基于shapley值法的茶葉供應鏈合作博弈與收益分配研究

冉文學　何丹丹

關鍵詞：茶葉供應鏈；shapley值法；合作博弈；收益分配

中圖分類號：F254 文獻標識碼：A 文章編號：2096-7934（2023）09-0087-10

一、緒論

目前，我國的農業供應鏈已經從最初的農產品生產延伸到運輸、包裝、儲存、批發、配送和流通加工等環節，并配套相關技術與信息服務，調控著供應鏈上下游。隨著農業供應鏈的延伸，農產品的流通時間變短的同時還提高了農產品的質量，從而保證了整條供應鏈的收益。未來，隨著供應鏈延長，垂直一體化將成為農產品流通發展的必然趨勢。

由于農產品供應鏈的各個主體有其自身的利益傾向，所以利益分配是農產品供應鏈中的重要問題，如果參與主體沒有獲得應得的收益，則會影響該主體的積極性，從而導致供應鏈的整體收益減少。目前，很多農產品供應鏈都存在著復雜性和脆弱性的問題，供應鏈合作中搭便車、信息不對稱等現象比較普遍。如何合理的分配農產品供應鏈中主體的收益，已成為當前研究的熱點問題［1］。選擇合適的合作伙伴，構建基于供應鏈的合作聯盟，是實現全鏈條利潤最大化的重要手段之一［2］。

從利益分配的角度來看，供應鏈的穩定與共贏與聯盟中各主體之間是否能得到公平合理的分配利益密切相關。牛童鶴（2020）認為通過“互聯網+茶產業”整合農村耕地、農村特色種植及農村勞動力等資源，將生產源頭與終端消費直接對接，可以增加農民收入，降低消費者成本［3］。張弛等人（2023）構建了基于改進Shapley值法的裝配式建筑綠色供應鏈利益分配模型，結果表明該利益分配機制能準確地反映參與方的真實貢獻，改善了利益分配的合理性［4］。程鵬斐（2022）等認為考慮子聯盟貢獻的利潤分配策略能夠有效解決共同配送聯盟利潤分配問題，保證聯盟各方均可獲得滿意的利潤［5］。李夢祺等人（2023）在合作博弈部分，分別對其構建的兩條供應鏈建立合作博弈刻畫，并利用Shapley值分配每條供應鏈的利潤［6］。范伯龍等人（2023）考慮了聯盟權重的影響，構建基于區間值的改進加權Shapley值并應用于花卉冷鏈物流聯盟的收益分配，通過仿真算例驗證該方法滿足可行性［7］。王萌（2022）在分析各主體之間不同合作模式分析的基礎上，運用Shapley值法獲取了一個新的利益分配方案［8］。舒坤良等人（2020）以吉林省為例構建玉米產業鏈，探討產業鏈上各主體合作博弈及利益分配［9］。

農產品供應鏈各主體之間的收益分配問題，已成為相關領域的關注熱點。學者們也已經從多個角度以及領域，運用shapley值法和合作博弈開展了農產品供應鏈收益分配問題的探索和研究，但目前為止并沒有查閱到關于茶葉供應鏈的收益分配研究。本文利用已有的收益分配研究思路，以云南省為例，構建基于茶農、加工企業和渠道商的茶葉供應鏈進行收益分配。首先根據調研實際，得出供應鏈各主體的成本收益分析，然后運用shapley值法測算各利益主體收益分配情況，為制定茶葉產業發展政策、促進茶葉供應鏈的快速發展提供參考。

二、問題描述與基本假設

（一）云南省茶葉產業發展現狀

茶葉是云南省的優勢、特色和重點產業，位于全省8個農業重點產業之首［10］。通過查找資料可知，云南省茶樹種植面積大，經濟效益高，產業發展已具規模［11］。目前云南省16個州市中有14個產茶，以普洱、臨滄、西雙版納三個茶區最為集中，其中臨滄173.4萬畝，普洱175萬畝，西雙版納139.4萬畝。受各地地形氣候和加工工藝的影響，云南省茶葉主要有普洱茶、紅茶和綠茶三大類，白茶、烏龍產等占的比重很小。

從云南省茶葉產量來看，2021年全省茶園面積和茶產量分別為50.46萬公頃和50.21萬噸，分別占全國的比重為15.2%和15.8%。如表1所示，從2016到2021年，云南省茶園面積年均增長3.3%，增加了8.25萬公頃。茶葉產量年均增長5.8%，與2016增加了12.91萬噸。

表1 2016—2021年全國和云南省茶園種植面積以及茶產量情況

注：數據來源于國家統計局、云南省統計年鑒。

雖然云南省茶葉種植面積以及產量在全國占比很高，但因為其種植方式主要以分散的小農戶種植為主，難以進行規模化、標準化的管理，所以云南省茶葉種植的成本一直居高不下。另一方面，由于云南省茶產業結構不合理，茶葉產業的整體加工水平較低，所以茶葉產業鏈整合水平也需要提升。

（二）Shapley值法及基本假設

Shapley值法由美國經濟學家Lloyd S.?Shapley于1953年提出，是合作博弈理論中的一個概念，用于解決合作者之間如何進行利益分配的問題。其本質是用邊際貢獻衡量該個體的貢獻，量化個體價值，根據個體對于最終結果的貢獻進行利益分配。

1.參數設置

s：表示I中可能會形成的任意一個聯盟

ν（i）：表示各個主體單獨經營時的收益

ν（s）：表示子集s在合作中可以獲得的最大收益

ν（I）：表示所有個體都參與合作時獲得的收益

x_i：表示各個主體參與合作聯盟時獲得的收益

S_i：表示集合I中包含成員i的所有子集

｜s｜：表示聯盟S中元素個數

w（｜s｜）：表示加權因子

ν（s|i）：表示子集s中沒有合作伙伴i后可取的收益

2.Shapley合作對策

假設合作方有n人，即有集合I={1，2，3，…，n}，對于子集s∈I，實函數v（s）滿足：

式（1）表示如果沒有人參加合作，則聯盟的收益為零，式（2）表示合作聯盟中任意的子聯盟參與合作時所獲得的收益應大于各個子聯盟不參與合作時所獲得的收益。

式（3）表示合作聯盟中所有個體分配的收益之和應該等于該聯盟獲得的總收益。式（4）各個主體參與聯盟時獲得的收益大于各個主體獨立經營時所獲得的收益。

通過式（5）式（6）可算出聯盟S中第i名成員獲得的收益。這里假設參與合作博弈的主體有A、B、C三方，即n=3時，計算過程如表2所示。

表2 不同狀態參與下的shapley值參數

三、模型構建

（一）茶葉供應鏈構建

本文構建的茶葉供應鏈是由茶農、加工企業以及渠道商三個主體構成，其中茶農指茶葉供應鏈中的大小茶農，加工企業是指茶葉供應鏈中對茶葉進行粗加工以及深加工的企業，渠道商是指連接加工企業和消費者之間的眾多中間企業，包括零售商、批發商、超市、代理商等。可以構建茶葉供應鏈，如圖1所示。

圖1 茶葉供應鏈

（二）各環節收益分析

目前云南省產量最大的是普洱茶，所以本文以西雙版納傣族自治州的普洱茶為例進行相關調研。據了解，西雙版納州目前共有茶園82234余畝，分布于其兩縣一市的19個鄉鎮之中。其中：勐海縣古茶園面積最大，有46216畝，勐臘縣有古茶園面積27793畝，景洪市古茶園面積較少，有8225畝。

1.種植環節成本收益分析

通過實際走訪茶園分布面積較大的格朗鄉和象明鄉，可以了解到茶農的成本由土地成本、種苗費用、物料成本、人工成本、灌溉成本以及初加工成本等構成。其中土地成本包含自營地折租和流轉地租金，平均土地成本為3680.58元/公頃。物料成本由直接費用和間接費用組成，直接費用包括肥料、農藥、燃料動力費等，間接費用主要包括機械折舊、小農具購置費、期間費用等，平均物料成本為10811.69元/公頃。由于目前茶葉采摘大部分都是人工，而且一般茶農會對剛采摘的茶葉進行初加工，即將鮮葉殺青揉捻曬青到毛茶的過程，所以普遍來說人工成本較高，平均人工成本可達23664.95元/公頃。目前每公頃的平均產量為2875.45千克/公頃，且加工企業的收購平均單價為28.49元/千克。經過折算，茶農的平均成本收益如表3所示。

表3 農戶平均成本收益

2.加工環節成本收益分析

本文以云南省普洱市的某茶葉加工企業為例進行了調研，該企業以平均單價33.95元/千克的價格收購干毛茶，通過萃取、調配、充填、包裝等加工工藝制作出茶葉成品之后發往各個分銷渠道。根據每3千克的干毛茶可制成1千克的成品茶的加工比例，通過成本核算，可知加工企業的平均成本收益，如表4所示。

表4 加工企業平均成本收益

3.銷售環節成本收益分析

銷售環節的分析以云南省昆明市的某個茶葉零售商為例，根據實地調研，該零售商的成本主要由采購成本、運輸成本、銷售成本、損耗成本與場地費用組成。經過相關折算，可知銷售環節的平均成本收益，如表5所示。

表5 零售商平均成本收益

4.各環節收益分配格局評價

以云南省普洱茶供應鏈為例，經過以上分析可以，茶農種植的平均成本為15.54元/千克，平均收入為33.95元/千克。加工企業的平均加工成本為109.66元/千克，平均收入為138.16元/千克。渠道商的平均銷售成本為141.36元/千克，平均收入為167.56元/千克。據此，生產1千克的茶葉在茶農、加工企業以及渠道商三個環節的收益分配情況如表6所示。

表6 生產1千克茶葉供應鏈收益分配關系單位：元/千克

四、實證分析

（一）不同合作下的收益分析

目前云南省茶葉供應鏈上各主體之間的合作模式主要有四種：第一種是茶農與加工企業合作，渠道商不參加合作；第二種是茶農與渠道商合作，加工企業不參與合作；第三種是加工企業與渠道商合作，茶農不參與合作；第四種是茶農、加工企業以及渠道商共同參與合作。

通過對云南省茶葉調研得到的相關數據，在各主體沒有進行合作時，加工1千克茶葉整條產業鏈能實現73.11元的增值。而在各主體組成合作聯盟的情況下，第一種合作模式下茶農和加工企業共獲得收益49.81元/千克，第二種合作模式下茶農和渠道商共獲得收益為47.71元/千克，第三種合作模式下加工企業和渠道商共獲得收益為51.70元/千克，第四種合作模式下茶農、加工企業進而渠道商可獲得收益為80.45元/千克。

基于對以上四種合作模式的分析，為了進行合作博弈分析進行了以下參數設置，P表示市場售價，其中P₁為每千克干毛茶的售價，P₂為每千克成品茶的售價，P₃為每千克茶葉的市場售價；C表示平均生產成本，其中C₁為茶農在生產每千克干毛茶所產生的平均生產成本，C₂為加工企業將干毛茶制成成品茶葉過程中平均生產成本，C₃為渠道商在將成品茶銷售到消費者手中所需要的成本；R表示相關主體所獲取的收益，f表示茶農，R_f表示茶農所獲取的收益；e表示加工企業，R_e則為加工企業能夠獲取的收益；d表示渠道商，R_d代表渠道商所獲取的收益；Q代表目前市場上對于茶葉的需求量，將以上設立的參數帶入到四種合作模式中，進行供應鏈各主體之間的合作博弈分析。

1.農戶+加工企業模式

這種合作模式下，渠道商作為獨立主體可以得到市場上對茶葉的真實需求，然后會根據市場需求給加工企業反饋需要的茶葉數量和茶葉品質。有了反饋的加工企業為了達到低價收購干毛茶的目的，會憑借其談判優勢與茶葉種植戶進行價格的談判。而由于這種合作方式中茶農處于一種相對弱勢的地位，所以只能被動的接受加工企業的收購價格。但茶農也會為了維持生計或者獲得一定的收益，經常會在干毛茶的質量上摻假，最終導致了茶葉產成品的質量下降，出現3千克的干毛茶不能產出1千克成品茶的情況，此時Qfee+R_f，如式（7）所示。

2.農戶+渠道商模式

在這種合作模式下，雖然從表面來看，加工企業沒有起到連接茶農和渠道商的作用，但由于市場上茶葉加工企業的數量很多，此時的加工企業為了穩固自身在整個茶葉供應鏈中的位置，有時候就會提高收購干毛茶的價格，這種情況下茶農就能以一個相對較高的價格出售干毛茶，即P¹₁>P₁。同時由于市場競爭激烈，加工企業為了能將自己加工的成品茶出售，往往會降低成品茶售價，此時的渠道商則會以一個相對較低的價格收購，從而增加了自身收益。因此這種合作模式下，茶農與渠道商的收益都能夠得到增加，兩者合作獲得的收益高于各自在市場上公平交易所獲取的收益，即R_fd>R_f+R_d，如式（8）所示。

3.加工企業+渠道商模式

在這種合作模式下，雖然茶葉供應鏈的整體需求量會增加，但是由于茶農作為獨立的主體只能被動的接受價格，所以會出現茶農生產的干毛茶質量大幅下降的情況，即ψQede+R_d，如式（9）所示。

4.農戶+加工企業+渠道商模式

在這種合作模式下，渠道商發揮其市場優勢，將最真實的市場需求傳遞給加工企業，而加工企業為了獲得高質量的生產原料也會直接將干毛茶的需求標準告訴茶農，茶農根據需求提供達標的干毛茶，這一過程中降低了三者的時間成本也減少了很多不必要的浪費，即C¹₁2₂3₃ed>R_f+R_e+R_d，如式（10）所示。

綜上所述，在第四種合作模式下，即農戶、加工企業和渠道商組成合作聯盟時，茶葉供應鏈才會實現整體收益最大，各主體的收益才會實現增長。

（二）合作博弈下茶葉供應鏈利益增長及分配

基于以上調研數據與結論，運用shapley 值法對三者組成合作聯盟時的收益進行合理分配，進而找到最合理的收益分配方案，具體運算過程如表7-表9所示。

表7 茶農參與下的合作收益

根據以上參數可計算茶農的收益分配值如式（11）所示。

表8 加工企業參與下的合作收益

根據以上參數可計算加工企業的收益分配值如式（12）所示。

表9 渠道商參與下的合作收益

根據以上參數可計算渠道商的收益分配值如式（13）所示。

綜上，在本文構建的茶葉供應鏈中，即由茶農、加工企業和渠道商三者組成的合作聯盟中，通過供應鏈各主體之間的合作，供應鏈總收益水平提升了7.43元/千克，提高了10.03%；各主體之間的收益也由獨立經營時的18.41元/千克、28.50元/千克和26.20元/千克分別提高到茶農獲得22.86元/千克，加工企業獲得29.86元/千克和渠道商獲得27.70元/千克，分別提升了24.17%，4.77%和5.72%。收益提高主要是因為供應鏈上下游各主體之間因為合作減少了浪費、提高了經營效率、降低了交易成本等。

五、結語

通過數據分析可知，當農產品供應鏈上的所有節點組成合作聯盟即當茶農、加工企業和渠道商達成合作時，整個鏈條才可以達到帕累托最優，所以組建合作聯盟是茶葉供應鏈提升市場競爭力以及可持續發展能力的重要舉措。

與其他農業供應鏈類似，茶葉供應鏈也由茶農、加工企業、渠道商三方構成，在固定政策和生產經營情況下，茶葉供應鏈能否持續發展，關鍵在于各主體的收益能否合理分配以及組成合作聯盟時能否提高供應鏈的整體收益。本文首先通過大量調研得到云南省茶葉供應鏈上的各個主體的成本收入數據并進行了成本收益分析，然后運用shapley值法對現有茶葉供應鏈的各個主體進行合理的收益分配，為構建茶葉供應鏈進行收益分配時提供了一定的參考價值。

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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