碳标签制度下产品碳足迹与定价决策及协调

程永宏，熊中楷

(重庆大学经济与工商管理学院，重庆400030)



碳标签制度下产品碳足迹与定价决策及协调

程永宏，熊中楷

(重庆大学经济与工商管理学院，重庆400030)

基于供应链视角研究了碳标签制度下制造商和零售商的产品碳足迹和价格决策以及协调问题.通过建立集中式和分散式决策模型，分别得出了两种决策方式下制造商和零售商的最优策略组合，并分析了消费者环境意识对产品碳足迹和销售价格的影响.结果表明，碳标签制度下产品的碳足迹和销售价格不仅依赖于消费者的环境意识水平，还与其初始碳足迹以及供应链的决策方式有关.然后，引入两部定价合同实现了碳标签制度下供应链系统的完美协调.最后，通过算例分析验证了相应的结论.

碳标签制度；产品碳足迹；消费者环境意识；两部定价合同

1　引　言

近年来，环境污染和全球气候变暖已成为国际社会高度关注的问题，如何控制温室气体排放，减缓全球气候变暖已成为世界政治、经济、能源以及环境等领域的重要议题[1].针对温室气体的排放，世界各国相继出台了一系列的政策，其中碳标签制度(carbon labelling system)被认为是融合政府法规和市场约束力以有效减少温室气体排放的环境政策.所谓碳标签，也称产品碳足迹标签，是将产品生命周期中(从原料采购，制造，储运，废弃到回收)的温室气体排放量(碳足迹)用量化的指数标示在产品标签上，以此告知消费者产品的碳足迹信息[2，3].事实上，早在2007年英国就已建立了碳标签制度，鼓励国内企业推广和使用碳标签，首次推出全球第一批碳标签产品.在英国的特易购(Tesco)、玛莎(Marks&Spencer)等超市中，薯片包装上印有“CO275g”，易拉罐啤酒上标有“CO2120g”，一盒250ml牛奶包装上显示“CO2360g”字样[4]，这就是碳标签.随后，美国、加拿大、瑞典、澳大利亚、韩国以及法国等国也相继实施了碳标签制度.比如澳大利亚于2009年承诺将在未来5年对5%～10%的连锁超市上架产品贴上碳标签，法国于2011-07-01开始要求在其境内销售的产品必须强制性地披露产品的碳足迹.值得一提的是，中国环保部于2009年10月宣布实施了产品碳足迹计划，国家发改委于2013-02-18发布了《低碳产品认证管理暂行办法》，旨在对符合碳排放标准的产品加贴低碳标签，以此来引导消费者购买产品碳足迹更低的商品.由此可见碳标签制度已得到世界各国的重视和推广.

毋庸置疑，国家建立碳标签制度将会对企业的生产决策和消费者的购买行为产生一定的影响.因为随着消费者环境意识的增强，势必会选择一些碳足迹更低的产品，这使得企业不得不采用减排技术降低产品的碳足迹以提高企业的竞争力.同时如果政府要求企业把产品的碳足迹标示在产品标签上，消费者则会根据产品碳足迹和销售价格进行购买决策.因此，学术界针对碳标签制度能否有效促进企业减少温室气体排放这一热点话题展开了深入的探讨并取得了一些研究成果.然而，根据现有文献的研究内容来看，碳标签制度的相关研究主要可分为以下两个方面：(1)通过问卷调查或实证研究分析碳标签制度对消费者的购买行为和企业的生产决策的影响.比如Young等[5]对英国的消费者进行了调查问卷，结果发现，政府实施碳标签制度之后越来越多的消费者更意愿支付更高的价格去购买碳足迹较低的产品；Vanclay等[6]通过对比一家百货店在碳标签制度实施前后的产品销售记录，发现碳标签制度实施后一些低碳产品的销量明显增加了，这说明碳标签制度有助于引导消费者购买产品碳足迹更低的商品；吴林海等[7]应用Bootstrap自助抽样法下的结构方程模型研究了碳标签制度对食品企业生产决策的影响；Zhao等[8]基于产品的生命周期理论分析了碳标签制度对企业生产决策的影响；(2)基于消费者购买行为研究了消费者环境意识对企业的环保创新和减排投资以及社会福利的影响.如Dobers等[9]通过实证研究分析了消费者环境意识对企业环保创新的影响；Chitra[10]研究了消费者环境意识对企业减排投资的影响，指出产品的碳足迹越大，消费者的支付意愿就越低；庞晶等[11]基于消费者购买行为研究了消费者环境意识与低碳产品需求之间的相互关系；邓德军等[12]以我国化工行业的上市公司为样本研究了消费者环境意识对企业环保行为和减排投资的影响；Yalabik等[13]，Yakita等[14]研究了消费者环境意识对企业环保创新和社会福利的影响.

综上所述，虽然上述研究对碳标签制度的科学实践和企业生产与减排投资决策做出了重要贡献，但仍有一些不足之处.例如：(1)已有文献主要关注碳标签制度对消费者购买选择和企业生产决策的影响，鲜有文献研究碳标签制度对企业减排策略的影响，而且现有的文献仅考虑单个企业的最优决策问题.然而，随着环境污染和全球变暖日益加剧，如何降低碳排放和有效应对国家实施的碳标签制度业已成为企业与企业、企业与消费者、乃至整个供应链系统中亟待解决的核心问题.但现有文献均未研究碳标签制度对供应链中制造商和零售商的产品碳足迹和定价策略的影响；(2)已有的文献较少探讨企业如何根据消费者的环境意识水平确定产品碳足迹和价格这一重要问题，以及消费者环境意识对产品的碳足迹和销售价格、市场需求和企业利润的影响.更需要说明的是，如果政府建立了碳标签制度，那么产品的销售价格是否会增加？即企业是否将降低产品碳足迹的减排成本转嫁给消费者这一现实问题更值得深入探讨，也是企业在碳标签制度下进行产品碳足迹和价格联合决策时所不得不考虑的现实问题；(3)现有的文献未曾研究碳标签制度下企业与企业之间的合作协调问题.

鉴于以上的现实问题，本文基于供应链视角提出研究假设，建立博弈模型，主要探讨以下几个问题：

(1)碳标签制度下，制造商和零售商如何根据消费者的环境意识水平决策产品碳足迹和销售价格以使其实现利润最大化？

(2)集中式和分散式决策下，消费者环境意识对产品碳足迹、销售价格、市场需求以及整个供应链系统的利润有何影响？

(3)碳标签制度下，若要实现供应链系统的协调，制造商如何设计协调机制(如两部定价合同中的批发价格与固定支付参数)来保证零售商与其合作以降低产品碳足迹？

2　模型构建与协调机制设计

2.1模型描述与基本假设

碳标签制度下，考察由1个制造商和1个零售商以及消费者组成的供应链系统，其中制造商采用了减排策略降低产品碳足迹，但是降低产品碳足迹需要投入一定的技术成本.显然，制造商需要根据减排成本确定产品碳足迹和批发价格，零售商根据批发价格和消费者环境意识水平制定产品销售价格.出于研究问题的需要，作如下基本假设：

假设1制造商单位产品的生产成本和批发价格分别为c和w，其中w是制造商的决策变量；

假设2政府实施碳标签制度之前，产品的初始碳足迹为ê，而碳标签制度实施之后，制造商采取了减排策略降低产品碳足迹，产品碳足迹e是制造商的决策变量，0≤e≤ê，参考文献[13]，可假设制造商降低产品碳足迹的减排成本为C(e)=k(ê-e)2，k＞0；

假设3产品的市场需求为Q=a-bp-ηe，即需求是销售价格与产品碳足迹的线性减函数.这一假设类似于文献[13]，其中a表示产品的潜在市场需求量，b表示消费者对产品销售价格的敏感系数(b＞0)，η表示消费者对产品碳足迹的敏感系数，即消费者的环境意识水平(η＞0)，p表示产品的销售价格，满足p＞w＞c＞0，是零售商的决策变量.

基于以上假设可得制造商的利润为

零售商的利润为

供应链系统的利润为

2.2集中式决策模型

集中式决策下，制造商和零售商以整个供应链系统的利润最大化为目标，合作决定产品的碳足迹和销售价格.可归结为以下最优化问题

首先，由式(3)得知Πsc的Hess矩阵为

命题1集中式决策下，如果给定产品的初始碳足迹和消费者的环境意识水平，则供应链系统的最优策略组合为(eC，pC)，此时产品的市场需求为QC，整个供应链系统的利润为.

推论1集中式决策下：

推论1表明，集中式决策下，若产品的初始碳足迹相对较小，消费者提高环境意识可促使制造商降低产品碳足迹；若产品的初始碳足迹较大，只有当消费者的环境意识水平小于某一阈值时，消费者提高环境意识才可促使制造商降低产品碳足迹，否则，消费者提高环境意识反而不能促使制造商降低产品碳足迹.这是因为产品的初始碳足迹较大使得制造商的减排成本很高，而且，当消费者的环境意识水平大于这一阈值时，其对初始碳足迹较大产品的支付意愿逐渐降低，这二者致使制造商缺乏进行减排投资的动力.因此，产品碳足迹将随着消费者环境意识的增强而降低.

推论2集中式决策下：

推论2表明，集中式决策下，若产品的初始碳足迹较大，零售商需随着消费者环境意识的增强而降低产品的销售价格；若产品的初始碳足迹较小，当消费者的环境意识水平小于某一阈值时，零售商需随着消费者环境意识的增强而降低产品的销售价格；相反，零售商可随着消费者环境意识的增强而提高产品的销售价格.这是因为随着消费者环境意识的增强，其对初始碳足迹较小产品的支付意愿逐渐增加，即消费者更愿意为碳足迹更低的产品支付更高的价格，这时零售商可适当地提高产品的销售价格.

2.3分散式决策模型

分散式决策下，制造商是市场的领导者，零售商是跟随者，彼此都以自身利润最大化为决策目标.首先，制造商根据减排成本确定产品碳足迹和批发价格，然后，零售商根据批发价格和消费者环境意识水平确定产品的销售价格.但是，制造商制定批发价格之前已预料到零售商的定价反应.因此，双方的博弈过程可归结为如下的Stackelberg主从博弈模型

实际上，分散式决策模型中制造商和零售商的博弈过程是一个完全信息下的两阶段动态博弈，其均衡是子博弈精炼纳什均衡，因此可采用逆向归纳法来求解.

命题2分散式决策下，如果给定产品的初始碳足迹和消费者的环境意识水平，则制造商和零售商的最优策略组合为(eD，wD，pD)，此时产品的市场需求为QD，制造商和零售商的利润分别为和

推论3分散式决策下：

和

推论3表明，分散式决策下，若产品的初始碳足迹相对较小，消费者提高环境意识可促使制造商降低产品碳足迹；若产品的初始碳足迹较大，只有当消费者的环境意识水平小于某一阈值时，消费者提高环境意识才可促使制造商降低产品碳足迹，否则，消费者提高环境意识反而不能促使制造商降低产品碳足迹.这是因为产品的初始碳足迹较大使得制造商的减排成本很高，而且当消费者的环境意识水平大于这一阈值时，其对初始碳足迹较大产品的支付意愿逐渐降低，这二者致使制造商缺乏进行减排投资的动力.因此，产品碳足迹将会随着消费者环境意识的增强而降低.

推论4分散式决策下：

证明 根据命题2容易得知

推论4表明，分散式决策下，若产品的初始碳足迹较大，零售商需随着消费者环境意识的增强而降低产品的销售价格；若产品的初始碳足迹较小，当消费者的环境意识水平小于某一阈值时，零售商必须随着消费者环境意识的增强而降低产品销售价格；相反，零售商可以随着消费者环境意识的增强而提高产品销售价格.这是因为随着消费者环境意识的增强，其对初始碳足迹较小产品的支付意愿逐渐增加，即消费者更愿意为碳足迹更低的产品支付更高的价格，这时零售商可适当地提高产品销售价格.

2.4集中式与分散式决策模型的比较分析

命题3碳标签制度下：

证明 根据推论1和推论3容易得到

命题3表明，碳标签制度下，若产品的初始碳足迹较小，不管在集中式还是分散式决策下，消费者提高环境意识都可促使制造商降低产品碳足迹；若产品的初始碳足迹较大，集中式决策下消费者提高环境意识可促使制造商降低产品碳足迹，而分散式决策下消费者提高环境意识不会促使制造商降低产品碳足迹；若产品的初始碳足迹很大，且消费者的环境意识水平大于某一阈值时，不管在集中式还是分散式决策下，消费者提高环境意识都不能促使制造商降低产品碳足迹.这一命题指出，碳标签制度下，对于初始碳足迹较小的产品，通过制造商与零售商进行集中式决策和消费者提高环境意识就可降低产品碳足迹，然而对于初始碳足迹较大的产品，制造商与零售商更应该进行集中式决策，同时消费者的环境意识水平不宜太强，这才能有效地降低产品碳足迹.

命题4碳标签制度下：

证明 根据推论2和推论4容易得到

命题4表明，碳标签制度下，若产品的初始碳足迹相对较小，当消费者的环境意识水平小于某一阈值时，在集中式决策下，零售商可随着消费者环境意识的增强而增加产品的销售价格，但是在分散式决策下，零售商需随着消费者环境意识的增强而降低产品的销售价格，当消费者的环境意识水平大于某一阈值时，不管在集中式还是分散式决策下，零售商都应该随着消费者环境意识的增强而增加产品的销售价格；若产品的初始碳足迹较大，不管在集中式还是分散式决策下，零售商都需随着消费者环境意识的增强而降低产品的销售价格.

命题5碳标签制度下，如果给定产品的初始碳足迹，则分散式和集中式决策下产品碳足迹、销售价格、市场需求以及供应链的利润分别满足

证明 根据命题1和命题3，比较集中式与分散式决策模型中的均衡结果，容易得知QD＜QC，同时

命题5表明，相比集中式决策，当制造商和零售商进行分散式决策时，产品碳足迹增加，需求降低，致使供应链系统的利润下降.

2.5协调机制设计

根据命题5可知：碳标签制度下，如果制造商和零售商进行分散式决策，就不可避免地产生“双重边际效应”，导致整个供应链系统的利润下降.更重要的是，产品碳足迹相比集中式决策更低.显然很有必要引入两部定价合同(two-part pricing contract)来协调整个供应链系统[15，16].具体的合同形式为(wT，F)，其中wT(＞0)是制造商给予零售商的批发价格，F(＞0)是制造商向零售商收取的固定支付.因此，两部定价合同下制造商和零售商的利润分别为

命题6表明，碳标签制度下，只要制造商提供给零售商的两部定价合同满足相应的条件，就可实现集中式决策下的最优策略.此时，产品碳足迹降低了，市场需求增加，消费者可从中获益，而且供应链系统的绩效得以提高，最终实现了企业、消费者、自然环境等多方受益，真可谓“多赢”.

3　算例分析

基于假设，不妨取a=100，c=20，b=1，k=16，η∈(0，7)对上述的命题和推论进行验证.根据命题3和命题4可知，产品的不同初始碳足迹水平直接影响制造商和零售商的产品碳足迹与定价策略.另外，文献[6]中用绿色，黄色，褐色3种碳标签标记产品进行实验研究.因此，可取ê=6，ê=9和ê=11进行比较分析集中式与分散式决策下消费者环境意识对产品碳足迹、销售价格、市场需求、供应链利润以及两部定价合同中固定支付的影响.

3.1消费者环境意识对产品碳足迹的影响

消费者环境意识对产品碳足迹的影响如图1所示.

图1　消费者环境意识(η)对产品碳足迹的影响Fig.1 The effect of consumer environmental awareness on product carbon footprint

3.2消费者环境意识对销售价格的影响

消费者环境意识(η)对销售价格的影响如图2所示.

图2　消费者环境意识(η)对销售价格的影响Fig.2 The effect of consumer environmental awareness on sale price

3.3消费者环境意识对需求的影响

消费者环境意识对需求的影响如图3所示.

图3消费者环境意识(η)对需求的影响Fig.3 The effect of consumer environmental awareness on demand

3.4消费者环境意识对供应链利润的影响

消费者环境意识对供应链利润的影响如图4所示.

图4消费者环境意识(η)对供应链利润的影响Fig.4 The effect of consumer environmental awareness on supply chain profits

3.5消费者环境意识对两部定价合同中固定支付的影响

消费者环境意识对两部定价合同中固定支付的影响如图5所示.

图5消费者环境意识(η)对两部定价合同中固定支付F的影响Fig.5 The effect of consumer environmental awareness on fixed fee within the two-part tariffs

4　结束语

本文基于供应链视角建立集中式和分散式决策模型，研究了碳标签制度下制造商和零售商的产品碳足迹和价格决策以及协调策略.研究发现，碳标签制度下：

(1)当产品的初始碳足迹较小时，不管制造商和零售商进行集中式还是分散式决策消费者环境意识的增强都可促使制造商降低产品碳足迹；

(2)当产品的初始碳足迹相对较大时，只有集中式决策下消费者环境意识的增强才可促使制造商降低产品碳足迹，分散式决策下产品碳足迹随着消费者环境意识的增强而历经先增加后降低的变化过程；

(3)当产品的初始碳足迹很大时，消费者提高环境意识并不能完全促使制造商降低产品碳足迹，而且零售商需随着消费者环境意识的增强而降低产品的销售价格；

(4)两部定价合同中，只要制造商向零售商收取的固定支付按照产品的初始碳足迹和消费者的环境意识水平进行动态调整，就可协调整个供应链系统.

根据以上研究结论可得到以下管理启示，碳标签制度下：

(1)对于初始碳足迹相对较小的产品，只要制造商和零售商协调合作就可有效地降低产品碳足迹，而且市场需求也会随着消费者环境意识的提高而增加.然而，对于初始碳足迹较大的产品，政府可考虑提供减排投资补贴，以此激励制造商推广碳标签和降低产品碳足迹；

(2)政府和社会组织可通过环境认知教育、新闻媒介与环保宣传等方式来提高消费者的环境意识，引导消费者购买碳足迹较低的产品，这可激发制造商进行减排投资来降低产品碳足迹，进而减少温室气体排放；

(3)制造商和零售商应该统揽全局协调合作，通过两部定价合同实现集中式决策下的最优策略.这既可降低产品碳足迹，又会增加市场需求，以此实现供应链系统和自然环境双双受益.

[1]国务院发展研究中心课题组.全球温室气体减排：理论框架和解决方案.经济研究，2009(3)：4-13. Project Team of Development Research Center of the State Council of China.Greenhouse gas emissions reduction：A theoretical framework and global solution.Economic Research Journal，2009(3)：4-13.(in Chinese)

[2]Upham P，Dendler L，Bleda M.Carbon labelling of grocery products：Public perceptions and potential emissions reductions.Journal of Cleaner Production，2011，19(4)：348-355.

[3]余运俊，王润，孙艳伟，等.建立中国碳标签体系研究.中国人口资源与环境，2010，20(5)：9-13. Yu Y J，Wang R，Sun Y W，et.al.Study on establish carbon label system in China.China Population，Resources and Environment，2010，20(5)：9-13.(in Chinese)

[4]White R，Boardman B，Thottathill S.Carbon Labelling：Evidence，Issues and Questions.Oxford：Briefing Paper for the Tesco-ECI Carbon Labelling Workshop，2007.

[5]Young W，Hwang K，McDonald S，et.al.Sustainable consumption：Green consumer behavior when purchasing products.Sustainable Development，2010，18(1)：20-31.

[6]Vanclay J K，Shortiss J，Aulsebrook S，et.al.Customer response to carbon labelling of groceries.Journal of Consumer Policy，2011，34(1)：153-160.

[7]吴林海，赵丹，王晓莉，等.企业碳标签食品生产的决策行为研究.中国软科学，2011(6)：87-99. Wu L H，Zhao D，Wang X L，et.al.Study on manufacturers’decision-making behavior on carbon-labeled food.China Soft Science Magazine，2011(6)：87-99.(in Chinese)

[8]Zhao R，Deutz P，Neighbour G，et.al.Carbon emissions intensity ratio：An indicator for an improved carbon labelling scheme. Environmental Research Letters，2012，7(1)：1-9.

[9]Dobers，P，Wolff，R.Competing with soft issues-from managing the environment to sustainable business strategies.Business Strategy and the Environment，2000，9(3)：143-150.

[10]Chitra K.In search of the green consumers：A perceptual study.Journal of Services Research，2007，7(1)：173-191.

[11]庞晶，李文东.低碳消费偏好与低碳产品需求分析.中国人口资源与环境，2011，21(9)：76-80. Pang J，Li W D.On low-carbon preference and consumption function.China Population，Resources and Environment，2011，21(9)：76-80.(in Chinese)

[12]邓德军，肖文娟.消费者可以影响企业的环保行为吗.经济评论，2011(6)：63-71. Deng D J，Xiao W J.Can consumers influence the strategy of corporate environmental management.Economic Review，2011(6)：63-71.(in Chinese)

[13]Yalabik B，Fairchild R J.Customer，regulatory，and competitive pressure as drivers of environmental innovation.International Journal of Production Economics，2011，131(2)：519-527.

[14]Yakita A，Yamauchib，H.Environmental awareness and environmental R and D spillovers in differentiated duopoly.Research in Economics，2011，65(3)：137-143.

[15]Cachon G P，Kok A G.Competing manufacturers in a retail supply chain：On contractual form and coordination.Management Science，2010，56(3)：571-589.

[16]赵海霞，艾兴政，马建华，等.风险规避型零售商的链与链竞争两部定价合同.系统工程学报，2013，28(3)：377-386. Zhao H X，Ai X Z，Ma J H，et.al.Two-part tariffs contract under chain-to-chain competition with risk-averse retailers.Journal of Systems Engineering，2013，28(3)：377-386.(in Chinese)

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，甘肃平凉人，博士生，研究方向：物流与供应链管理，低碳经济，Email：yonghongch1228@163.com；

2014-04-07；

2014-10-30.

国家自然科学基金资助项目(71271225；71301178)；重庆市研究生科研创新资助项目(CYB14001)；安徽工程大学引进人才科研启动基金资助项目(2015YQQ009)；安徽高校自然科学研究重点资助项目(KJ2016A052).

熊中楷(1948-)，男，江西南昌人，教授，博士生导师，研究方向：运作管理，决策优化，物流与供应链管理，Email：xiongzhongkai@cqu.edu.cn.