海江濤++仲偉俊

摘要：以城市污水處理系統(tǒng)的技術(shù)演化為例，分析了具有非排他性的公共產(chǎn)品技術(shù)替代發(fā)生的條件。研究表明，居民稅收價(jià)格彈性的地區(qū)間差異程度，居民收入增長速度，地方政府獲得財(cái)政補(bǔ)貼的地區(qū)間差異程度以及人均財(cái)政補(bǔ)貼彈性的地區(qū)間差異程度對公共產(chǎn)品技術(shù)替代發(fā)生的可能性有顯著影響；新企業(yè)對技術(shù)領(lǐng)先企業(yè)的模仿效率對公共產(chǎn)品的技術(shù)替代影響不顯著；地區(qū)居民人口規(guī)模增長有利于現(xiàn)有技術(shù)的推廣應(yīng)用，但是對新技術(shù)引入和擴(kuò)散效果的影響不明顯。

關(guān)鍵詞：公共產(chǎn)品；財(cái)政補(bǔ)貼；技術(shù)替代；政府預(yù)算

文獻(xiàn)文類號：G304 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Technological Substitution of Government-provided Public Goods： a Case of Urban Sewage Treatment Systems

HAI jiang-tao1，ZHONG wei-jun2

（1. School of Management，Nanjing University of Posts and Telecommunications，Nanjing 210023；

2.School of Economics and Management，Southeast University，Nanjing 211189）

Abstract：This paper examines the condition of technological substitution of government-provided public goods by taking the evolutionary trajectory of urban sewage treatment systems as an example. The resulting framework leads to a set of predictions about the relationship between technological evolution and the emergence of technology substitution. Specifically，four key factors including heterogeneous tax price elasticity，regional difference of public budgeted expenditure，income growth rate and heterogeneous per capita public financial subsidies are identified within a distinct context of non-market provision of non-excludable public goods.

Keywords： public goods； financial subsidies； technological substitution； government budget

引言

公共產(chǎn)品是一類對所有社會成員提供的數(shù)量等同的物品，并且每個(gè)人的消費(fèi)不會減少任一其他人對這種物品的消費(fèi)。國防、治安和消防是人們所熟悉的公共物品的例子。所謂公共產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新，指的是政府（包括公共科研機(jī)構(gòu)）根據(jù)社會公共需求以及已有的知識和技術(shù)產(chǎn)生新的產(chǎn)品構(gòu)想，經(jīng)過應(yīng)用研究、技術(shù)開發(fā)、轉(zhuǎn)化和應(yīng)用，開發(fā)出新的產(chǎn)品，滿足社會公共需求，產(chǎn)生社會效益的所有活動構(gòu)成的過程[1]。

公共產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新與企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新有本質(zhì)的區(qū)別，在投資主體上，前者主要是政府，后者主要是企業(yè)；在技術(shù)創(chuàng)新面臨的風(fēng)險(xiǎn)上，前者主要是技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，后者既有技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，也有市場風(fēng)險(xiǎn)，這是兩類顯著不同的技術(shù)創(chuàng)新活動[2]。公共產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新的一個(gè)關(guān)鍵特征是其產(chǎn)出的非市場性質(zhì)，一個(gè)政府部門并不提供多少個(gè)單位的產(chǎn)出，而是必須按照推測出的產(chǎn)出水平提供所需的活動水平。

新技術(shù)的出現(xiàn)會逐漸替代一些過時(shí)技術(shù)。在船舶動力的演化過程中，蒸汽機(jī)技術(shù)逐漸替代了帆船，最終又被內(nèi)燃機(jī)技術(shù)所取代[3]。但是公共產(chǎn)品的技術(shù)演化卻不同于這些傳統(tǒng)私人技術(shù)的演化，首先公共產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新能不能被采用不是按照私人的消費(fèi)利益來決定的，一般情況下要由政府部門來決定[4]。其次，公共產(chǎn)品的供給一般是由公共部門或者集體供給，這與企業(yè)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，向市場提供產(chǎn)品，并從中獲取利潤也是完全不同的，盡管公共產(chǎn)品可以由企業(yè)組織生產(chǎn)并把產(chǎn)品提供給最終消費(fèi)者。因此，公共產(chǎn)品技術(shù)替代的過程，就是政府部門不斷應(yīng)用新技術(shù)滿足社會需求的過程。

本文應(yīng)用蒙特卡羅模擬方法，假定政府部門追求預(yù)算最大化，模擬公共產(chǎn)品的技術(shù)演化過程以及技術(shù)替代發(fā)生條件，研究結(jié)果對了解企業(yè)參與公共產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新或者是公共部門的技術(shù)選擇都有著較重要的理論意義。

1. 研究背景：城市污水處理系統(tǒng)

技術(shù)替代的發(fā)生主要包括了兩種情況：一種是新舊技術(shù)具有相同的功能，但是新技術(shù)具有更高的“性價(jià)比”，從黑膠唱片到CD技術(shù)就是這樣一個(gè)例子[5]；另外一種情況是新技術(shù)提供了舊技術(shù)所沒有的新功能，這種情況跟新市場出現(xiàn)密不可分，我國城市污水處理系統(tǒng)的技術(shù)演化就屬于這樣一種情況。

按照污水處理的水質(zhì)凈化對象分類，我國城市污水處理的技術(shù)演化可以分為三個(gè)階段。在發(fā)展的早期，人們認(rèn)識到有機(jī)污染物對環(huán)境生態(tài)的危害，從而把有機(jī)物即碳源生物化學(xué)需氧量（BOD5）和懸浮固體（SS）的去除作為污水處理的主要水質(zhì)目標(biāo)。到20世紀(jì)60～70年代，隨著二級生物處理技術(shù)在工業(yè)化國家的普及，人們發(fā)現(xiàn)僅僅去除BOD5和懸浮固體還是不夠的，氨氮的存在依然導(dǎo)致水體的黑臭或溶解氧濃度過低，這一問題的出現(xiàn)使二級生物處理技術(shù)從單純的有機(jī)物去除發(fā)展的有機(jī)物和氨氮的聯(lián)合去除，即污水的硝化處理。進(jìn)入到20世紀(jì)70～80年代，由于水質(zhì)富營養(yǎng)化問題日益嚴(yán)重，污水氨氮去除的實(shí)際需要使二級生物處理技術(shù)進(jìn)入了具有除磷脫氮功能的深度二級處理階段。而采用物理、化學(xué)方法對傳統(tǒng)二級生物處理出水進(jìn)行除磷脫氮及去除有害有機(jī)化合物的處理過程通常被稱作三級處理或者是深度處理[6]。

2. 技術(shù)替代發(fā)生的條件假設(shè)

2002年頒布的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）對城鎮(zhèn)二級污水處理廠的排放水質(zhì)做了嚴(yán)格規(guī)定，除了二級和三級排放標(biāo)準(zhǔn)外，還設(shè)置了更加嚴(yán)格一級標(biāo)準(zhǔn)A標(biāo)準(zhǔn)和一級標(biāo)準(zhǔn)B標(biāo)準(zhǔn)。原則上來說，城市污水處理污染物排放標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是最大化反應(yīng)公眾利益需求的，排放標(biāo)準(zhǔn)的提高也意味著民眾對公共產(chǎn)品質(zhì)量需求的增加。

考慮到政府機(jī)構(gòu)運(yùn)作的復(fù)雜性以及政客們行使職權(quán)的動機(jī)，Lemieux認(rèn)為政府機(jī)構(gòu)往往會把公眾對公共產(chǎn)品需求偏好“一致化”[7]，并且按照這種“一致化”的民眾消費(fèi)曲線征收稅收提供公共物品。假定居民的收入除了支付稅收以獲取公共產(chǎn)品之外，其他收入都用于私人產(chǎn)品的消費(fèi)，而居民的效用就由所消費(fèi)的這兩類產(chǎn)品組合來決定，在這種條件下，居民收入水平以及產(chǎn)品的稅收價(jià)格對公共產(chǎn)品提供有重要影響。

假設(shè)1a：民眾稅收價(jià)格彈性的地區(qū)間差異化程度對公共產(chǎn)品技術(shù)替代的發(fā)生有顯著影響。

假設(shè)1b：居民收入增長速度對公共產(chǎn)品的技術(shù)替代的發(fā)生有顯著影響。

公共產(chǎn)品的技術(shù)研發(fā)不僅僅包括了城市污水處理，還有像原子能與太空開發(fā)這類跟國家安全緊密相關(guān)的項(xiàng)目，這類項(xiàng)目要求巨大的資金投入和高水平的研發(fā)人員，即便法律允許，也很少有私人機(jī)構(gòu)可以積極參與這些領(lǐng)域。這樣，政府成為這類技術(shù)的唯一供應(yīng)者。私人機(jī)構(gòu)如果希望參與這些技術(shù)活動，必須尋求相關(guān)政府部門的指導(dǎo)，更重要的是接受公共部門的管理[8]。

目前在城市污水處理設(shè)施建設(shè)和運(yùn)營模式中，污水處理項(xiàng)目公司不直接向排污者收費(fèi)，而是由政府通過財(cái)政補(bǔ)貼支付處理費(fèi)用。各地污水處理企業(yè)除了獲得地方政府的財(cái)政補(bǔ)貼之外，還會獲得中央政府預(yù)算內(nèi)的財(cái)政補(bǔ)貼，財(cái)政補(bǔ)貼的多少對地方政府進(jìn)行技術(shù)選擇有重要影響。

假設(shè)2a：中央政府對各地方財(cái)政補(bǔ)貼的差異化程度顯著影響公共產(chǎn)品技術(shù)替代的發(fā)生。

假設(shè)2b：各地區(qū)人均補(bǔ)貼彈性系數(shù)的差異化程度顯著影響公共產(chǎn)品技術(shù)替代的發(fā)生。

從上世紀(jì)70年代起，國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)開始制造各種類型的污水處理設(shè)備。目前，國內(nèi)的大部分企業(yè)都能夠有效設(shè)計(jì)一些不需要高技術(shù)的小型項(xiàng)目，但是一些大型的、比較復(fù)雜的項(xiàng)目卻需要國外技術(shù)公司的支持。數(shù)據(jù)顯示，92%的生物膜市場，99%的淡化設(shè)施市場，以及88%的污水處理設(shè)備都被國外公司占領(lǐng)[9]，但是在部分產(chǎn)品市場（比如混凝劑和殺菌劑），國內(nèi)企業(yè)能夠快速地進(jìn)行模仿創(chuàng)新，并且產(chǎn)品價(jià)格比國外同類型的產(chǎn)品價(jià)格低[10]，則擁有比較高的市場占有率。

新成立的企業(yè)一般會對領(lǐng)先企業(yè)的技術(shù)進(jìn)行模仿，技術(shù)領(lǐng)先的企業(yè)也會不斷觀察新企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新成果，并決定這種創(chuàng)新是否會對企業(yè)的戰(zhàn)略地位形成沖擊，從而及時(shí)把這種創(chuàng)新成果整合到自己企業(yè)的產(chǎn)品中去[11]。同時(shí)，如果部分新企業(yè)技術(shù)具有突出的性價(jià)比優(yōu)勢，能夠成功在目標(biāo)市場獲得應(yīng)用，就能使原本技術(shù)領(lǐng)先企業(yè)的產(chǎn)品被完全替代[12]。

假設(shè)3：新公司對技術(shù)領(lǐng)先公司技術(shù)的模仿效率會顯著影響公共產(chǎn)品技術(shù)替代發(fā)生的可能性。

大部分的公共產(chǎn)品并不是純公共產(chǎn)品，比如城市公共交通設(shè)施和城市污水處理，盡管這些設(shè)施可以同時(shí)供多人使用，但是考慮到擁擠成本，隨著用戶增長，個(gè)人從公共產(chǎn)品的消費(fèi)中所獲得的效用卻是遞減的。負(fù)的擁擠外部性是很多準(zhǔn)公共產(chǎn)品的典型特點(diǎn)。假定q是公共產(chǎn)品的供給水平，N是正在消費(fèi)此公共產(chǎn)品的人數(shù)， 是每個(gè)地區(qū)的用戶從消費(fèi)公共產(chǎn)品過程中所獲得的效用，則擁擠成本意味著：

在城市污水處理建設(shè)過程中，各地區(qū)所能容納的最大人口規(guī)模，人口增長速度等因素對政府的技術(shù)選擇有著重要意義。

假設(shè)4a：各地區(qū)的人口規(guī)模差異化程度會顯著影響公共產(chǎn)品技術(shù)替代發(fā)生的可能性。

假設(shè)4b：各地區(qū)人口的增長速度會顯著影響公共產(chǎn)品技術(shù)替代的發(fā)生。

3. 理論模型

為了檢驗(yàn)上述的理論假設(shè)，我們使用蒙特卡洛模擬的方法，討論不同的初始條件下市場的動態(tài)變化。首先，分析地方政府的技術(shù)選擇和項(xiàng)目公司的運(yùn)營的過程。

3.1 地方政府部門

考慮到地方政府財(cái)政制度的復(fù)雜性以及民眾需求信息的不完全，地方政府會按照民眾的平均需求來提供公共產(chǎn)品。假定每個(gè)地區(qū)提供公共產(chǎn)品的效用函數(shù)為 ，其中 為公共產(chǎn)品的質(zhì)量或者技術(shù)水平， 為一固定稅率，并且 ， 。地方政府的財(cái)政支出為 ，地區(qū)居民的稅基總和為 ，從上級或中央政府獲得的財(cái)政補(bǔ)貼為 ，且 ，從而每個(gè)地區(qū)提供某類公共產(chǎn)品的財(cái)政預(yù)算為 。各地區(qū)的居民數(shù)量為 ， （ ）為產(chǎn)品的擁擠函數(shù)[14-15]，從而 。政府追求如下函數(shù)的效用最大化：

（1）

公共部門決策者暫不考慮居民收入的差異性，按照平均化的稅率 對居民征收稅收，從而，所確定的稅收價(jià)格為：

（2）

假定公共產(chǎn)品的需求函數(shù)為對數(shù)線性函數(shù)，則 為：

（3）

其中， 為修正系數(shù)（假定 ）， 為i地區(qū)產(chǎn)品的稅收價(jià)格彈性系數(shù)且 ， 為i地區(qū)產(chǎn)品的人均補(bǔ)貼彈性系數(shù) 。

假定每個(gè)地區(qū)的人口增長符合logistic增長曲線：

（4）

其中， 為人口凈增長速率， 為每個(gè)地區(qū)所能容納的最大人口數(shù)量。

假定每個(gè)地區(qū)的個(gè)人收入服從對數(shù)正態(tài)分布，其概率密度函數(shù)為：

（5）

從第二時(shí)期開始，每個(gè)地區(qū)的個(gè)人收入按照以下方式增長，其中，inc_vel為個(gè)人收入的增長速率。

（6）

同時(shí)，中央政府對地方政府的財(cái)政補(bǔ)貼以gra_vel的速率增長：

（7）

3.2 項(xiàng)目公司

假定產(chǎn)品的研發(fā)由項(xiàng)目公司來完成，地方政府對企業(yè)的財(cái)政補(bǔ)貼及各項(xiàng)支出是為了實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目公司的生產(chǎn)和經(jīng)營。企業(yè)只有在經(jīng)營中獲取利潤時(shí)，才能在下一階段投資研發(fā)以提高產(chǎn)品質(zhì)量。在企業(yè)提供的產(chǎn)品到達(dá)一定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)后，政府進(jìn)行招標(biāo)，在所有競標(biāo)企業(yè)中進(jìn)行挑選，由價(jià)格最低的企業(yè)供應(yīng)該產(chǎn)品。

假定項(xiàng)目公司j的生產(chǎn)函數(shù)滿足柯布-道格拉斯函數(shù)：

（8）

其中， 為常數(shù)（假定 ）， 分別代表生產(chǎn)該產(chǎn)品所需要的勞動力和資本量， 為勞動力產(chǎn)出的彈性系數(shù)[13]。

假定 為j地區(qū)居民的平均工資水平， 為每個(gè)地區(qū)的資本利息率， 在各個(gè)地區(qū)之間沒有差異，考慮如下成本最小化問題：

4. 仿真結(jié)果

為了演示模型的演化結(jié)果，假定各個(gè)地區(qū)所能容納的居民數(shù)量為600，每個(gè)地區(qū)的擁擠指數(shù)為-0.5，總的地區(qū)數(shù)量為40，共有11家企業(yè)參與產(chǎn)品的生產(chǎn)運(yùn)營。如果某企業(yè)連續(xù)一段時(shí)間（ ）沒有獲得利潤，該企業(yè)會選擇退出市場，同時(shí)會進(jìn)入一個(gè)新企業(yè)，企業(yè)總的數(shù)量保持不變。記錄120次運(yùn)算過程中各項(xiàng)目公司的總成本及所提供產(chǎn)品的質(zhì)量水平，結(jié)果如圖1所示。

以下部分我們驗(yàn)證前面提出的假設(shè)，在進(jìn)行模擬之前，首先對各參數(shù)進(jìn)行合理賦值，參數(shù)取值范圍見表 1。假定各企業(yè)提供完全異質(zhì)性的產(chǎn)品，以污水處理技術(shù)為例，各公司提供的技術(shù)在去除SS，去除SOD5，去除氮磷效率等方面存在顯著差異，產(chǎn)品的技術(shù)特點(diǎn)分別用 表示，其技術(shù)水平為 ，系數(shù) 在模型演化過程中保持不變?？紤]到“噪聲”的 存在以及模型的穩(wěn)定性，在給定觀測樣本條件下，我們不會最大限度地?cái)M合預(yù)測模型的統(tǒng)計(jì)量，否則，統(tǒng)計(jì)模型很可能會引導(dǎo)我們對現(xiàn)實(shí)世界“過度識別”[15]。我們用θ表示每次模擬之前的參數(shù)向量， 為技術(shù)替代發(fā)生的可能性。記錄每次的演化過程，并比較各產(chǎn)品最初的市場份額與第120次演化后的市場份額（例如圖2和圖3），如果占有最大市場份額的企業(yè)發(fā)生變化，我們就認(rèn)為技術(shù)替代發(fā)生： ，否則 。

（15）

對此供需演化模型運(yùn)行1500次，其中，技術(shù)替代共發(fā)生了757次。根據(jù)前文所述的假設(shè)，我們從總的31個(gè)變量中選出12個(gè)解釋變量，具體結(jié)果如表2所示。模型的McFadden R-squared=0.1288，似然比LR-ratio= 47.3262，LR p-value=0.0001，Log-Likelihood= -1020.1747，模型的整體擬合度較好。

5. 討論

公共產(chǎn)品技術(shù)演化及替代的過程是一個(gè)復(fù)雜過程，技術(shù)替代的發(fā)生受多種因素的影響。根據(jù)表2的結(jié)果，假設(shè)1和2都得到驗(yàn)證。居民稅收價(jià)格彈性系數(shù)的差異化程度，稅率的增長，以及財(cái)政補(bǔ)貼的增長與技術(shù)替代發(fā)生的可能性正相關(guān)，而人均財(cái)政補(bǔ)貼彈性系數(shù)的差異化程度與公共產(chǎn)品技術(shù)替代發(fā)生的可能性負(fù)相關(guān)。保持其他變量不變，僅考慮解釋變量 ，如果各地區(qū)的居民稅收價(jià)格彈性差異化程度增加一個(gè)樣本標(biāo)準(zhǔn)差，則技術(shù)替代發(fā)生的可能性增加0.5447。如果政府對所有地區(qū)的財(cái)政補(bǔ)貼增長 與 同時(shí)增加一個(gè)樣本標(biāo)準(zhǔn)差，保持其他樣本變量不變，則技術(shù)替代發(fā)生的可能性增加0.5874。

各地區(qū)的人均收入水平，稅率以及地方政府從中央所獲得財(cái)政補(bǔ)貼數(shù)量經(jīng)常具有較大的差異性，這些因素都會影響到地方政府的技術(shù)選擇。以城市污水處理系統(tǒng)為例，在人均財(cái)政補(bǔ)貼彈性保持不變的條件下，如果中央政府對各個(gè)地區(qū)的污水處理項(xiàng)目加大財(cái)政投入，并且適當(dāng)增加對低補(bǔ)貼彈性地區(qū)的財(cái)政投入，是可以有效促進(jìn)各地方政府應(yīng)用新技術(shù)的。而較大差異性的稅收價(jià)格彈性，意味著高稅收價(jià)格彈性地區(qū)的居民愿意為使用新技術(shù)支付更多，這對新技術(shù)的引入具有重要意義。從人均收入增長水平來看，考慮到居民稅收價(jià)格彈性在一定時(shí)間內(nèi)是相對穩(wěn)定的，隨著居民人均收入的增長，為了維持某項(xiàng)公共產(chǎn)品的供給水平，政府所確定的稅率（或服務(wù)費(fèi)）應(yīng)該是逐漸減少的，而居民為了從產(chǎn)品消費(fèi)中獲得更多效用，會把更多的收入用于私人產(chǎn)品消費(fèi)，而不會去也不愿去為了獲取更高技術(shù)水平的公共產(chǎn)品而支付更多。此時(shí)，政府可以通過調(diào)整稅率（或服務(wù)費(fèi)）方式來積極推動地方政府應(yīng)用新技術(shù)。

假設(shè)3驗(yàn)證的結(jié)果并不顯著（ ）?？紤]到私人企業(yè)從事公共產(chǎn)品研發(fā)活動必須在政府部門指定的方向上進(jìn)行，從這個(gè)意義上說，私人企業(yè)的研發(fā)動力已經(jīng)轉(zhuǎn)向了公共部門。即使私人企業(yè)能夠不斷對技術(shù)領(lǐng)先企業(yè)進(jìn)行模仿創(chuàng)新，但公共部門的技術(shù)選擇始終對新技術(shù)的推廣應(yīng)用發(fā)揮著主導(dǎo)性的作用，技術(shù)替代發(fā)生的可能性則主要由作為需求方的公共部門來決定。

假設(shè)4的驗(yàn)證結(jié)果也不顯著（ ）。分析原因，本研究認(rèn)為，同一個(gè)地區(qū)在擁擠程度相對穩(wěn)定的條件下，隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大，如果人口增長沒有超出城市的容納能力，現(xiàn)有技術(shù)的推廣仍可以滿足居民需求情況下，具有更高質(zhì)量的新技術(shù)即使能夠在某些地區(qū)獲得應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)完全替代現(xiàn)有技術(shù)的可能性不大。以北京為例，截止2008年，經(jīng)過深度處理的再生水其回用率已經(jīng)達(dá)到50%[16]，但是，從全國范圍來看，城市污水的深度處理技術(shù)在西北地區(qū)一些嚴(yán)重缺水城市到目前仍未開始推廣應(yīng)用。

6. 結(jié)論

本文以城市污水處理系統(tǒng)為例，分析了非排他性公共產(chǎn)品的技術(shù)演化過程以及技術(shù)替代發(fā)生的條件。作為非排他性公共產(chǎn)品的唯一提供者，外部監(jiān)控?zé)o力和內(nèi)部激勵(lì)微弱的環(huán)境條件會導(dǎo)致公共部門的官僚們追求預(yù)算最大化。根據(jù)我們的研究，追求預(yù)算最大化的地方政府其技術(shù)選擇受到當(dāng)?shù)厝司杖胨剑惵剩ɑ蚍?wù)費(fèi)）以及獲得的財(cái)政補(bǔ)貼的影響。具有較高稅收價(jià)格彈性的地區(qū)一般會較快地引入新技術(shù)，各地方政府之間相對均衡的財(cái)政補(bǔ)貼對新技術(shù)的推廣應(yīng)用有著積極的促進(jìn)作用。

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