碳標(biāo)簽制度下三級(jí)供應(yīng)鏈定價(jià)與碳減排決策

張?jiān)曝S 尚錢龍 龔本剛 王 勇

(1.安徽工程大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院,安徽蕪湖 241000;2.重慶大學(xué)經(jīng)濟(jì)與工商管理學(xué)院,重慶 400030)

1 引言

在過(guò)去的幾十年里,全球經(jīng)濟(jì)發(fā)生了巨大的變化.同時(shí),不斷增加的溫室氣體排放對(duì)我們的社會(huì)和環(huán)境造成了災(zāi)難性的影響,對(duì)人類生存和健康造成了巨大威脅.由于二氧化碳是主要的溫室氣體,因此減少大氣中二氧化碳的排放量已經(jīng)成為緩解全球變暖趨勢(shì)的主要途徑.政府在減少碳排放方面發(fā)揮著重要作用,越來(lái)越多的國(guó)家和地區(qū)制定了長(zhǎng)期的減排目標(biāo).如加拿大致力于發(fā)展低碳、清潔經(jīng)濟(jì),并設(shè)定了到2030 年將碳排放量在2005 年的基礎(chǔ)上削減30%的目標(biāo)[1].作為世界上最大的溫室氣體排放國(guó),中國(guó)提出到2030 年左右實(shí)現(xiàn)停止碳排放增長(zhǎng)的目標(biāo),并將碳排放強(qiáng)度比2005 年降低60%至65%[2].美國(guó)承諾到2025 年將把國(guó)內(nèi)的碳排放水平控制在2005 年排放基數(shù)的72%～74%,并力爭(zhēng)達(dá)到72%的全經(jīng)濟(jì)范圍減排目標(biāo).

考慮到減少溫室氣體排放的迫切需要,許多國(guó)家已相繼頒布一系列的低碳減排政策.其中,碳標(biāo)簽制度(Carbon Labelling System)被認(rèn)為是融合政府法規(guī)和市場(chǎng)約束力以有效減少溫室氣體排放的環(huán)境政策[3,4].碳標(biāo)簽是指把產(chǎn)品在生命周期(即從原料、制造、儲(chǔ)運(yùn)、廢棄到回收的全過(guò)程)中的溫室氣體排放(即碳足跡)用可量化的指數(shù)標(biāo)示出來(lái),以產(chǎn)品標(biāo)簽的形式告知消費(fèi)者有關(guān)產(chǎn)品碳排放量的信息[4?6].利用在商品上加注碳標(biāo)簽的方式,既可以促使碳排放來(lái)源透明化、促進(jìn)企業(yè)采取相關(guān)措施減少對(duì)環(huán)境的不良影響,又可以引導(dǎo)消費(fèi)者選擇低碳商品,從而達(dá)到減少溫室氣體的排放、緩解氣候變化的目的[6,7].如今,全球已有多個(gè)國(guó)家和地區(qū)通過(guò)行政立法在企業(yè)推行碳標(biāo)簽制度.例如英國(guó)2007 年推出全球第一批加貼碳標(biāo)簽產(chǎn)品.日本自2011 年4 月在農(nóng)產(chǎn)品中實(shí)施碳標(biāo)簽制度,要求商店上架農(nóng)產(chǎn)品須貼有碳標(biāo)簽以向消費(fèi)者提供產(chǎn)品碳排放信息.美國(guó)、瑞典、加拿大和韓國(guó)等國(guó)家近年來(lái)都相繼推出類似的碳標(biāo)簽計(jì)劃,以此普及“低碳”觀念,引導(dǎo)消費(fèi)者更青睞低碳產(chǎn)品.家樂福、IBM 和宜家等著名企業(yè)將“低碳”列為供應(yīng)鏈發(fā)展目標(biāo)之一,均要求其所屬供應(yīng)商提供碳標(biāo)簽.

鑒于碳標(biāo)簽制度對(duì)消費(fèi)行為和生產(chǎn)行為產(chǎn)生的雙重影響,該話題已引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者濃厚的研究興趣.在對(duì)消費(fèi)者的消費(fèi)行為產(chǎn)生的影響方面,Shane 等[8]指出消費(fèi)者對(duì)碳標(biāo)簽的接受程度主要受對(duì)碳標(biāo)簽的認(rèn)知和碳標(biāo)簽自身公信力兩方面影響.Tan[9]研究表明約2/3 消費(fèi)者有購(gòu)買低碳產(chǎn)品意愿,接近50%的消費(fèi)者愿意轉(zhuǎn)向購(gòu)買低碳產(chǎn)品.帥傳敏等[6]分析了不同類型消費(fèi)者對(duì)貼有碳標(biāo)簽的低碳產(chǎn)品支付意愿的差異,結(jié)果顯示支付意愿受消費(fèi)者類型、學(xué)歷層次、月收入水平等因素影響明顯.Upham 等[10]研究發(fā)現(xiàn),英國(guó)公眾每周購(gòu)買40 件低碳產(chǎn)品可降低10%碳排放量.Plambeck[11]指出企業(yè)披露產(chǎn)品碳排放量等相關(guān)環(huán)境信息能增加消費(fèi)者對(duì)企業(yè)的信任度,從而提高產(chǎn)品市場(chǎng)份額.張露等[11]運(yùn)用結(jié)構(gòu)方程模型和中介效應(yīng)分析方法,對(duì)低碳農(nóng)產(chǎn)品消費(fèi)行為的影響機(jī)制進(jìn)行實(shí)證分析發(fā)現(xiàn),消費(fèi)者認(rèn)知通過(guò)消費(fèi)者偏好的中介作用影響消費(fèi)者行為.上述文獻(xiàn)研究表明,碳標(biāo)簽制度對(duì)顧客的消費(fèi)活動(dòng)有較為明顯的影響.

關(guān)于碳標(biāo)簽制度對(duì)制造者生產(chǎn)行為的影響方面,陳弘等[13]結(jié)合消費(fèi)者對(duì)標(biāo)示碳標(biāo)簽產(chǎn)品的異質(zhì)性消費(fèi)偏好,分析供應(yīng)商和零售商分別主導(dǎo)供應(yīng)鏈時(shí)的最優(yōu)決策,得到不同參與主體主導(dǎo)供應(yīng)鏈時(shí)產(chǎn)品定價(jià)相同而批發(fā)價(jià)存在差異的研究結(jié)論.Vanclay 等[14]記錄了37 種標(biāo)示碳排放商品三個(gè)月的銷售數(shù)據(jù),統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明碳標(biāo)簽具有激勵(lì)降低碳排放的潛力.程永宏等[3]的研究表明,碳標(biāo)簽制度下產(chǎn)品的定價(jià)和碳排放與消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平、初始碳排放量及供應(yīng)鏈決策方式有關(guān).張庭溢等[15]認(rèn)為單純的碳標(biāo)簽政策雖然對(duì)于有效降低單位產(chǎn)品的碳排放有顯著作用,但是對(duì)于碳排放總量的影響卻存在不確定性,應(yīng)把碳標(biāo)簽政策與碳排放總量控制相結(jié)合,才能實(shí)現(xiàn)單位產(chǎn)品碳排放和碳排放總量的下降.Cheng 等[16]指出,碳標(biāo)簽方案可以顯著降低整個(gè)供應(yīng)鏈的碳排放,并對(duì)制造商和零售商的利潤(rùn)產(chǎn)生初步的負(fù)面影響,但從中長(zhǎng)期來(lái)看,制造商和零售商仍然可以通過(guò)持續(xù)投資低碳技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)盈利.申成然等[17]考慮消費(fèi)者存在低碳偏好,探討了碳標(biāo)簽制度下供應(yīng)商參與碳減排的供應(yīng)鏈決策問題,結(jié)果表明供應(yīng)商參與碳減排能促進(jìn)供應(yīng)鏈整體經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益提升.綜上所述可知,碳標(biāo)簽制度直接影響制造商的生產(chǎn)決策行為,對(duì)減少生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放起到積極作用,并通過(guò)批發(fā)價(jià)格最終影響零售商對(duì)產(chǎn)品的定價(jià).

企業(yè)所處的供應(yīng)鏈產(chǎn)生的碳排放遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)企業(yè)自身生產(chǎn)過(guò)程釋放的二氧化碳,其中一個(gè)很重要的原因在于運(yùn)輸過(guò)程排碳.根據(jù)《斯特恩報(bào)告》,物流運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化碳占到碳排放總量的18.9%[18].運(yùn)輸過(guò)程排碳已成為整個(gè)供應(yīng)鏈上碳排放的重要部分.縱觀現(xiàn)有供應(yīng)鏈產(chǎn)品定價(jià)與碳減排研究文獻(xiàn),以討論生產(chǎn)過(guò)程碳排放者居多,而較少同時(shí)涉及生產(chǎn)與運(yùn)輸過(guò)程碳排放的分析.本文構(gòu)建一條由單個(gè)制造商、單個(gè)運(yùn)輸商及單個(gè)零售商組成的三級(jí)供應(yīng)鏈,研究生產(chǎn)與運(yùn)輸過(guò)程都產(chǎn)生碳排放的供應(yīng)鏈產(chǎn)品定價(jià)與碳減排決策問題,分析供應(yīng)鏈各參與企業(yè)在無(wú)合作、單領(lǐng)域合作及雙領(lǐng)域合作三種決策模式下的產(chǎn)品最優(yōu)定價(jià)與最佳碳減排量,探討消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平和供應(yīng)鏈初始碳排放量對(duì)供應(yīng)鏈關(guān)鍵參數(shù)的作用機(jī)理,為企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)及政府部門制定碳減排政策提供決策借鑒.

2 三級(jí)供應(yīng)鏈定價(jià)與碳減排決策模型

2.1 模型假設(shè)與符號(hào)說(shuō)明

本文將在以下基本假設(shè)基礎(chǔ)上建立定價(jià)與碳減排決策模型:

假設(shè)1三級(jí)供應(yīng)鏈由單個(gè)制造商、單個(gè)零售商及單個(gè)運(yùn)輸商組成.制造商采用按訂單制造(Make-toorder,MTO)生產(chǎn)模式,接到零售商訂單以后開始生產(chǎn),制造完成后再由運(yùn)輸商負(fù)責(zé)把產(chǎn)品運(yùn)抵零售商指定倉(cāng)庫(kù).

假設(shè)2制造商生產(chǎn)單位產(chǎn)品的邊際成本為c,零售商以批發(fā)價(jià)ω從制造商處訂貨,并以單價(jià)p將產(chǎn)品銷售給消費(fèi)者,同時(shí)需為單位產(chǎn)品向運(yùn)輸商支付t元的運(yùn)輸費(fèi)用;運(yùn)輸商運(yùn)輸單位產(chǎn)品的邊際成本為v元.

假設(shè)3制造商的生產(chǎn)過(guò)程和運(yùn)輸商的運(yùn)輸過(guò)程都會(huì)產(chǎn)生碳排放,單位產(chǎn)品的初始碳排放量分別為em0和et0.實(shí)施碳標(biāo)簽制度后,消費(fèi)者能從碳標(biāo)簽上了解產(chǎn)品的碳排放信息.基于對(duì)低碳產(chǎn)品的偏好,消費(fèi)者會(huì)由于產(chǎn)品生產(chǎn)及運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生較多的碳排放而減少對(duì)產(chǎn)品的需求.

假設(shè)4制造商和運(yùn)輸商基于市場(chǎng)需求及社會(huì)責(zé)任等方面的原因考慮,投資碳減排技術(shù)來(lái)降低生產(chǎn)和運(yùn)輸過(guò)程中的碳排放,且投資碳減排技術(shù)后的碳排放量分別下降為em和et.參考已有文獻(xiàn),如Yi 等[19]、Wang 等[20]和陳曉紅等[21],將投資碳減排技術(shù)的成本記為減排量的凹函數(shù)k1(em0?em)2和k2(et0?et)2,其中k1,k2>0,分別為制造商和運(yùn)輸商的碳減排能力系數(shù).

假設(shè)5消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的需求是銷售價(jià)格p和供應(yīng)鏈碳排放量em+et的函數(shù),記為q=a?bp?η(em+et),表示需求隨銷售價(jià)格和供應(yīng)鏈碳排放量的增加而遞減.這一假設(shè)與文獻(xiàn)[16,22]中的假設(shè)類似.a表示產(chǎn)品潛在的市場(chǎng)需求;b>0,表示消費(fèi)者需求對(duì)價(jià)格的敏感系數(shù);η >0,表示消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品碳排放量的敏感系數(shù),即消費(fèi)者的環(huán)境意識(shí)水平.

假設(shè)6為了保證產(chǎn)品的市場(chǎng)需求大于零,且供應(yīng)鏈系統(tǒng)及其成員企業(yè)能實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)最大化目標(biāo),借鑒Cheng 等[16]和程永宏等[3]的處理方式,假定約束0

本文構(gòu)建定價(jià)與碳減排決策模型過(guò)程中主要使用的參數(shù)和變量見表1.

表1 模型中符號(hào)含義說(shuō)明Table 1 Symbol meaning in the model

續(xù)表1Table 1 Continues

2.2 模型描述

碳標(biāo)簽制度下三級(jí)供應(yīng)鏈的運(yùn)作流程如圖1 所示,整個(gè)運(yùn)作流程由制造商模塊、運(yùn)輸商模塊及零售商模塊三部分構(gòu)成:1)制造商采用MTO 生產(chǎn)模式,以邊際成本c生產(chǎn)零售商訂貨批量q,并按批發(fā)價(jià)格ω交貨給零售商;制造商采用碳減排技術(shù)前后,生產(chǎn)單位產(chǎn)品的碳排放量分別為em0和em,投資碳減排技術(shù)的成本為k1(em0?em)2.2)運(yùn)輸商負(fù)責(zé)將制造商交付產(chǎn)品運(yùn)送至零售商指定倉(cāng)庫(kù),單位產(chǎn)品產(chǎn)生運(yùn)輸成本v,并向零售商收取運(yùn)輸費(fèi)用t;運(yùn)輸商采用碳減排技術(shù)前后,運(yùn)輸單位產(chǎn)品的碳排放量分別為et0和et,投資碳減排技術(shù)的成本為k2(et0?et)2.3)零售商將訂購(gòu)產(chǎn)品q以價(jià)格p銷售給消費(fèi)者,市場(chǎng)出清;零售商為單位產(chǎn)品支付的成本為批發(fā)價(jià)格ω和運(yùn)輸費(fèi)用t.

根據(jù)以上描述可知,制造商的利潤(rùn)函數(shù)為

運(yùn)輸商利潤(rùn)函數(shù)為

零售商利潤(rùn)函數(shù)為

供應(yīng)鏈成員企業(yè)在定價(jià)和碳減排兩個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行決策.制造商、運(yùn)輸商和零售商彼此之間可能在兩個(gè)領(lǐng)域都開展合作,也可能在某一個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行聯(lián)合決策,甚至基于各自利益最大化而采取獨(dú)立決策.本文根據(jù)三個(gè)成員企業(yè)決策時(shí)的合作領(lǐng)域和合作程度,討論無(wú)合作決策(non-cooperative decision,NCD)、單領(lǐng)域合作決策(single-domain-cooperative decision,SDCD)和雙領(lǐng)域合作決策(dual-domain-cooperative decision,DDCD)三種情形.無(wú)合作決策(NCD)是指制造商、運(yùn)輸商和零售商在定價(jià)和碳減排兩個(gè)領(lǐng)域沒有任何合作.單領(lǐng)域合作決策(SDCD)是指制造商、運(yùn)輸商和零售商在定價(jià)領(lǐng)域無(wú)合作,但制造商和運(yùn)輸商在碳減排領(lǐng)域合作決策.雙領(lǐng)域合作決策(DDCD)是指制造商、運(yùn)輸商和零售商在定價(jià)領(lǐng)域以及制造商和運(yùn)輸商在碳減排領(lǐng)域均開展合作.

2.3 無(wú)合作決策(NCD)

在無(wú)合作決策模式中,供應(yīng)鏈各成員企業(yè)在定價(jià)領(lǐng)域開展以制造商為領(lǐng)導(dǎo)者、運(yùn)輸商和零售商為追隨者的Stackberg 博弈,在碳減排領(lǐng)域制造商和運(yùn)輸商獨(dú)立決策,以各自利潤(rùn)最大化為原則決策最佳碳減排量.決策過(guò)程分為兩個(gè)階段,第一階段為定價(jià)領(lǐng)域決策,其基本模型為

第二階段為碳減排領(lǐng)域決策,其基本模型為

第一階段決策:將碳排放量em和et視為常量,制造商以決策變量ω,運(yùn)輸商以決策變量t,零售商以決策變量p共同參與Stackberg 博弈.首先,制造商給出批發(fā)價(jià)格ω;其次,運(yùn)輸商根據(jù)制造商的批發(fā)價(jià)格ω確定其運(yùn)輸價(jià)格t;然后,零售商通過(guò)觀察到的批發(fā)價(jià)格ω和運(yùn)輸價(jià)格t決定銷售價(jià)格p.采用逆向求解法來(lái)解上述Stackberg 博弈,分別解得

詳細(xì)過(guò)程見附錄A.

第二階段決策:在產(chǎn)品銷售價(jià)格、運(yùn)輸價(jià)格t和批發(fā)價(jià)格ω確定以后,制造商、運(yùn)輸商分別依據(jù)利潤(rùn)最大化原則,決定各自的最優(yōu)碳排放量.將式(6)～式(8)代入碳減排領(lǐng)域決策模型,化簡(jiǎn)后得

易知供應(yīng)鏈系統(tǒng)的最佳碳減排量為

將式(10)代入式(6)～式(8)及需求函數(shù),得

同時(shí),可知制造商、運(yùn)輸商、零售商及供應(yīng)鏈系統(tǒng)的利潤(rùn)分別為

無(wú)合作決策時(shí)的產(chǎn)品定價(jià)與碳減排有下列結(jié)論.

命題1無(wú)合作決策時(shí),給定產(chǎn)品初始碳排放量em0+et0和消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平η,則制造商、運(yùn)輸商和零售商的最優(yōu)定價(jià)策略組合為(ωN,tN,pN),制造商和運(yùn)輸商的最優(yōu)碳排放量分別為,供應(yīng)鏈系統(tǒng)的最佳碳減排量為.產(chǎn)品市場(chǎng)需求為qN,制造商、運(yùn)輸商和零售商的利潤(rùn)組合為,供應(yīng)鏈系統(tǒng)的利潤(rùn)為.

推論1無(wú)合作決策時(shí):

推論1 表明,在無(wú)合作決策中,當(dāng)供應(yīng)鏈系統(tǒng)的初始碳排放量較小時(shí),消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平的提升可促使制造商和運(yùn)輸商努力減少碳排放.當(dāng)供應(yīng)鏈系統(tǒng)的初始碳排放量較大時(shí),消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平存在一個(gè)臨界值,若消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平處于該臨界值之下,則制造商和運(yùn)輸商會(huì)隨著消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平的提升而減少產(chǎn)品碳排放;若消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平大于該臨界值,消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平的提升反而會(huì)降低制造商和運(yùn)輸商投資碳減排的動(dòng)力,碳排放量上升.原因在于,較高的消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平表示消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品碳排放非常敏感,如此會(huì)引起產(chǎn)品需求量的較大程度下降,為了彌補(bǔ)下降的需求量,制造商和運(yùn)輸商必須減少更多的碳排放;由于投資碳減排的邊際成本遞增,減少更多的碳排放會(huì)導(dǎo)致投入成本大于彌補(bǔ)需求量下降帶來(lái)的收益,因此制造商和運(yùn)輸商不愿意投入更多資金來(lái)實(shí)施產(chǎn)品碳減排.

推論2無(wú)合作決策時(shí):

推論2 表明,在無(wú)合作決策中,當(dāng)供應(yīng)鏈系統(tǒng)的初始碳排放量較大時(shí),消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平的提升可促使零售商降低產(chǎn)品銷售價(jià)格.當(dāng)供應(yīng)鏈系統(tǒng)的初始碳排放量較小時(shí),消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平存在一個(gè)臨界值,若消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平處于該臨界值之下,則零售商會(huì)隨著消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平的提升而降低產(chǎn)品銷售價(jià)格;若消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平突破該臨界值,消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平的提升反而會(huì)促使零售商提高產(chǎn)品銷售價(jià)格.原因在于,零售商提高銷售價(jià)格雖然會(huì)導(dǎo)致市場(chǎng)需求下降,但提價(jià)行為帶來(lái)的收益增加不僅能夠彌補(bǔ)需求下降引起的收益減少,還能補(bǔ)償部分因消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平提升引起需求下降而導(dǎo)致的收益減少.

2.4 單領(lǐng)域合作決策(SDCD)

在單領(lǐng)域合作決策模式中,供應(yīng)鏈各成員企業(yè)在定價(jià)領(lǐng)域開展以制造商為領(lǐng)導(dǎo)者、運(yùn)輸商和零售商為追隨者的Stackberg 博弈;在減排領(lǐng)域,制造商和運(yùn)輸商以雙方利潤(rùn)最大化為目標(biāo)進(jìn)行合作決策,決定供應(yīng)鏈系統(tǒng)最佳碳減排量.決策過(guò)程分為兩個(gè)階段,第一階段的定價(jià)決策過(guò)程與無(wú)合作決策時(shí)第一階段決策過(guò)程相同,這里不再贅述.第二階段為碳減排領(lǐng)域決策,基本模型為

將式(6)～式(8)代入式(20)并化簡(jiǎn),得到

式(21)的海塞矩陣為

易知供應(yīng)鏈系統(tǒng)的最佳碳減排量為

將式(23)代入式(6)～式(8)及需求函數(shù),得到

同時(shí)可知制造商、運(yùn)輸商、零售商及供應(yīng)鏈系統(tǒng)的利潤(rùn)分別為

單領(lǐng)域合作決策時(shí)的產(chǎn)品定價(jià)與碳減排有下列結(jié)論.

命題2單領(lǐng)域合作決策時(shí),給定產(chǎn)品的初始碳排放量em0+et0和消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平η,則制造商、運(yùn)輸商和零售商的最優(yōu)定價(jià)策略組合為(ωS,tS,pS),制造商和運(yùn)輸商的最優(yōu)碳排放量分別為eSm和,供應(yīng)鏈系統(tǒng)的最佳碳減排量為.產(chǎn)品市場(chǎng)需求為qS,制造商、運(yùn)輸商和零售商的利潤(rùn)組合為,供應(yīng)鏈系統(tǒng)的利潤(rùn)為.

推論3單領(lǐng)域合作決策時(shí):

推論3 表明,在單領(lǐng)域合作決策中,如果生產(chǎn)和運(yùn)輸過(guò)程的初始碳排放量較少,則制造商和運(yùn)輸商會(huì)隨著消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平的提升而付出更多的努力去減排.如果生產(chǎn)和運(yùn)輸環(huán)節(jié)的初始碳排放量較多,隨著消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平的提升,生產(chǎn)商和運(yùn)輸商愿意削減更多的產(chǎn)品碳排放量,但當(dāng)消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平繼續(xù)上升并超過(guò)某臨界值后,供應(yīng)鏈系統(tǒng)的碳減排量又開始下降.摒棄基于社會(huì)責(zé)任方面的考慮,僅從經(jīng)濟(jì)利益角度來(lái)看,制造商和運(yùn)輸商投資碳減排技術(shù)的原因在于高碳排放會(huì)對(duì)產(chǎn)品的市場(chǎng)需求產(chǎn)生負(fù)相關(guān)影響,從而導(dǎo)致各自利潤(rùn)受損.碳減排成本的特點(diǎn)是隨著減排量的上升,減排的邊際成本不斷增大.較高的消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平會(huì)對(duì)產(chǎn)品需求產(chǎn)生較大影響,需要通過(guò)降低更多的碳排放來(lái)補(bǔ)償需求減少造成的利潤(rùn)損失,如此導(dǎo)致碳減排成本加速增加.當(dāng)碳減排成本增加的速度超過(guò)需求增加帶來(lái)收益增加的速度時(shí),生產(chǎn)商和運(yùn)輸商就沒有動(dòng)力再減排.

推論4單領(lǐng)域合作決策時(shí):

推論4 表明,在單領(lǐng)域合作決策中,如果生產(chǎn)和運(yùn)輸過(guò)程的初始碳排放量較多,則消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平的提升會(huì)促使零售商降低產(chǎn)品銷售價(jià)格.如果生產(chǎn)和運(yùn)輸環(huán)節(jié)的初始碳排放量較少,則零售商通過(guò)降低銷售價(jià)格應(yīng)對(duì)消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平的提升,但當(dāng)消費(fèi)者的環(huán)境意識(shí)水平上升至某臨界值后,零售商會(huì)采取提高產(chǎn)品銷售價(jià)格來(lái)回應(yīng)消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平的提升.原因在于,零售商提高銷售價(jià)格雖然會(huì)導(dǎo)致市場(chǎng)需求下降,但提價(jià)行為帶來(lái)的收益增加不僅能夠彌補(bǔ)需求下降引起的收益減少,還能補(bǔ)償部分因消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平上升引起需求下降而導(dǎo)致的收益減少.

2.5 雙領(lǐng)域合作決策(DDCD)

在雙領(lǐng)域合作決策模式中,制造商、運(yùn)輸商和零售商以供應(yīng)鏈系統(tǒng)利潤(rùn)最大化為目標(biāo)進(jìn)行定價(jià)和碳減排聯(lián)合決策.決策過(guò)程同樣包含兩個(gè)階段,首先三方根據(jù)供應(yīng)系統(tǒng)鏈利潤(rùn)最大化目標(biāo)決策產(chǎn)品的最優(yōu)銷售價(jià)格,其次制造商和運(yùn)輸商合作確定最佳碳減排量.最優(yōu)銷售價(jià)格決策模型為

將式(34)代入式(33),得到最佳碳減排量決策模型

式(35)的海塞矩陣為

易知供應(yīng)鏈系統(tǒng)的最佳碳減排量為

將式(37)代入式(34)～(35)及需求函數(shù),得

雙領(lǐng)域合作決策時(shí)的產(chǎn)品定價(jià)與碳減排有下列結(jié)論.

命題3雙領(lǐng)域合作決策時(shí),如果給定產(chǎn)品的初始碳排放量em0+et0和消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平η,則供應(yīng)鏈系統(tǒng)的最優(yōu)定價(jià)為pD,制造商和運(yùn)輸商的最優(yōu)碳排放量分別為,供應(yīng)鏈系統(tǒng)的最佳碳減排量為.產(chǎn)品市場(chǎng)需求為qD,供應(yīng)鏈系統(tǒng)的利潤(rùn)為.

推論5雙領(lǐng)域合作決策時(shí):

推論5 表明,在雙領(lǐng)域合作決策中,若供應(yīng)鏈系統(tǒng)的初始碳排放量較小,制造商和運(yùn)輸商的產(chǎn)品碳減排量隨消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平的提升而增加.若供應(yīng)鏈系統(tǒng)的初始碳排放量較大,在消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平小于某臨界值前,供應(yīng)鏈系統(tǒng)的碳減排量與消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平呈同方向變動(dòng),而當(dāng)消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平大于該臨界值后,供應(yīng)鏈系統(tǒng)的碳減排量與消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平呈反方向變動(dòng).產(chǎn)生這種現(xiàn)象的具體原因在推論1和推論3中已詳細(xì)分析,這里不再贅述.

推論6雙領(lǐng)域合作決策時(shí):

推論6 表明,在雙領(lǐng)域合作決策中,若供應(yīng)鏈系統(tǒng)的初始碳排放量較大,零售商的產(chǎn)品銷售價(jià)格隨著消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平的提升而上漲.若供應(yīng)鏈系統(tǒng)的初始碳排放量較小,在消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平小于某臨界值前,零售商的產(chǎn)品銷售價(jià)格與消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平呈同方向變動(dòng),而當(dāng)消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平大于該臨界值后,零售商的產(chǎn)品銷售價(jià)格與消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平呈反方向變動(dòng).產(chǎn)生該現(xiàn)象的具體原因在推論2 和推論4 中已詳細(xì)分析,這里不再贅述.

2.6 比較分析

命題4在碳標(biāo)簽制度下,給定供應(yīng)鏈系統(tǒng)的初始碳排放量em0+et0,則無(wú)合作決策、單領(lǐng)域合作決策及雙領(lǐng)域合作決策中的最佳碳減排量、最優(yōu)銷售價(jià)格、市場(chǎng)需求與供應(yīng)鏈系統(tǒng)利潤(rùn)分別滿足:

證明見附錄B.

命題4 表明,在碳標(biāo)簽制度下,通過(guò)比較無(wú)合作決策、單領(lǐng)域合作決策及雙領(lǐng)域合作決策發(fā)現(xiàn),雙領(lǐng)域合作決策在最佳碳減排量、供應(yīng)鏈系統(tǒng)利潤(rùn),市場(chǎng)需求等方面都要優(yōu)于無(wú)合作決策與單領(lǐng)域合作,且當(dāng)消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平小于特定閾值時(shí),雙領(lǐng)域決策的產(chǎn)品定價(jià)也是三種決策模式中最低的.因此,可以認(rèn)為雙領(lǐng)域合作決策優(yōu)于無(wú)合作決策和單領(lǐng)域合作決策.

3 協(xié)調(diào)契約設(shè)計(jì)

根據(jù)命題4所給結(jié)論可知,若供應(yīng)鏈中的成員企業(yè)選擇無(wú)合作決策或單領(lǐng)域合作決策,則“雙重邊際效應(yīng)”不可避免,導(dǎo)致供應(yīng)鏈系統(tǒng)利潤(rùn)、最佳碳減排量等關(guān)鍵參數(shù)狀態(tài)變差,因此需要設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)契約引導(dǎo)供應(yīng)鏈成員企業(yè)進(jìn)行雙領(lǐng)域合作決策.為了能讓供應(yīng)鏈成員企業(yè)自愿參與協(xié)調(diào),需確保每位成員企業(yè)在參與協(xié)調(diào)后獲得的利潤(rùn)比在無(wú)合作決策、單領(lǐng)域合作決策中更多,否則合作協(xié)調(diào)無(wú)法維系.同時(shí),供應(yīng)鏈各個(gè)成員企業(yè)所具有的影響力也存在差異,因此,協(xié)調(diào)后的利潤(rùn)增量要根據(jù)不同成員企業(yè)在供應(yīng)鏈中的話語(yǔ)權(quán)進(jìn)行分配.基于上述考慮,本文采用Nash 討價(jià)還價(jià)理論來(lái)制定利潤(rùn)增量分配規(guī)則,運(yùn)用三方在博弈中的討價(jià)還價(jià)能力和相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避程度描述各個(gè)成員企業(yè)在供應(yīng)鏈中地位,借助常相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避型效用函數(shù)刻畫各個(gè)成員企業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避程度[23].

令制造商、運(yùn)輸商及零售商的效用函數(shù)分別為

其中?1,?2,?3依次為制造商、運(yùn)輸商及零售商的相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避系數(shù),?1,?2,?3>0 且?=1.?ΠM,?ΠT,?ΠR分別為制造商、運(yùn)輸商及零售商參與協(xié)調(diào)后分配的利潤(rùn)增量.

設(shè)定制造商、運(yùn)輸商及零售商在供應(yīng)鏈中的討價(jià)還價(jià)能力權(quán)重依次為σ1,σ2,σ3,滿足σ1+σ2+σ3=1.根據(jù)Nash 討價(jià)還價(jià)理論制定利潤(rùn)增量分配規(guī)則為

協(xié)調(diào)后利潤(rùn)增量效用最大化的均衡條件為

為了便于模型的求解,在此假設(shè)制造商、運(yùn)輸商及零售商具有相同的風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避系數(shù)?,比如三方都屬于風(fēng)險(xiǎn)中立者,即?1=?2=?3=?=0.5.對(duì)均衡條件化簡(jiǎn)后得

以約束條件式(43)～式(46)為例,解得

在協(xié)調(diào)契約的調(diào)節(jié)下,制造商、運(yùn)輸商及零售商間開展雙領(lǐng)域合作決策,并獲得雙領(lǐng)域合作決策下較高的利潤(rùn)水平,三方的利潤(rùn)表達(dá)式分別為

4 數(shù)值算例

在三級(jí)供應(yīng)鏈中,不妨取a=100,b=1,c=20,v=10,k1=15,k2=15.根據(jù)假設(shè)6 可知,消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平,故有η <5.477.為方便作圖分析,此處取η ∈[0,6].根據(jù)命題1、命題2 及命題3 可知,供應(yīng)鏈系統(tǒng)不同的初始碳排放量對(duì)供應(yīng)鏈定價(jià)與碳減排的影響方式不一樣,結(jié)合三種決策模式下供應(yīng)鏈系統(tǒng)初始碳排放量的閾值,本文選擇較小(em0+et0=5)、較大(em0+et0=8)及很大(em0+et0=13)三種初始碳排放量狀態(tài)進(jìn)行分析.

4.1 消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平對(duì)最佳碳減排量的敏感性分析

消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平對(duì)最佳碳減排量的影響如圖2 所示.由圖2 可知,當(dāng)供應(yīng)鏈系統(tǒng)的初始碳排放量較小時(shí),隨著消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平的提升,三種決策的最佳碳減排量都在不斷增加;當(dāng)供應(yīng)鏈系統(tǒng)的初始碳排放量較大時(shí),隨著消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平的提升,單領(lǐng)域合作決策與雙領(lǐng)域合作決策的最佳碳減排量逐漸增加,但無(wú)合作決策的最佳碳減排量呈先增加后下降趨勢(shì);當(dāng)供應(yīng)鏈系統(tǒng)的初始碳排放量很大時(shí),隨著消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平的提升,三種決策模式的最佳碳減排量都先逐漸增加后處于下降狀態(tài).從圖2 中還可以看出,無(wú)論供應(yīng)鏈系統(tǒng)的初始碳排放量大小如何,雙領(lǐng)域合作決策的最佳碳減排量對(duì)消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平提升的反應(yīng)都較無(wú)合作決策與單領(lǐng)域合作更為敏感.另外,隨著供應(yīng)鏈系統(tǒng)的初始碳排放量的增加,單領(lǐng)域合作決策與無(wú)合作決策的最佳碳減排量差值隨消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平的提升而逐漸縮小.

4.2 消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平對(duì)最優(yōu)銷售價(jià)格的敏感性分析

消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平對(duì)最優(yōu)銷售價(jià)格的影響如圖3 所示.由圖3 可知,當(dāng)供應(yīng)鏈系統(tǒng)的初始碳排放量較小時(shí),隨著消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平的提升,無(wú)合作決策下的最優(yōu)銷售價(jià)格逐漸下降,單領(lǐng)域合作決策和雙領(lǐng)域合作決策下的最優(yōu)銷售價(jià)格先下降后上升;當(dāng)供應(yīng)鏈系統(tǒng)的初始碳排放量較大時(shí),隨著消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平的提升,無(wú)合作決策和單領(lǐng)域合作決策下的最優(yōu)銷售價(jià)格逐漸下降,雙領(lǐng)域合作決策下的最優(yōu)銷售價(jià)格先下降后上升;當(dāng)供應(yīng)鏈系統(tǒng)的初始碳排放量很大時(shí),隨著消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平的提升,三種決策的最優(yōu)銷售價(jià)格都呈下降趨勢(shì).從圖3 還可以看出,當(dāng)消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)處于較低水平時(shí),雙領(lǐng)域合作決策下的最優(yōu)銷售價(jià)格低于無(wú)合作決策和單領(lǐng)域合作決策,而當(dāng)消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平提升到較高水平時(shí),雙領(lǐng)域合作決策的最優(yōu)銷售價(jià)格要高于其它兩種決策模式.另外,單領(lǐng)域合作決策下的最優(yōu)銷售價(jià)格高于無(wú)合作決策的最優(yōu)銷售價(jià)格,且隨著供應(yīng)鏈系統(tǒng)的初始碳排放量的增加,兩種決策的最優(yōu)銷售價(jià)格差值隨消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平的提升在逐漸縮小.

4.3 消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平對(duì)市場(chǎng)需求的敏感性分析

消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平對(duì)市場(chǎng)需求的影響如圖4 所示.由圖4 可知,當(dāng)供應(yīng)鏈系統(tǒng)的初始碳排放量較小和較大時(shí),隨著消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平的提升,無(wú)合作決策的市場(chǎng)需求逐漸下降,單領(lǐng)域合作決策和雙領(lǐng)域合作決策的市場(chǎng)需求先下降后上升;當(dāng)供應(yīng)鏈系統(tǒng)的初始碳排放量很大時(shí),隨著消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平的提升,三種決策的市場(chǎng)需求都呈下降趨勢(shì).從圖4 還可以看出,無(wú)論供應(yīng)鏈系統(tǒng)的初始碳排放量如何,雙領(lǐng)域合作決策的市場(chǎng)需求都明顯高于其它兩種決策模式,且當(dāng)消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平處于較低水平時(shí),單領(lǐng)域合作決策與無(wú)合作決策對(duì)市場(chǎng)需求的影響差別較小.

4.4 消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平對(duì)供應(yīng)鏈系統(tǒng)利潤(rùn)的敏感性分析

消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平對(duì)供應(yīng)鏈系統(tǒng)利潤(rùn)的影響如圖5 所示.由圖5 可知,當(dāng)供應(yīng)鏈系統(tǒng)的初始碳排放量較小時(shí),隨著消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平的提升,無(wú)合作決策的供應(yīng)鏈系統(tǒng)利潤(rùn)逐漸下降,單領(lǐng)域合作決策和雙領(lǐng)域合作決策的供應(yīng)鏈系統(tǒng)利潤(rùn)先下降后上升;當(dāng)供應(yīng)鏈系統(tǒng)的初始碳排放量較大時(shí),隨著消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平的提升,無(wú)合作決策和單領(lǐng)域合作決策的供應(yīng)鏈系統(tǒng)利潤(rùn)逐漸下降,雙領(lǐng)域合作決策的供應(yīng)鏈系統(tǒng)利潤(rùn)先下降后上升;當(dāng)供應(yīng)鏈系統(tǒng)的初始碳排放量很大時(shí),隨著消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平的提升,三種決策的供應(yīng)鏈系統(tǒng)利潤(rùn)都呈下降趨勢(shì).從圖5 還可以看出,無(wú)論供應(yīng)鏈系統(tǒng)的初始碳排放量如何,雙領(lǐng)域合作決策的供應(yīng)鏈系統(tǒng)利潤(rùn)都要大于無(wú)合作決策與單領(lǐng)域合作決策.當(dāng)初始碳排放量較小或較大時(shí),雙領(lǐng)域合作決策相對(duì)無(wú)合作決策/單領(lǐng)域合作決策的供應(yīng)鏈系統(tǒng)利潤(rùn)優(yōu)勢(shì)隨消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平的提升先縮小后擴(kuò)加;而當(dāng)初始碳排放量很大時(shí),則該優(yōu)勢(shì)隨消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平的提升持續(xù)減小.另外,無(wú)合作決策與單領(lǐng)域合作決策的供應(yīng)鏈系統(tǒng)利潤(rùn)差值對(duì)初始碳排放量和消費(fèi)者環(huán)境環(huán)境意識(shí)水平變化表現(xiàn)的不夠敏感.

4.5 消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平對(duì)利潤(rùn)增量分配的敏感性分析

為了研究協(xié)調(diào)契約對(duì)不同消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平下供應(yīng)鏈各成員企業(yè)的協(xié)調(diào)效果,結(jié)合不同成員企業(yè)在供應(yīng)鏈中的地位,取σ1=0.5,σ2=0.3,σ3=0.2.消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平對(duì)利潤(rùn)增量分配的影響如圖6 所示.

由圖6 可知,當(dāng)供應(yīng)鏈系統(tǒng)的初始碳排放量較小或較大時(shí),供應(yīng)鏈成員分配的利潤(rùn)增量隨著消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平的提升呈現(xiàn)出先緩慢減少再快速增加的過(guò)程.當(dāng)供應(yīng)鏈系統(tǒng)的初始碳排放量很大時(shí),供應(yīng)鏈成員分配的利潤(rùn)增量隨著消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平的提升持續(xù)減少.形成該現(xiàn)象的原因歸結(jié)于受不同初始碳排放量下雙領(lǐng)域合作決策與無(wú)合作決策的供應(yīng)鏈系統(tǒng)利潤(rùn)特征影響.由于供應(yīng)鏈成員的討價(jià)還價(jià)能力權(quán)重反映了其在供應(yīng)鏈中的地位,因此,若某位成員擁有比較大的討價(jià)還價(jià)能力權(quán)重時(shí),其能夠分配的利潤(rùn)增量自然也比其他成員更多.從圖6 中可以看到,無(wú)論供應(yīng)鏈系統(tǒng)的初始碳排放量如何,制造商分配的利潤(rùn)增量始終大于運(yùn)輸商和零售商分配的利潤(rùn)增量.

5 結(jié)束語(yǔ)

本文得到以下管理啟示:無(wú)論初始碳排放和消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平如何,供應(yīng)鏈各參與企業(yè)之間應(yīng)全面協(xié)調(diào)合作,確保供應(yīng)鏈系統(tǒng)獲得最大利潤(rùn),實(shí)現(xiàn)最大程度碳減排,向市場(chǎng)提供盡可能多的產(chǎn)品;若初始碳排放水平較低,則政府組織應(yīng)通過(guò)環(huán)保宣傳等手段提升消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平,增加低碳產(chǎn)品需求,刺激制造商和運(yùn)輸商投資碳減排技術(shù),減少碳排放量;當(dāng)初始碳排放和消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平都較高時(shí),若繼續(xù)提升消費(fèi)者環(huán)境意識(shí)水平,則同時(shí)需要給予制造商和運(yùn)輸商減排投資補(bǔ)貼.否則,會(huì)因碳減排成本的增加導(dǎo)致達(dá)不到碳減排效果;存在最優(yōu)決策模式,通過(guò)設(shè)計(jì)合理的協(xié)調(diào)契約,能夠確保各成員企業(yè)獲得更大利潤(rùn),實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈的完美協(xié)調(diào).

本文研究的不足點(diǎn)在于,討論單領(lǐng)域合作決策模式下的產(chǎn)品定價(jià)與碳減排問題時(shí),只考慮了制造商與運(yùn)輸商在減排領(lǐng)域合作、在定價(jià)領(lǐng)域不合作的情形,并沒有探討制造商和運(yùn)輸商在定價(jià)領(lǐng)域合作、在減排領(lǐng)域不合作的均衡結(jié)果.另外,運(yùn)輸商和零售商是否存在合作的可能性,在本文中也沒有涉及.這些問題的進(jìn)一步研究,將有助于豐富低碳供應(yīng)鏈理論.

附錄

附錄A 無(wú)合作決策的求解過(guò)程

制造商的利潤(rùn)函數(shù)為

運(yùn)輸商利潤(rùn)函數(shù)為

零售商利潤(rùn)函數(shù)為

對(duì)零售商的利潤(rùn)函數(shù)式(54)分別求p的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù),由于,因此零售商的利潤(rùn)存在極大值,

將式(56)代入運(yùn)輸商的利潤(rùn)函數(shù)式(53),并對(duì)式(53)分別求t的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù),由于,因此運(yùn)輸商的利潤(rùn)存在極大值,令

將式(56)和式(58)代入制造商的利潤(rùn)函數(shù)式(52),并對(duì)式(52)分別求ω的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù),由于,因此制造商的利潤(rùn)存在極大值,令

將式(60)代入式(58),可知

再將式(61)和式(60)代入式(56),可知零售商的最優(yōu)銷售價(jià)格

附錄B 命題4 證明

1)最佳碳減排量的比較

2)最優(yōu)銷售價(jià)格的比較

3)產(chǎn)品市場(chǎng)需求的比較

4)供應(yīng)鏈系統(tǒng)利潤(rùn)的比較