低碳政策下三級冷鏈減排策略研究

摘要：考慮大型冷鏈物流企業承擔生鮮農產品倉儲和運輸的保鮮面臨高碳排放問題，本文構建供應商、第三方物流服務商（TPLSP）、零售商的三級供應鏈，探討碳排放交易體系、提供碳補貼、征收碳稅這三種國際主流低碳政策對冷鏈減排的影響。研究結果表明：1.在碳交易政策和碳稅政策下，TPLSP碳減排量隨碳交易價格（碳稅）的變化趨勢，均受到初始碳排放量和碳交易價格（碳稅）的影響，即初始碳排放量較低或減排能力較強時，碳價（碳稅）的上升可以提升碳減排量。2.實行碳補貼政策時，TPLSP碳減排量、新鮮度水平、市場需求量以及供應鏈三方的利潤值均會隨著補貼率的上升而增加，但供應商可能存在“搭便車”的情況，需協調以平衡利潤分配。3.政府應根據TPLSP碳減排能力選擇低碳政策。即減排能力較成熟的市場或企業優先碳稅政策；反之則實施碳補貼或碳交易政策。

關鍵詞：低碳政策；冷鏈物流；碳減排；生鮮農產品

引言

生鮮農產品具有其特殊性，易腐易損，而冷鏈是減少生鮮品腐損和確保質量安全的有效手段。目前由第三方物流服務商（TPLSP）提供生鮮品保鮮及配送服務的情況較多，根據中物聯冷鏈委，2022年中國農產品冷鏈物流企業排行榜順豐速運衛冕榜首。需要保鮮投入的冷鏈物流面臨制冷劑、冷庫存儲能耗、冷庫車公路運輸能耗和燃料動力以及食品腐損率等多方面多領域高碳排放問題，釋放了大量的溫室氣體。國務院辦公廳印發的《“十四五”冷鏈物流發展規劃》中表示，“雙碳”目標背景下冷鏈物流倉儲和運輸等環節的高能耗問題凸顯，這使得在規模擴張的同時控制碳排放成為一大挑戰。為了解決這一矛盾，需優化能源結構，加速減排和低碳轉型的步伐，并調整冷鏈物流運輸結構。

許多國家為了應對全球氣候變暖問題，并順應國際減排趨勢，針對各自的碳排放問題采取了相應的法律法規和政策措施。我國已于2021年正式上線全國碳交易市場，盡管當前僅在部分行業實施，但面對現實情況，僅依賴碳達峰碳中和目標來驅動企業進行碳減排似乎還不夠。為了確保更廣泛的環境保護和可持續發展，向其他行業推行碳政策變得至關重要且勢在必行。具體來說，為了實現綠色高效的冷鏈物流，企業需要投入大量資金用于新建或改造綠色冷庫，以及逐步替換為新能源冷鏈車。因此，碳交易政策和政府的碳補貼變得至關重要，這些資金激勵措施可以更好地推動行業的低碳發展。此外，考慮到碳稅政策在其他國家已經成功實施，我國也可以逐步推行這一政策。

現有相關文獻中，低碳政策下的供應鏈研究已有不少，而關于生鮮品類以及冷鏈的研究中，樸惠淑和扈秀靜針對生鮮品類，考慮消費者綠色偏好和新鮮度敏感的情況，研究電商環境下的三級生鮮農產品供應鏈。馬雪麗等研究了供應商-TPLSP-零售商三級冷鏈系統中，冷鏈系統的保鮮、碳減排及定價等決策，分析了碳交易價格、消費者新鮮度與環境偏好等因素對冷鏈決策和效益的影響。Ma等以 TPLSP 在三級冷鏈中的保鮮努力為研究對象，研究了碳稅和碳配額交易機制的最優決策，并通過協調模型實現供應鏈中的所有成員的帕累托改進。馮穎等在單獨考慮生產碳排放和同時考慮產運碳排放兩種情形下，分別構建了碳稅政策和碳交易政策下的博弈模型，探究了這些情況對于生鮮低碳供應鏈運營決策的影響。

基于上述背景，鮮少有考慮碳交易和碳稅以及碳補貼政策的生鮮農產品冷鏈物流的研究，因此探討冷鏈物流承運生鮮品類時，為控制碳排放量，政府應采取何種碳政策最佳，本文聚焦于三種國際主流低碳政策，探究物流服務商同時承擔生鮮品的保鮮與碳減排情況下，三級生鮮農產品冷鏈系統運營決策問題。

一、問題描述

本文基于相關研究，構建單供應商、單物流服務商和單零售商的三級冷鏈系統，在該系統中，物流服務商處于主導地位，而供應商和零售商則跟隨其決策。由于冷鏈系統的主要碳排放源為物流服務商提供冷鏈服務的過程，假設其受消費者低碳偏好和政策影響，在生鮮保鮮的倉儲及運輸等環節存在碳減排。因此物流服務商需決策碳減排量el、保鮮努力水平θ和冷鏈服務價格pl，接著供應商預測環境友好受消費者歡迎程度以及產品新鮮度，決定批發價格w，最后零售商依據物流服務商和供應商的決策預測市場需求Q，并決定零售價格p。

為不失一般性，作如下假設：

第一，本文模擬三種政策情境，分別運用碳交易政策、碳補貼政策和碳稅政策。碳交易政策下，碳交易金額為b[（elc-el）Q-C]，初始碳排放量為elc，進行低碳生產后的碳排放量為el，其中b表示每單位碳交易價格，C為政府分配給TPLSP 的碳限額；同理應繳稅費為δ（elc-el）Q，δ為單位碳排放量的碳稅稅率；政府綠色補貼為βelQ。

第二，假設市場對產品的需求穩定，且與價格、減排水平、新鮮度呈線性關系，即需求函數為：Q＝α-p+kθ+tel，α為潛在市場規模，k為消費者對新鮮度的敏感程度，t為消費者對碳減排水平的敏感程度。

第三，參考相關研究，碳減排投資成本和保鮮努力成本分別表示為" λe" " 、" μθ2，其中λ為碳減排成本系數，μ為保鮮成本系數。

第四，πm，πl，πr分別表示供應商、物流服務商、零售商利潤；π" " "π" " ，π" " 即為決策所得最優利潤；a/b/c上標分別碳交易、碳補貼、碳稅三種政策情境；cm單位產品的生產成本。

二、不同政策下供應鏈決策問題

（一）碳交易政策下供應鏈決策問題

在碳限額與交易政策下，碳市場交易價格為b，政府分配給承擔冷鏈TPLSP碳限額為C，如果最終碳排放量低于C，企業剩余的碳限額可在碳交易市場出售從而獲利，否則需要購買碳排放權。在此情景下，TPLSP、生鮮農產品供應商以及零售商利潤值分別為：

π" " ＝P" " Qa-b[（elc-e" " ）Qa-C]-" λ1e" " -" μθ

π" " =（wa-p" " -cm）Qa

π" " =（pa-wa）Qa

為求博弈均衡，根據以上描述的決策順序，采用逆向歸納法求解，首先求得最優零售價格為pa*=（α+kθa+p" " +te" " ）/2，同理易證最優批發價格wa*=（α+kθa+p" " +te" " +cm）/2，此時：Qa*=（α+kθa+te" " -p" " -cm）/4，將其代入式（1）求關于p" " 、θa、ea的一階導數，分別為：

" =" （α+kθa+tem-p" " -cm）-" （p" " -belc+bet）

" =" k（p" " -belc+bet）-μθa

" =" b（α+kθa+tem-cm+belc-bel）+" t（p" " -belc+bet）-λe

可得利潤函數關于pl、θ、el的海塞矩陣為：H（π" ）＝-" " " " " " " " -μ" " " " " " " "-λ

由于-1/2＜0，當二階主子式1/16（8μ-k2）＞0、三階主子式-[8μλ-λk2-μ（t+b）2]/16＜0時，利潤函數是p" " 、θa、ea的聯合凹函數，存在唯一最優值。

令上述一階導數值為0，可得：p" " =

θa*＝" ，

e" " ＝

接著代入到Q、w、p，可得

wa*=

Qa*＝

pa*=

因此，分散模式下零售商、供應商、TPLSP的各自利潤分別為：

π" " =

π" " =

π" " =" +bC

命題 1：碳交易政策下，（1）e" " gt;" elc-" 時，" gt;0，反之同理。（2）e" " gt;" elc時，" gt;0，反之同理。（3）e" " gt;" elc時，" gt;0，反之同理。（4）e" " gt;" elc-" 時，" gt;0，反之同理。

證明：求e" " 、θa*、Qa*、π" " 關于b的一階導數，得？鄣e" " /？鄣b=μ[（α-cm-belc）]+（t+b）（2e" " -elc）/[8μλ-λk2-μ（t+b）2]2；？鄣θa*/？鄣b=λk（2e" " -elc）/[8μλ-λk2-μ（t+b）2]2；？鄣Qa*/？鄣b=λμ（2e" " -elc）/[8μλ-λk2-μ（t+b）2]2；？鄣π" " /？鄣b={μλ（α-cm-belc）（2e" " -elc）]/2[8μλ-λk2-μ（t+b）2]2}+C。令？鄣e" " /？鄣b=0，可得e" " ＞1/2elc-（α-cm-belc）2/（t+b）時，？鄣e" " /？鄣b＞0；對于θa*和Qa*，當e" " ＞1/2elc時，其與b呈正相關，而對于π" " ，當e" " ＞1/-2elc-[8μλ-λk2-μ（t+b）2]2C/4（α-cm-belc）時，？鄣e" " /？鄣b＞0。

命題1說明碳交易政策下，碳減排量隨碳價的變化趨勢受初始碳排放量和碳交易價格的影響，產生兩種情況。第一種情況是，隨著碳交易價格在一定范圍內上升，其碳減排量會達到某一水平并持續增加，這種情況下，物流服務商可以積極參與碳交易來獲取更多的經濟收益。第二種情況則是，隨著碳價的上升，物流服務商的碳減排量可能經歷一個過程。在初期，碳減排量可以達到預期水平，但隨著碳價的持續上升和減排壓力的增大，物流服務商可能會開始松懈，導致碳減排量的增長呈現倒“U”態勢。

保鮮水平、市場需求量隨碳價的變化取決于物流服務商碳減排量是否超過初始碳排放量一半，當達到這一水平時，碳減排量同樣隨碳交易價格增加，此時協同新鮮度的增加正向影響產品的銷量。而物流服務商碳減排量難以達到初始碳排放量一半時，可能物流服務商為平衡成本會降低保鮮水平，進而引起產品需求的下降。因而此時物流服務商利潤值會因可出售的多余碳配額減少以及產品銷量下降而有所減少。但是物流服務商利潤值還受到政府分配的免費碳配額的影響，得益于其為物流服務商提供了風險抵抗能力，使物流服務商利潤仍能隨碳交易價格上升而增長，因此，政府分配免費碳配額應適當，防止企業懈怠。

命題 2：

從命題2中可以推斷，對于供應鏈鏈條上的供應商和零售商而言，能否隨碳價增加而獲取利潤取決于市場需求量，更深層次來說就是TPLSP碳減排量。只有當TPLSP碳減排量超過初始碳排放量的一半時，供應商和零售商的利潤值才會隨碳交易價格增加而增加，因此，供應商和零售商更傾向于支持物流服務商的碳減排行為，并努力在自己的領域推進物流服務商低碳轉型。

（二）碳補貼政策下供應鏈決策問題

求解過程同碳交易政策下，因此最優解如下：

命題 3：

命題3表明，政府給予企業碳補貼的情況下，物流服務商碳減排量、供應商利潤、零售商利潤以及TPLSP利潤均與補貼比率成正比。可以推出碳補貼一方面為物流服務商碳減排帶來動力，從而擴大綠色傾向消費者對產品的需求，另一方面物流服務商提供更高的碳減排也意味著自身獲得更多的補貼。因此，補貼政策必然會使供應鏈的均衡產出上升。

（三）碳稅政策下供應鏈決策問題

碳稅政策下，政府向企業碳排放征收每單位δ的碳稅，故TPLSP需向政府支付的碳稅總額為δ（elc-el）Q，物流服務商、生鮮農產品供應商和零售商的利潤如下：

對比此政策與碳交易政策模型公式，只有物流服務商的式子不同，其余算式解法類似，因此碳稅政策下所得最優利潤值與碳交易政策有所差異的為。

命題 4：

命題5和命題1、2類似，由該命題可說明碳減排量隨碳稅價格正相關或者先增后減。并且在該政策下，與碳交易政策相比TPLSP并無免費碳配額的支撐，因此利潤增加存在較高的門檻，和供應商和零售商一樣，需要在碳減排量超出初始碳排放量一半時，碳稅價格的上漲才會迫使進行減排并保持產品的新鮮度，進而擴大消費者需求量，增加市場需求，從而提升整個供應鏈各方的利潤。

三、數值驗證分析

為了更進一步直觀分析問題，以及確保數據可靠，本文結合實際并參考有關研究數據，將變量賦值如下：α=15，t=1，λ=4，elc=3，C=10，cm=5，k=5，μ=8，碳交易價格變化范圍b∈（0，3），取值為1，碳補貼和碳稅變動區間為β/δ∈（0，2）。

數值仿真模擬出了命題1中的情況二，即碳減排能力不足時。根據圖1（1），可以看出e" " 呈先增后減的趨勢，且與臨界值1/2elc-（α-cm-belc）/2（t+b）有關，但由于碳減排量在范圍內達到最大值為1.2左右，始終沒有超過初始碳排放量3的一半，導致保鮮水平和市場需求量隨碳價上升而下降，隨之影響供應商和零售商利潤。圖1（2）進一步印證了命題2的結論，供應商和零售商呈下降態勢，但TPLSP依賴于免費碳配額仍能隨碳價的上升而提升利潤，只要能控制物流服務商總體排放量不超過免費碳配額，碳交易價格上升反而對其有利。

圖2與命題3的結論相一致，在碳補貼政策下，隨著補貼比率的上升，碳減排水平、物流服務商、供應商和零售商的利潤均呈遞增趨勢，這說明政府的碳補貼政策對供應鏈各成員產生了顯著的激勵效果。但由于物流服務商碳減排量的行為擴大了市場，供應商和零售商從中獲利，當碳補貼比例達到一定程度時，供應商的利潤值卻反超物流服務商。

圖3展示了碳稅政策下TPLSP利潤和系統整體利潤隨碳稅價格的變化趨勢，由于碳稅政策下碳減排量同樣未能達到初始碳排放量一半，因此隨著碳稅價格的增加，TPLSP利潤和系統整體利潤呈遞減趨勢，這一結論和命題4的結論吻合。且現實情況中也如此，碳稅的增加可能會引發企業的消極情緒，導致TPLSP難以維持在高稅收下的利潤增長。

另外再結合圖1（2），對比三種低碳政策下的物流服務商和總體利潤值，碳補貼政策下供應鏈系統各方表現最佳，均實現利潤增長，但獲得碳補貼同樣也承擔保鮮減排成本的TPLSP利潤值卻隨補貼率上升被供應商反超，相比之下，碳交易政策下雖碳減排水平不足，但TPLSP的利潤值在一定范圍內高于碳補貼政策下的利潤值。而碳稅市場供應鏈整體利潤值遞減，其與碳交易相比，主要差異在于沒有碳配額，這說明對于TPLSP企業，在減排能力不成熟時，同時承擔保鮮和碳減排投資成本過重，他們需要碳交易市場和碳補貼這類提供正向激勵的政策幫助資金流轉，激發企業活力。

四、結語

本文為推進冷鏈物流領域節能減排、低碳轉型，研究該領域應實行何種低碳政策及如何運作，構建一個供應商和零售商及物流服務商的三級冷鏈模型，碳減排努力和保鮮努力均由TPLSP承擔。并模擬了碳交易市場、碳補貼以及碳稅這三種低碳政策治理模式，分析供應鏈決策的影響機制。最后通過算例分析進行驗證。

研究發現：1.在碳交易政策下，TPLSP碳減排量隨碳交易價格的變化趨勢受初始碳排放量和碳交易價格共同影響，呈現兩種情況。第一種是碳價的上升可以持續提升碳減排量，此時可能由于初始碳排放量較低或減排能力較強；另一種則是，碳價上升引起TPLSP減排松懈，碳減排量呈現倒“U”型，此時可能由于初始碳排放量較高或減排能力不足。新鮮度、市場需求和利潤隨碳價的變化趨勢同樣呈現兩種情況。當碳減排量達到初始碳排放量的一半時，新鮮度和產品銷量隨碳交易價格上升而增加，進而提升TPLSP、供應商和零售商的利潤；而碳減排量不足一半時，TPLSP得益于政府分配的免費碳配額為其提供了風險抵抗能力，仍能實現利潤的增長，但此時新鮮度、市場需求和供應商及零售商的利潤與碳價呈負相關。2.碳稅政策情況與碳交易政策類似，碳減排量隨碳稅價格的增加呈現兩種情形，正相關或者倒“U”型。但在最優利潤上，TPLSP沒有碳配額的支撐，利潤增加存在較高門檻，在碳減排量超過初始碳排放量一半時，碳稅價格的上漲才會促使TPLSP保持產品新鮮度，進而擴大消費者需求，增加市場需求，提升整個供應鏈各方的利潤。3.在碳補貼政策下，系統內各方的表現相對較好，碳減排水平、新鮮度、市場需求量、供應鏈三方利潤值均隨著補貼率上升而增長。但值得注意的是，受益于TPLSP減排引起市場需求的上升，供應商和零售商存在“搭便車”現象，且隨補貼力度加大，供應商利潤可能超過了減排企業TPLSP，為此，需要采取相關措施進行協調。4.對于政府而言，當市場整體碳減排技術成熟，或面向減排能力強的企業，優先選擇碳稅政策，政府既能獲得稅收，又促進了冷鏈物流企業碳減排以及整體經濟效益上升。而反過來，面向減排能力較弱的市場，一方面可以實施碳補貼政策使資金激勵促進企業碳減排，另一方面借助碳交易政策下TPLSP仍利潤上升這點進行契約協調平衡供應鏈內部利潤。

基于以上研究結論，研究啟示如下：1.在碳交易政策下，應制定適度的免費碳配額，以避免政策轉變為征稅形態，加大企業的壓力，同時不應過度提供免費碳配額，以防止企業在碳減排方面懈怠。碳交易市場的目標應是激勵物流服務商加大碳減排力度，推動其實現低碳轉型。2.冷鏈的低碳運營需要成員間的密切合作，例如供應商提供低碳產品，零售商通過廣告或標注新鮮度和碳足跡信息等方式加以宣傳，也不失為成本共擔的好辦法。3.由于冷鏈物流涉及領域之廣，未來隨著低碳政策的不斷實施，復合型碳政策可能更加符合實際情況，比如當稅率過高且減排效果不佳時，政府可以考慮提供一定的碳補貼，然而，由于模型的復雜性，這一點未能在本研究中討論。

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（作者單位：昆明理工大學管理與經濟學院）