基于shapley值法的茶叶供应链合作博弈与收益分配研究

冉文学　何丹丹

关键词：茶叶供应链；shapley值法；合作博弈；收益分配

中图分类号：F254 文献标识码：A 文章编号：2096-7934（2023）09-0087-10

一、绪论

目前，我国的农业供应链已经从最初的农产品生产延伸到运输、包装、储存、批发、配送和流通加工等环节，并配套相关技术与信息服务，调控着供应链上下游。随着农业供应链的延伸，农产品的流通时间变短的同时还提高了农产品的质量，从而保证了整条供应链的收益。未来，随着供应链延长，垂直一体化将成为农产品流通发展的必然趋势。

由于农产品供应链的各个主体有其自身的利益倾向，所以利益分配是农产品供应链中的重要问题，如果参与主体没有获得应得的收益，则会影响该主体的积极性，从而导致供应链的整体收益减少。目前，很多农产品供应链都存在着复杂性和脆弱性的问题，供应链合作中搭便车、信息不对称等现象比较普遍。如何合理的分配农产品供应链中主体的收益，已成为当前研究的热点问题［1］。选择合适的合作伙伴，构建基于供应链的合作联盟，是实现全链条利润最大化的重要手段之一［2］。

从利益分配的角度来看，供应链的稳定与共赢与联盟中各主体之间是否能得到公平合理的分配利益密切相关。牛童鹤（2020）认为通过“互联网+茶产业”整合农村耕地、农村特色种植及农村劳动力等资源，将生产源头与终端消费直接对接，可以增加农民收入，降低消费者成本［3］。张弛等人（2023）构建了基于改进Shapley值法的装配式建筑绿色供应链利益分配模型，结果表明该利益分配机制能准确地反映参与方的真实贡献，改善了利益分配的合理性［4］。程鹏斐（2022）等认为考虑子联盟贡献的利润分配策略能够有效解决共同配送联盟利润分配问题，保证联盟各方均可获得满意的利润［5］。李梦祺等人（2023）在合作博弈部分，分别对其构建的两条供应链建立合作博弈刻画，并利用Shapley值分配每条供应链的利润［6］。范伯龙等人（2023）考虑了联盟权重的影响，构建基于区间值的改进加权Shapley值并应用于花卉冷链物流联盟的收益分配，通过仿真算例验证该方法满足可行性［7］。王萌（2022）在分析各主体之间不同合作模式分析的基础上，运用Shapley值法获取了一个新的利益分配方案［8］。舒坤良等人（2020）以吉林省为例构建玉米产业链，探讨产业链上各主体合作博弈及利益分配［9］。

农产品供应链各主體之间的收益分配问题，已成为相关领域的关注热点。学者们也已经从多个角度以及领域，运用shapley值法和合作博弈开展了农产品供应链收益分配问题的探索和研究，但目前为止并没有查阅到关于茶叶供应链的收益分配研究。本文利用已有的收益分配研究思路，以云南省为例，构建基于茶农、加工企业和渠道商的茶叶供应链进行收益分配。首先根据调研实际，得出供应链各主体的成本收益分析，然后运用shapley值法测算各利益主体收益分配情况，为制定茶叶产业发展政策、促进茶叶供应链的快速发展提供参考。

二、问题描述与基本假设

（一）云南省茶叶产业发展现状

茶叶是云南省的优势、特色和重点产业，位于全省8个农业重点产业之首［10］。通过查找资料可知，云南省茶树种植面积大，经济效益高，产业发展已具规模［11］。目前云南省16个州市中有14个产茶，以普洱、临沧、西双版纳三个茶区最为集中，其中临沧173.4万亩，普洱175万亩，西双版纳139.4万亩。受各地地形气候和加工工艺的影响，云南省茶叶主要有普洱茶、红茶和绿茶三大类，白茶、乌龙产等占的比重很小。

从云南省茶叶产量来看，2021年全省茶园面积和茶产量分别为50.46万公顷和50.21万吨，分别占全国的比重为15.2%和15.8%。如表1所示，从2016到2021年，云南省茶园面积年均增长3.3%，增加了8.25万公顷。茶叶产量年均增长5.8%，与2016增加了12.91万吨。

表1 2016—2021年全国和云南省茶园种植面积以及茶产量情况

注：数据来源于国家统计局、云南省统计年鉴。

虽然云南省茶叶种植面积以及产量在全国占比很高，但因为其种植方式主要以分散的小农户种植为主，难以进行规模化、标准化的管理，所以云南省茶叶种植的成本一直居高不下。另一方面，由于云南省茶产业结构不合理，茶叶产业的整体加工水平较低，所以茶叶产业链整合水平也需要提升。

（二）Shapley值法及基本假设

Shapley值法由美国经济学家Lloyd S. Shapley于1953年提出，是合作博弈理论中的一个概念，用于解决合作者之间如何进行利益分配的问题。其本质是用边际贡献衡量该个体的贡献，量化个体价值，根据个体对于最终结果的贡献进行利益分配。

1.参数设置

s：表示I中可能会形成的任意一个联盟

ν（i）：表示各个主体单独经营时的收益

ν（s）：表示子集s在合作中可以获得的最大收益

ν（I）：表示所有个体都参与合作时获得的收益

x_i：表示各个主体参与合作联盟时获得的收益

S_i：表示集合I中包含成员i的所有子集

｜s｜：表示联盟S中元素个数

w（｜s｜）：表示加权因子

ν（s|i）：表示子集s中没有合作伙伴i后可取的收益

2.Shapley合作对策

假设合作方有n人，即有集合I={1，2，3，…，n}，对于子集s∈I，实函数v（s）满足：

式（1）表示如果没有人参加合作，则联盟的收益为零，式（2）表示合作联盟中任意的子联盟参与合作时所获得的收益应大于各个子联盟不参与合作时所获得的收益。

式（3）表示合作联盟中所有个体分配的收益之和应该等于该联盟获得的总收益。式（4）各个主体参与联盟时获得的收益大于各个主体独立经营时所获得的收益。

通过式（5）式（6）可算出联盟S中第i名成员获得的收益。这里假设参与合作博弈的主体有A、B、C三方，即n=3时，计算过程如表2所示。

表2 不同状态参与下的shapley值参数

三、模型构建

（一）茶叶供应链构建

本文构建的茶叶供应链是由茶农、加工企业以及渠道商三个主体构成，其中茶农指茶叶供应链中的大小茶农，加工企业是指茶叶供应链中对茶叶进行粗加工以及深加工的企业，渠道商是指连接加工企业和消费者之间的众多中间企业，包括零售商、批发商、超市、代理商等。可以构建茶叶供应链，如图1所示。

图1 茶叶供应链

（二）各环节收益分析

目前云南省产量最大的是普洱茶，所以本文以西双版纳傣族自治州的普洱茶为例进行相关调研。据了解，西双版纳州目前共有茶园82234余亩，分布于其两县一市的19个乡镇之中。其中：勐海县古茶园面积最大，有46216亩，勐腊县有古茶园面积27793亩，景洪市古茶园面积较少，有8225亩。

1.种植环节成本收益分析

通过实际走访茶园分布面积较大的格朗乡和象明乡，可以了解到茶农的成本由土地成本、种苗费用、物料成本、人工成本、灌溉成本以及初加工成本等构成。其中土地成本包含自营地折租和流转地租金，平均土地成本为3680.58元/公顷。物料成本由直接费用和间接费用组成，直接费用包括肥料、农药、燃料动力费等，间接费用主要包括机械折旧、小农具购置费、期间费用等，平均物料成本为10811.69元/公顷。由于目前茶叶采摘大部分都是人工，而且一般茶农会对刚采摘的茶叶进行初加工，即将鲜叶杀青揉捻晒青到毛茶的过程，所以普遍来说人工成本较高，平均人工成本可达23664.95元/公顷。目前每公顷的平均产量为2875.45千克/公顷，且加工企业的收购平均单价为28.49元/千克。经过折算，茶农的平均成本收益如表3所示。

表3 农户平均成本收益

2.加工环节成本收益分析

本文以云南省普洱市的某茶葉加工企业为例进行了调研，该企业以平均单价33.95元/千克的价格收购干毛茶，通过萃取、调配、充填、包装等加工工艺制作出茶叶成品之后发往各个分销渠道。根据每3千克的干毛茶可制成1千克的成品茶的加工比例，通过成本核算，可知加工企业的平均成本收益，如表4所示。

表4 加工企业平均成本收益

3.销售环节成本收益分析

销售环节的分析以云南省昆明市的某个茶叶零售商为例，根据实地调研，该零售商的成本主要由采购成本、运输成本、销售成本、损耗成本与场地费用组成。经过相关折算，可知销售环节的平均成本收益，如表5所示。

表5 零售商平均成本收益

4.各环节收益分配格局评价

以云南省普洱茶供应链为例，经过以上分析可以，茶农种植的平均成本为15.54元/千克，平均收入为33.95元/千克。加工企业的平均加工成本为109.66元/千克，平均收入为138.16元/千克。渠道商的平均销售成本为141.36元/千克，平均收入为167.56元/千克。据此，生产1千克的茶叶在茶农、加工企业以及渠道商三个环节的收益分配情况如表6所示。

表6 生产1千克茶叶供应链收益分配关系单位：元/千克

四、实证分析

（一）不同合作下的收益分析

目前云南省茶叶供应链上各主体之间的合作模式主要有四种：第一种是茶农与加工企业合作，渠道商不参加合作；第二种是茶农与渠道商合作，加工企业不参与合作；第三种是加工企业与渠道商合作，茶农不参与合作；第四种是茶农、加工企业以及渠道商共同参与合作。

通过对云南省茶叶调研得到的相关数据，在各主体没有进行合作时，加工1千克茶叶整条产业链能实现73.11元的增值。而在各主体组成合作联盟的情况下，第一种合作模式下茶农和加工企业共获得收益49.81元/千克，第二种合作模式下茶农和渠道商共获得收益为47.71元/千克，第三种合作模式下加工企业和渠道商共获得收益为51.70元/千克，第四种合作模式下茶农、加工企业进而渠道商可获得收益为80.45元/千克。

基于对以上四种合作模式的分析，为了进行合作博弈分析进行了以下参数设置，P表示市场售价，其中P₁为每千克干毛茶的售价，P₂为每千克成品茶的售价，P₃为每千克茶叶的市场售价；C表示平均生产成本，其中C₁为茶农在生产每千克干毛茶所产生的平均生产成本，C₂为加工企业将干毛茶制成成品茶叶过程中平均生产成本，C₃为渠道商在将成品茶销售到消费者手中所需要的成本；R表示相关主体所获取的收益，f表示茶农，R_f表示茶农所获取的收益；e表示加工企业，R_e则为加工企业能够获取的收益；d表示渠道商，R_d代表渠道商所获取的收益；Q代表目前市场上对于茶叶的需求量，将以上设立的参数带入到四种合作模式中，进行供应链各主体之间的合作博弈分析。

1.农户+加工企业模式

这种合作模式下，渠道商作为独立主体可以得到市场上对茶叶的真实需求，然后会根据市场需求给加工企业反馈需要的茶叶数量和茶叶品质。有了反馈的加工企业为了达到低价收购干毛茶的目的，会凭借其谈判优势与茶叶种植户进行价格的谈判。而由于这种合作方式中茶农处于一种相对弱势的地位，所以只能被动的接受加工企业的收购价格。但茶农也会为了维持生计或者获得一定的收益，经常会在干毛茶的质量上掺假，最终导致了茶叶产成品的质量下降，出现3千克的干毛茶不能产出1千克成品茶的情况，此时Qfee+R_f，如式（7）所示。

2.农户+渠道商模式

在这种合作模式下，虽然从表面来看，加工企业没有起到连接茶农和渠道商的作用，但由于市场上茶叶加工企业的数量很多，此时的加工企业为了稳固自身在整个茶叶供应链中的位置，有时候就会提高收购干毛茶的价格，这种情况下茶农就能以一个相对较高的价格出售干毛茶，即P¹₁>P₁。同时由于市场竞争激烈，加工企业为了能将自己加工的成品茶出售，往往会降低成品茶售价，此时的渠道商则会以一个相对较低的价格收购，从而增加了自身收益。因此这种合作模式下，茶农与渠道商的收益都能够得到增加，两者合作获得的收益高于各自在市场上公平交易所获取的收益，即R_fd>R_f+R_d，如式（8）所示。

3.加工企业+渠道商模式

在这种合作模式下，虽然茶叶供应链的整体需求量会增加，但是由于茶农作为独立的主体只能被动的接受价格，所以会出现茶农生产的干毛茶质量大幅下降的情况，即ψQede+R_d，如式（9）所示。

4.农户+加工企业+渠道商模式

在这种合作模式下，渠道商发挥其市场优势，将最真实的市场需求传递给加工企业，而加工企业为了获得高质量的生产原料也会直接将干毛茶的需求标准告诉茶农，茶农根据需求提供达标的干毛茶，这一过程中降低了三者的时间成本也减少了很多不必要的浪费，即C¹₁2₂3₃ed>R_f+R_e+R_d，如式（10）所示。

综上所述，在第四种合作模式下，即农户、加工企业和渠道商组成合作联盟时，茶叶供应链才会实现整体收益最大，各主体的收益才会实现增长。

（二）合作博弈下茶叶供应链利益增长及分配

基于以上调研数据与结论，运用shapley 值法对三者组成合作联盟时的收益进行合理分配，进而找到最合理的收益分配方案，具体运算过程如表7-表9所示。

表7 茶农参与下的合作收益

根据以上参数可计算茶农的收益分配值如式（11）所示。

表8 加工企业参与下的合作收益

根据以上参数可计算加工企业的收益分配值如式（12）所示。

表9 渠道商参与下的合作收益

根据以上参数可计算渠道商的收益分配值如式（13）所示。

綜上，在本文构建的茶叶供应链中，即由茶农、加工企业和渠道商三者组成的合作联盟中，通过供应链各主体之间的合作，供应链总收益水平提升了7.43元/千克，提高了10.03%；各主体之间的收益也由独立经营时的18.41元/千克、28.50元/千克和26.20元/千克分别提高到茶农获得22.86元/千克，加工企业获得29.86元/千克和渠道商获得27.70元/千克，分别提升了24.17%，4.77%和5.72%。收益提高主要是因为供应链上下游各主体之间因为合作减少了浪费、提高了经营效率、降低了交易成本等。

五、结语

通过数据分析可知，当农产品供应链上的所有节点组成合作联盟即当茶农、加工企业和渠道商达成合作时，整个链条才可以达到帕累托最优，所以组建合作联盟是茶叶供应链提升市场竞争力以及可持续发展能力的重要举措。

与其他农业供应链类似，茶叶供应链也由茶农、加工企业、渠道商三方构成，在固定政策和生产经营情况下，茶叶供应链能否持续发展，关键在于各主体的收益能否合理分配以及组成合作联盟时能否提高供应链的整体收益。本文首先通过大量调研得到云南省茶叶供应链上的各个主体的成本收入数据并进行了成本收益分析，然后运用shapley值法对现有茶叶供应链的各个主体进行合理的收益分配，为构建茶叶供应链进行收益分配时提供了一定的参考价值。

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Study on Cooperative Game and Revenue Distribution of

Tea Supply Chain Based on Shapley Value Method

RAN Wen-xue，HE Dan-dan

（School of Logistics and Management Engineering， Yunnan University of Finance and

Economics，Kunming，Yunnan 650211）

Absrtact：This paper uses Yunnan Province as a case study to build a tea supply chain. It gathers cost and income data for each participant in Yunnan Provinces tea supply chain through investigation. The study employs the Shapley value method to analyze the cooperative game dynamics and equitable income distribution outcomes among the supply chain participants. The results indicate that cooperation between any two participants in the tea supply chain does not necessarily enhance the overall revenue. Nevertheless， when the various entities within the tea supply chain establish a cooperative alliance， the overall benefits of the tea supply chain reach their maximum potential， allowing participants to distribute the largest benefits accordingly. Effectively fostering cooperation among all supply chain entities serves as a crucial strategy for the tea industry to enhance both quality and efficiency.

Keywords：tea supply chain; shapley value method; cooperative games; revenue distribution