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杨顺顺等《南方流域农业面源污染控制政策仿真》出版

时间:2017-06-15 11:04来源:湖南智库网 作者:杨顺顺 点击:

 

本书是中国农村环境管理解困丛书系列的又一册著作,内容紧接2012年出版的《农村环境管理模拟:农户行为的仿真分析》一书(本书第5章作为对此上一册著作的技术性问题的答疑章节),是国际科技合作专项项目“中国农业转型期流域营养盐输出及管理的合作研究”(2012DFG92020)以及湖南省自然科学基金青年项目“基于计算实验的南方流域农业面源污染经济型控制政策模拟”(2015JJ3083)的资助成果。

一、本书及相关系列研究揭示的主要学术观点

计算实验方法:实现农户行为和农村环境政策仿真的新路径。计算实验方法的特点是在计算机中建立一个人工世界,实现各类微观主体的交互,自底向上建立仿真模型,系统中各类主体都映射着现实世界的原型,因此模型中少有过于复杂的方程和长链条的演绎,显得直观、易于理解。相对于主流经济学日益对技术的“迷恋”,计算实验更像是实验经济学技术的某种回归。针对中国农村“社会-经济-环境”系统的复杂性和不确定性,笔者基于多主体建模技术,在Swarm下采用JAVA语言二次开发,原创性地设计了以农户(群体)为仿真尺度,直接连接农户行为与农村环境影响的仿真平台(多主体农户及农村环境管理模型,笔者将其简称为MAREM),实现对“政策实施-农户行为响应-农村环境变动-评估并调整政策”这一循环响应链条的全程描述。MAREM中实现了一个可视化的人工村落以及在此“生活”的数百户农户,每户农户具有独特的成员数、贫富程度、年龄、受教育程度、风险偏好等特征,此外系统还包括了政府、非农就业市场、农资企业等多类主体。这些用程序实现的虚拟农户在人工村落中生存,他们可以种植“作物”、畜养“畜禽”,乃至“外出就业”。为了更逼真地反映现实情况,农户的每次决策都是在经济理性、遵从习惯和模仿他人之间的反复权衡,这些农户持续学习、积累经验、调整行为,以期达到更好的生活状态。MAREM包括了农户生产、农户消费、从业选择、环境评估4个主要的子系统,农户行为和环境响应中其既具备一些主观经验和随机因素的影响,如不完全理性、羊群效应、蛛网效应,也同时体现一些可量化的客观规律的影响,如子系统中采用的C-D生产函数和利润函数、进一步扩展的ELES(扩展线性支出系统)消费模型、NARSES种植业氨排放修正模型等。

南方流域农业面源污染发展的主要趋势和结构分析:以长江流域为例,长江流域农业面源污染业已度过污染物排放量快速上升的阶段,目前已经进入排放量相对平缓或缓慢下降的阶段,下游经济发达省份此趋势表示尤为明显。污染物排放总量方面,长江干流流经9省(市)的农业面源污染物排放量中,TN排放量在2011-2015年近5年间约在320万吨左右波动;TP排放量在近5年间由35万吨缓慢上升至36.5万吨左右;COD排放量在近5年间约在280万吨左右波动。污染特征方面,按照等标污染负荷计算,氮磷为代表的营养盐污染远严重于COD代表的有机物污染,氮磷污染负荷超过97%,因此计算流域营养盐污染有其重要现实意义。污染物排放趋势方面,上海和江苏处于达峰下降阶段,其他7省(安徽、江西、湖北、湖南、重庆、四川、云南)处于基本持平或小幅上升的情况。污染物排放空间结构方面,上游和中游省市排放量占比不断提高,其中TN和COD排放量上游3省(市)排放量最高,TP排放量中游3省排放量最高。省域按贡献源特征分区方面,江苏、安徽、湖北3省属于化肥源主导型,江西、湖南、重庆、四川、云南5省(市)属于化肥-畜禽源联合主导型,上海的污染排放为衰退期,属于多源联合主导型污染,有必要根据贡献源特征分类设计控制政策。

政策设计的方向:政府还是市场?科斯还是庇古?从环境经济学的角度分析,农业面源污染属于农户生产和消费行为的负外部性后果,市场对外部性行为的调节失灵最终造成了难以控制的环境污染问题。命令控制类手段主要以法律、法规、标准为主,由政府通过行政命令的方式自上而下推动执行。经济市场类手段的基本假设是既然环境问题的根源是市场失灵,那么引入市场机制或相似机制进行经济激励就可以进行纠偏,其又可分为庇古规制和科斯规制两类。农户是我国最基本的农业经济组织,鉴于现阶段农户脱贫致富的期望常紧迫于农业环境治理的压力,城市环境治理中的命令控制类政策不宜直接移植于农业面源污染治理,必须从经济市场类政策入手,实现农户增收和环境保护的双赢,才可能促成政策实施的长效性。比较两类经济市场手段,科斯规制需要将可排污量产权化并实施配额交易,在工业点源中应用较多,但在农业面源中面对的群体过于庞大、社会关系复杂,明晰农户的排污产权很难具备操作性,相对来说,庇古规制采用的税费和补贴方式更具实践性。

为何要采用基于微观行为分析的计算实验方法?农业面源污染是农户群体行为的共同后果,其在农业生产和农村消费中产生,具有污染源面积广、分散性、难以进行管网收集、距离集中处理设施远的特点,除集中居住区生活污染源外较难采用通常的工程手段进行治理,因此有必要考虑从干预农户行为出发,在源头上控制和降低面源污染物的产生和排放量。农户是我国农业生产经营的基本决策单位,也是农业环境政策的直接承受者。计算实验方法自底向上的模型构建过程,可以直接探寻农户对政策的响应程度和反馈影响,在研究微观个体及其群体效应上具有常规建模技术所不具备的优势。采用计算实验模拟农户行为和政策影响,一定程度上规避了现实政策实验的资金、时间成本和政策风险,同时也可能为我国农村环境管理制度的相关研究,特别是经济类政策的研究提供了一个新的思路。

通过模型集成手段,可以使分析微观主体的MAREM平台更好的用于宏观区域、流域尺度的政策仿真:MAREM模型能较好的解释农村环境政策施加下,农户行为发生的变化以及这种变化带来的环境影响,但与其他多主体模型一样,MAREM模型依然是一个偏重微观尺度群体行为分析的理论模型,人工村落是一个虚拟的而非真实的空间概念,其模拟结果不像传统的宏观尺度环境模型能直接反映于真实的区域、流域。笔者在本书中以流域营养盐污染为例,探索了MAREM与传统宏观尺度的环境模型相结合集成应用的可行性。我国农业面源污染负荷总量主要来源于营养盐(氮磷)和有机物污染物,而按等标污染负荷计算,农业面源污染负荷中COD的等标污染负荷率仅约占1%-10%,即我国农业面源污染的核心问题是营养盐污染,控制氮磷负荷是控制我国农业面源污染的关键。目前,全球流域营养盐输出模型(NEWS)是国际上用于模拟流域营养盐负荷及输出通量中较新颖的方法,NEWS能有效描述营养盐的流失、汇集、迁移转化、截留和输出(入海)过程,并分析其环境影响。比较MAREM和NEWS这两种涉及农业面源污染的模型手段,两者侧重点大相径庭,但确有可互补之处。从农业面源污染物的产生到最终造成的环境后果,两者分别执着于前半程和后半程的研究,NEWS可以告诉决策者,若要控制流域的营养盐污染状况,各类污染物排放应做怎样的调整,而MAREM则可以告诉决策者,要达到这样的调整,我们应该给出怎样的政策设计进行引导。由于MAREM和NEWS模型尺度迥异,笔者提出可以采用极易扩展的系统动力学作为模型组软连接的桥梁。系统动力学模型接受MAREM对各类农业政策的仿真结果,并且将调整后流域尺度的输出数据提供给NEWS。这不仅实现了MAREM研究尺度的扩展,同时也克服了系统动力学模型难以模拟缺乏历史相关数据的新型政策的缺点。

税收类政策前景的初步判断:可能已错过实施的最佳时机。尽管在实际施行过污染性生产投入征税的国家中,仅有低税率的方案被采用,但很多研究认为,以税收类政策控制化肥、农药等的使用,必须采用200%乃至更高额度的税率方案,但这种高额征税方案可能引发一些难以预料的后果。笔者采用了低税率(50%)、中税率(100%)和高税率(200%)3套方案,测试了化肥税在化肥低强度施用区(大致相当于我国20世纪90年代中期水平)和高强度施用区(现状水平)的实施效果,结果不容乐观。在化肥税的干预下,我国农业污染性生产要素的高强度施用显示出积重难返的特点,只有低强度施用区在征税后可以达到理想的控制目标(符合安全施用水平),这暗示税收类政策的最佳实施时机可能已经错过。与预期有较大差异的是,高税率方案在化肥施用强度的控制上甚至还不如中税率方案,高税率下大量的普通农户放弃种植业生产,只保留下具有较高化肥边际产出的农户,他们的单亩化肥施用强度更高,高税率对面源污染的控制更多地体现在种植业整体规模的损失上,这暗示着更大的风险。[主要数据:在珠江流域和北江流域(珠江一级支流)的模拟结果表明,在综合考虑减少农户生产成本、化肥控制效果可接受、种植业和养殖业总体污染排放量削减的条件下,化肥税和农药税25%的低税率方案较为适用。]

补贴类政策实施的主要困扰:如何有效降低政府的财政负担。相对于征税,补贴政策则要“温和”得多,欧盟提出的“Agri-environment measures”中,就明确了农户若采用超出法律义务的环境友好的农业生产技术,政府将会支付他们一定的报酬。笔者同样测试了这类环境服务付费政策在我国农业面源污染控制中的前景,对农户减量使用化肥、农药的行为给予一定补贴,结果显示补贴类政策的效力明显优于税收类政策,但对应的补贴额度可能要超过种植业农户年收入的1/5,这显然难以被接受。为此,笔者尝试提出了几条降低补贴支付比例的操作方式:其一,环境控制目标不宜一步到位,由于减排成本凸性,适中的环境目标相对于理想的环境目标,可以在较少的支付比例下达到相对较大的污染削减量。其二,补贴方案设计更需技巧化,在化肥、农药施用强度较高的时期采用相对较低的补贴标准,随政策效力的释放逐步提高补贴标准,这种差额补贴方案较等额补贴方案能在更低的支付水平下达到控制目标,但同时应考虑到可操作性,分级标准不能过于繁琐。其三,充分借助市场的力量,当消费者愿意为更环保的农产品支付更高的溢价时,政府支付的补贴费用将有相当明显的降低。值得指出的是,庇古规制的一个共性问题是限制污染性要素的投入强度,可能造成作物产量的下降,如何平衡环境安全和粮食安全的诉求,可能不仅仅是一个简单的要素投入减量的过程,仍需要在污染性要素施用结构、利用效率、替代技术、管理模式方面深入探讨。[主要数据:在赣江流域的模拟结果表明,将化肥和农药亩均施用控制在24kg/亩和1.68kg/亩的水平,则补贴占农户种植业收入比例应达到8.1%,将化肥和农药亩均施用控制在15.33kg/亩和1.05kg/亩的水平,则补贴占农户种植业收入比例应达到21.4%-24.3%。]

 

 

二、本书及相关系列研究成果的科学意义和应用前景

科学意义:目前采用计算实验方法模拟完整的经济系统的范例并不多见,国内的研究热点也集中于城市经济系统模拟,而整合了农户生产、消费、从业选择行为和农村环境评估的模拟方法在国内外都鲜见报道。针对我国农村“社会-经济-环境”系统非线性、开放式、动态演化的特点,笔者开发的多主体农户和农村管理模型(MAREM),提出了从模拟农户行为对政策的响应入手分析我国农业面源污染控制策略的新视角,并针对南方流域的实际情况积累了更多的政策研究案例。本研究有助于丰富多主体建模技术和计算实验方法在我国环境学界的结合应用,在复杂经济管理系统方法论研究方面也具备一定的理论和方法探索性。

应用前景:该模型方法将有助于我国农业面源污染的治理提供决策参考。通过国际合作和交流,利用此原创技术交换了荷兰瓦赫宁根大学NEWS模型的底层代码,两国学者将共同进行进一步模型集成研发。

作者简介:杨顺顺,博士,湖南省社会科学院副研究员,2004年本科毕业于武汉大学,2010年毕业于北京大学,获理学博士学位。主要从事环境经济学、环境管理学研究,研究方向为低碳经济与绿色发展、农村环境管理、复杂系统分析与仿真。目前在科学出版社出版学术专著2部,在Journal of Integrative Environmental Sciences、Journal of Cleaner Production、《中国工业经济》、《系统工程理论与实践》、《北京大学学报》、《中国人口·资源与环境》等国内外期刊发表/录用待发表学术论文40余篇,其中被SCI收录论文6篇,EI收录论文6篇,CSSCI/CSCD收录15篇,主持国家社科基金课题1项,省社科基金课题2项,省自科基金课题1项,省社科成果评审委员会课题1项。

(责任编辑:管理员003)

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