粮食作物碳汇产品交易的博弈分析

□李 颖 姜东晖 李怡珂



粮食作物碳汇产品交易的博弈分析

□李 颖 姜东晖 李怡珂

随着我国自愿减排的压力增大，国内碳排放权交易机制的完善和发展成为越来越紧迫的任务。由于森林碳汇项目已经得到较多的开发，农作物，尤其是粮食作物的碳汇项目的潜力巨大。本文从博弈理论的角度对粮食作物碳汇产品的交易机制进行研究，主要运用一级密封价格拍卖理论，探讨构建不完全信息竞价博弈模型，发现参与投标的企业数量越多，企业的风险偏好系数越大，卖方的期望收益越高的结论。通过分析，发现粮食作物碳汇产品的拍卖机制可以很好地配置环保资金，促进低碳减排目标的实现。同时，引入粮食作物碳汇产品的期货交易机制可以很好地帮助企业规避价格风险，促使碳交易市场更加健康地发展。

粮食作物；碳汇产品；交易博弈模型；一级密封价格拍卖

一、引言

随着全球气候恶化和温室效应的加剧，国际社会越来越认识到减排增汇的重要性。除了在全球范围内提倡减少碳排放、低碳生活、低碳工业等理念之外，国际社会通过了一系列的协议和公约，目前已经形成了三种主要的碳排放交易模式：一是“清洁发展机制”(Clean development mechanism，简称CDM)；二是自愿减排体系(以美国碳排放权交易体系为代表，是在《京都议定书》框架外的各国国内自愿减排体系)；三是强制减排体系(以欧盟碳排放权交易体系为代表)。在2011年底召开的南非德班的联合国气候大会上，中国已经明确表态，愿从2020年之后有条件地接受具有法律约束力的全球减排协议[1]。因此，我国目前面临越来越大的减排压力，碳排放权交易机制的完善是比较紧迫的任务。

现今的碳交易市场包括项目市场，是指一些减排项目或固碳项目(例如采用低碳排放技术的项目或植树造林等增加固碳的项目)所产生的碳减排量经过第三方检验机构审核后，获得一定数量的减排单位，如《京都议定书》中的“联合履行”机制下的减排单位ERUs(Emission Reduction Unit)，和CDM机制下的核证减排单位CERs(Certified Emission Reduction)。受排放配额限制的国家或企业，可以购买这些减排指标，来完成自己的减排任务，因此这样的碳减排单位也被称为碳汇产品。目前我国参与的碳交易大部分来自于CDM产生的交易。在碳交易机制下，作为碳汇产品的碳减排单位成为一种可以交易的商品，具有一定的价值和使用价值，能够引导经济主体建立更强的减排环保意识，促使环境外部成本内部化。

现今森林的减源增汇效应已经得到较为充分的开发和利用，在全球范围内建立了各种CDM项目来帮助国际社会抵消碳排放产生的不良影响。农作物的净碳汇效应，尤其是粮食作物，如水稻、小麦的增汇效应正日益引起学界的重视。因此，开发粮食作物碳汇产品(碳减排单位)用于自愿减排交易将成为新的趋势。目前学界对于水稻、小麦等粮食作物的碳汇和碳排放功能进行的研究越来越多，一些学者研究发现，水稻、小麦等粮食作物具有明显的净碳汇功能[2-7;15]。我国粮田面积广大，粮食作物的农田土壤固碳能力巨大。和森林CDM项目产生的碳减排单位相比，粮食作物产生的碳减排单位的生长期短，用于碳交易市场的潜力巨大。碳减排单位的计量和核证是碳汇交易的基础和依据。随着国际碳交易市场不断发展，国内外学术界越来越关注粮食作物碳源/汇的计量方法和碳减排单位的核证方法的研究，从而为其参与碳汇交易奠定了基础。

随着博弈论越来越成为主流经济学的一部分，在碳排放权交易研究方面，不少学者运用博弈理论，尤其是拍卖理论对碳排放权交易中各方决策行为，及决策的均衡问题进行研究。刘娜等[8]从查特金和萨缪尔逊双方叫价拍卖模型的角度进行探究，确定了报价策略，分析了模型中的纳什均衡，建立了碳排放权交易的博弈模型，并探讨了碳交易市场的配置效率问题。刘芳等[9]从多轮一阶密封拍卖的角度研究了碳排放权的初始分配问题，探讨了佣金比例和预算约束对于拍卖各方的影响，发现碳排放权的拍卖能够增强企业的减排动力，积极参与碳排放权交易，提高碳排放权交易效率。聂力[10]用博弈论和信息经济学的研究方法，对免费分配方式下碳排放权初始分配政策的设计、碳排放权交易价格的影响因素、碳排放权交易的形成和拍卖机制进行分析，为建设更加完善的碳排放权交易市场提供了一定的理论支持和政策建议。

本文主要从博弈理论的角度对粮食作物碳汇产品的交易机制进行研究，主要运用一级密封价格拍卖理论，探讨具有不同风险偏好的企业参与拍卖的情况下，粮食作物碳汇产品交易的不完全信息竞价博弈模型，通过对模型进行纳什均衡分析，得到一些有益的结论，并为进一步完善我国碳交易体系提出相应的建议。

二、一级密封价格拍卖理论

一级密封价格拍卖(first-price-sealed bid auction) 是一种较为常见的拍卖方式。这种拍卖方式要求参与拍卖的投标人在一定的时间内同时向拍卖者递交标书。标书中写明投标人的出价，采用密封的方式递交，因此每个投标人的出价是保密的，各位投标人相互之间不知道其他人的出价。投标完毕之后，由拍卖者评标，选取出价最高的投标人为中标者。因此，每位投标人在确定自己的报价时，既要考虑拍卖物品对于自己的价值，又要考虑其他投标人的可能的报价，才能在最终的拍卖中胜出。因此，投标人的期望支付最大化的出价即为该投标人的最优出价策略。

假设有两个投标人参与一级密封价格拍卖，则i = 1，2。令bi≥0是投标人i的出价，vi为拍卖物品对投标人i的价值。投标人i的支付如下：

(1)

假定投标人i的出价bi(vi)是其价值Vi的严格递增可微函数。显然,bi>1≥vi不可能是最优的，因为没有人愿意付出比物品的价值本身更高的价格[11-13]。因为博弈是对称的，只需考虑对称的均衡出价战略：b=b*(v)，所以：

prob{bj>b}=prob{b*(vj)

=prob{vj

(2)

使用均匀分布的特征，若Ø在[0,1]上是均匀分布的，则对于所有的k∈[0,1],prob(θ≤k)=k。因此，投标人i面临的问题是：

maxbui=(v-b)p(bj

(3)

通过求解上式,可得到投标人的最优出价策略[12,14]。

三、粮食作物碳汇产品交易博弈模型

在上述一级密封价格拍卖理论的基础上，结合粮食作物碳汇产品交易的特点，构建粮食作物碳汇产品交易的博弈模型。

(一)粮食作物碳汇产品交易

目前我国已经成为全球最大的CDM项目的供给国，随着CDM项目审核越来越严格，履行减排义务的压力越来越大，我国也在积极谋求建立自己的自愿减排体系。目前已经在北京、上海、天津等重要城市建立了环境交易所，进行有益的尝试和探索。其中，天津碳排放权交易所是隶属于芝加哥气候交易所(ChicagoClimate Exchange，CCX)的子公司。CCX旗下还有芝加哥气候期货交易所，专门从事碳排放期货交易及其它环境产品的交易。在碳减排单位的核证方面，我国的“中国中环联合认证中心”和“中国质量认证中心”目前已经具备了国际核证资格。我国还自主研发了自愿碳减排标准——“熊猫标准”。

我国粮食作物碳汇产品的生产可以通过成立“低碳种植专业合作社”，代表所有参与项目的粮农，成为自愿碳交易市场上的卖方，有计划的进行碳减排单位的生产。可以建立“中国农业碳汇产品认证中心”作为低碳种植碳汇交易市场的第三方认证机构，负责专门针对各地区农业碳汇产品制定认证方法，进行认证。粮食作物低碳种植项目产生的碳减排单位从这里经过认证之后，成为自愿碳减排单位这样的碳汇产品，在碳交易市场上交易[15,16]。

目前世界上的发达国家例如美国已经开始进行农业碳汇交易项目。美国西北太平洋地区和路易斯安娜州的粮农通过精准农业、灌溉节能等项目产生的碳减排单位经过核证参与碳交易。这样的项目使粮农获得巨大收益，更加自愿进行低碳绿色农业生产。我国也应抓住机遇，积极发展农业低碳种植的碳汇产品，不断发展和壮大我国的碳汇交易市场，促使低碳绿色农业和食品安全等多个领域共同发展。

(二)粮食作物碳汇产品交易博弈模型的基本假设

在一级密封价格拍卖中，所有参与拍卖的投标人的标书都是密封递交的，所以每个投标企业只知道自己对于拍卖物的价值评价，不知道其他投标企业的报价，因此这个模型属于不完全信息博弈模型。

(1)假设粮食作物碳汇交易市场上有n个风险厌恶的投标人，且每个投标人i的相对风险厌恶系数是1-ri(ri是风险偏好系数)[17]。对于i来说，拍卖品，即粮食作物碳汇产品对于i的价值只有他自己知道。不失一般性，设投标人i的投标bi服从概率密度为1，区间[0,1]上的均匀分布。

(2)投标人i的效用函数由ui(y)=yri确定，其中y是投标人i的收入，ri是风险偏好系数[18]。

(3)所有参与拍卖的投标人对于自己的出价具有独立决定权，不受任何协议约束。

(三)粮食作物碳汇产品交易的博弈模型

在粮食作物碳汇产品交易的博弈模型中,参与者是粮食作物碳汇产品的拍卖者和n个风险不同的投标人。投标人中标后取得的碳汇产品的净效用是u(v-bi)。根据以上的分析,投标人i中标的概率是bin-1，则投标人的目标效用函数是：

maxbiU(v-bi)=u(v-bi)bin-1

(4)

对公式(4)用bi求导,得一阶条件是：

(5)

即：

(6)

根据效用函数,把u(v-bi)=(v-bi)ri代入式(6)整理得：

-ri(v-bi)ri-1bi+(v-bi)ri(n-1)

(7)

根据式(7)求得投标人i的纳什均衡投标是：

(8)

四、结论与讨论

根据对粮食作物碳汇产品交易的一级密封价格拍卖机制进行分析，得到一些构建粮食作物碳汇产品交易机制的启示，并据此提出促进我国碳交易机制完善与发展的建议。

(一)结论

从以上分析，可以得出下面的结论：

(二)建议

(1)根据分析结果，投标人的数量越多，卖者能够得到的价格就越高。因此，未来应该鼓励尽可能多的企业参与粮食作物碳汇产品交易的竞标。目前我国的自愿减排市场方兴未艾，真正有减排意识，并参与进来的企业为数不多，从而导致我国碳排放权交易市场的效率不高。一方面，应该利用各种媒体、社会团体，在社会上进行更为广泛的低碳减排宣传，迅速提升大小企业，以及广大民众的低碳减排意识；另一方面，应加大对高排放企业的减排政策力度，使其感受到更大的减排压力，促使其通过采用低碳技术或谋求碳交易途径来抵消自身的高碳排放。

(2)建立粮食作物碳汇产品的拍卖机制是一种合理、有效的销售方式。投标人依据碳汇产品对其价值来决定出价的高低。经济效益高的企业会以较高的出价，中标得到碳汇产品,而经济效益低的企业无法中标。通过这种交易方式,经济效益好的企业优先得到碳汇产品,边际减排成本低的产业优先得到低碳减排资金,使总的低碳减排资金和环境容量达到比较优化的配置。

(3)由于不同的企业风险偏好程度不同，应该建立粮食作物碳汇产品的期货交易机制，帮助企业规避碳汇产品的价格风险，通过其价格发现功能，协助稳定碳汇产品价格，进一步完善我国的碳交易体系。

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2015-12-17

国家自然科学基金青年项目“基于碳汇功能的粮食作物生态补偿机制研究——以小麦、玉米为例”(编号：71503148)；国家自然科学基金青年项目“不同类型农户的农业碳排放行为差异研究——以化肥为例”(编号：71303162)；国家高技术研究发展计划(863计划)课题“农田碳汇信息获取与估算”(编号：2013AA10230101)；山东农业大学校级课题“山东省居 民炭足迹测算及消费模式研究”(编号：13XSKB006，姜东晖主持)；山东农业大学现代农业发展研究院青年课题“粮食作物碳汇产品期货交易机制构建”(编号：14xsk3-03)。

山东农业大学经济管理学院，山东泰安，271018

李颖(1983- )，女，山东泰安人，博士，山东农业大学经济管理学院讲师，研究方向：资源经济学和生态经济学；姜东晖(1971- )，女，山东农业大学经济管理学院副教授，本文通讯作者。

F326.11

A

1008-8091(2016)01-0035-04