考慮產運環節碳排放的生鮮低碳供應鏈運營決策

馮 穎,馮仰超,張景雄,宣 彪,張炎治

(中國礦業大學 經濟管理學院,江蘇 徐州 221116)

據聯合國糧農組織(FAO)數據統計,農業用地釋放的溫室氣體已超過全球溫室氣體排放總量的30%。但與此同時,農業生態系統可抵消掉80%因農業生產而導致的溫室氣體排放。農業既是溫室氣體主要的排放源,又是巨大的碳匯系統,因此,農業減排成為實現碳達峰與碳中和的重要途徑之一。我國農業農村部指出,要推動農業綠色發展、低碳發展、循環發展,全產業鏈拓展農業綠色發展空間,推動形成節約適度、綠色低碳的生產生活方式1)《“十四五”全國農業綠色發展規劃》,2021?；谏鲜霰尘?本文探究不同碳排放政策下,產運環節碳排放對生鮮農產品低碳供應鏈運營決策的影響。不同于一般農產品,生鮮農產品自身具備易腐易損性,故其在長距離運輸中往往存在流通損耗。為降低流通損耗且滿足消費者以“鮮”為美的觀念,企業通常會將物流環節外包給更為專業的TPL。TPL提供的冷藏、保鮮等增值服務一方面降低了產品的流通損耗,另一方面也釋放了大量的溫室氣體。據中國發展網報道,來源于運輸行業的溫室氣體排放約占中國碳排放總量的10.4%,其中,果蔬冷鏈碳排放尤為突出,并呈現逐年遞增的趨勢2)中國發展網,http://www.chinadevelopment.com.cn。因此,生產和運輸已成為生鮮農產品供應鏈碳排放最為集中的環節,生鮮農產品低碳供應鏈的良性運作取決于高效的物流環節、合理的碳政策兩方面因素。

已有低碳供應鏈運營管理方面的研究主要聚焦于不同碳排放政策對于供應鏈運作的影響以及企業的碳減排策略,涉及的碳排放政策主要有兩種,一種是“基于價格”的經濟手段——碳稅政策,另一種是“基于數量”的經濟手段——碳配額與交易政策(以下簡稱碳交易)的研究。部分文獻對實施單一碳稅政策的情形進行了研究,主要以碳稅價格外生[1-2]或內生[3]、碳稅補貼[4-5]等不同碳稅形式展開。研究發現,碳稅政策會影響供應鏈成員的定價決策并可有效抑制碳排放,但過于繁重的碳稅不利于企業低碳轉型發展。也有文獻對實施單一碳交易政策情形進行研究,主要從碳配額分配方式[6]、碳配額補貼[7]和碳減排[8-10]等方面切入,探討最優的碳配額分配機制和供應鏈成員在碳交易政策下的決策。還有文獻針對碳稅和碳交易構成的混合碳政策展開研究。Benjaafar等[11]考慮了碳排放限額在成本最小化模型中引入固定碳稅稅率,將碳排放問題納入供應鏈中的企業采購、生產和庫存管理方面的運營決策,并認為碳排放管制的存在可以顯著增加供應鏈成員間廣泛的合作。文獻[12-13]中均建立了碳交易-碳稅并行的供應鏈減排決策模型,研究了混合碳政策對供應鏈決策的影響。程永偉等[12]認為“有償配額-排補貼”的配套機制可以激發碳市場活躍度,其競價成本效應和轉移支付效應可對高污染落后產能發揮“逆淘汰”作用。刁心薇等[13]圍繞供應鏈內兩種不同且存在競爭關系的產品,探討供應鏈企業的最優定價和減排決策,并在后續研究中指明,制造商低碳轉型過程中的技術選擇主要取決于普通產品與低碳產品的碳排放成本差額,差額的大小決定了普通產品的生產和停產關系[14]。也有部分文獻將兩類碳排放政策視為獨立的政策工具,對兩者進行對比研究。楊仕輝等[15]構建了政府氣候政策選擇與企業碳減排選擇的博弈模型,認為不同發達程度的國家間實施碳交易或可成為最優的氣候政策組合。魯力等[16]對比了碳稅和單位碳交易價格的大小關系對最優訂貨量和回購價格的影響,發現利用回購合同可以在兩種情況下都實現供應鏈協調,且無碳排放約束、碳配額與碳交易政策下制造商的最優訂貨量依次減少,但供應商給出的回購價格依次提高。Yang等[17]對比了無碳排放模型、碳交易模型和碳稅模型下的供應鏈均衡,發現碳交易政策在激勵供應鏈碳減排方面更加有效。Li等[18]引入了4種情形(排放上限、碳稅、碳交易、碳減排)作為約束條件,通過實證分析比較了4種不同的碳排放政策對煤炭供應鏈優化的影響,發現煤炭企業在碳交易政策下的減排效果最好。

值得注意的是,上述文獻探究的均是普通工業品,也有部分學者將生鮮農產品視為單獨類別,引入了碳排放環節差異、生鮮產品損耗特性等要素。從碳排放環節來看,Wang等[19]考慮單個生鮮農產品供應商和多個零售商均存在碳排放行為,研究了碳交易政策下的零售商聯合補貨策略,發現利潤增長與減排目標可同時實現。Bai等[20]在VMI模式下,考慮生產商對生產和存儲過程的碳排放負責的情形,認為碳交易政策和碳減排技術投資可有效抑制生鮮農產品生產和儲存環節中產生的碳排放。從產品損耗特性來看,張冬梅等[21]考慮了生鮮產品的變質損耗特性,研究了生鮮農產品訂購與保鮮策略,認為碳排放政策實施強度的變化影響生鮮產品的訂購周期但不影響保鮮策略。馬雪麗等[22]在三級冷鏈系統中進一步考慮了生鮮產品運輸中的實體和價值損耗,引入TPL 來承擔生鮮品的保鮮與低碳責任,提出鼓勵TPL引入碳減排技術并引導消費者提高環境偏好以提升供應鏈的建議。Ma等[23]以TPL在三級冷鏈中的保鮮努力水平和碳減排水平為研究對象,對比了分散和集中決策系統中分別實施碳稅和碳交易政策下的最優決策。

綜上所述,碳稅和碳交易兩類政策的優劣一直是理論研究領域關注的焦點問題,同時,碳政策工具的選擇和采用也是當前國內外亟待解決的現實問題。在實際中,兩類政策各具優勢且在不同行業的應用存在差異。例如:加拿大Alberta省實施的碳政策中,針對大型排放企業采取碳市場機制,針對排放分散的小型企業則采取征收碳稅的方式3)國際環保在線,https://www.huanbao-world.com;中央財經大學一項研究報告對各國實施碳稅的進程進行了梳理,并對比了碳稅和碳交易政策的利弊,研究表明,碳政策工具的選擇還受到交易成本、稅率、經濟波動等因素的影響4)中央財經大學綠色金融國際研究院,http://iigf.cufe.edu.cn/info/1012/1112.html。那么,生鮮這一特殊行業應采取何種碳政策? 不同碳政策將如何影響生鮮低碳供應鏈的運作? 這些問題具有現實研究價值。

本文針對由單生產商、單TPL和單零售商構成的生鮮農產品低碳供應鏈,考慮產運環節的碳排放,研究碳稅和碳交易政策對于系統決策和運作的影響。創新點在于:①在物流外包下,引入產品在運輸過程中的價值損耗,考慮TPL物流服務水平影響產品新鮮度且消費者具有低碳偏好意識的情形;②研究了碳稅和碳交易政策下生產商的減排策略及不同碳排放政策對系統運作的影響;③橫向對比了單獨考慮生產碳排放和同時考慮產運碳排放情形下的供應鏈運作狀況;④分析了不同價格彈性下生鮮農產品的碳減排空間,并提出針對碳稅與碳交易價格設定的指導建議。

1 問題描述與假設

考慮一個由生產商、第三方物流服務商(以下簡稱TPL)和零售商組成的生鮮農產品低碳供應鏈系統。假設系統在單個產運銷周期內,生產、運輸和銷售單一品種的生鮮農產品;系統成員均為完全理性和風險中性的“經濟人”,各自追求自身利潤最大化,系統中所有信息均為各方共識。生產商(泛指大型農業生產基地或農業合作社)處于主導地位,負責生產生鮮農產品,其單位產品的批發價格和生產成本分別為Pm和Cm。為降低流通損耗,零售商將物流服務外包給專業的TPL,其中:TPL 負責將產品由生產商處運送至零售商處,其單位產品的運費和物流成本分別為Pl和C(τ);零售商負責將產品轉售至終端市場,其單位產品的零售價格和運營成本分別為Pr和Cr。為突出研究側重點并簡化運算,參照文獻[8-9,24],假設批發市場和物流服務市場均為完全自由競爭的市場,故批發價格和物流服務價格均為外生變量,由各市場的供求關系決定。生產商和TPL分別決策碳減排量和物流服務水平使得自身利潤最大化。此外,為保證系統各成員均有利可圖,上述參數需滿足:

假設TPL的物流服務水平τ在區間[τL,τU]上可測度,τL和τU分別表示物流服務水平的下限和上限,其高低會影響產品在運途中的價值損耗,0 ≤τL＜τU。采用新鮮度刻畫產品的價值損耗特性,假定新鮮度與TPL的物流服務水平正相關,兩者之間的函數關系可用θ(τ)來刻畫,其中,θ(τ)∈[0,1]。特別地,θ(τ)=0和θ(τ)=1分別表示生鮮農產品完全腐爛和完全新鮮。借鑒文獻[24],假設θ(τ)隨τ的增加而減速遞增,故θ'(τ)＞0,θ″(τ)＜0。TPL提供的冷藏、保鮮等物流服務成本與物流服務水平正相關,由于物流成本隨物流服務水平的增加而加速遞增,故C'(τ)＞0,C″(τ)＞0。分別引入兩者的彈性函數Eθ(τ)和E C(τ),則:

其中:Eθ(τ)表示物流服務水平每增加1%,產品新鮮度和轉移支付系數增長的百分比,0＜Eθ(τ)≤1;E C(τ)表示TPL的物流服務水平每增加1%,物流服務成本增長的百分比,E C(τ)≥1。

由于農業供應鏈中的碳排放主要來自生產和運輸環節,為探究生鮮低碳供應鏈中生產商碳減排行為對低碳供應鏈運作的影響,假設生產商生產單位產品產生的碳排放量為em,TPL 對單位產品進行物流活動產生的碳排放量與物流服務成本正相關[22]。為簡化運算且不失一般性,假設TPL 的碳排放量為μelC(τ),其中,μ＞0為TPL碳排放量對物流服務水平的敏感系數。生產商碳減排投入成本與單位產品碳減排量正相關,表示為K(Δem),且碳減排投入成本隨著單位產品碳減排量的增加而加速遞增,故有:K'(Δem)＞0,K″(Δem)＞0。

借鑒文獻[25-27]中給出的乘積形式的生鮮農產品市場需求函數,同時創新性地引入減排量對市場需求的影響以刻畫消費者低碳偏好,本文將生鮮低碳供應鏈的市場需求函數刻畫為

式中:A(A＞0)為市場的潛在需求量;b(b＞1)為產品銷售價格的彈性系數,是指市場需求對產品價格敏感的情形;產品新鮮度θ(τ)反映產品的綜合質量特性,如腐爛程度、表面含水量與光澤等,新鮮度良好的產品能提高消費者的購買欲望,故將其作為影響市場需求的重要因素之一;Δem為生產商經過努力后達到的單位產品碳減排量(0≤Δem≤em)。假設生產商生產的生鮮產品具有知名度和品牌效應,故碳排放標識可在產品包裝、標簽和官網上體現,具有低碳偏好意識的消費者通過上述方式快速獲取生產商的碳減排信息。實際上,已有許多企業采用了碳標簽或碳標記制度,如英國的Carbon Trust公司、Tesco、可口可樂、聯合利華等?？梢?假定消費者感知生產商的碳減排量是可行且合理的。由于消費者具有低碳偏好意識,故產品碳減排會提升消費者的購買意愿,進而增加市場需求,因此,產品市場需求與碳減排量正相關。特別地,當Δem=0時,市場需求簡化為表征了不減排情形下的基礎市場需求,其形式同文獻[26-27]。

值得注意的是,盡管本文同時考慮了生鮮供應鏈產運環節的碳排放,但由于生產商的初始碳排放量Δem和TPL 的碳排放量el均為外生參數,故將它們融入需求函數并不會改變需求函數的形式,也不會對后文結果及分析產生實質性影響。因此,為簡化運算并不失一般性,本文假設市場需求與生產商碳減排量線性正相關。在低碳供應鏈運營管理領域,文獻[28-29]中均采用了類似的設定。

考慮碳稅和碳交易兩類政策對供應鏈運作的影響。前者是指政府部門針對二氧化碳排放征收的稅款的相應稅費;后者是指政府給予相關企業固定的碳配額。當企業實際碳排放量高于或低于該配額時,即發生短缺或剩余,企業可通過碳交易市場進行買賣交易以滿足自身需求。假設單位碳排放量的碳稅價格和碳交易價格分別為P e和P c,為保證生產商在碳稅和碳排放政策下均有利可圖,系統參數還需分別滿足:Pm-Cm＞emP e,Pm-Cm＞emP c。其中,碳交易政策下,政府給予生產商和TPL 的碳配額分別為Em(Em＞0)和El(El＞0)?；谏鲜雒枋?考慮生鮮農產品供應鏈碳排放環節變化,依次針對生產環節(生產商)碳排放、產運環節(生產商和TPL)碳排放的情形,探討碳排放環節及碳排放政策對供應鏈運作的影響。系統結構如圖1所示。

圖1 生鮮低碳供應鏈系統結構Fig.1 Fresh low-carbon supply chain system structure

符號說明:

決策變量

Pr——零售商決策的單位產品銷售價格

τ,τi——TPL決策的物流服務水平

Δem,——生產商生產單位產品的碳減排量

系統期望利潤函數

πm——生產商的利潤

πl——TPL的利潤

πr——零售商的利潤

Π,Πi——供應鏈成員的總利潤

參數

Pm——生產商向零售商收取的批發價格

Pl——TPL向零售商收取的物流價格

Cm——生產商的單位運營成本

Cr——零售商的單位運營成本

C(τ)——TPL的單位物流成本函數

K(Δem)——生產商的碳減排成本函數

A——產品的潛在市場規模

b——產品的市場需求價格彈性

θ(τ)——產品的新鮮度函數

Q——產品的市場需求函數

Pe——單位碳排放量的碳稅價格

Pc——單位碳排放量的碳交易價格

em——生產商生產單位產品產生的碳排放量

el——TPL對單位產品進行物流活動產生的碳排放量

Em——政府給予生產商的碳配額

El——政府給予TPL的碳配額

μ——TPL碳排放量對物流服務水平的敏感系數

其中,i=CQN,CQL,CTN,CTL,分別表示碳稅政策下不考慮/考慮TPL碳排放以及碳交易政策下不考慮/考慮TPL碳排放的均衡結果。

2 數學模型及均衡分析

本節將探究不同碳排放主體及不同碳排放政策對生鮮農產品供應鏈運營決策的影響。首先單獨考慮生產環節碳排放,分別構建了碳稅(CTN)和碳交易(CQN)政策下的博弈模型并進行了均衡分析,對系統關鍵參數進行了靈敏度分析。在此基礎上,同時考慮產運環節碳排放,分別構建了碳稅(CTL)和碳交易(CQL)政策下的博弈模型并進行了上述分析。最后,對4種情形下的均衡結果進行了橫向對比。

供應鏈成員的決策次序主要取決于各成員在供應鏈中的權力地位,本文考慮生產商主導、TPL 和零售商跟隨的情形,即假定生產商為實力雄厚的大型農業龍頭企業,其在供應鏈中處于強勢地位并具有后發優勢,故生產商給出最優的碳減排量后,TPL和零售商據此決策最優的物流服務水平和零售價格,這是符合現實情況的。從理論研究上看,在TPL參與的生鮮供應鏈運營管理領域,文獻[24,26,29]中探究了類似的權力結構?；谏鲜鎏接?三方之間的Stackelberg博弈過程為:①生產商決策單位產品的碳減排額Δem;②TPL 依據生產商的碳減排額Δem,決策物流服務水平τ;③零售商根據生產商的碳減排額Δem和TPL 的物流服務水平τ,決策產品零售價格Pr。

2.1 單獨考慮生產環節碳排放的博弈模型

2.1.1碳稅政策的情形(CTN 情形) 碳稅政策下,政府規定企業在生產經營過程中產生的碳排放以每單位碳排放量P e的價格收繳碳稅,故生產商需向政府支付的碳稅總額為(em-Δem)P eQ。CTN 情形下,各成員的利潤函數為:

采用逆向歸納法求解式(2)～(4)構成的博弈模型,可得到命題1。

命題1CTN 情形下,系統存在唯一的均衡解,滿足

τCTN的取值情況為:①若τ1＜τL,則τCTN=τL;②若τL≤τ1≤τU,則τCTN=τ1;③若τ1＞τU,則τCTN=τU。其中,τ1為方程

的解。

聯立三方決策,可得CTN 情形下內點均衡下的產品市場需求為

式中:

命題1及后文中所有定理及推論的證明過程見附錄A。

命題1給出了CTN 情形下的博弈均衡結果。容易看出,由于物流服務水平受限,其均衡結果存在邊界均衡和內點均衡兩種情況。鑒于邊界均衡是更為簡單的特殊情形且缺少研究價值,故后文所有結論如不加說明,均是圍繞內點均衡展開探討。觀察內點均衡結果,由式(7)可知,當TPL的邊際成本利潤率等于物流服務成本彈性函數與產品新鮮度彈性函數的比值時,TPL的物流服務水平達到均衡。這說明,TPL進行服務水平決策時,需權衡兩個彈性函數的大小,即權衡物流服務水平上升帶來的服務成本增加和產品新鮮度上升兩個相悖的因素對TPL利潤的影響。改寫式(5),易得這反映了零售商的邊際利潤率僅與產品價格彈性相關,彈性越大,其邊際利潤率越低。

對上述參數進行靈敏度分析,容易得到命題2。

命題2表明,在CTN 情形下,產品銷售價格與產品價格彈性系數負相關、與碳稅價格無關。這是由于產品價格彈性系數越高,意味著市場需求對價格變化越敏感,供應鏈中各方企業會降低轉移價格,進而降低產品在終端市場上的產品銷售價格,采取“薄利多銷”的方式吸引更多的消費者購買。由于批發價格和物流服務價格均外生,故碳稅價格不會影響產品銷售價格的決策。產品價格彈性和碳稅價格對TPL的物流服務水平沒有直接影響,該服務水平僅與物流價格、物流成本和新鮮度函數相關。碳減排量及需求量隨價格彈性系數的變化而不明確,存在一個臨界條件,當φ-1(0)＜1時,兩者隨之遞減;當φ-1(0)＞1時,若產品具有較高的價格彈性,則彈性價格上升會阻礙該供應鏈碳減排且降低需求量。這類似于Ma等[23]的研究結果,即政府應對高價格彈性的產品實施更為寬松的碳排放政策,以激勵企業碳減排。同時,存在一個碳減排量的閾值,當生產商的碳減排量低于(高于)該閾值時,生產商單位產品碳減排量會隨碳稅價格的上升而降低(增高),進而導致市場需求下降(上升)?！半p碳”目標的實現是一個循序漸進的過程,當生產商的碳減排量低于與初始碳排放量相關的某閾值時,設置過高的碳稅會適得其反,不利于供應鏈低碳化發展。綜上所述,在政府的經濟手段下,單位產品碳排放量較高的生產商利潤受到壓縮后需進行低碳轉型,碳稅是利用政府干預手段引導參與者走向低碳化的有效政策工具。

將式(5)～(8)分別代入式(2)～(4),可得CTN情形下供應鏈各成員及系統總利潤分別為:

式中:

結合式(9)～(12),分別對關鍵參數進行靈敏度分析,可得命題3。

命題3表明,在CTN 情形下,碳稅價格上漲并非一定有損于供應鏈成員利益,當生產商的碳減排量高于與初始碳排量相關的某閾值時,較高的碳稅價格會激勵生產商進行碳減排并增加市場需求,進而提升TPL和零售商的利潤。從另一視角來看,企業間的運營和環境績效是關聯的,供應鏈成員間的互動在確定供應鏈總體碳排放水平和設立相應成本方面十分重要。這一觀點與Benjaafar 等[11]和Martí等[30]相似。相較于其他成員,生產商利潤關于碳稅價格的變化更為復雜。

2.1.2碳交易政策的情形(CQN 情形)CQN 情形下,政府給予生產商一定的碳排放配額Em,生產商在經營期末時會在碳交易市場就剩余或所需購買的碳排放權額度(Em-emQ)按照當期每單位碳排放量的價格P c進行交易,以增加自身利潤或填補實際碳排放額與碳配額之間的缺口。CQN 情形下的生產商利潤函數為

TPL和零售商的利潤函數分別同式(3)和式(4)。采用逆向歸納法求解此博弈問題,可得命題4。

命題4CQN 情形下,系統存在唯一的均衡解,滿足

聯立三方決策,可得CQN 情形下內點均衡下的產品市場需求為

式中,ρc=Pm-Cm-emP c。

命題4給出了CQN 情形下生鮮低碳供應鏈系統的內點博弈均衡結果。容易看出,CQN 情形下求得的產品銷售價格和物流水平最優均衡解與CTN情形相同,即在單獨考慮生產環節碳排放時,碳排放政策的變化對零售商和TPL的決策沒有影響,不會影響生鮮產品的零售價格和新鮮度。對上述參數進行靈敏度分析,容易得到命題5。

命題5表明,CQN 情形下的系統均衡結果隨關鍵參數的變化同CTN 情形,即不考慮TPL 碳排放時,碳排放政策變化不會改變產品價格彈性對系統均衡結果的影響。

將式(14)～(17)分別代入式(3)、(4)和式(13),可得CQN 情形下供應鏈各成員及系統總利潤分別為:

結合式(18)～(21),分別對關鍵參數進行靈敏度分析,可得命題6。

命題6表明,CQN 情形下的生鮮低碳供應鏈成員及系統的利潤關于碳交易價格的增減趨勢與CQN 情形結果類似,碳交易價格對供應鏈系統成員利潤的影響因產品的碳減排量而產生變動。

2.2 同時考慮產運環節碳排放的博弈模型

生鮮低碳供應鏈中,除生產商在生產時會產生大量碳排放,物流環節也會因存儲、運輸、冷藏等產生可觀的碳排放。因此,在實行低碳政策的大環境下,碳排放政策也會對TPL 的物流活動造成直接影響。本節同時考慮產運環節存在碳排放,探討碳稅(CTL)及碳交易(CQL)政策對供應鏈運作的影響。

兩類政策下生產商、TPL 和零售商的利潤函數如表1所示。

表1 同時考慮產運環節碳排放下供應鏈各成員的利潤函數Tab.1 Profit functions of supply chain members considering carbon emissions in the production and transportation

結合表1,利用逆向歸納法求解兩種情形下的均衡結果,可得命題7。

命題7CTL和CQL情形下,系統均存在唯一的內點均衡解,具體的均衡結果如表2所示。

表2 同時考慮產運環節碳排放下的內點均衡結果Tab.2 Results of interior equilibriums considering carbon emissions in the production and transportation

命題7給出了CTL和CQL情形下博弈的內點均衡結果?？梢钥闯?與CTN 和CQN 情形相似,供應鏈成員的內點均衡決策會依據碳稅價格、碳交易價格及產品價格彈性系數等關鍵參數的變化做出調整。

將表2所求的系統內點均衡解代入表1中的系統成員利潤函數,可得CQN 情形下各成員的利潤以及系統總利潤(見表3)。

表3 同時考慮產運環節碳排放下各成員及系統的利潤Tab.3 Profits of members and system considering carbon emissions in the production and transportation

基于兩類碳排放政策下的均衡結果,對系統關鍵參數進行靈敏度分析,可得命題8。

命題8CTL和CQL 情形下系統關鍵參數的靈敏度分析如表4所示。

表4 同時考慮產運環節碳排放下系統關鍵參數的靈敏度分析Tab.4 Sensitivity analysis of key system parameters considering carbon emissions in the production and transportation

命題8表明,生產商考慮TPL碳排放行為進行決策時,碳稅價格和碳交易價格對供應鏈成員及系統總體利潤的影響存在差異。不同于王勇等[29]的研究結果,本文在考慮TPL 碳排放行為時的CTL和CQL情形下,均發現存在一個與單獨考慮生產環節碳排放情形相同的關于碳減排量的閾值。當生產商自身碳排量低于該閾值時,碳稅/碳交易價格的提升會減少碳排放企業的減排動力;當高于該閾值時,兩種情形下碳減排量的變化不明確。這說明,同時考慮產運環節碳排放時,政府更應慎重設立較高強度的碳排放政策?？傮w而言,同時考慮產運環節碳排放時,系統成員決策及利潤隨關鍵參數變化的情況更為復雜。此外,由于物流活動外包給了TPL,無論哪一種情形下,碳排放政策總是會影響到TPL對物流服務水平的決策。碳排放成本的增加,在一定程度上抑制了TPL對物流服務成本的投入,進而導致其物流服務水平下降,這一點不同于張冬梅等[21]的研究。

3 模型比較與分析

首先,基于第3節給出的4種情形下的內點均衡結果進行橫向對比,探討在不同政策下生產商的碳減排策略對供應鏈系統成員決策的影響;然后,引入數值算例,分析產品價格彈性系數發生變化時,4種情形下供應鏈成員利潤的變化并進行橫向對比。;反之,則變化不定。③若;反之,則變化不定。TPL提高物流服務水平。

考慮到直接對4種情形下的生產商其他決策結果進行橫向對比存在困難,為便于運算且不失一般性,本文假設單位產品的物流服務成本、新鮮度和生產商碳減排成本均為冪函數

3.1 關鍵指標分析

結合式(5)～(8)、式(14)～(17)以及表3中的均衡解,比較4 種情形下內點均衡結果,可得命題9。

命題9表明,碳排放環節以及碳政策變化不會影響零售價格決策。由于零售環節不存在碳排放,零售價格決策僅受到產品價格彈性系數及其自身邊際成本的影響。兩者變化會影響TPL 和生產商的均衡決策。具體地:僅考慮生產碳排放時,TPL 的物流服務水平決策不受碳政策變化的影響,故產品新鮮度也不受影響;產運同時存在碳排放時,兩種碳政策下TPL的物流服務水平均低于僅生產存在碳排放的情形,說明運輸環節的碳排放由于產生了額外的成本,從而抑制了TPL提升物流服務水平的動力,故產運同時存在碳排放會降低產品到達終端市場的新鮮度。

命題10若P e＜P c,則τCTL＞τCQL;反之,若P e＞P c,則τCTL＜τCQL。

命題10表明,若運輸環節存在碳排放,兩類碳政策會對TPL的物流服務水平決策產生不同影響,這與單位產品的碳稅和碳交易價格相關,若碳稅價格低于(高于)碳交易價格,則碳稅下TPL的物流服務水平低于(高于)碳交易的情形。因此,無論政府實行哪種碳政策,較低的碳排放成本支出更有利于的特殊情形,其中,β為生產商的碳減排成本因子,在實際生活中可通過化肥使用、倉儲保鮮等環節進行測度。橫向對比4種情形下的碳減排量及市場需求,可得到命題11和12。

命題11表明,在單位物流服務成本、新鮮度和單位碳減排成本均為冪函數的特殊情形下,碳排放主體及碳排放政策變化均會影響生產商的碳減排決策。具體地:無論采取何種碳政策,單獨考慮生產碳排放時的碳減排量總是高于同時考慮產運碳排放的情形,這源于運輸環節碳排放增加了供應鏈碳排放成本,間接抑制了生產商碳減排的意愿;兩種碳政策下生產商的碳減排量變化更為復雜,即分別存在一個關于碳減排成本因子的閾值,當成本因子低于(高于)該閾值時,碳稅情形下的碳減排量相應低于(高于)碳交易情形?？梢?一方面,在碳政策的大環境下,供應鏈成員的碳排放行為會間接削弱減排企業的碳減排力度,當供應鏈存在多個碳排放企業時,政府應加大對減排企業的政策支持力度,同時合理引導非減排企業進行減排;另一方面,在減排技術較為成熟的經濟發達階段(碳減排成本因子較低),政府更傾向于實行碳交易政策,印證了楊仕輝等[15]的發達國家更傾向于建立碳交易市場這一觀點。

命題12表明,單獨考慮生產碳排放時的市場需求量總是高于同時考慮產運碳排放的情形,其原因在于運輸環節增加的碳排放抑制了生產商的碳減排意愿,降低了消費者的支付意愿。單獨考慮生產碳排放時,存在一個關于碳減排成本因子的閾值,當成本因子高于(低于)該閾值時,則碳稅(碳交易)下可獲得更多的市場需求。這是因為減排成本因子過高時,生產商在碳稅政策下會決策出更高的碳減排量以節約成本,但同時也造成了市場需求上漲。

3.2 供應鏈成員利潤分析

鑒于4種情形低碳供應鏈各成員及系統利潤較為復雜,以下通過數值算例進行分析。沿用3.1節設定的冪函數,不失一般性,令c=50,E c=2,θ=1,Eθ=0.5,則C(τ)=50τ2,θ(τ)=τ0.5,此時物流服務成本彈性和新鮮度彈性均為常數,E c(τ)=E c=2,Eθ(τ)=Eθ=0.5。假設系統其余參數取值為:A=1 000,b=0.5,β=10 000,Pm=10,Pl=5,Cm=2,Cr=2,P e=0.51,em=15,el=3,μ=1,Em=500,El=100。為確保K″(,在假設單位產品的物流服務成本、新鮮度和生產商碳減排成本均為冪函數情形下,令b的取值在區間[1.1,2]內變化,將生產商關于單位產品碳減排量的均衡決策求出并進行數值驗證,因此,有

并將上述參數分別代入2.1和2.2節的博弈模型,可得供應鏈各成員及系統整體利潤隨產品價格彈性的變化趨勢(見表5)。

表5 生鮮低碳供應鏈成員利潤隨產品價格彈性的變化Tab.5 Variation of fresh low-carbon supply chain members’profits with price elasticity ×104

表5表明:

(1) 無論何種碳排放政策,零售商的利潤均明顯高于生產商和TPL。這說明,低碳供應鏈中非減排企業均存在“搭便車”現象。這是因為企業在未投入任何碳排放及減排成本下,受益于減排企業減排導致的消費者支付意愿和市場需求的上升。

(2) 盡管考慮運輸碳排放會導致物流成本上漲,進而降低物流服務水平,但在特定條件下(如命題11所述),其會提升市場需求,這反而會增加供應鏈成員的利潤。

(3) 當產品價格彈性系數增加時,供應鏈所有成員的利潤均隨之先減后增,這是源于其盈利方式發生了變化。當該彈性系數較低時,產品零售價格較高且市場需求較低,所有成員受益于邊際利潤的提升;當該彈性系數較高時,產品零售價格較低且市場需求較高,故“物美價廉”的物品會獲得更多具有低碳偏好意識的消費者青睞,從而使得供應鏈成員均受益于獲得產品銷量的上漲。

4 結語

本文探究了碳排放環節及碳政策變化對由生產商、TPL和零售商構成的生鮮低碳供應鏈運營決策的影響。研究表明:

(1) 由于零售環節不存在碳排放,零售商的銷售價格決策不受碳政策及碳排放環節變化的影響。

(2) 單獨考慮生產碳排放時,TPL 的物流服務水平不受碳政策變化的影響。同時,考慮產運碳排放時,由于運輸環節的碳排放產生了額外的成本,從而抑制了TPL提升物流服務水平的動力。具體講,若碳稅價格低于(高于)碳交易價格,則碳稅下TPL的物流服務水平也相應低于(高于)碳交易的情形。若TPL的物流服務成本、生鮮農產品的新鮮度和生產商的碳減排成本均為冪函數的特殊情形,則:①供應鏈成員的碳排放行為會間接削弱減排企業的碳減排力度;②在減排技術較為成熟的經濟發達階段,政府實行碳交易政策會給整個市場帶來更為顯著的碳減排效果,反之則應實行碳稅政策;③非減排企業均存在“搭便車”現象,其受益于減排企業減排導致的消費者支付意愿和市場需求的上升,政府可采取相應政策措施,減少“搭便車”;④供應鏈成員的利潤并非一定受損于運輸環節的碳排放,特定情形下會因市場需求的上升而受益。

總之,碳政策是可以引導參與者走向“雙碳”目標的有效干預手段,為政府提供了具有成本效益的杠桿,合理地設置碳稅與碳交易價格可激勵減排企業提升減排意愿。

本文的研究結論為不同碳排放環節和碳政策下的生鮮低碳供應鏈運營決策提供了較好的理論依據。本文考慮了市場需求確定的情形,未來研究可進一步考慮隨機需求的情形。此外,本文僅考慮了生產商碳減排而未考慮TPL碳減排的情形,未來研究可擴展至企業間協同減排的情形,這也將得到更為豐富的結論。

附錄A

第3階段,生產商基于零售商和TPL的反應函數,決策最優的碳減排量Δem。結合式(4),分別求πm(Δem)關于Δem的一階和二階偏導數,可得:

命題2的證明

整理式(A5),可得

命題3～6和命題8的證明同命題1和2(略)。

命題7的證明以CTL情形為例,同命題1的證明過程,分三階段求解。

求二階偏導數,可得:

又因為

命題10的證明同命題9(略)。

命題11的證明

(3) 證明過程同命題2(略)。

命題12的證明同命題11(略)。