政府補貼下果蔬冷鏈演化博弈
2021-09-28 23:21:03李曄付筱
江蘇農業科學 2021年18期
李曄 付筱
摘要：為了有效保障果蔬農產品的食品安全，促進果蔬冷鏈的發展，建立政府補貼下消費者和零售商的演化博弈模型，分析消費者和零售商的策略選擇以及演化穩定性。在此基礎上，進一步建立消費者和零售商的系統動力學模型，仿真分析影響消費者和零售商的決策因素。結果表明，提升冷鏈技術以及果蔬的品質，提高消費者對冷鏈果蔬的滿意值是消費者購買冷鏈果蔬的關鍵因素，增大政府補貼以及降低果蔬冷鏈的成本是零售商采用冷鏈物流的關鍵因素。
關鍵詞：果蔬冷鏈;演化博弈;系統動力學;政府補貼
中圖分類號：F326.51?? 文獻標志碼： A
文章編號：1002-1302（2021）18-0241-07
收稿日期：2020-08-16
基金項目：河南省高等學校重點科研項目（編號：20A630015）;河南省軟科學研究計劃（編號：182400410375）;河南省高等學校人文社會科學研究一般項目（編號：2020-ZDJH-140）。
作者簡介：李 曄（1972—），女，河南南陽人，碩士，教授，主要從事灰色系統和物流工程研究。E-mail：zzliye@163.com。
通信作者：付 筱，碩士研究生，主要從事物流工程和灰色系統研究。E-mail：871368748@qq.com。
我國是果蔬第一大國。根據《2019年中國統計年鑒數據》可知，2010—2018年我國果蔬產量持續增加，2018年我國水果總產量為2.57億t，蔬菜總產量為7.03億t。隨著人們經濟能力和生活水平的提高，人們的消費觀念發生了巨大的改變，開始從“吃得飽”轉變為“吃得好”，對果蔬需求量增加的同時對其品質也提出了更高的要求。但是，由于我國冷鏈物流相關技術較落后，造成大量果蔬的浪費，因此，國家對生鮮農產品問題高度重視，在2015—2019年的中央一號文件中均提出建設農產品儲存、運輸、冷鏈等體系。2017年國家發布《“十三五”農業農村科技創新專項規劃》，提出控制生鮮農產品的質量，減少物流過程中的損耗，開展信息化監控、防腐防霉等相關技術與裝備的研發與應用，促進生鮮農產品高質量發展[1]。目前，生鮮農產品冷鏈問題一直受到眾多學者的關注，主要從供應鏈協調和冷鏈配送2個方面展開研究。針對供應鏈協調方面，Yan等討論關于生鮮農產品制造商和零售商的供應鏈可持續發展問題，建立分散和集中的生鮮農產品供應鏈、射頻識別技術（RFID）的投資模型，最后通過分享契約方法實現生鮮農產品供應鏈協調[2];Jensen等總結中國食品安全問題并認為供應商應該建立供應鏈網絡來確保供應鏈食品的安全[3];李昌兵等建立在政府監管下，供應商和加工商的冷鏈資源投入的演化博弈模型，其中考慮到供應商和加工商的“搭便車”行為[4];楊亞等認為，在新鮮度信息不對稱情況下，應通過回購契約來進行供應鏈的協調[5];蔡玲如等建立供應商和零售商的演化博弈模型，得出供應商采用動態懲罰策略可以有效促進零售商銷售產品[6]。針對冷鏈配送方面，Nguyen等研究二級供應鏈的選址以及路徑優化問題，提出可以通過混合元啟發式的算法自動搜索合適的路徑[7];Osvald等研究蔬菜、水果等易腐食品配送時的路徑算法問題時，提出一種基于時間窗的路徑優化的算法[8];李娜研究我國生鮮電商“最后一公里”的配送問題，構建“1+1+1”生鮮配送、實體店自提和眾包三大模式[9]。戴夏靜等研究關于蓄冷式多溫共配冷鏈配送問題，發現蓄冷式多溫共配冷鏈配送模式比傳統配送模式更有明顯的優勢[10]。通過梳理文獻可知，國內外學者對于生鮮農產品問題十分重視，目前對于果蔬冷鏈問題大多為靜態的定性分析，分析果蔬冷鏈存在的問題并提出對策[11]。在動態的定量分析中，基于演化博弈研究方法，大多為供應商、加工商、零售商等的博弈[12-14]，在政府監管的情況下，零售商和消費者之間演化博弈的研究還較少。仿真分析上，大多使用MATLAB軟件仿真[15-16]，本研究采用系統動力學方法進行仿真，系統動力學可以在缺乏數據的情況下進行仿真，可以更好地揭示系統內部的因果關系，這是MATLAB仿真所不具備的。因此，本研究構建零售商和消費者的演化博弈模型，并加入政府補貼力量，構建合理的果蔬冷鏈治理體系，最后構建果蔬冷鏈零售商和消費者的系統動力學模型進行仿真，分析系統內部中各個因素對零售商和消費者策略的動態影響，以期為果蔬冷鏈的發展提供理論依據。
1 果蔬冷鏈消費者和零售商演化博弈
1.1 假設和符號
假設1：博弈主體為果蔬供應鏈的零售商和消費者，政府間接參與。果蔬冷鏈物流是指在果蔬物流的各個環節中，始終保持規定的低溫環境，從而保證果蔬的品質以及減少果蔬損耗的一項工程。零售商和消費者是果蔬冷鏈物流的末端直接參與者，冷鏈物流的投入需要一定的成本，通過政府補貼刺激零售商采用冷鏈，本研究果蔬冷鏈博弈主要考慮政府參與下果蔬冷鏈物流環節的零售商和消費者。
假設2：消費者的策略集為{購買冷鏈果蔬，購買普通果蔬}，零售商的策略集為{采用冷鏈，采用普通物流}。零售商采用果蔬冷鏈須要付出成本，直接關系到零售商的利益，因此零售商選擇的策略集為{采用冷鏈，采用普通物流}。不同的消費者有不同的消費水平以及對生活品質的要求，根據實際情況，消費者選擇的策略集為{購買冷鏈果蔬，購買普通果蔬}。
假設3：政府的參與情況為對采用果蔬冷鏈零售商的補貼Fg。由于果蔬冷鏈物流必須保證在物流的各個環節中保持規定的低溫環境，必須安裝相應的溫控設備以及冷藏車等，零售商采用果蔬冷鏈須要投入許多成本，很多零售商由于利益原因不采用果蔬冷鏈，因此政府須要通過一定的補貼來刺激零售商對果蔬冷鏈的投入（表1）。
1.2 博弈建模
在購買不同果蔬之后，消費者須要付出相應的支出U以及對果蔬的品質有不同的滿意值R，對冷鏈果蔬品質的滿意值為R1，對普通果蔬冷鏈品質的滿意值為R2，購買冷鏈果蔬的支出為U1，購買普通果蔬的支出為U2（U1>U2）。當零售商采用冷鏈時，消費者購買冷鏈果蔬的收益為R1-U1，由于零售商采用冷鏈，此時沒有普通果蔬，因此消費者購買普通果蔬的收益為0;當零售商采用普通物流時，因沒有冷鏈果蔬，消費者購買冷鏈果蔬的收益為0，消費者購買普通果蔬的收益為R2-U2。
零售商采用冷鏈時所須要付出的成本為C1，政府對采用冷鏈的零售商進行補貼Fg，未采用冷鏈時所須要付出的成本為C2（C1>C2），當消費者購買冷鏈果蔬時，零售商采取冷鏈可以提升企業形象，增加購買量以及降低果蔬損耗等正效應W1，此時零售商的收益為W1-C1+Fg+U1，由于消費者只購買冷鏈果蔬，此時零售商采用普通物流的收益為-C2;當消費者購買普通果蔬時，零售商采用冷鏈得到的是除去購買量增加的其他正效應W2（W1>W2），此時收益為W2-C1+Fg，零售商采用普通物流的收益為-C2+U2（表2）。
1.3 模型分析
假設消費者購買冷鏈果蔬的概率為x，零售商選擇投入冷鏈果蔬的概率為y，由演化博弈的相關理論可知，
消費者購買冷鏈果蔬策略的期望收益為
Ex=y（R1-U1）;（1）
消費者購買普通果蔬策略的期望收益為
E1-x=（1-y）（R2-U2）;（2）
消費者混合策略的平均收益為
Ep=xEx+（1-x）E1-x;
消費者策略的復制動態方程為
dx/dt=x（Ex-Ep）=x（1-x）[（R1-U1-U2+R2）y+U2-R2]。（3）
同理，零售商采用冷鏈策略的期望收益為
Ey=x（W1-C1+Fg+U1）+（1-x）（W2-C1+Fg）;（4）
零售商不采用果蔬冷鏈的期望收益為
E1-y=x（-C2）+（1-x）（-C2+U2）;（5）
零售商的平均收益為
Ec=yEy+（1-y）E1-y;
零售商策略的復制動態方程為
dy/dt=y（Ey-Ec）=y（1-y）[（W1-W2+U1+U2）x+Fg+W2-C1+C2-U2]。（6）
聯合消費者和零售商的復制動態方程，令dx/dt=0且dy/dt=0，得到如下方程組
dx/dt=x（Ex-Ep）=x（1-x）[（R1-U1-U2+R2）y+U2-R2]=0
dy/dt=y（Ey-Ec）=y（1-y）[（W1-W2+U1+U2）x+Fg+W2-C1+C2-U2]=0。
根據以上方程組可以求出5個系統演化平衡點，分別為（0，0）、（0，1）、（1，0）、（1，1）、（p，q），其中p=U2+C1-C2-W2-FgW1-W2+U1+U2，q=U2-R2U1+U2-R1-R2，當且僅當0 根據演化博弈論可知，上述5個平衡點局部穩定性可由系統相應的雅可比矩陣行列式的值（det J）和跡的值（tr J）來判定，當且僅當det J>0、tr J<0時，平衡點具有穩定性。該系統的雅可比矩陣為 J=（1-2x）[（R1-U1-U2+R2）y+U2-R2]x（1-x）[（R1-U1-U2+R2）] y（1-y）[（W1-W2+U1+U2）]（1-2y）[（W1-W2+U1+U2）x+Fg+W2-C1+C2-U2] 將上述5個平衡點的值帶入，得出各個平衡點的雅可比矩陣值和跡的值（表3）。 其中M=-（U2-R2）（U1-R1）（U2-Fg-W2=C1-C2）（Fg+W1-C1+U1+C2）（R1-U1-U2+R2）（W1-W2+U1+U2）。 由于平衡點（p，q）跡的值為0，不符合tr J<0，因此（p，q）肯定不是進化穩定策略（ESS），其他4個系統平衡點成為局部穩定點的條件（表4）。 1.4 平衡點的穩定性分析 1.4.1 點（0，0）穩定性分析 點（0，0）的含義為{消費者購買普通果蔬，零售商采用普通物流}，當U2 顯然，{消費者購買普通果蔬，零售商采用普通物流}不是果蔬冷鏈發展的期望狀態，為了達到期望狀態，對于消費者而言，需要政府和冷鏈行業多做宣傳，引導消費者增強果蔬品質的安全意識;對于零售商而言，加強對冷鏈的了解，政府須要加大對零售商采用冷鏈的補貼Fg，增強零售商采用冷鏈所獲得的正效應W2。 1.4.2 點（0，1）的穩定性分析 點（0，1）的含義為{消費者購買普通果蔬，零售商采用冷鏈物流}，當R1 {消費者購買普通果蔬，零售商采用冷鏈物流}的局面不是果蔬冷鏈發展的期望狀態，為了達到期望狀態，此時不僅需要果蔬冷鏈行業發展相應的基礎設施，加強構建信息體系，保障每個環節都可以按照冷鏈標準進行，使得消費者在購買冷鏈果蔬后的滿意值R1大于購買所花費的支出U1;另外，政府和冷鏈行業需要繼續進行長期知識普及教育，在保證冷鏈果蔬品質的前提下引導消費者信任商家。 1.4.3 點（1，0）的穩定性分析 點（1，0）的含義為{消費者購買冷鏈果蔬，零售商采用普通物流}，當 U2>R2且Fg+W1+U1 {消費者購買冷鏈果蔬，零售商采用普通物流}不是果蔬冷鏈發展的期望狀態，為了打破這種平衡，須要加強冷鏈所需技術和設備的研發，降低零售商采用冷鏈的成本C1，增加政府對采用果蔬冷鏈的零售商補貼。 1.4.4 點（1，1）的穩定性分析 點（1，1）的含義為{消費者購買冷鏈果蔬，零售商采用冷鏈物流}，R1>U1且Fg+W1+U1>C1-C2時，點（1，1）是唯一的穩定點，顯然，此時是果蔬冷鏈發展最理想的情況，冷鏈物流的設施和技術越來越完善，所需成本較小（C1），消費者購買冷鏈果蔬越來越滿意（R1），零售商采用冷鏈所獲得的正效應越來越多（W1），同時，政府也有一個完善合理的補貼機制（Fg），可以達成R1>U1且Fg+W1+U1>C1-C2的條件，此時，果蔬品質安全基本得到保障，是果蔬冷鏈發展的期望狀態。 2 果蔬冷鏈零售商和消費者SD模型與仿真分析 2.1 果蔬冷鏈零售商和消費者SD模型構建 系統動力學是一個動態變化的過程，認為只要是系統，必定有其組成的結構，其組成結構決定這個系統的功能，系統內部的結構有因果關系，通過內部結構反饋信息來探究問題的根源。本研究采用系統動力學的方法來更加直觀地進行仿真，展示果蔬冷鏈零售商和消費者的博弈演化路徑。 梳理每個變量的因果關系，基于Vensim軟件建立果蔬冷鏈零售商和消費者的SD模型（圖1）。選取上述符合演化博弈的理論進行數值仿真，證明本研究所提出的相關結論。模型主要由4個流位變量、4個輔助變量、2個流率變量以及若干外生變量組成，消費者購買冷鏈果蔬、消費者購買普通果蔬、零售商采用果蔬冷鏈、零售商采用普通物流分別用4個流位變量來表示，流率變量為消費者和零售商的策略變化率，輔助變量為消費者購買冷鏈果蔬的期望收益、消費者購買普通果蔬的期望收益、零售商采用冷鏈期望收益以及零售商采用普通物流期望收益，輔助變量與外生變量的關系由博弈雙方的收益函數方程（1）、（2）、（4）、（5）確定，流率變量與輔助變量的關系由博弈雙方的復制動態方程（3）、（6）確定。 2.2 果蔬冷鏈零售商和消費者的SD模型仿真分析 由演化博弈可知，當R1>U1且Fg+W1+U1>C1-C2時，系統會逐漸向均衡點（1，1）演化，設定符合R1>U1且Fg+W1+U1>C1-C2條件的參數值R1=10，R2=6，u1=4，U2=2，W1=8，W2=4，C1=2，C2=1，Fg=1，x和y的初始值為（0.5，0.5）、（0.3，0.7）（即隨機假設消費者購買冷鏈果蔬的概率為0.5或者0.3，零售商選擇投入冷鏈果蔬的概率為0.5或者0.7）進行仿真，進而得到圖2。此時無論x和y的初始值是多少，系統都會向（1，1）即{消費者購買冷鏈果蔬，零售商采用冷鏈物流}期望方向演化，以x和y的初始值為（0.5，0.5）分別討論R1、Fg、C1對系統演化結果的影響。 2.2.1 消費者購買冷鏈果蔬的滿意值R1對消費者演化結果的影響 設定R1=10、20、30，仿真得出消費者的策略演化（圖3），對比分析可知，消費者對R1變化反應顯著，R2值越大，消費者向平衡點演化的速度越快，由此可知，消費者購買冷鏈果蔬的滿意值越高，消費者在一定程度上越傾向于購買冷鏈果蔬。 2.2.2 政府補貼Fg對零售商演化結果的影響 設定Fg=1、6、12，仿真得出零售商的策略演化（圖4），對比分析可知，零售商對Fg變化反應敏感，Fg值越大，零售商向平衡點演化的速度越快。由此可見，政府加大對采用冷鏈零售商的補貼力度，有利于零售商采用果蔬冷鏈局面的達成。 2.2.3 采用冷鏈的成本C1對零售商演化結果的影響 設定C1=2、5、9，仿真得出零售商的策略演化（圖5），對比分析可知，零售商對C1變化反應非常敏感，C1值越大，零售商向平衡點演化的速度越慢。由此可知，在現實社會中，降低采用果蔬冷鏈的成本，將會更加積極地推動零售商采用果蔬冷鏈的進程。 3 結語 3.1 結論 本研究在政府對采用果蔬冷鏈的零售商補貼下，構建消費者和零售商之間的博弈模型，并運用系統動力學的方法進行仿真，得出以下結論：（1）當滿足R1>U1且Fg+W1+U1>C1-C2條件時，系統會逐漸向期望均衡點（1，1），即{消費者購買冷鏈果蔬，零售商采用冷鏈物流}的方向演化。（2）消費者對R1反應較敏感，零售商對Fg、C1反應較敏感，提高消費者對冷鏈果蔬的滿意值R1、增大政府對采用果蔬冷鏈零售商的補貼Fg以及降低零售商采用果蔬冷鏈的成本C1均可以在不同程度上加快演化的速度。 3.2 政策建議 3.2.1 加強果蔬冷鏈物流宣傳，擴大果蔬冷鏈物流市場 當前我國對于果蔬冷鏈物流意識還存在一些不足，使得果蔬冷鏈市場具有局限性。因此，應當加強果蔬冷鏈物流的宣傳，提升政府以及相關管理部門對于果蔬冷鏈物流的重視，通過合理的補貼機制引導零售商積極采用果蔬冷鏈;增強消費者對于果蔬冷鏈物流的認知，認清在有無冷鏈情況下果蔬品質的差異，進而擴大果蔬冷鏈物流市場。 3.2.2 完善果蔬冷鏈信息化建設，建立消費者信任 在果蔬生產、運輸、儲存以及銷售等各項環節中，任何一個環節溫度不規范都會使果蔬質量受損，且受損的品質無法逆轉，如裝卸時間太長、運輸途中使用保溫車等都會影響果蔬的質量和儲存期，致使消費者對商家缺乏信任，產生懷疑，因此須要完善果蔬冷鏈的信息化建設，加強果蔬冷鏈全程監控，確保在果蔬冷鏈物流的各個環節都可查到記錄。 3.2.3 提升冷鏈物流技術，降低果蔬冷鏈物流成本 提升冷鏈物流硬件上的技術必不可少，加強對果蔬冷鏈所需技術以及設備的研發，同時，也須要規劃好生產地到終端的路線，減少中間環節，政府須要對配送中心等做好一定的規劃和標準，降低果蔬冷鏈的物流成本。果蔬冷鏈發展是一項長期且浩大的工程，協調各個主體的利益，需要政府、消費者及零售商等多方共同努力。 參考文獻： [1]曹錦萍，陳燁芝，孫 翠，等. 我國果蔬產地商品化技術支撐體系發展現狀[J]. 浙江大學學報（農業與生命科學版），2020，46（1）：1-7，16. 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