引言

“2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和”是中国作为全球第二大经济体在第七十五届联合国大会上对全世界做出的庄严承诺。因此，确立经济发展和生态保护之间有机统一关系对中国的国际形象建设具有深远意义^{[1, 2]}。环境分权体制下，中央政府、地方政府及重点控排企业构成央地企协同减排系统，碳减排监管的开展也在此系统之中。2022年，“区块链生态环境监管平台”通过中国环境科学学会生态环境创新技术评审，并由山东省推荐，获国家工信部区块链典型应用案例，其以“实时监测、数据上链、智慧执法”等高效形式创新协同减排，具有成为协同减排新基建、环境治理新抓手的应用前景。鉴于此，研究区块链技术如何影响央地企协同减排系统的演化路径和稳态策略，探索区块链技术赋能“双碳”战略实现的机制原理，能够为区域环境治理和经济转型发展提供一定的经验借鉴。

1 文献综述

目前，环境分权仍是政府开展环境治理工作的主要形式^[3]，而地方政府作为区域环境治理的“第一责任人”^[4]，由于经济高速发展时期中央对地方官员的考核形式和生态环境部门所处的弱势地位，聚焦经济增长和政绩认同，漠视环境效益，仍以“发展为先，治理在后”的意识指导经济工作^[5]，导致中央的环境治理政策在地方难以落实。为研究上述问题，吴士健等^[6]构建Stackelberg模型，分析了双重治理体制下中央、地方政府和企业不同行为策略对碳减排监管的影响。相比于Stackelberg博弈理论，演化博弈理论在研究多目标决策的相互影响中应用更为广泛，能抽象出具有非完全理性特征的参与主体在长时间决策过程中通过相互学习、模仿做出自身决策的行为过程。初钊鹏等^[7]基于演化博弈理论，提出中央政府可以通过“奖优罚劣”的督查机制和合理的环保税政策共同促进大气污染治理，而环保税政策的实施并不能完全杜绝企业减排中的违规行为^[8]；焦建玲等^[9]在分析碳减排环节中动、静态奖惩机制的同时考虑了碳交易对协同减排积极性的正向影响；刘新民等^[10]将博弈主体精确到两级生态环境部门，基于演化博弈理论分析了央地企三方的初始减排意愿对协同减排系统演进的影响，认为中央应加大对地方生态环境部门的审查力度。许文博和许恒周^[11]以京津冀地区为研究对象构建央地企三方演化博弈模型，发现政府对企业的长效监督能力对多主体协同减排的精准化实施具有正向影响。

对于如何提高对企业的长效监督能力，学者们多以引入第三方监管作为突破点。刘朝和赵志华^[12]认为，引入第三方监管能够显著降低政企合谋行为的发生概率。张凯泽等^[13]基于第三方监督视角，考虑碳交易影响，构建政企双方演化博弈模型后发现，政府监管效率与第三方监督的执行力度成正比，政府监管的压力、成本与第三方监督的执行力度成反比。孙夙鹏和孙晓阳^[14]通过构建企业、政府和环境保护非政府组织（ENGO）的三方演化博弈模型，分析了低碳经济下三个主体各自的最优策略认为，公众资助和监督成本决定了ENGO能否有效地开展监督。曲卫华等^[15]、方国昌等^[16]将“公众意愿”作为约束变量纳入其各自构建的政企双方演化博弈模型之中，发现公众参与环境治理的边际效用递减。吴力波等^[17]从国情出发，综合分析第三方参与环境治理的多种渠道发现，ENGO缺乏基础运营能力和监管能力，公众在直接参与环境治理的过程中处于相对弱势地位。目前，探索多主体协同减排过程中具有强监管效用的监管形式拓宽了国内外学者的研究视野。

基于碳排放、碳交易环节中存在的诸多问题，有学者提出将区块链技术应用于监管环节的机制设想^[18]。区块链技术作为一种分布式账本技术，根据时序将数据区块顺序相连，形成不可篡改与不可伪造的链式数据结构，目前已成为中国核心技术自主创新的重要突破口^{[19, 20]}。谢志明等^[21]认为中国的区块链审计研究已相对成熟，目前的探索方向在于如何将可信任的计算机制引入到区块链之中。物联网可满足这一技术需要，其感知和网络传输功能通过实时监测和自动化采集、传输等规避了人为干扰，实现了对源头数据的精确测算^[20]。Sadawi等^[22]分析了美、澳等发达国家的能源交易框架，而后基于物联网、区块链技术构建了一种应用层为公有链、监测层为私有链的双链结构，赋能企业碳资产管理，发现基于区块链技术的连续监测法在数据采集、评估方面的自动化程度更高、成本更小。随着“十四五”时期发展规划白皮书的公布，国内学者对区块链技术的应用研究取得新突破。叶强等^[23]通过经济学建模分析，提出区块链技术在碳市场建设中具有去中心化、数据透明不可篡改和可编程性等技术优势；认为区块链技术能实现对碳排放数据的全程监管，降低企业瞒报、数据作假及参与违规交易的可能性，减少企业交易成本和政府督查成本。

通过对近年来已有研究成果的梳理发现，关于环境分权下政企协同减排、公众及ENGO参与减排、区块链技术赋能碳监管的定性研究趋于完善，而关于区块链赋能环境分权体制下央、地、企协同减排机制的博弈研究鲜有呈现。鉴于此，立足环境分权，考虑区块链等技术对协同减排系统中各主体决策行为的影响，构建三方演化博弈模型，探索央地企协同减排的最优演化路径及稳态策略，助力“双碳”目标实现。

2 协同减排演化博弈模型构建 2.1 基本假设

假设1：企业（X）、地方政府（Y）和中央政府（Z）的决策行为分别是{ 积极减排、消极减排}{ 积极监管、消极监管} 和{支持区块链技术投入、不支持区块链技术投入}；积极减排、积极监管和支持区块链技术投入的概率分别为x、y、z（0 ≤ x、y、z ≤ 1）。

假设2：企业积极减排时的主营业务利润为E₁，碳排放量往往少于初始碳配额，通过碳市场出售碳配额获得减排收益E₃；反之企业消极减排时主营业务利润为E₂（E₂>E₁），碳排放量往往超过初始碳配额，通过碳市场购买碳配额支付成本E₃（为简便模型计算，特按超排量与减排量相等计）。企业积极、消极减排时产生的地方环境净收益分别为w₁、w₂（w₁>w₂），计入地方政府的收益函数中，且地方政府环境治理绩效政绩考核系数α₁被中央政府感知。

假设3：地方政府积极监管时，会付出成本C₁监管企业实际排放情况，且利用经济激励R₂、经济处罚D₂规制企业积极参与减排；地方政府消极监管时则会放弃监管和经济规制手段。

假设4：中央政府利用经济激励R₁、经济处罚D₁来规制地方政府积极参与减排。由于中央生态环保督察以“双随机”模式展开，并不能在同一批次内覆盖到整个地区，即中央政府只会以概率f（0 ≤ f ≤ 1）对地方进行督察，成本为C₃。

假设5：为展现区块链技术应用前后碳排放监管策略的演化路径，以中央政府对区块链的态度定义其能否在碳排放监管中应用。当中央政府支持区块链技术投入时，其会以经济手段支持区块链平台应用，此时地方政府对区块链平台的应用成本的支出系数为α₄；当中央政府不支持区块链技术投入时，仍以寻常经济手段规制地方政府参与减排。为突出区块链技术赋能碳核查业务的经济优势，特引入第三方核查机构的招标费用C₂。

据文献^[23]可知，区块链的分布式存储、数据不可篡改等技术特性对控排企业的碳交易参与、政府部门的碳减排监管均具有一定促进性，因此模型中简化考虑为区块链技术对地方政府监管及中央生态环保督察的工作成本影响系数为α₂、对碳交易收支的影响系数为α₃。

2.2 模型构建

基于以上模型假设，将协同减排模型的基本参数进行整理，如表 1所示。由以上参数构成的央地企协同减排演化博弈模型的支付矩阵如表 2所示。

3 演化均衡分析 3.1 演化过程的均衡点

企业积极减排和消极减排的期望效用U_x、U_1−x及种群效用U_X分别为：

地方政府积极监管和消极监管的期望效用V_y、V_1−y和种群效用V_Y分别为：

中央政府支持区块链技术投入和不支持区块链技术投入的期望效用W_z、W_1−z和种群效用W_Z分别为：

由于中央政府、地方政府和企业间的博弈不断演进，即三者所选择的任何策略的概率均具有时间依赖性。根据微分方程稳定性原理，当所有的动态方程均为0时，意味着整个动态系统将趋于稳定。三方博弈模型的均衡点可通过以下方式计算：

通过求解得出8个纯策略均衡，分别为（1，1，0）（0，1，0）（1，0，0）（0，0，0）（1，1，1）（0，1，1）（1，0，1）（0，0，1）。由于演化稳定策略为纯策略均衡，混合策略在此不具研究意义。

3.2 均衡点的稳定性分析

由演化博弈理论可知，当Jacobi矩阵中的特征值全部为负时，均衡点为演化稳定策略（ESS）。央地企协同减排动力系统的Jacobi矩阵如下所示：

据Jacobi矩阵求得的8个纯策略均衡解的特征值如表 3所示。

为呈现区块链技术投入对协同减排系统演化路径的影响，只对均衡点（1，1，0）和（1，1，1）进行分析讨论。（1，1，0）和（1，1，1）均是环境分权下央地企协同减排系统的理想解，是利用合理的经济政策或高效的监管工具促使企业及下级政府积极参与减排的有效策略。两种均衡状态下企业均积极减排，地方政府均积极监管，是否投入区块链技术决定了协同减排系统演化的不同路径。

(E₂-E₃-D₂)-(E₁+E₃+R₂) < 0，意味着地方政府积极监管、中央政府不支持区块链技术投入时，企业趋向于积极减排。C₁-D₁f-(R₁-R₂) < 0，则意味企业积极减排、中央政府不支持区块链技术投入时，地方政府趋向积极监管。由于1 − α₂和f的值域为[0, 1]，因此C₁-D₁f-(R₁-R₂) < 0时，(1 − α₂)C₁-D₁-(R₁-R₂) < 0恒成立。据此可分两种情形对均衡状态（1，1，0）（1，1，1）进行分析讨论。

情形1：当α₂C₃−(1-α₄) C₄ < 0时，（1，1，0）为协同减排系统的演化稳定策略，此时中央政府不支持区块链技术投入，地方政府积极监管，企业积极减排。

情形2：当−[α₂C₃-(1-α₄)C₄] < 0时，（1，1，1）为演化稳定策略，此时中央政府支持区块链技术投入，企业及地方政府的策略选择与均衡点（1，1，0）下一致。

4 数值仿真 4.1 演化稳定策略

利用MATLAB R2021b对三方演化博弈模型的演化路径进行数值仿真分析。ESS为（1，1，0）时，其稳定条件为、和。在满足上述条件基础上，借鉴文献^{[11, 16, 24]}，对其中所涉及的参数进行合理赋值，设，初始状态设定为[0.3，0.4，0.5]。ESS为（1，1，0）时的演化路径如图 1a所示。企业和地方政府在t=2、t=3时已趋于稳定状态，中央政府明显滞后，约t=6时趋稳，此时协同减排系统达到演化稳定状态。

ESS为（1，1，1）时，其稳定条件为和。在满足稳定条件的基础上，设。同一初始状态下，演化稳定策略为（1，1，1）时的演化路径如图 1b所示。企业趋于积极减排的时间点基本未发生改变，而地方政府的策略演化已于t=2趋于稳态，协同减排系统于t=3时趋于稳态。

相比之下，区块链技术投入促使协同减排系统中两级政府的决策果断性显著提高。且通过分析两种演化路径下的参数赋值发现，在ESS为（1，1，1）情况下，政府对经济激励的侧重性高于ESS为（1，1，0）时，对经济处罚的侧重性则低于ESS为（1，1，0），原因在于协同减排系统投入区块链技术后，奖惩机制也由刚性转化为柔性。刚性机制以处罚为重而柔性机制以激励为重，以经济激励为重的奖惩机制配合高效的监管工具能够有效规避层出不穷的“骗补”行为^[26]，更符合当前“科学排污，高效降碳”的环境治理方针，提高地方政府和企业的减排参与意愿。

4.2 监管影响系数对系统演化的影响

在ESS为（1，1，1）的参数赋值下，分别设定α₂为0.1、0.3、0.7、0.9。如 图 2a、图 2b、图 2c所示，α₂变化对央地企三方的演化趋势和决策时长均有影响。企业虽受到α₂增大带来的正向刺激，但并不敏感，原因在于虽然作为温室气体排放源的企业倾向选择积极减排策略，为相对理想的环境治理状态，但提高监管强度反而可能滋生资源浪费。地方政府的决策时长随α₂增大而变短，原因在于监管影响系数的增大提高了地方政府积极监管的经济性。中央政府的演化趋势、决策时长均随α₂增大而发生改变，α₂ ∈（0.3，0.7）时，中央政府转换为支持区块链技术投入策略；α₂=0.9时中央政府的决策时长较α₂=0.3时缩短近3倍，原因在于监管影响系数的增大有利于中央政府监督地方政府履责、促进企业绿色转型的目标实现，从而提高央地企协同减排系统的减排效率。

由于理想的减排情形（1，1，1）下企业及地方政府均积极参与减排，二者对监管强度的敏感性较低，未能呈现α₂对其演化趋势的影响。因此将均衡点（0，0，1）下监管影响系数对系统演化的影响作为补充分析。

ESS为（0，0，1）时，企业和地方政府的策略演化方向与ESS为（1，1，1）时相反，即在中央政府支持区块链技术投入的情况下，企业及地方政府消极参与减排。此时各参数中E₁=10，E₂=20，E₃=4，D₁=1，D₂=1，R₁=4，R₂=3，C₁=8，C₃=8，C₄=4，α₄=f=0.5。分别设α₂为0.1、0.3、0.7、0.9。如图 2d、图 2e、图 2f所示，无论企业还是地方政府，均对α₂的变化较为敏感。其中，企业和地方政府的决策时长随α₂增大而明显增加，且均在α₂ ∈（0.7，0.9）区间上转换为积极的减排参与策略。

4.3 区块链平台应用成本对系统演化的影响

在ESS为（1，1，1）的参数赋值下，设C₄为1、4、8、11。如图 3a、图 3b、图 3c所示，C₄对企业的演化趋势和决策时长影响甚微，地方政府、中央政府的决策时长同C₄增大而增大，C₄=4时中央政府的决策时长较C₄=1时增大1倍以上，且在C₄ ∈（4，8）区间上转换为不支持区块链技术投入的策略，原因在于区块链平台的应用成本越小，政府部门财政负担越小，其支持区块链技术投入的意愿越高，C₄ ∈（4，8）为促进系统演化的最大边际效用区间。

4.4 地方支出系数对系统演化的影响

为直观呈现α₄对系统演化的影响，将ESS为（1，1，1）的参数C₄设定为4，其余不变，同时设α₄为0.1、0.3、0.7、0.9。如图 3d、图 3e、图 3f所示，α₄对企业的演化趋势影响甚微；地方政府的决策时长同α₄增大而增大，原因在于地方政府此时的策略选择为积极监管，在合理区间内具有投入经济成本参与协同减排的主观意愿；α₄对中央政府演化趋势和决策时长的影响均较为显著，在α₄ ∈（0.1，0.3）区间上转换为支持区块链技术投入的策略，α₄=0.3时中央政府的决策时长较α₄=0.7时增大4倍以上，原因在于地方资金主导区块链平台应用情况下，中央政府的财政负担较小，其支持区块链技术投入的意愿越高，α₄ ∈（0.3，0.7）为促进系统演化的最大边际效用区间。

5 结论与政策建议

基于演化博弈理论，本研究构建了考虑区块链技术影响的央地企三方演化博弈模型，利用MATLAB R2021b数值仿真研究区块链技术投入前后博弈主体的动态演化路径，通过对比分析多种系统演化情景，探索区块链技术对央地企协同减排系统的微观影响，研究发现：

（1）区块链技术投入在协同减排系统中具有监管优越性。演化稳定策略为（1，1，1）时，地方政府和中央政府的决策时长较（1，1，0）明显缩短1~ 3个单位，协同减排系统的减排效率大大提升。从参数赋值角度分析，奖惩方案由刚性的惩罚侧重型转化为柔性的激励侧重型。

（2）演化稳定策略为（1，1，1），即企业、地方政府均积极参与减排时，随着区块链技术监管影响系数α₂增大，中央政府支持区块链技术投入的意愿更强；演化稳定策略为（0，0，1），即企业、地方政府均消极逃避协同减排时，α₂增大对企业和地方政府的策略演化路径存在较大的正向刺激，能够达到倒逼企业积极参与减排、督促地方政府积极履责的目的。

（3）区块链平台应用成本C₄增大使中央政府的演化趋势和决策时长均有显著变化，原因在于区块链平台的应用成本和政府部门的财政负担呈正相关，财政负担较小时其选择“积极式”协同减排策略的意愿越高，C₄在（4，8）上边际效用最大，在此区间内关于区块链平台应用成本的调节最具有经济价值。由于地方政府积极监管，与中央政府的施政目的一致，C₄的数值变化几乎不影响地方政府的演化趋势，对决策时长的影响较小。

（4）区块链平台应用成本的地方支出系数α₄增大使中央政府的演化趋势和决策时长均有显著变化，低财政负担有利于保障其参与减排的积极性和减排政策的长效实施，α₄在[0.3，0.7] 的边际效用最大，因此合理的地方支出比例应在30%~70%。

基于以上研究结论，得出以下政策启示：

（1）构建碳排放监管长效化机制，积极推进区块链、物联网等技术融合与产业赋能。央地企协同减排实现需要具备普遍服务性和强公信力的可扩展式信息技术基础设施，支撑政府部门、企业等多个参与主体之间的业务协同。区块链平台能发挥其信息技术中的基础、核心和关键作用，服务于碳减排监管、碳交易、碳信息披露等多种场景，促进参与主体之间的可信协作，为碳达峰、碳中和目标的顺利实现提供有力支撑。具体而言，中央政府可以在碳排放集中的工业、电力和能源等高耗能行业开展区块链平台监管试点，利用区块链平台提高企业参与减排和信息披露的积极性。此外，面对规模巨大的“区块链—双碳”市场，中央、地方有关部门既要将其技术挖掘由浅及深，立足央地企协同减排需求，遵循成本效用的边际递减规律，合理控制区块链平台应用成本，减轻政府财政负担；又要将其技术赋能由此及彼，促进其与生态环境治理领域的融合发展。

（2）适时修订奖惩方案，由刚性的惩罚侧重型转化为柔性的激励侧重型，积极引导、扶持企业开展绿色转型。一方面随着国家减排战略的深化执行，社会群体的绿色环保意识提高，企业排放成本增大，其积极参与减排的需求随之变强，此时需要地方政府的正确引导和资金、技术扶持；另一方面随着高效监管工具引入，以环境保护为目标的惩罚侧重型奖惩方案的实际效用呈现出边际递减趋势，不再能维持企业参与减排的积极性。

（3）持续优化中央对地方的经济扶持政策。地方政府在中央对其专项扶持力度较大时易发生专款闲置、挪用等违规问题；反之，扶持力度较小时，地方政府开展环境治理又受掣肘。因此，诸如区块链平台成本等专项资金的扶持力度应保持在一个合理的区间，以达到最优的协同减排效果。