碳稅政策下綠色物流發展的三方演化博弈

李利華 ，王瑤，鄧亞軍，南天杰

(1.長沙理工大學 交通運輸工程學院，湖南 長沙 410114；2.長沙理工大學 智能道路與車路協同湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410114)

近年來，我國物流行業發展迅速，已成為國民經濟的支柱產業，但作為能源消耗大戶，物流業的碳排放長期處于高位，嚴重制約行業的高質量發展需求。在健康可持續發展背景下，綠色與低碳物流已成必然，物流行業的節能減排勢在必行。碳稅作為一種政府調控手段，在綠色物流發展過程中，能有效降低碳排放量、促進低碳技術創新、優化產業結構[1-3]。然而實踐中綠色物流的發展受多方利益主體驅動，在碳稅調節下，各方相互制衡、利益博弈，對實施效果的影響有差異性。相關研究體現在2個方面，一是博弈主體的行業利益結構關系與管理體系層次特征。結合綠色物流相關行業及其管理層次性，三方博弈較為常見，政府作為重要的管理者，都會被作為博弈系統的第一主體，后面的2個主體則有差異性。在結構關系上，政府與物流企業關系明確，分別代表第一、二博弈主體，第三方則依據研究對象可變，如消費者[4-5]、第三方機構[6-7]等，以此定義博弈三方基本不存在內部關聯性，相互獨立。另一方面，以行業相關企業為第二、三方主體，在政府方的支持下進行博弈，如承運企業與托運企業對水運物流的減排博弈[8]、公交企業與共享單車企業對公共交通的綠色博弈[9]。在管理層次上，一般以兩級管理區分，分為上層與下層政府，各自代表博弈系統第一、二方主體，第三方則落實在物流行業企業，在策略導向與視角依賴上有差異，如委托代理下的中央政府、地方政府與污染企業碳稅征收演化博弈[10]，雙重治理下中央、地方環保部門、碳排企業的梯式碳稅三方博弈[11]等。二是碳稅政策及環境下的博弈機制。碳稅政策下，綠色物流系統發展最大的可變性在于碳稅調節，因此在博弈中，碳稅系數[2]、動態碳稅[12]、最優碳稅[13]、超額碳稅[14]等被提出用于比較分析均衡博弈條件的差異性，以體現環境的可變性與動態性。在博弈機制上，消費者需求[15]、獎勵懲罰系數[16]、決策者偏好[17]等被考慮用來判別系統協同關系、調節博弈行為、維護結構穩定。相關研究從主體關系、博弈行為、演化規律等層面對綠色物流發展展開研究，可以看出：1) 碳稅政策作用下綠色物流低碳發展研究與實踐得到共識，博弈三方利益主體較為明確，但大多偏好選擇消費者或環保部門作為博弈主體，忽視了第三方專業機構的督察作用；2) 演化博弈研究多從碳稅稅額、碳排量、補貼等層面展開，考慮獎勵、上報等要素少見。因此，本文基于碳稅視角，建立政府、企業、第三方機構的演化博弈模型，分別以引導、落實、監查責任定義博弈三方主體，構造綠色物流發展的演化模型，并結合我國情況開展數值分析與實驗仿真，探究碳稅政策下綠色物流發展的動態演變規律。

1 問題描述

1.1 基本問題與結構關系

在新發展格局下，對于物流業的高質量發展，綠色低碳是基本導向，碳稅策略是有效措施[1-3]。在碳稅政策作用下，指引綠色物流發展的博弈三方利益主體為：政府引導方、企業落實方、第三方監查方。政府引導方既是碳稅設計者與征收者，也是物流行業節能減排和綠色生產的推動者和引導者，其主體責任在于借助財政補貼、碳稅收入以及其他手段從外部推動物流企業經營方式的轉變。同時，政府還具備委托第三方機構進行企業碳排量監測和鑒定的職能，并通過其提升監管部門的工作效率，以上報獎勵激勵第三方機構積極督察。企業落實方是綠色物流發展的主導，其職責是在政府引導碳稅征收以及企業市場需求變動的情況下，投入資本、技術與保障，以減少物流企業碳排量，適應新的經營環境。另外，綠色物流經營企業也必須接受第三方機構的督察并積極配合其工作的開展。第三方監查方是綠色物流健康穩定發展的重要實施主體，是政府引導方監管的強力補充，其主體責任是利用機構本身的專業性為物流行業的節能減排提供先進的監測手段和技術支撐。另一方面，第三方機構處于一個相對中立的地位，既能公平公正的開展與企業排污相關工作，也可以有效避免政府與企業間實施障礙與權力尋租。三方博弈結構關系如圖1。

圖1 基于碳稅的綠色物流發展的三方博弈結構關系Fig.1 Tripartite game structure of green logistics development based on carbon tax

圖2 政府引導方復制動態相位圖Fig.2 Replicated dynamic phase of the government guiders

1.2 假定條件

結合相關碳稅及環保政策，作出如下假設。

假設1：各方博弈主體分別對應2種選擇策略。具體情況見表1。

表1 博弈主體策略選擇設置Table 1 Tripartite game subject strategy selection

假設2：政府引導方、企業落實方和第三方監查方均為有限理性的決策主體，且三者間信息均不對稱，不影響相互間利益決策。

假設3：第三方監查方獲得上報獎勵的基礎是政府引導方加強監管與企業落實方放松減排同時發生。

假設4：碳減排量直接作用于三方實際收益，且呈主導性；

假設5：政府引導方減弱監管、企業落實方放松減排以及第三方監查方消極督察時均不產生額外成本。

1.3 參數與變量

基于圖1博弈三方的作用關系與假定條件，從基礎成本、聲譽損益、獎勵補貼、懲罰損失、稅收收入、基準收益和其他支撐等7個方面對碳稅政策下綠色物流發展三方博弈下的各參數與變量設置如表2。

表2 三方博弈基本參數與變量Table 2 Basic parameters and variables of the tripartite game

1.4 博弈收益矩陣

碳稅政策下，政府引導方對綠色物流發展的監管存在加強與減弱2種策略；企業落實方的減排存在嚴格與放松2種策略；第三方監查方的督察存在積極與消極2種策略。三方的博弈是一種策略組合與選擇過程，且不同策略組合下的博弈收益具有差異性，如表3，表示8 種策略組合下的收益矩陣。

表3 策略組合下綠色物流三方博弈收益矩陣Table 3 Income matrix of green logistics tripartite game under strategy combination

2 三方演化博弈模型

2.1 博弈三方期望收益

在演化博弈中，各方策略的選擇是一個動態調整過程，以平均期望收益在博弈各方的有限理性尋求均衡。碳稅政策下綠色物流發展博弈三方的平均期望收益可以通過策略選擇概率以及相應的預期收益獲得。

設Ux和U(1-x)分別對應為政府引導方加強監管和減弱監管策略時的期望收益，由各相關變量相互作用關系，可知：

加載策略選擇概率后，則政府引導方的平均期望收益-U有：

設Vy與V(1-y)分別對應企業落實方嚴格減排和放松減排策略時的期望收益，可知：

設Wz和W(1-z)分別對應第三方監查方積極督察和消極督察策略時的期望收益，可知：

2.2 演化博弈復制動態方程與策略

由Malthusian 動態方程可知，演化策略的選擇依賴其相對收益，只要某一策略的實際收益高于平均收益，該策略就更有可能被選擇，也意味著博弈演化將更傾向于該策略。通過構建復制動態方程，求解后可獲得均衡穩定演化策略。對于碳稅政策作用下的綠色物流，在三方動態博弈下，各選擇策略概率隨時間變化。定義F(x),F(y)和F(z)分別為政府引導方、企業落實方和第三方監查方選擇加強監管、嚴格減排和積極督察概率的變化率，對應各方的復制動態方程。

2.2.1 政府引導方演化博弈

對于政府引導方，按Malthusian 動態演化規則，則有：

要完成博弈演化，達到均衡穩定，則需F(x)=0且F'(x)<0。

要使F(x)=0，則對應x=0 與x=1 的2 個穩定點，進一步演化對F(x)求導，可得：

則有：

2.2.2 企業落實方演化博弈

同理，企業落實方的復制動態方程如下：

要完成博弈演化，達到均衡穩定，則需F(y)=0且F'(y)<0。

表明企業落實方任何行為選擇均是穩定策略，不會隨著時間推移而變化。

則y=0與y=1這2個穩定點的演化策略有：

圖3 企業落實方復制動態相位圖Fig.3 Replicated dynamic phase of the enterprise implementers

對VⅣ分別求各要素的1 階偏導數，得：。可見，VⅣ的變化與P2和T2正相關，其空間隨企業所受經濟懲罰與碳稅稅額2個變量的增加而擴張，表明碳稅政策下，企業超額碳排放所受舉報經濟懲罰以及需多繳的碳稅稅額對其在綠色物流發展中嚴格減排策略的選擇支撐性較強。同理，可得，空間Ⅳ隨C3增加而縮小，表明碳稅政策支撐下，增加企業減排成本對其嚴格減排策略的選擇有抑制作用。

2.2.3 第三方監查方的復制動態方程

對于第三方監查方，復制動態方程如下：

要完成博弈演化，達到均衡穩定，則需F(z)=0且F'(z)<0。

則z=0與z=1這2個穩定點的演化策略有：

圖4 第三方監查方復制動態相位圖Fig.4 Replicated dynamic phase of the third-party supervisors

則有：

2.3 三方演化博弈綜合穩定性

以三方各自主體層面構建的復制動態方程及其演化博弈分析，視角獨立，能夠得出不同策略下的均衡狀態，但在三方博弈的綜合穩定性上，表現為行為選擇與策略組合特征。在圖2～4 相位圖中，分割各空間的曲面是以博弈主體的策略選擇概率和設計參數進行表示的。其中x=分割空間 Ⅴ 和 Ⅵ，y=分割空間Ⅰ和Ⅱ，分割空間Ⅲ和Ⅳ，代表各利益方的策略選擇值x，y和z隨著參數R2，T2，P2，R3和C4動態變化，表明政府、企業與第三方機構支撐著綠色物流動態演化的穩定性，各方利益參數碳稅稅額(T2)、減排補貼(R2)以及上報獎勵(R3)等具有正向積極作用，支持綠色物流發展策略組合與選擇的穩健性。同時可以看出博弈各方的演化穩定狀態均與另兩方策略概率相關且受其他關聯參數作用，表現為組合特征，如表4，表示各博弈主體不同行為選擇空間聯動以及策略組合模式。

表4 三方博弈穩定性的行為選擇及策略組合Table 4 Behavior selection and strategy combination of the stability of tripartite game

3 數值仿真分析

3.1 基本數據

碳稅政策下，碳稅稅額、超額碳排量、減排補貼、上報獎勵等關鍵參數均會隨環境動態變化，同時對綠色物流三方合作博弈演化策略有差異作用。在前面博弈模型的基礎上，標定各相關參數，進行數值分析。本研究依據當前我國部分地方綠色物流產業發展規劃和污染防治政策展開，同時結合相關研究[2,18]，對各參數變量初始標定：C1=0.1，C2=0.021，C3=0.001 8，C4=0.08，F1=0.005，F2=0.08，F3=0.000 6，F4=0.000 6，F5=0.000 6，F5=0.000 6，R1=0.15，R2=0.000 9，R3=0.06，P1=0.5，P2=0.01，P3=0.1，T1=200，T2=0.004，E1=0.02，E2=90，E3=0.000 6，S=0.002，N=300。其中稅額、成本、獎勵、補貼等以萬元為單位，排量以萬噸為單位。主要考慮碳稅稅額(T2)、超額碳排量(N)、減排補貼(R2)以及上報獎勵(R3)等4個參數的變化，參考文獻[19]標定各參數對應的變化區間為：[0.002,0.01]，[200,500]，[0.000 6,0.002]和[0.02,0.5]。

3.2 仿真結果與策略

基于MATLAB，分析均衡解對各關鍵參數動態變化下的綠色物流發展三方博弈策略與演化路徑仿真發現：在初始階段，碳稅政策下的綠色物流發展政府引導方策略選擇概率隨變量快速線性增長，對其加強監管支撐性強，當T2≥0.002 2(圖5(a))，N≥206(圖6(a))，R2≥0.000 64(圖7(a))，R3≥0.034 5(圖8(a))時，政府引導方博弈選擇均衡，達到穩態。對于企業落實方的嚴格減排策略選擇，各主要變量均能積極正向支撐，但效果有限，其中減排補貼與上報獎勵2 個參數演化路徑難以穩定，顯著性上碳稅稅額與超額碳排量相對較好。在對第三方監查方的演化博弈上，4 個主要變量作用正向，表現為相對弱水平，變化幅度較小，且均難達到平衡態。總體上，各參數對綠色物流發展積極有效，但對各博弈主體利益方表現出一定差異性。

圖5 碳稅稅額作用效果與演化路徑Fig.5 Functional result and evolutionary path of the carbon tax

圖6 超額碳排量作用效果與演化路徑Fig.6 Functional result and evolutionary path of the excess carbon emissions

圖7 減排補貼作用效果與演化路徑Fig.7 Functional result and evolutionary path of the emission reduction subsidies

圖8 上報獎勵作用效果與演化路徑Fig.8 Functional result and evolutionary path of the reporting incentives

碳稅稅額(T2)正向作用于政府引導方的行為選擇，對企業落實方減排呈正相關并最終趨于穩態，對第三方監查方作用積極。如圖5，當0.002 ≤T2≤0.002 2時，政府監管策略x由0.2迅速增長至1，表明在此階段政府引導方對物流企業的碳排行為應采取加強監管策略，以促進綠色物流持續發展；當T2≥0.002 2，政府引導方嚴格監管處于穩態，動態演化均衡，監管策略對企業減排行為影響有限，碳稅稅額對綠色物流發展敏感性較弱。在整個仿真變化區間，物流企業落實方的減排策略選擇始終與碳稅稅額線性正相關，但其作用動態性明顯強于政府引導方，最終策略選擇值y趨于0.99，表明提高碳稅稅額可以增強企業落實方嚴格減排的決心。第三方監查方對物流企業的督察策略選擇隨碳稅稅額的增加呈緩慢增加趨勢，且幅度較小，表明碳稅稅額對第三方機構督察的積極性作用效果不明顯。故政府引導方應盡量增加由于超額碳排所帶來的經濟懲罰以及多繳碳稅以加強企業落實方嚴格減排的積極性。

超額碳排量(N)階段性正向與穩定作用于政府監管行為，對物流企業減排和第三方機構督察均呈正相關，但前者可達穩態，后者積極有效不能演化穩定。如圖6，在初始階段，超額碳排量快速拉動政府監管加強，當N=206 時，x=1，演化穩定，表明超額碳排量對政府監管策略選擇有強相關性，且能在其變化期內完成均衡演化，加強監管策略可行，強有力支撐綠色物流發展。企業落實方減排策略選擇概率隨超額碳排量增加而上升且最終趨于穩態，但是其敏感性小于政府合作方初始階段，表明超額碳排量對物流企業的減排行為有較好的積極促進作用，顯著作用于綠色物流發展。對于第三方的督察行為選擇，其策略變化區間為[0.4,0.816 5](0.4 ≤z≤0.816 5)，雖呈正向趨勢，但不能達到穩態，變化幅度較小，表明超額碳排量對第三方督察行為選擇作用有限，難以達到博弈平衡態，對綠色物流發展作用效果有限。因此，物流企業應大力減排，既可從根源上控制污染物的排放，也能減輕政府引導方與第三方監查方的工作量，支撐綠色物流健康穩定發展。

減排補貼(R2)對三方的作用呈明顯差異性，對政府引導方的行為概率快速拉升后趨于穩態，對物流企業方積極作用但不穩定，對第三方則表現為弱正向性。如圖7，單位減排補貼在[0.000 6,0.000 64]的變化區間，政府策略選擇迅速增加，當R2≥0.000 64 時，x=1，達到穩態，表明增加物流企業的減排補貼對政府加強監管策略的選擇作用顯著，具有穩定可靠的演化路徑，積極強勢正向作用于綠色物流發展。物流企業嚴格減排行為策略y受R2積極正向作用，且隨其遞增演變。第三方監查方策略選擇在[0.4,0.686 2](0.4 ≤z≤0.686 2)區間動態演化，波動幅度不超過0.3，表明增加減排補貼對第三方機構的積極作用力度有限，不能使其達到穩定形態，對綠色物流發展影響相對較小。因此，政府應制定合理的補償制度，激勵污染企業嚴格減排，企業應盡量控制減排成本，嚴格實施減排策略，促進綠色物流發展。

上報獎勵(R3)對三方演化作用分別是，政府引導方快速提升后完成演化，企業落實方與第三方監查方均正向增加，但均未達穩態。如圖8，上報獎勵在[0.02,0.5](0.02 ≤R3≤0.5)區間浮動，在R3=0.034 5 時，x=1，博弈演化完成，表明上報獎勵對政府引導方作用效果明顯，強拉升后達到穩態，政府加強監管策略可行有效，高效引導綠色物流發展。對于物流企業方以及第三方機構，其演化策略結果隨上報獎勵的增加而正向變化，但在幅度上企業落實方要大于第三方監查方，最終演化結果分別為y=0.932，z=0.775 左右，且均不能完成穩定演化，表明上報獎勵對物流企業與第三方的作用力度有限，僅能弱顯性支撐綠色物流發展。故政府引導方應選擇信譽狀況良好，在該領域有實力和經驗的第三方機構實施督察，第三方監查方應認真履職，嚴格核查物流企業減排行為，共同促進綠色物流的持續穩定發展。

4 結論與啟示

4.1 主要結論

1) 基于碳稅視角，以綠色物流發展行為主體的演變規律為出發點，構建三方動態演化博弈模型，并從責任層面設計各方策略選擇，明確了博弈各方的行為特征、主體責任與利益導向，分別表現為政府引導、企業落實與第三方監查；監管、減排與督察；碳稅稅額、減排補貼與上報獎勵。

2) 以Malthusian理論為支撐，建立碳稅政策下綠色物流發展的演化博弈復制動態方程，研究各方演變進程的穩定策略狀態與選擇，結合相位分析，使綠色物流在發展穩態下的博弈策略組合與行為選擇更清晰。研究發現三方主體均能支撐綠色物流的穩定發展，其利益參數碳稅稅額、減排補貼及上報獎勵正向積極作用于各主體的策略組合與選擇，但效果上，對第三方機構的作用要弱于政府引導方與企業落實方。

3) 通過數值分析與系統仿真，區間定量探究綠色物流發展博弈機制與演化路徑，結果表明碳稅稅額、超額碳排量、減排補貼、上報獎勵等關鍵參數對綠色物流發展作用積極有效。各參數均能正向支撐政府引導方的加強監管策略，且完成演化到穩態；對物流企業落實方嚴格減排作用正向，其中碳稅稅額與超額碳排量相較上報獎勵效果更好、穩定性更強；對第三方監查方策略選擇表現為正向且相對弱水平，概率變化區間較小。

4.2 相關啟示

1) 明確主體責任，引導綠色物流健康有序發展。政府應更多關注于綠色物流發展的引導，從政策、市場、行業的監管入手；企業重點在于如何落實政策的實施，有效減排；第三方機構要突破委托限制，主動融入，積極監督，及時上報。

2) 挖掘因素功效，打造綠色物流優化博弈結構。要充分結合博弈主體各方的利益導向，展現碳稅稅額、減排補貼與上報獎勵等參數的功效，有利于完善綠色物流博弈系統結構分析，對深入優化各方策略組合的選擇有積極作用。

3) 提升三方意識，落實綠色物流行為策略選擇。政府應有效結合碳稅懲罰與減排補貼，推動物流企業嚴格減排，同時強化對第三方機構的監管與合作，提升其工作效率；企業應著眼長遠，公開信息，主動接受第三方機構的監督，提升其公信力；第三方機構要充分發揮專長，積極履行監督核查職責，推動綠色物流高質量穩定發展。