收益函数，进而采用混合策略纳什均衡对该博弈模型进行分析。假设煤炭企业以x的概率实施土地复垦工作且达标，不实施的概率是1-x；政府以y的概率实施监管，不监管的概率为1-y；当地居民参与监督举报的概率为z，不监督举报的概率为1-z。TG，TE，TR分别表示政府、煤炭企业和当地居民各个情况的总期望收益函数。

1) 煤炭企业(E)的期望均衡方程见式(1)。

TE=xyzSE1+xy(1-z)SE2+x(1-y)zSE3+

x(1-y)(1-z)SE4+(1-x)yzSE5+

(1-x)y(1-z)SE6+(1-x)(1-y)zSE7+

(1-x)(1-y)(1-z)SE8

(1)

根据式(1)可得煤炭企业(E)的期望均衡方程，见式(2)。

x(1-x)[-F+B+y(PE+F+AG)+yzAR]

(2)

2) 政府(G)的期望均衡方程见式(3)。

TG=xyzSG1+xy(1-z)SG2+x(1-y)zSG3+

x(1-y)(1-z)SG4+(1-x)yzSG5+

(1-x)y(1-z)SG6+(1-x)(1-y)zSG7+

(1-x)(1-y)(1-z)SG8

(3)

根据式(3)可得政府(G)的期望均衡方程见式(4)。

y(1-y)[-CG+AG+D-x(AG+D-PG)]

(4)

3) 当地居民(R)的期望均衡方程见式(5)。

TR=xyzSR1+xy(1-z)SR2+x(1-y)zSR3+

x(1-y)(1-z)SR4+(1-x)yzSR5+

(1-x)y(1-z)SR6+(1-x)(1-y)zSR7+

(1-x)(1-y)(1-z)SR8

(5)

根据式(5)可得当地居民(R)的期望均衡方程，见式(6)。

(6)

2.4 演化博弈均衡解分析

2.4.1 演化博弈稳定性分析

博弈稳定性计算见式(7)，根据式(7)可得到三方演化稳定策略如下所述。

(7)

2.4.2 均衡影响因素分析

由式(8)分析计算可得式(9)。

(8)

(9)

3 数值仿真分析

政府部门、煤炭企业与当地居民之间的策略演化行为可能还受到其余主体策略初始选择的影响，采用数值实验对三个主体策略选择的初始比例对演化结果的影响进行分析。根据复垦方案情况设参数值F=15，PE=4，B=6，AG=8，AR=1，CG=3，PG=2.5，D=3，CR=2，x0、y0、z0分别为政府参与监管、企业进行复垦工作以及当地居民参与监督的初始概率。

3.1 三方博弈数值仿真演化分析

数值模拟三方演化结果示意图如图3所示，实线指煤炭企业，虚线指政府监管部门，实心圆点指当地居民。政府参与监管、企业进行复垦工作、当地居民参与监督的初始概率分别为x0=0.8,y0=0.8,z0=0.2。由图3(a)可知，政府监管的初始概率为0.8，此时煤炭企业不得不进行复垦任务，此过程会持续一段时间；但随着时间的推移，生态修复比例的提高，政府考虑成本因素，会放松监管力度甚至不监管；而当地居民在考虑自身成本的情况下，并不会参与监督。由图3(b)可知，随着时间的推移，由于政府的不监管和当地居民不监督，煤炭企业可能会降低生态修复比例甚至不进行复垦。那么政府在政绩考察时，发现该情况又会通知监管部门加大监管力度，此时煤炭企业又开始复垦使其达标，但是随着时间的推移，政府考虑成本因素，又会放松监管力度，直至不监管，如此循环存在周期性。

3.2 煤炭企业复垦概率对三方博弈演化行为的影响

图4为煤炭企业复垦初始概率对演化结果的影响示意图。由图4可知，当政府参与监管、当地居民参与监督的初始概率保持不变，y0=0.8，z0=0.2,而企业愿意复垦的初始概率x0=0.2。对比图4(a)与图4(b)可知，此时政府的稳定策略截然相反，受煤炭企业复垦初始概率影响，当地居民的监督意愿并没有发生变化。当x0=0.8时，政府和当地居民都倾向于不监督；当x0=0.2,即煤炭企业复垦意愿很低，政府监管部门会督促企业实施复垦工作，政府监管的概率也会增大，那么煤炭企业迫于政府压力，复垦的意愿就会增加；当政府参与监管时，当地居民并不会参与监督。

图3 数值模拟三方演化行为结果

图4 煤炭企业复垦初始概率对演化结果的影响

3.3 政府监管概率对三方博弈演化行为的影响

图5为政府监管初始概率对演化结果的影响示意图。 由图5可知，当企业复垦意愿的初始概率、当地居民参与监督的初始概率保持不变，x0=0.8，z0=0.2,而政府参与监管的初始概率y0=0.2。对比图5(a)与图5(b)可知，此时煤炭企业的稳定策略截然相反，受政府监管初始概率影响，当地居民的监督意愿并没有发生变化。当y0=0.8时，煤炭企业稳定策略是选择复垦且达标，当地居民倾向于不监督；而当y0=0.2，政府不参与监管，那么煤炭企业考虑自身利益及复垦成本，复垦的意愿就会逐渐下降。

由上述分析可得，不管政府和矿业企业初始概率如何变化，当地居民都没有发挥其作用，说明当地居民受影响因素较为复杂，单单改变一个因素无法影响当地居民的演化行为。在现实情况中，最直接的关联是与煤炭企业的利益，煤炭企业占用、损坏当地居民的土地，当地居民会得到相应的补偿，一年所获得的补偿高于农民自己生产取得的效益，煤炭企业还能给予就业的机会，因此当地居民参与监督的意愿很低。当政府参与监管时，当地居民并不会参与监督，这从侧面证明了政府监管的重要性，可将居民作为政府监管的补充，应鼓励当地居民参与监督土地复垦并给予适当的监督补贴，开设特殊的监督举报渠道，才能提高煤炭企业复垦的积极性。

图5 政府监管初始概率对演化结果的影响

4 赵固一矿演化博弈分析

焦作煤业集团赵固(新乡)能源有限责任公司赵固一矿位于河南省辉县市，矿区面积81.58 km2，设计生产能力240万t/a，为地下开采，采用倾斜分层走向长壁下行垮落采煤法，综合机械化采煤工艺。

1) 生态修复与环境治理情况。矿山地质环境保护与治理恢复主要指对矿山生产安全构成威胁的主要地质环境问题，如采空塌陷及伴生地裂缝进行治理恢复，地质环境监测，主副井封闭，对矿区环境进行绿化等。因此煤炭矿区地质环境治理成本主要包括工程施工费(塌陷土地治理费用、水资源治理费用和植被修复治理费用、配套工程建设费用)、监测与管护费及其他费用。赵固一矿第一阶段(2018—2022年)复垦总面积为936.72 hm2，其中复垦为耕地717.69 hm2，其他土地为219.03 hm2，第一阶段复垦静态投资费用见表2。

表2 赵固一矿第一阶段复垦工程静态投资费用

2) 矿区生态修复保证金执行情况。据批复的矿山地质环境保护与土地复垦方案及阶段土地复垦计划中确定的费用预存计划，分期将土地复垦费用存入土地复垦费用专用账户，首次预存额占土地复垦费用总金额20%以上，剩余费用在预存计划开始后的10个工作日内存入。截至2017年底，赵固一矿已预存矿山地质环境治理保证金1.58亿元。

3) 税收优惠。地方政府主要采取减免税等税收优惠，引导和鼓励企业购买污染治理设备，实施技术改造和节能减排，进而提高环境治理水平。根据资源税收规定，对充填开采置换出来的煤炭减征50%的资源税。 按照规定，焦煤的税额为8～20元/t，对其他煤炭的税额为0.3～5元/t[19]。赵固一矿年产量为240万t，实际征收税率为4元/t，则每年减免的税额480万元。

4) 地方政府监管成本与罚款。若政府积极参与监管，根据理论方案，政府对赵固一矿的监管成本主要包括土地利用状况监测与监察费用、复垦效果监测费用、宣传费用与环境监管运行保障费用，第一阶段的监管成本见表3。

表3 政府监管费用统计

若政府监管发现企业复垦效果不合格，则从土地复垦费用保证金扣除一部分，根据河南省发布的《关于明确全省土地复垦收费标准及资金管理有关问题的通知》，中央和省属企业因地下采煤、采矿等造成土地塌陷或因生产建设中挖损、压占造成土地破坏，影响种植的耕地按8～10元/m2收取罚款，其他土地减半收取，本文取平均值按6.75元/m2收取。煤炭企业应缴纳罚款的计算公式为：罚款=第一阶段应复垦面积×未修复比例×罚款标准，因此，若赵固一矿矿区没有复垦，最大罚款数额为6 322.86万元。

5) 农用地补偿。煤炭企业若土地复垦工作不达标，按条例规定需给予当地居民损失补偿费，按一次性补偿1.20万元/亩(1)1亩=666.67 m2。计算。 计算公式为：补偿费用=第一阶段应复垦耕地面积×未修复比例×补偿标准。若赵固一矿矿区没有复垦，农民得到的补偿最大值为12 918.42万元。

在赵固一矿的矿山土地与复垦修复工程中，对政府环境绩效与形象损失的影响程度未能确定，且此方案实施未发动当地居民参与监督，也未制定实施相关监督奖励政策，故CR=0，AR=0。

4.1 政府监管成本、环境绩效与形象损失演化分析

根据以上数据分析，矿区在不复垦的情况下，取F=15 185.4，PE=480，B=12 918.42，AG=6 322.86，AR=0，CG=448.07，CR=0，探讨当政府监管成本CG一定时，环境绩效PG与形象损失D对三方演化行为的影响。此处x0=0.5,y0=0.5,z0=0.5表示为政府是否参与监管、企业是否进行复垦工作、当地居民是否参与监督的初始概率相等。

图6为政府环境绩效与形象损失对演化行为影响示意图。由图6可知，在监管成本一定的条件下，当政府环境绩效与形象损失为0时，若矿山企业不复垦，其缴纳的罚款占复垦成本的41.65%，远远高于政府监管成本，此时赵固一矿会积极进行土地复垦与生态修复，那么政府倾向于不监管；当政府环境绩效与形象损失等于监管成本时，政府参与监管，但是力度并不大，由此看出当考虑环境绩效和形象损失时，只要政府监管成本低于环境绩效或形象损失成本，政府就会参与监管；当政府环境绩效与形象损失高于监管成本时，迫于上级政府压力和群众压力，政府会参与监管，且监管力度较大。而煤炭企业若不复垦，则将付出比土地复垦金额更高的费用用于补偿当地居民和缴纳罚款，因此，在初始阶段煤炭企业会进行土地复垦与生态修复任务。据此对于赵固一矿土地复垦与生态修复的实施，应将政府环境绩效与形象损失考虑其中，来促使政府参与监管，焦作市政府应采用遥感技术、合成孔径雷达测量(SAR)技术等监测矿区生态环境和土地复垦情况，减少人力成本，同时还提高了监管效率。

图6 政府环境绩效与形象损失对演化行为的影响

4.2 复垦比例演化分析

根据博弈模型的演化稳定策略分析，从赵固一矿需缴纳的复垦金额及其未进行生态修复需缴纳的罚款和给予当地居民的补偿来看，带入式(8)可得当煤炭企业第一阶段生态修复比例为21.08%时，若当地政府没有监管，赵固一矿将不会继续按照复垦方案实施，这符合实践中，矿山履行复垦义务的情况不容乐观，完全履行复垦义务的很少，破坏(损毁)土地面积不断增加，土地复垦率仅为15%～25%等情况[3]，表明了政府监管的重要性，那么政府应在此时参与监管，促使企业完成复垦任务。因此在既定的监管水平下，为促进系统向良好状态演化，可以适当增加保证金的缴纳金额或罚款金额，提高矿山企业复垦的意愿和持续时间。

通过分析赵固一矿已有数据，根据式(8)和式(9)，从三方的期望函数可得，当赵固一矿第一阶段复垦比例达到92.91%时，当地政府不会再监管企业。根据《土地复垦条例》，煤炭企业应当对损毁的土地进行复垦，达到可利用的状态，应根据土地复垦方案完全治理。因此政府应该起到推进土地复垦的效能，同时也体现了居民监督在政府监管缺失的条件下，在煤炭企业生态修复中的作用，如果能使监管费用中有更高的比例向居民倾斜，则能带来监管成本的下降和监督效果的提升，进一步提高第一阶段企业的复垦比例和政府不监管企业时的临界复垦比例。

当地政府未发动当地居民的监督作用，应当鼓励当地居民参与监督并给予适当的监督补贴，使其成为政府监管任务的补充，那么政府监管成本会适当降低。截至目前，赵固一矿已建立生态治理示范区，一期生态治理工程已开发375亩，二期储备550亩。 这是土地复垦与生态修复的良好示范，但也需要矿山企业、政府和当地居民共同建设生态文明。

5 结论与建议

1) 从演化均衡影响因素分析，煤炭企业复垦的概率与政府的监督成本、收取的罚款、环境绩效和形象损失有关；政府监管的概率受政府的监督成本和收取的罚款、环境绩效和形象损失、居民所得的监督奖励和监督成本影响；当地居民参与监督的概率与煤炭企业投入复垦工作资金、政府监管成本、收取的罚款、环境绩效和形象损失、居民所得的监督奖励及监督成本有关。

2) 从仿真数值模拟分析，政府监管的初始概率与煤炭企业复垦意愿初始概率相互影响彼此的演化稳定性。保证金制度实施初期，煤炭企业复垦意愿低或者生态修复比例较低，地方政府会加大监管力度对其进行监督引导，但随着生态修复比例的提高，既使地方政府监管不力，企业只要完全治理，地方政府同样能获得政绩提升，因此地方政府容易放松监管，反过来又刺激企业降低生态修复比例，周期循环。 而当地居民受影响因素较多，其演化行为不易改变。

3) 根据赵固一矿的案例分析，当矿山企业第一阶段生态修复比例为21.08%时，若当地政府没有参与监管，则赵固一矿将不会继续进行土地复垦，那么政府应当在此时参与监管，促使企业完成复垦任务。当地政府考虑绩效和形象损失，从初始就参与监管，根据演化策略分析，当赵固一矿第一阶段复垦比例达到92.91%时，当地政府不会监管企业。因此政府环境绩效与形象损失应纳入评价政府工作中，来促使政府参与监管，也可适当增加保证金的缴纳金额或罚款金额，提高矿山企业复垦的意愿和持续时间。当地政府应当鼓励当地居民参与监督并给予适当的监督补贴，使其成为政府监管任务的补充，那么政府监管成本可适当降低。

4) 煤炭企业进行土地复垦是国家要求履行的义务，而政府的监管是解决生态环境问题的关键。基于我国土地公有制性质，采用“政府牵头、企业履责、农民配合、科技支撑”的复垦原则来推动复垦工作。一定要由政府牵头和协调，作为政绩考核的重要内容；企业不仅要有履行复垦义务的意识，而且要在资金、人力等方面履行复垦责任[3]；居民的监督对企业和政府的决策起到一定的作用，政府应开设特殊的监督举报渠道并给予适当的监督补贴，鼓励当地居民参与监督。当前，人民群众对美好生态环境的需求越来越迫切，在全面推进能源生产和消费革命的高质量经济发展新时代，煤炭工业必须走绿色发展的道路，全面推进绿色生态开采[21]。