基于Stackelberg博弈的循環經濟閉環產業鏈研究

孔鵬志 楊忠直

(上海交通大學安泰經濟與管理學院，上海200052)

2004年，循環經濟被寫入國務院政府工作報告，隨后的全國人大、黨的十七大、第十一屆全國人大常委會等國家重要會議持續關注了循環經濟建設;2005年至2008年間在企業、產業和區域層面共分三批建立了192個試點，循環經濟已成燎原之勢。基于試點形成的十二種模式［1］表明，試圖實現減量化的物質循環所依賴的企業鏈條常跨越不同的產業，形成了具有循環經濟特色的產業鏈。而產業鏈是我國學者上世紀末針對我國經濟發展階段提出的經濟學新概念。從國內外研究的檢索情況看，國外的研究基本是空白，國內研究也處于初級階段［2］。為了揭示循環經濟產業鏈的內在發展機制，對我國可持續目標下的產業轉型提供理論依據，本文在清晰界定循環經濟產業鏈的內涵與特征后建立了具有一般意義的閉環產業鏈模型，從消費者效用出發，基于生產企業間的Stackelberg博弈分析了閉環產業鏈的形成條件，構建了消費者、企業與政府的利益關聯機制，并進一步分析了三大主體最優決策對閉環產業鏈的影響方式。

1 循環經濟產業鏈的概念與特征

與產業鏈相近的概念是價值鏈和供應鏈，國內學者對產業鏈的定義不少側重于這兩個方面［3－4］。但價值鏈理論只是從單個企業的視角串聯了能為企業帶來競爭優勢的設計、生產、銷售、發送等活動。雖然這一思想被Shank和Govindarajan從企業內部擴展到從最初的供應商所需的原材料直到將最終產品送到用戶的全過程［5］，但形成的供應鏈理論更多的從物流管理的視角研究從最初供應商到最終用戶的企業網絡的組織技術［6］。相比價值鏈和供應鏈，產業鏈除了關注價值增值和企業間的技術共生外，還考慮產業特征形成的聚集效應及地域約束和產業關聯［7－8］，這也正是我國處于工業化發展階段，努力通過產業結構調整提高經濟發展質量的目標所決定的。循環經濟產業鏈并非要顛覆產業鏈的一般定義，而是進一步考慮到經濟發展面臨的資源和環境壓力，通過資源的循環利用豐富產業鏈的內涵。根據循環經濟產業鏈的特征與我國經濟發展的現實狀況，本文定義循環經濟產業鏈為在同一產業或不同產業中，以資源循環為手段，以價值增值為導向，以滿足用戶的物質和環境需求為目標，依據技術邏輯聯系和時空布局形成的上下關聯的鏈式企業組織模式。

從我國循環經濟的產業實踐來看，循環經濟產業鏈同時具備結構屬性和價值屬性。其中結構屬性特征表現為［9－10］:通過資源的多層級利用構建網絡化產業關聯，把不同企業按照技術可行性連接成資源和副產品共享的共生組合;關注的基礎由產品變為資源，通過廢棄資源的回收利用延長宏觀經濟產業鏈;通過回收資源的逆向物流與再利用細化了宏觀經濟產業鏈，將原本單向開放式的產業鏈轉變為循環閉合的產業鏈。循環經濟產業鏈的價值屬性特征表現為［11］:通過副產品交易和廢氣物的回收利用創造出新的價值增長點;伴隨廢棄物的回收利用形成了價值鏈的細化和延長，形成了價值的逆向流動;價值體系擴展到社會價值層面，試圖用多種方法將環境因素納入生產和消費范疇。

圖1 循環經濟產業鏈的一般模型Fig．1 A general model of industry chain in circular economy

可見循環經濟產業鏈相對于一般產業鏈的最大變化就是從廢棄物質中積極發現有價值的資源，通過資源市場、產品市場和廢棄物回收市場注入新的動力，使其重新回到經濟系統內部的流動［12］，從而將“資源－生產－消費”的開放式鏈條轉變為“資源－生產－消費－再生資源”的閉式鏈條。只要基于三個市場的價值補償機制合理，企業在具備充分信息的情況下就會自動尋求一條價值增值的鏈條安排經濟資源的流動，由此形成了循環物流，形成了循環產業鏈。

2 閉環產業鏈的一般模型與博弈分析

結合Pearce和Turner的循環經濟物質－效用模型［13］可建立循環經濟產業鏈的一般模型，如圖1。

圖1中的灰色區域是價值鏈和供應鏈關注的領域，白色區域是由于循環經濟的生態型發展理念拓展的范圍，這是這種拓展構成了考慮資源和環境制約的閉環式發展，但這種拓展同時形成了循環產業鏈中更加復雜的利益關聯。孫國棟和王寧［14］、蔡小軍等人［15］、王秀麗和李春發［16－17］以及魏小平和李昆［18］借助博弈分析方法對循環經濟產業鏈的形成機制展開了研究，但設計的博弈模型僅限于傳統產業鏈的范圍，沒有反映循環經濟產業鏈的閉環特征。

實際上，循環經濟建設涉及到消費公眾、企業和政府。消費者對物質和環境的消費并不必然的推動物質減量化的發展，除非在非物質減量化引發的資源利用威脅環境質量時才能形成真正意義上的循環經濟建設的推力。但消費者的效用結構變化仍對循環經濟的建設產生積極的影響，這種影響表現在環境消費的效用會在消費者總效用中的比重逐漸增大，進而對環境的關注使消費者能夠積極主動地監督企業污染和政府管理失靈。

政府作為公眾利益的代表，理應根據國民的消費意愿全面的權衡發展，關注經濟效益、社會效益和環境效益的整體效益最大化。其次，政府應該充分發揮其集體理性的作用，在代際間合理的配置資源，在促進經濟發展的同時維護資源利用的可持續性。但目前的GDP增長主要依靠生產和消費，由于還原系統的技術缺失和部門協調不暢，以及廢棄物的處理和環境的保護都需要投入大量的資本，所以在以GDP衡量地方政府的業績的評價體制下，政府常常會忽視環境和廢棄物的資本投入。

作為循環經濟的實施主體，企業能起到的積極作用是通過實施物質減量化，在升級產品技術含量的同時減輕環境壓力。但消極的作用是企業的目標是追求自身利益最大化，在自身利益的驅使下企業更強調其經濟效益，而會忽視社會和環境效益。

消費公眾、企業和政府在行為目標和作用方向上的互補性提供了在循環經濟體制下具有建立相互監督機制的可能。這種相互的牽制關系可以簡單表述為圖2。

圖2 消費者、政府與企業的利益與行為牽制關系Fig．2 The relationship of interests and behavior among customer，government and enterprise

為了提煉基于物質閉路循環的主體行為規律，將圖1所示的產業鏈劃分為四個環節:上游企業生產，下游企業生產，消費者消費，資源回收利用，以最簡單的方式反映“原材料開采－最終產品生產－產品消費－回收再生資源”的物質閉路循環。這一閉環結構的研究出發點是最終產品和環境的消費效用，因為沒有消費價值的物質將被歸為廢棄物排放出經濟系統。環境效用的引入激發了傳統產業鏈與循環經濟產業鏈間的企業競爭，但從物質流分析的研究結果［19］來看，我國2005－2008年的平均直接物質輸入量為95．88億 t，形成的平均 GDP為223 006．03億元，而平均回收利用物質量僅為10．23億t，平均綜合利用產值只有1 068．34億元，所以企業盈利仍依賴新開采資源的數量投入，傳統產業鏈中的企業仍是市場競爭中的領導者，符合Stackelberg博弈的特征。本文選擇考慮產量決策的Stackelberg博弈模型，并進一步假設:

(1)經濟群落中的企業可劃分為兩條產業鏈:一是始于新資源開采終于最終產品消費傳統產業鏈，該產業鏈企業僅開采、使用新資源，在橫向企業競爭中為領導者，其生產污染環境較重;二是始于回收資源，經過消費后重回回收市場的循環經濟產業鏈，該產業鏈中企業僅回收、使用回收資源，在橫向企業競爭中為追隨者，其生產污染環境較輕;

(2)產品生產過程只有上游原材料開采和下游最終產品生產兩個環節，每個環節只有兩個企業。上游企業1以不變邊際成本c11從自然界開采新資源，以單位價格p11提供給下游企業1;上游企業2以不變邊際成本c12從廢棄物中提取并加工成適宜于下游企業2使用的回收資源，以單位價格p12提供給下游企業2。下游企業1采用價格為p11的新資源生產新產品，在市場上以單位價格p21銷售最終產品q21;下游企業2采用價格為p12的回收資源生產環保產品，在市場上以單位價格p22銷售最終產品q22。上、下游企業均不考慮固定成本。

(3)政府通過資源和環境稅，按照上游企業1的產量進行單位處罰t1，同時對上游企業2進行單位補貼t1;按照下游企業1的產量進行單位處罰t2，同時對下游企業2進行單位補貼t2。

(4)市場消費群體是具有相同效用函數的連續統，消費者對產品具有線性需求形式;

2．1 消費者效用

根據Singh和Vives分析異質產品競爭均衡建立的效用函數［20］以及簡化方式［21］，建立包含新產品和環保產品兩種異質品和環境效用的效用函數

其中，α＞0，1＞γ＞－1＞。α表示產品的質量。γ＞0、γ=0合γ＜0分別表示兩種異質產品為替代品、不相關和互補品。γ的大小表示產品的差異程度，γ越接近1說明兩類產品的差異越小，替代性越高。由于不相關和互補品不能凸顯循環經濟減量化這一核心原則，所以本文只考慮產品為替代品的情形。將γ進一步分解為γ=βυ，0＜β＜1，0＜υ＜1，其中β表示環保產品對新產品的功能替代度，υ表示消費者的環境偏好度，υ越接近1表示消費者忽視環保產品環境保護功能的程度越高，即環境偏好越低。

消費者所考慮的問題是最大化其消費者剩余

2．2 企業生產決策

2．2．1 上游企業均衡

根據消費者效用最大化的一階最優條件得到兩類產品的線性反需求函數

基于反需求函數，根據逆推歸納法，下游企業2在第二階段最大化其利潤

由一階最優條件得到企業2的最優反應函數為

下游企業1預見到企業2的反應，在第一階段最大化其利潤

從而得到均衡產量

假設兩種生產方式下的新產品和循環產品的原材料還原系數分別為η1和 η2，由于存在生產損耗，ηi＞1，i=1，2，ηi越接近1，說明生產過程的物質損耗越小。由于循環產品的材料可以多次使用，因而其原材料還原過程中需要附加的資源較少，所以只考慮η1≥η2的情形。進而結合(7)式得上游市場兩類原材料的反需求函數

在對應下游企業2決策的第二階段，上游企業2最大化其利潤

上游企業1預見到企業2的反應，在對應下游企業1決策的第一階段最大化其利潤

由一階最優條件得到企業2的最優反應函數為

令Δ1=α －t2－c11－t1，Δ2=α +t2－c12+t1，得到上游兩企業的均衡產量

2．3 政府稅收控制

政府考慮的目標首先是生產收益的最大化和消費者效用的最大化。在企業的均衡決策情形下，兩條產業鏈的總收益為

1 2 t均具有先動優勢。

政府關注的另一個目標是保障循環產業鏈的回收資源供給。令新產品和環保產品消費后的廢棄物產生率分別為ρ1和ρ2，則在開采、生產和消費過程中形成的廢棄物總量為

其中 ωi=(ηi－1+ρi)，ωi＞0，i=1，2 分別為新產品和環保產品在一次循環內從原材料投入到最終消費的廢棄物形成率。

在上述均衡條件下，循環產業鏈要求的物質循環率為

結論3 循環產業鏈的廢棄物循環率θ是T的增函數，且存在一個經濟最優廢棄物循環率θ*。

但值得注意的是，消費者、企業以及政府的利益均達到最大化時的廢棄物循環率θ*并不一定是生態最優的。從圖1的環境同化吸收能力來看，生態最優的物質循環率為，因而一個真正實現兼顧經濟增長和環境保護的可持續的發展模式要求1－θ*≤θe。但是我國目前有關環境同化吸收能力的研究結論［22］并不足以確定出一個滿足生態改良要求的經濟規模閾值。

3 結論

本文結合循環經濟的實踐特征構建了閉環產業鏈模型，以消費者效用為出發點，以政府的環境稅為規制手段，利用企業間的博弈分析討論了三大主體最優決策對閉環產業鏈的影響機制。研究結論表明:

消費者的環境偏好程度形成了政府的稅收調整限制，消費者對環境的偏好程度越低，政府制定環境稅收政策的空間就越小，收取的稅收也越低。

傳統產業鏈的企業收益會由于消費者的環境忽視而難以實現到循環產業鏈企業的轉移，即使通過提高環境稅保護循環產業鏈中的企業，在政府的全局最優稅收條件下，傳統產業鏈的企業在橫向企業的比較中仍具有先動優勢，循環經濟閉環產業鏈仍受到傳統產業鏈的沖擊。

政府必須有效組織社會資源實現經濟最優的廢棄物循環率，以保證循環產業鏈的回收資源供給，但經濟最優的廢棄物循環率只是在消費者容忍范圍內實現的消費者效用最大化和生產總收益最大化。真正意義上的可持續發展必須使循環產業鏈的廢棄物循環率達到生態最優，這需要政府舍棄部分經濟利益，實施更嚴厲的環境稅政策約束傳統產業鏈的發展規模，同時結合參與性政策提高公眾的環境保護意識，以保證環境稅收政策的長久可行性。

(編輯:劉呈慶)

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