碳標簽制度下產品碳足跡與定價決策及協調

程永宏，熊中楷

(重慶大學經濟與工商管理學院，重慶400030)

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碳標簽制度下產品碳足跡與定價決策及協調

程永宏，熊中楷

(重慶大學經濟與工商管理學院，重慶400030)

基于供應鏈視角研究了碳標簽制度下制造商和零售商的產品碳足跡和價格決策以及協調問題.通過建立集中式和分散式決策模型，分別得出了兩種決策方式下制造商和零售商的最優策略組合，并分析了消費者環境意識對產品碳足跡和銷售價格的影響.結果表明，碳標簽制度下產品的碳足跡和銷售價格不僅依賴于消費者的環境意識水平，還與其初始碳足跡以及供應鏈的決策方式有關.然后，引入兩部定價合同實現了碳標簽制度下供應鏈系統的完美協調.最后，通過算例分析驗證了相應的結論.

碳標簽制度；產品碳足跡；消費者環境意識；兩部定價合同

1　引　言

近年來，環境污染和全球氣候變暖已成為國際社會高度關注的問題，如何控制溫室氣體排放，減緩全球氣候變暖已成為世界政治、經濟、能源以及環境等領域的重要議題[1].針對溫室氣體的排放，世界各國相繼出臺了一系列的政策，其中碳標簽制度(carbon labelling system)被認為是融合政府法規和市場約束力以有效減少溫室氣體排放的環境政策.所謂碳標簽，也稱產品碳足跡標簽，是將產品生命周期中(從原料采購，制造，儲運，廢棄到回收)的溫室氣體排放量(碳足跡)用量化的指數標示在產品標簽上，以此告知消費者產品的碳足跡信息[2，3].事實上，早在2007年英國就已建立了碳標簽制度，鼓勵國內企業推廣和使用碳標簽，首次推出全球第一批碳標簽產品.在英國的特易購(Tesco)、瑪莎(Marks&Spencer)等超市中，薯片包裝上印有“CO275g”，易拉罐啤酒上標有“CO2120g”，一盒250ml牛奶包裝上顯示“CO2360g”字樣[4]，這就是碳標簽.隨后，美國、加拿大、瑞典、澳大利亞、韓國以及法國等國也相繼實施了碳標簽制度.比如澳大利亞于2009年承諾將在未來5年對5%～10%的連鎖超市上架產品貼上碳標簽，法國于2011-07-01開始要求在其境內銷售的產品必須強制性地披露產品的碳足跡.值得一提的是，中國環保部于2009年10月宣布實施了產品碳足跡計劃，國家發改委于2013-02-18發布了《低碳產品認證管理暫行辦法》，旨在對符合碳排放標準的產品加貼低碳標簽，以此來引導消費者購買產品碳足跡更低的商品.由此可見碳標簽制度已得到世界各國的重視和推廣.

毋庸置疑，國家建立碳標簽制度將會對企業的生產決策和消費者的購買行為產生一定的影響.因為隨著消費者環境意識的增強，勢必會選擇一些碳足跡更低的產品，這使得企業不得不采用減排技術降低產品的碳足跡以提高企業的競爭力.同時如果政府要求企業把產品的碳足跡標示在產品標簽上，消費者則會根據產品碳足跡和銷售價格進行購買決策.因此，學術界針對碳標簽制度能否有效促進企業減少溫室氣體排放這一熱點話題展開了深入的探討并取得了一些研究成果.然而，根據現有文獻的研究內容來看，碳標簽制度的相關研究主要可分為以下兩個方面：(1)通過問卷調查或實證研究分析碳標簽制度對消費者的購買行為和企業的生產決策的影響.比如Young等[5]對英國的消費者進行了調查問卷，結果發現，政府實施碳標簽制度之后越來越多的消費者更意愿支付更高的價格去購買碳足跡較低的產品；Vanclay等[6]通過對比一家百貨店在碳標簽制度實施前后的產品銷售記錄，發現碳標簽制度實施后一些低碳產品的銷量明顯增加了，這說明碳標簽制度有助于引導消費者購買產品碳足跡更低的商品；吳林海等[7]應用Bootstrap自助抽樣法下的結構方程模型研究了碳標簽制度對食品企業生產決策的影響；Zhao等[8]基于產品的生命周期理論分析了碳標簽制度對企業生產決策的影響；(2)基于消費者購買行為研究了消費者環境意識對企業的環保創新和減排投資以及社會福利的影響.如Dobers等[9]通過實證研究分析了消費者環境意識對企業環保創新的影響；Chitra[10]研究了消費者環境意識對企業減排投資的影響，指出產品的碳足跡越大，消費者的支付意愿就越低；龐晶等[11]基于消費者購買行為研究了消費者環境意識與低碳產品需求之間的相互關系；鄧德軍等[12]以我國化工行業的上市公司為樣本研究了消費者環境意識對企業環保行為和減排投資的影響；Yalabik等[13]，Yakita等[14]研究了消費者環境意識對企業環保創新和社會福利的影響.

綜上所述，雖然上述研究對碳標簽制度的科學實踐和企業生產與減排投資決策做出了重要貢獻，但仍有一些不足之處.例如：(1)已有文獻主要關注碳標簽制度對消費者購買選擇和企業生產決策的影響，鮮有文獻研究碳標簽制度對企業減排策略的影響，而且現有的文獻僅考慮單個企業的最優決策問題.然而，隨著環境污染和全球變暖日益加劇，如何降低碳排放和有效應對國家實施的碳標簽制度業已成為企業與企業、企業與消費者、乃至整個供應鏈系統中亟待解決的核心問題.但現有文獻均未研究碳標簽制度對供應鏈中制造商和零售商的產品碳足跡和定價策略的影響；(2)已有的文獻較少探討企業如何根據消費者的環境意識水平確定產品碳足跡和價格這一重要問題，以及消費者環境意識對產品的碳足跡和銷售價格、市場需求和企業利潤的影響.更需要說明的是，如果政府建立了碳標簽制度，那么產品的銷售價格是否會增加？即企業是否將降低產品碳足跡的減排成本轉嫁給消費者這一現實問題更值得深入探討，也是企業在碳標簽制度下進行產品碳足跡和價格聯合決策時所不得不考慮的現實問題；(3)現有的文獻未曾研究碳標簽制度下企業與企業之間的合作協調問題.

鑒于以上的現實問題，本文基于供應鏈視角提出研究假設，建立博弈模型，主要探討以下幾個問題：

(1)碳標簽制度下，制造商和零售商如何根據消費者的環境意識水平決策產品碳足跡和銷售價格以使其實現利潤最大化？

(2)集中式和分散式決策下，消費者環境意識對產品碳足跡、銷售價格、市場需求以及整個供應鏈系統的利潤有何影響？

(3)碳標簽制度下，若要實現供應鏈系統的協調，制造商如何設計協調機制(如兩部定價合同中的批發價格與固定支付參數)來保證零售商與其合作以降低產品碳足跡？

2　模型構建與協調機制設計

2.1模型描述與基本假設

碳標簽制度下，考察由1個制造商和1個零售商以及消費者組成的供應鏈系統，其中制造商采用了減排策略降低產品碳足跡，但是降低產品碳足跡需要投入一定的技術成本.顯然，制造商需要根據減排成本確定產品碳足跡和批發價格，零售商根據批發價格和消費者環境意識水平制定產品銷售價格.出于研究問題的需要，作如下基本假設：

假設1制造商單位產品的生產成本和批發價格分別為c和w，其中w是制造商的決策變量；

假設2政府實施碳標簽制度之前，產品的初始碳足跡為ê，而碳標簽制度實施之后，制造商采取了減排策略降低產品碳足跡，產品碳足跡e是制造商的決策變量，0≤e≤ê，參考文獻[13]，可假設制造商降低產品碳足跡的減排成本為C(e)=k(ê-e)2，k＞0；

假設3產品的市場需求為Q=a-bp-ηe，即需求是銷售價格與產品碳足跡的線性減函數.這一假設類似于文獻[13]，其中a表示產品的潛在市場需求量，b表示消費者對產品銷售價格的敏感系數(b＞0)，η表示消費者對產品碳足跡的敏感系數，即消費者的環境意識水平(η＞0)，p表示產品的銷售價格，滿足p＞w＞c＞0，是零售商的決策變量.

基于以上假設可得制造商的利潤為

零售商的利潤為

供應鏈系統的利潤為

2.2集中式決策模型

集中式決策下，制造商和零售商以整個供應鏈系統的利潤最大化為目標，合作決定產品的碳足跡和銷售價格.可歸結為以下最優化問題

首先，由式(3)得知Πsc的Hess矩陣為

命題1集中式決策下，如果給定產品的初始碳足跡和消費者的環境意識水平，則供應鏈系統的最優策略組合為(eC，pC)，此時產品的市場需求為QC，整個供應鏈系統的利潤為.

推論1集中式決策下：

推論1表明，集中式決策下，若產品的初始碳足跡相對較小，消費者提高環境意識可促使制造商降低產品碳足跡；若產品的初始碳足跡較大，只有當消費者的環境意識水平小于某一閾值時，消費者提高環境意識才可促使制造商降低產品碳足跡，否則，消費者提高環境意識反而不能促使制造商降低產品碳足跡.這是因為產品的初始碳足跡較大使得制造商的減排成本很高，而且，當消費者的環境意識水平大于這一閾值時，其對初始碳足跡較大產品的支付意愿逐漸降低，這二者致使制造商缺乏進行減排投資的動力.因此，產品碳足跡將隨著消費者環境意識的增強而降低.

推論2集中式決策下：

推論2表明，集中式決策下，若產品的初始碳足跡較大，零售商需隨著消費者環境意識的增強而降低產品的銷售價格；若產品的初始碳足跡較小，當消費者的環境意識水平小于某一閾值時，零售商需隨著消費者環境意識的增強而降低產品的銷售價格；相反，零售商可隨著消費者環境意識的增強而提高產品的銷售價格.這是因為隨著消費者環境意識的增強，其對初始碳足跡較小產品的支付意愿逐漸增加，即消費者更愿意為碳足跡更低的產品支付更高的價格，這時零售商可適當地提高產品的銷售價格.

2.3分散式決策模型

分散式決策下，制造商是市場的領導者，零售商是跟隨者，彼此都以自身利潤最大化為決策目標.首先，制造商根據減排成本確定產品碳足跡和批發價格，然后，零售商根據批發價格和消費者環境意識水平確定產品的銷售價格.但是，制造商制定批發價格之前已預料到零售商的定價反應.因此，雙方的博弈過程可歸結為如下的Stackelberg主從博弈模型

實際上，分散式決策模型中制造商和零售商的博弈過程是一個完全信息下的兩階段動態博弈，其均衡是子博弈精煉納什均衡，因此可采用逆向歸納法來求解.

命題2分散式決策下，如果給定產品的初始碳足跡和消費者的環境意識水平，則制造商和零售商的最優策略組合為(eD，wD，pD)，此時產品的市場需求為QD，制造商和零售商的利潤分別為和

推論3分散式決策下：

和

推論3表明，分散式決策下，若產品的初始碳足跡相對較小，消費者提高環境意識可促使制造商降低產品碳足跡；若產品的初始碳足跡較大，只有當消費者的環境意識水平小于某一閾值時，消費者提高環境意識才可促使制造商降低產品碳足跡，否則，消費者提高環境意識反而不能促使制造商降低產品碳足跡.這是因為產品的初始碳足跡較大使得制造商的減排成本很高，而且當消費者的環境意識水平大于這一閾值時，其對初始碳足跡較大產品的支付意愿逐漸降低，這二者致使制造商缺乏進行減排投資的動力.因此，產品碳足跡將會隨著消費者環境意識的增強而降低.

推論4分散式決策下：

證明 根據命題2容易得知

推論4表明，分散式決策下，若產品的初始碳足跡較大，零售商需隨著消費者環境意識的增強而降低產品的銷售價格；若產品的初始碳足跡較小，當消費者的環境意識水平小于某一閾值時，零售商必須隨著消費者環境意識的增強而降低產品銷售價格；相反，零售商可以隨著消費者環境意識的增強而提高產品銷售價格.這是因為隨著消費者環境意識的增強，其對初始碳足跡較小產品的支付意愿逐漸增加，即消費者更愿意為碳足跡更低的產品支付更高的價格，這時零售商可適當地提高產品銷售價格.

2.4集中式與分散式決策模型的比較分析

命題3碳標簽制度下：

證明 根據推論1和推論3容易得到

命題3表明，碳標簽制度下，若產品的初始碳足跡較小，不管在集中式還是分散式決策下，消費者提高環境意識都可促使制造商降低產品碳足跡；若產品的初始碳足跡較大，集中式決策下消費者提高環境意識可促使制造商降低產品碳足跡，而分散式決策下消費者提高環境意識不會促使制造商降低產品碳足跡；若產品的初始碳足跡很大，且消費者的環境意識水平大于某一閾值時，不管在集中式還是分散式決策下，消費者提高環境意識都不能促使制造商降低產品碳足跡.這一命題指出，碳標簽制度下，對于初始碳足跡較小的產品，通過制造商與零售商進行集中式決策和消費者提高環境意識就可降低產品碳足跡，然而對于初始碳足跡較大的產品，制造商與零售商更應該進行集中式決策，同時消費者的環境意識水平不宜太強，這才能有效地降低產品碳足跡.

命題4碳標簽制度下：

證明 根據推論2和推論4容易得到

命題4表明，碳標簽制度下，若產品的初始碳足跡相對較小，當消費者的環境意識水平小于某一閾值時，在集中式決策下，零售商可隨著消費者環境意識的增強而增加產品的銷售價格，但是在分散式決策下，零售商需隨著消費者環境意識的增強而降低產品的銷售價格，當消費者的環境意識水平大于某一閾值時，不管在集中式還是分散式決策下，零售商都應該隨著消費者環境意識的增強而增加產品的銷售價格；若產品的初始碳足跡較大，不管在集中式還是分散式決策下，零售商都需隨著消費者環境意識的增強而降低產品的銷售價格.

命題5碳標簽制度下，如果給定產品的初始碳足跡，則分散式和集中式決策下產品碳足跡、銷售價格、市場需求以及供應鏈的利潤分別滿足

證明 根據命題1和命題3，比較集中式與分散式決策模型中的均衡結果，容易得知QD＜QC，同時

命題5表明，相比集中式決策，當制造商和零售商進行分散式決策時，產品碳足跡增加，需求降低，致使供應鏈系統的利潤下降.

2.5協調機制設計

根據命題5可知：碳標簽制度下，如果制造商和零售商進行分散式決策，就不可避免地產生“雙重邊際效應”，導致整個供應鏈系統的利潤下降.更重要的是，產品碳足跡相比集中式決策更低.顯然很有必要引入兩部定價合同(two-part pricing contract)來協調整個供應鏈系統[15，16].具體的合同形式為(wT，F)，其中wT(＞0)是制造商給予零售商的批發價格，F(＞0)是制造商向零售商收取的固定支付.因此，兩部定價合同下制造商和零售商的利潤分別為

命題6表明，碳標簽制度下，只要制造商提供給零售商的兩部定價合同滿足相應的條件，就可實現集中式決策下的最優策略.此時，產品碳足跡降低了，市場需求增加，消費者可從中獲益，而且供應鏈系統的績效得以提高，最終實現了企業、消費者、自然環境等多方受益，真可謂“多贏”.

3　算例分析

基于假設，不妨取a=100，c=20，b=1，k=16，η∈(0，7)對上述的命題和推論進行驗證.根據命題3和命題4可知，產品的不同初始碳足跡水平直接影響制造商和零售商的產品碳足跡與定價策略.另外，文獻[6]中用綠色，黃色，褐色3種碳標簽標記產品進行實驗研究.因此，可取ê=6，ê=9和ê=11進行比較分析集中式與分散式決策下消費者環境意識對產品碳足跡、銷售價格、市場需求、供應鏈利潤以及兩部定價合同中固定支付的影響.

3.1消費者環境意識對產品碳足跡的影響

消費者環境意識對產品碳足跡的影響如圖1所示.

圖1　消費者環境意識(η)對產品碳足跡的影響Fig.1 The effect of consumer environmental awareness on product carbon footprint

3.2消費者環境意識對銷售價格的影響

消費者環境意識(η)對銷售價格的影響如圖2所示.

圖2　消費者環境意識(η)對銷售價格的影響Fig.2 The effect of consumer environmental awareness on sale price

3.3消費者環境意識對需求的影響

消費者環境意識對需求的影響如圖3所示.

圖3消費者環境意識(η)對需求的影響Fig.3 The effect of consumer environmental awareness on demand

3.4消費者環境意識對供應鏈利潤的影響

消費者環境意識對供應鏈利潤的影響如圖4所示.

圖4消費者環境意識(η)對供應鏈利潤的影響Fig.4 The effect of consumer environmental awareness on supply chain profits

3.5消費者環境意識對兩部定價合同中固定支付的影響

消費者環境意識對兩部定價合同中固定支付的影響如圖5所示.

圖5消費者環境意識(η)對兩部定價合同中固定支付F的影響Fig.5 The effect of consumer environmental awareness on fixed fee within the two-part tariffs

4　結束語

本文基于供應鏈視角建立集中式和分散式決策模型，研究了碳標簽制度下制造商和零售商的產品碳足跡和價格決策以及協調策略.研究發現，碳標簽制度下：

(1)當產品的初始碳足跡較小時，不管制造商和零售商進行集中式還是分散式決策消費者環境意識的增強都可促使制造商降低產品碳足跡；

(2)當產品的初始碳足跡相對較大時，只有集中式決策下消費者環境意識的增強才可促使制造商降低產品碳足跡，分散式決策下產品碳足跡隨著消費者環境意識的增強而歷經先增加后降低的變化過程；

(3)當產品的初始碳足跡很大時，消費者提高環境意識并不能完全促使制造商降低產品碳足跡，而且零售商需隨著消費者環境意識的增強而降低產品的銷售價格；

(4)兩部定價合同中，只要制造商向零售商收取的固定支付按照產品的初始碳足跡和消費者的環境意識水平進行動態調整，就可協調整個供應鏈系統.

根據以上研究結論可得到以下管理啟示，碳標簽制度下：

(1)對于初始碳足跡相對較小的產品，只要制造商和零售商協調合作就可有效地降低產品碳足跡，而且市場需求也會隨著消費者環境意識的提高而增加.然而，對于初始碳足跡較大的產品，政府可考慮提供減排投資補貼，以此激勵制造商推廣碳標簽和降低產品碳足跡；

(2)政府和社會組織可通過環境認知教育、新聞媒介與環保宣傳等方式來提高消費者的環境意識，引導消費者購買碳足跡較低的產品，這可激發制造商進行減排投資來降低產品碳足跡，進而減少溫室氣體排放；

(3)制造商和零售商應該統攬全局協調合作，通過兩部定價合同實現集中式決策下的最優策略.這既可降低產品碳足跡，又會增加市場需求，以此實現供應鏈系統和自然環境雙雙受益.

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Product carbon footprint and pricing decisions and coordination under carbon labelling system

Cheng Yonghong，Xiong Zhongkai
(School of Economics and Business Administration，Chongqing University，Chongqing 400030，China)

This paper studies the products’carbon footprints and price decisions for the manufacturer and retailer，as well as the coordination problems under carbon labelling from the perspective of the supply chain. Both centralized and decentralized decision-making models are established，the combinations of the optimal strategies for the manufacturer and retailer are obtained respectively under the two decision-making styles，and the impacts of consumer environmental awareness on product carbon footprints and prices are also analyzed. The results show that products’carbon footprint sand prices under carbon labelling not only depend on the level of consumer environmental awareness，but also relate to the initial carbon footprints of the product and the choices of decision-making styles of the supply chain.Afterwards，the two-part pricing contract is introduced to coordinate the supply chain system with carbon labelling.Finally，a numerical example is provided to confirm the correctness of the conclusions.

carbon labelling system；product carbon footprint；consumer environmental awareness；two-part pricing contract

F273

A

1000-5781(2016)03-0386-12

10.13383/j.cnki.jse.2016.03.010

程永宏(1983-)，男，甘肅平涼人，博士生，研究方向：物流與供應鏈管理，低碳經濟，Email：yonghongch1228@163.com；

2014-04-07；

2014-10-30.

國家自然科學基金資助項目(71271225；71301178)；重慶市研究生科研創新資助項目(CYB14001)；安徽工程大學引進人才科研啟動基金資助項目(2015YQQ009)；安徽高校自然科學研究重點資助項目(KJ2016A052).

熊中楷(1948-)，男，江西南昌人，教授，博士生導師，研究方向：運作管理，決策優化，物流與供應鏈管理，Email：xiongzhongkai@cqu.edu.cn.