海江濤++仲偉俊

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

關鍵詞：公共產品；財政補貼；技術替代；政府預算

文獻文類號：G304 文獻標識碼：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，并且每個人的消費不會減少任一其他人對這種物品的消費。國防、治安和消防是人們所熟悉的公共物品的例子。所謂公共產品技術創(chuàng)新，指的是政府（包括公共科研機構）根據(jù)社會公共需求以及已有的知識和技術產生新的產品構想，經過應用研究、技術開發(fā)、轉化和應用，開發(fā)出新的產品，滿足社會公共需求，產生社會效益的所有活動構成的過程[1]。

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

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

本文應用蒙特卡羅模擬方法，假定政府部門追求預算最大化，模擬公共產品的技術演化過程以及技術替代發(fā)生條件，研究結果對了解企業(yè)參與公共產品技術創(chuàng)新或者是公共部門的技術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)

技術替代的發(fā)生主要包括了兩種情況：一種是新舊技術具有相同的功能，但是新技術具有更高的“性價比”，從黑膠唱片到CD技術就是這樣一個例子[5]；另外一種情況是新技術提供了舊技術所沒有的新功能，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)的技術演化就屬于這樣一種情況。

按照污水處理的水質凈化對象分類，我國城市污水處理的技術演化可以分為三個階段。在發(fā)展的早期，人們認識到有機污染物對環(huán)境生態(tài)的危害，從而把有機物即碳源生物化學需氧量（BOD5）和懸浮固體（SS）的去除作為污水處理的主要水質目標。到20世紀60～70年代，隨著二級生物處理技術在工業(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從單純的有機物去除發(fā)展的有機物和氨氮的聯(lián)合去除，即污水的硝化處理。進入到20世紀70～80年代，由于水質富營養(yǎng)化問題日益嚴重，污水氨氮去除的實際需要使二級生物處理技術進入了具有除磷脫氮功能的深度二級處理階段。而采用物理、化學方法對傳統(tǒng)二級生物處理出水進行除磷脫氮及去除有害有機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. 技術替代發(fā)生的條件假設

2002年頒布的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）對城鎮(zhèn)二級污水處理廠的排放水質做了嚴格規(guī)定，除了二級和三級排放標準外，還設置了更加嚴格一級標準A標準和一級標準B標準。原則上來說，城市污水處理污染物排放標準應該是最大化反應公眾利益需求的，排放標準的提高也意味著民眾對公共產品質量需求的增加。

考慮到政府機構運作的復雜性以及政客們行使職權的動機，Lemieux認為政府機構往往會把公眾對公共產品需求偏好“一致化”[7]，并且按照這種“一致化”的民眾消費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品之外，其他收入都用于私人產品的消費，而居民的效用就由所消費的這兩類產品組合來決定，在這種條件下，居民收入水平以及產品的稅收價格對公共產品提供有重要影響。

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

假設1b：居民收入增長速度對公共產品的技術替代的發(fā)生有顯著影響。

公共產品的技術研發(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的項目，這類項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，也很少有私人機構可以積極參與這些領域。這樣，政府成為這類技術的唯一供應者。私人機構如果希望參與這些技術活動，必須尋求相關政府部門的指導，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施建設和運營模式中，污水處理項目公司不直接向排污者收費，而是由政府通過財政補貼支付處理費用。各地污水處理企業(yè)除了獲得地方政府的財政補貼之外，還會獲得中央政府預算內的財政補貼，財政補貼的多少對地方政府進行技術選擇有重要影響。

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

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

從上世紀70年代起，國內企業(yè)已經開始制造各種類型的污水處理設備。目前，國內的大部分企業(yè)都能夠有效設計一些不需要高技術的小型項目，但是一些大型的、比較復雜的項目卻需要國外技術公司的支持。數(shù)據(jù)顯示，92%的生物膜市場，99%的淡化設施市場，以及88%的污水處理設備都被國外公司占領[9]，但是在部分產品市場（比如混凝劑和殺菌劑），國內企業(yè)能夠快速地進行模仿創(chuàng)新，并且產品價格比國外同類型的產品價格低[10]，則擁有比較高的市場占有率。

新成立的企業(yè)一般會對領先企業(yè)的技術進行模仿，技術領先的企業(yè)也會不斷觀察新企業(yè)的技術創(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，從而及時把這種創(chuàng)新成果整合到自己企業(yè)的產品中去[11]。同時，如果部分新企業(yè)技術具有突出的性價比優(yōu)勢，能夠成功在目標市場獲得應用，就能使原本技術領先企業(yè)的產品被完全替代[12]。

假設3：新公司對技術領先公司技術的模仿效率會顯著影響公共產品技術替代發(fā)生的可能性。

大部分的公共產品并不是純公共產品，比如城市公共交通設施和城市污水處理，盡管這些設施可以同時供多人使用，但是考慮到擁擠成本，隨著用戶增長，個人從公共產品的消費中所獲得的效用卻是遞減的。負的擁擠外部性是很多準公共產品的典型特點。假定q是公共產品的供給水平，N是正在消費此公共產品的人數(shù)， 是每個地區(qū)的用戶從消費公共產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選擇有著重要意義。

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

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

3. 理論模型

為了檢驗上述的理論假設，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選擇和項目公司的運營的過程。

3.1 地方政府部門

考慮到地方政府財政制度的復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品。假定每個地區(qū)提供公共產品的效用函數(shù)為 ，其中 為公共產品的質量或者技術水平， 為一固定稅率，并且 ， 。地方政府的財政支出為 ，地區(qū)居民的稅基總和為 ，從上級或中央政府獲得的財政補貼為 ，且 ，從而每個地區(qū)提供某類公共產品的財政預算為 。各地區(qū)的居民數(shù)量為 ， （ ）為產品的擁擠函數(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，所確定的稅收價格為：

（2）

假定公共產品的需求函數(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)產品的稅收價格彈性系數(shù)且 ， 為i地區(qū)產品的人均補貼彈性系數(shù) 。

假定每個地區(qū)的人口增長符合logistic增長曲線：

（4）

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

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

（5）

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

（6）

同時，中央政府對地方政府的財政補貼以gra_vel的速率增長：

（7）

3.2 項目公司

假定產品的研發(fā)由項目公司來完成，地方政府對企業(yè)的財政補貼及各項支出是為了實現(xiàn)項目公司的生產和經營。企業(yè)只有在經營中獲取利潤時，才能在下一階段投資研發(fā)以提高產品質量。在企業(yè)提供的產品到達一定的質量標準后，政府進行招標，在所有競標企業(yè)中進行挑選，由價格最低的企業(yè)供應該產品。

假定項目公司j的生產函數(shù)滿足柯布-道格拉斯函數(shù)：

（8）

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

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

4. 仿真結果

為了演示模型的演化結果，假定各個地區(qū)所能容納的居民數(shù)量為600，每個地區(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)參與產品的生產運營。如果某企業(yè)連續(xù)一段時間（ ）沒有獲得利潤，該企業(yè)會選擇退出市場，同時會進入一個新企業(yè)，企業(yè)總的數(shù)量保持不變。記錄120次運算過程中各項目公司的總成本及所提供產品的質量水平，結果如圖1所示。

以下部分我們驗證前面提出的假設，在進行模擬之前，首先對各參數(shù)進行合理賦值，參數(shù)取值范圍見表 1。假定各企業(yè)提供完全異質性的產品，以污水處理技術為例，各公司提供的技術在去除SS，去除SOD5，去除氮磷效率等方面存在顯著差異，產品的技術特點分別用 表示，其技術水平為 ，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擬合預測模型的統(tǒng)計量，否則，統(tǒng)計模型很可能會引導我們對現(xiàn)實世界“過度識別”[15]。我們用θ表示每次模擬之前的參數(shù)向量， 為技術替代發(fā)生的可能性。記錄每次的演化過程，并比較各產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，我們就認為技術替代發(fā)生： ，否則 。

（15）

對此供需演化模型運行1500次，其中，技術替代共發(fā)生了757次。根據(jù)前文所述的假設，我們從總的31個變量中選出12個解釋變量，具體結果如表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

公共產品技術演化及替代的過程是一個復雜過程，技術替代的發(fā)生受多種因素的影響。根據(jù)表2的結果，假設1和2都得到驗證。居民稅收價格彈性系數(shù)的差異化程度，稅率的增長，以及財政補貼的增長與技術替代發(fā)生的可能性正相關，而人均財政補貼彈性系數(shù)的差異化程度與公共產品技術替代發(fā)生的可能性負相關。保持其他變量不變，僅考慮解釋變量 ，如果各地區(qū)的居民稅收價格彈性差異化程度增加一個樣本標準差，則技術替代發(fā)生的可能性增加0.5447。如果政府對所有地區(qū)的財政補貼增長 與 同時增加一個樣本標準差，保持其他樣本變量不變，則技術替代發(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政補貼數(shù)量經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選擇。以城市污水處理系統(tǒng)為例，在人均財政補貼彈性保持不變的條件下，如果中央政府對各個地區(qū)的污水處理項目加大財政投入，并且適當增加對低補貼彈性地區(qū)的財政投入，是可以有效促進各地方政府應用新技術的。而較大差異性的稅收價格彈性，意味著高稅收價格彈性地區(qū)的居民愿意為使用新技術支付更多，這對新技術的引入具有重要意義。從人均收入增長水平來看，考慮到居民稅收價格彈性在一定時間內是相對穩(wěn)定的，隨著居民人均收入的增長，為了維持某項公共產品的供給水平，政府所確定的稅率（或服務費）應該是逐漸減少的，而居民為了從產品消費中獲得更多效用，會把更多的收入用于私人產品消費，而不會去也不愿去為了獲取更高技術水平的公共產品而支付更多。此時，政府可以通過調整稅率（或服務費）方式來積極推動地方政府應用新技術。

假設3驗證的結果并不顯著（ ）?？紤]到私人企業(yè)從事公共產品研發(fā)活動必須在政府部門指定的方向上進行，從這個意義上說，私人企業(yè)的研發(fā)動力已經轉向了公共部門。即使私人企業(yè)能夠不斷對技術領先企業(yè)進行模仿創(chuàng)新，但公共部門的技術選擇始終對新技術的推廣應用發(fā)揮著主導性的作用，技術替代發(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4的驗證結果也不顯著（ ）。分析原因，本研究認為，同一個地區(qū)在擁擠程度相對穩(wěn)定的條件下，隨著城市規(guī)模的擴大，如果人口增長沒有超出城市的容納能力，現(xiàn)有技術的推廣仍可以滿足居民需求情況下，具有更高質量的新技術即使能夠在某些地區(qū)獲得應用，實現(xiàn)完全替代現(xiàn)有技術的可能性不大。以北京為例，截止2008年，經過深度處理的再生水其回用率已經達到50%[16]，但是，從全國范圍來看，城市污水的深度處理技術在西北地區(qū)一些嚴重缺水城市到目前仍未開始推廣應用。

6. 結論

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

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