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原文信息：

Hadachek, J., Ma, M., & Sexton, R. J. (2023). Market structure and resilience of food supply chains under extreme events. American Journal of Agricultural Economics.

新冠疫情的席卷引发了人民对于食品供应链效率和韧性的广泛关注。为此，本文主要探究了不同类型政策对食品供应链效率和韧性的影响。本文开发了一个涵盖农业供应链的理论模型，基于实证文献对模型设置了参数，并对四类关键政策对食品供应链韧性和经济福利影响进行了模拟分析。四类政策分别为：（1）减少中间商的市场力量；（2）补贴加工商进入；（3）通过反价格欺诈法限制零售价格上涨；（4）创造生产能力的区域多样化。结果表明，部分政策有可能提高供应链的韧性，但政策影响取决于现有的市场结构。同时，政策韧性的提升往往是以降低效率为代价的。

01

引言

近年来，新冠肺炎、俄乌冲突等极端事件对美国的食品供应链造成了巨大的冲击，这促使研究人员和政策制定者评估极端冲击对食品供应链韧性的影响，并制定相关应对政策使其能在未来更好地应对类似事件。极端事件可能同时影响食品供应链的不同环节，例如，新冠肺炎大流行期间，消费者由于担心食物短缺而大量囤积商品造成了的短期内的需求冲击，同时，上游生产和加工阶段由于加工厂关闭和劳动力短缺而无法收割一些作物，因此出现了食物供应链的减产甚至断供（Martinez, Maples and Benavidez, 2020; Lusk and Chandra, 2021）。

建立韧性更强、效率更高的食品供应链成为世界大部分地区的明确政策目标。食品供应链是在追求生产效率和成本节约的过程中发展起来的，但人们普遍认为，效率最高的供应链结构往往是韧性最小的。到目前为止，“韧性-效率”之间的权衡关系已经被广泛讨论，但尚未进行严谨的量化分析。本文的重点是测度不同类型政策的“韧性-效率”间的权衡，并为政策制定者提供参考意见。

本文开发了一个灵活的食品供应链模型，能够在一系列极端冲击和市场结构下测度食品供应链的效率和韧性，其中市场集中度和中介机构的市场力量已被普遍引用作抑制供应链韧性的关键因素。本文模型的突出创新是明确了极端冲击通常会在农业生产、加工、零售和消费等多个阶段同时影响供应链，模型表明当农业生产、消费者需求和加工能力联系更为紧密时，外部冲击带来的影响越剧烈。

本文根据近期数据和美国最近的实证研究对模型进行了校准，利用蒙特卡罗模拟来检验不同极端情况对不同产业链结构和政策对供应链参与者的福利影响。本文的市场效率是根据产业链不同主体的平均经济剩余来进行衡量的，而市场韧性是根据模拟冲击下的不同主体的经济剩余相对方差（变异系数）来衡量的。目前，美国已经推出了几项旨在增强美国食品供应链弹性的措施，其中包括加强竞争法的执行，补贴新加工公司的进入，禁止为应对严重的市场混乱而牟取暴利或“哄抬价格”，以及支持食品系统的地域多样化等，本文试图评估每一项政策干预措施的影响。

02 

模型设立

本文考虑了一个包含农业生产者、加工和零售商以及消费者的供应链的封闭经济体模型。本文模型描述了一个买方寡头垄断市场，来探究相关冲击对供应链、食品加工规模经济和不同地区生产的影响。模型假定整个供应链的生产比例固定，即生产一单位消费品需要固定数量的农产品。在给定固定比例的情况下，供应链每个阶段产生的产出可以在给定适当的测量单位的情况下均衡，并用Q表示。

本文先探究了一个区域内供应链的生产情况，并在后文将模型扩展至多个区域。此时农民的逆向供给函数为：

其中X是供给的影响因素，μ是描述供给冲击的参数。参考以往文献中的供应链模型设置，我们设置了一个的集中加工零售部门。一个地区内有n个同质的加工商。他们可以对农民行使买方权力，对消费者行使卖方权力。与大多数行业的规范一致，1个加工商可能经营多个工厂，本文用N表示总工厂数，等于或超过加工商的数量：N≥n。

加工商共同面临着全国对零售产品的需求。消费者对加工产品的需求是：

其中Y是需求的影响因素，是描述需求冲击的参数。抵消了影响因素和冲击变量后，我们得到了一个垂直集成、追求利润最大化的加工商j要选择均衡的生产规模qj的目标函数：

其中cwqj是加工商j的总可变成本，本文模型忽略了与生产决策无关的固定成本。我们假设所有加工商具有相同的技术和成本函数。与之前文献相似地，本文假设了常边际成本cw，但其会随着工厂数量发生变化，N代表了可能实现的经济规模，下一部分我们将对其进行延伸扩展。

本文假设加工商是同质的，且在均衡中加工商会产生对称行为（例如qj=qk=q）。对目标函数求一阶导数并将导数转换为弹性后，我们可以获得市场均衡状态：

其中是加工商的买方议价能力参数，是加工商卖方议价能力参数，是在市场均衡时评估的绝对需求弹性，是在市场均衡下评估的农场供应弹性。左边表示加工商从销售一单位的最终产品中获得的边际收入，而右边是加工商获得一单位农产品的边际成本。

该模型在单位区间上参数化了买方和卖方市场力量，其中表示完全竞争，表示买方寡头垄断，表示不同程度的买方寡头垄断。该模型没有预先假定某种特定形式的市场竞争，而是试图衡量偏离完全竞争状态产生的影响，这种偏离可能是由于中介机构的单方面权力导致的，如在古诺-纳什竞争下，是由于暗中或公开串通而产生的。

03 

模型解析

本文使用了线性函数来描绘模型以获得均衡解并进行模拟。抵消了函数中的冲击参数之后，我们将农场供给函数和市场需求函数分别设为：

其中a和b分别体现了农场供给和消费者需求的影响因素。为了反应加工中潜在的规模经济，我们将边际加工成本函数设定为

从边际加工成本函数设定看，我们设定的总边际成本是市场上运营的加工厂总数N的函数，单个企业产出的微小变化不会影响总边际成本。该等式是研究加工商效率的一种简化形式，因为政策建议会影响加工商进入或将生产扩展到多个地区并使得N数量增长。在给定农场供给函数的情况下，每个加工厂的平衡产量作为N的函数而发生离散变化。因此，表示规模经济（即当市场上的加工商数量规模N增加时，每家加工厂的产量减少，同时单位成本增加），表示规模报酬不变。由于缺乏实证支持，本文暂且不考虑规模报酬递减的情况。

在无风险和竞争的世界中，均衡条件是：

从上式可以得到行业的竞争均衡产出解：

均衡零售价格和农场价格分别通过将代入消费者需求函数和农场供应函数来获得。

同样，我们发现在不完全竞争条件下，产出和价格是均衡的。对于线性模型的一阶条件，等式（4）变为：

我们可以通过求解方程5、6和10组成的系统来推导市场的无风险寡头垄断-寡头均衡产出、农场价格和零售价格：

对于所有取值为正的和而言，同时随和增长而递减。加工商的均衡产出为，均衡的零售价格，而每家农场的均衡价格为。

给定参数化模型和均衡价格和产出，消费者剩余和生产者剩余分别为和，加工商的可变利润为，市场无谓损失为。

产业链韧性。本文通过对外在冲击下的消费者剩余、生产者剩余和中间商利润的变异系数测度来描述供应链的韧性，这可以帮助我们比较生产商、中介机构、消费者等供应链参与者的福利波动。为参数化模型，我们将无风险、竞争均衡的行业产出水平标准化为1.0，并将全国市场上相应的均衡零售价格为也归一化为1.0。因此，在这种均衡状态下的相应需求弹性η等于，。

在供给侧，农场的竞争均衡价格为，其中是加工厂数量N的函数。这个农场价格是在完全竞争条件下单位产品标准化零售价值的农场份额。农场总产出也是1.0，因此且，其中为竞争均衡时农产品供给的价格弹性。

在规模报酬递增（边际成本递减）的假设之下，我们将边际加工成本表示为，满足的假设。=0意味着恒定不变的规模报酬，>0意味着边际报酬递增，代表了规模经济的存在。由于工厂数量上升时，单个工厂的产出下降，因此边际成本随着活跃工厂数量的增加而上升，我们假设工厂是同质化的，即单个工厂的均衡产出为。

我们使得c=mg，并将的等式简化为：

模型的均衡解依赖于六个参数和 或 ，这些参数都是纯数字，主要用于描述了市场结构以及供应链的三个外生冲击变量。本文通过借鉴美国肉类供应链的文献为这些参数分配了基本值，如表2所示。

外生冲击。破坏性事件，如自然灾害、战争或影响劳动力供应的流行病，可能会对农业供应和可用的加工能力产生负面影响，与此同时，这些事件也激发了消费者囤积商品的需求，从而会对需求端产生正向冲击。

为了说明极端事件会对食物供应链的零售和加工端产生怎样的影响，文章描绘了美国2019年底新冠病毒爆发后，2020年牛肉屠宰和零售额每周百分比变化，如图1所示。图1阴影区域反映了新冠病毒爆发的最初几周（2022年3月-2022年6约）牛肉产业链的加工和零售情况。新冠病毒爆发的最初几周民众由于恐慌会加快购买和囤积可用物资，牛肉的零售额比正常值高出了约45%。与此同时，由于防疫需要和工人生病，牛肉的屠宰量比平均水平下降了32%。

多变量联合分布(copula)允许随机改变相关联的分布中的变量。copula通常用于投资组合风险管理的量化金融。对于极端事件的供应链分析，copulas允许随机正半正态分布的需求冲击，负半正态分布的供应冲击μ和加工商倒闭的二项冲击N'。

表1根据极端事件可能发生的程度(以百分比表示)说明了这些分布的参数化。文章使用了一个刻度参数来衡量了半正态分布的均值和方差，，半正态参数相当于20%的需求的偏移（=0.6大约是20%的a=1+μ=2.43），而相当于30%的农场供给的偏移（μ的均值为0.1，大约是f的1/3）。在平移之后，需求和供给曲线有新的截距和。加工商倒闭的二项冲击决定了依然活跃的加工厂数量，平均来看，文章模拟模型显示75%的加工厂在极端事件后依旧处于经营状态。

图2展示了文章基准模拟时使用的外生冲击密度。文章先根据最近的冲击事件确定了冲击分布，再从多元联合分布中绘制100,000组冲击。这些冲击的依赖于3×3协方差矩阵生成，其中非对角线元素由每个阶段冲击之间的相关程度ρ指定。为了说明冲击之间相关性的作用，我们对ρ∈[0,0.5]的协方差矩阵的非对角线元素进行模拟。

图3显示了具有中等市场结构(==0.15)的供应链的模拟结果，其横轴是a和b的相关系数，纵轴是生产者剩余、消费者剩余和加工商利润变化的百分比。直观来看，当a和b之间相关性更强时，生产者剩余和消费者剩余的方差更大，但并不影响加工商利润的方差。

冲击后均衡。当加工厂遭遇停产冲击时，文章假设加工商的市场议价能力参数在短期内保持不变，即加工商的市场议价能力和加工商数量n相关，而和加工厂数量N无关。与此同时，需求曲线和供应曲线发生移动，行业产出达到新的均衡。

04 

模拟结果

文章主要探讨了四种政策对于食品供应链的影响，分别为（1）减少中间商的市场力量；（2）补贴加工商进入；（3）通过反价格欺诈法限制零售价格上涨；（4）创造生产能力的区域多样化。文章模拟了每一项政策实施效果，并报告了其对农民、消费者和市场中介的平均经济剩余和经济剩余的波动性的影响。在评估后三种政策影响的时候，文章考虑了不同水平加工商市场力量下的结果。

1）降低中间商的市场力量

图4显示了在=∈[0,0.3]范围内，加工商的市场力量对供应链韧性的影响，根据经济剩余的波动性(左图)和平均经济剩余(右图)对每个=值进行了100,000次模拟。左图显示随着中间市场力量的削弱，农户、加工商和消费者的经济剩余波动降低，供应链韧性不断上升。右图显示了随着中间市场力量的削弱，农户和消费者的平均经济剩余上升，中间商的平均经济剩余下降。模拟结果说明，当中间商趋于完全竞争时，消费者和农民既可以获得更高的从较高的经济剩余中受益，也可以从更有韧性的供应链中受益。因此，增加市场中间商之间的竞争可能能够促进消费者和农民的“双赢”的实现。

2）补贴加工商进入

美国针对新冠疫情期间肉类供应链的主要政策之一是美国农业部倡议提供5亿美元，支持新公司进入肉类和家禽加工领域，目的增加当地的竞争，并缓解肉类加工厂大量倒闭带来的产量急剧下降风险。该政策会带来双重效应，一方面，新建的加工厂能有效分散停工风险，降低了工业产出的波动性；另一方面，新建的加工厂会激发加工商间的竞争，可能会增加农民和消费者的平均经济剩余及波动性。

图5报告了模拟结果，图(a)、(b)和(c)分别描述了接近完全竞争、中间商市场力量中等和中间商市场力量较高的结果。与图4类似，当中间商的市场力量较低时(n较大时)，市场平均经济剩余较小，随着中间商市场力量的削弱，平均消费者经济剩余和平均生产者经济剩余均上升。当中间商数量n减少时，供应链的效率和韧性均有所提升。

3）通过反价格欺诈法限制零售价格上涨

大约三分之二的美国州都有在自然灾害或紧急情况下防止价格欺诈行为的法律，用于限制突发事件下零售价格的上涨。新冠疫情期间，许多州都启动了这一系列的法律。那此类反价格欺诈法律会如何影响供应链的弹性呢？如果价格不能反映市场状况，不能平衡现有的供给和需求，就可能出现供给短缺的问题。在短缺的情况下，市场可以通过各种方式出清。例如，产品可以根据队列进行分配，二级市场可以将产品在低需求至高需求的消费者间进行重新分配。新冠疫情期间，食物短缺的情况并不经常出现，消费者也通常不会按低到高消费产品。相反地，产品的分配更类似于随机分配，产品不能分配给最看重它的消费者，导致了固定价格带来的福利损失，抵消了减少加工者寡头垄断带来的好处。

在危机事件发生时，反价格欺诈法会对食物价格设置一个“天花板”。文章将食品销售价格p设置为p（1+），更小意味着价格约束越紧，当足够大时，意味着价格不受约束。文章绘制了∈[0,0.60]范围内的模拟结果。图(a)描绘了一个完全竞争的市场，当上升时，消费者经济剩余和生产者经济剩余随之上升，而由于完全竞争市场加工商的利润始终为0。当上升时，福利波动性越低。然而，更严格的价格上限(即< 15%)会增加消费者和生产者经济剩余的波动性，即供应链韧性，食品短缺还会同时导致消费者和生产者经济剩余的下降，导致一个“双输”的局面。图(b)显示了一个加工商市场力量中等时的供应链情况。此时，适当的价格天花板会使得消费者和生产者经济剩余上升，当价格天花板≈15%时，消费者和生产者经济剩余达到最大。消费者和生产者剩余波动在=0时获得最大改善，经济剩余波动大约能比灵活价格时降低30%。当>20%时，消费者和生产者经济剩余的波动高于灵活价格下的水平。在0.05到0.15之间可以实现“双赢”的结果。图(c)显示了一个加工商市场力量较高时的供应链情况。在这些情况下，由于市场力量降低效应，价格限制对消费者和生产者经济剩余的影响最大。当价格限制越严格时，消费者和生产者经济剩余的增幅约大。然而，在多数情况下，价格限制提升了消费者和生产者经济剩余的波动性。例如，在=20%时，消费者和生产者经济剩余的波动性比没有价格限制的市场大40%以上。因此，在较高的中介市场力量下，反价格欺诈法通过将剩余从中介转移给生产者和消费者而最大程度地惠及生产者和消费者，但它们并没有提高供应链的韧性。当w趋近于零时，生产者和消费者可以实现“双赢”的结果。

4）农业生产的区域多样性

美国的农业生产在地理上越来越集中，各地区根据各自的比较优势进行生产。通常来说，一个地区的供应冲击可能不会影响到其他地区，而且地理上多样化的粮食系统可能比集中的系统更能灵活地适应极端冲击，但值得注意的是，这可能会以降低生产效率为代价的。文章考察了从单一生产和加工区域扩展到两个区域的边际变化。在此过程中，文章假设每个区域具有相同数量的加工厂，以此确保两个区域内买方市场力量和卖方市场力量保持一致。

图9显示了模拟结果，当生产从一个区域转移到两个生产区域内时，所有农户、中间商和消费者的经济剩余都在下降。农户经济剩余波动会下降并可以从供应链韧性提升中受益，而消费者的经济剩余波动则会提升。随中间商市场力量的提升，各类主体经济剩余损失增加，农户从供应链韧性提升中的收益提升，消费者由于供应链韧性下降遭受的损失增加。当中间商的市场力量较高时，消费者平均经济剩余的下降幅度高达15%，生产者平均经济剩余的下降幅度接近10%，而生产者平均经济剩余的波动下降幅度约为10%，消费者平均经济剩余的波动上升5%。消费者经济剩余、生产者经济剩余和产业链韧性的不同趋势的变化意味着该政策的实施需要考虑到利益相关者之间的权衡。一般来说，如果新区域的生产效率下降，区域生产多样化并非是一个有利的政策选择。唯一的好处是将生产风险分散到多个地区，从而降低了生产者经济剩余的波动性。

05 

文章结论

新冠肺炎、俄乌冲突等极端事件对美国的食品供应链造成了巨大的冲击，这促使研究人员和政策制定者评估极端冲击对食品供应链韧性的影响。本文研究了美国正在讨论或实施的四种主要政策，主要探究了不同市场结构下不同政策缓解外生冲击的效果，文章一个重要贡献是量化了极端冲击下拟议政策对产业链效率和韧性的影响。结论表明：旨在刺激市场中介机构之间竞争的政策有可能通过将市场剩余转移给农民和消费者，提升农民和消费者的经济剩余并减少极端冲击下收益波动，为农民和消费者带来双赢的结果。在加工商市场力量较大的供应链中，刺激加工商进入是最有效的，有利于更显著地提升产业链的效率和韧性。反价格欺诈法的影响依赖于供应链的结构。在完全竞争市场中，价格限制可能会降低农民和消费者的经济剩余，并造成食物供应的短缺，而在中间商市场力量较大的市场中，反价格欺诈法可以增加市场产出，但需要产业链在“韧性-效率”之间做出权衡。对于创造生产能力的区域多样化的政策，如果新地区的生产效率低于现有地区，那么无论市场竞争条件如何，将生产分散到多个地区会造成供应链效率的损失。而当不同地区生产效率相同时，区域多样化导致的消费者经济剩余、生产者经济剩余和产业链韧性的变化趋势不同，该政策的实施需要考虑到利益相关者之间的权衡。

Abstract 

Recent extreme events and the disruptions they caused have made food supply chain resilience a key topic for researchers and policymakers. This paper provides input into these discussions by evaluating the efficiency and resilience properties of the leading policy proposals. We develop a conceptual model of a prototype agricultural supply chain, parameterize the model based on the empirical literature, and conduct simulations to assess the impacts on resilience and economic welfare of four key policy proposals: (i) intensified antitrust enforcement to improve market competition, (ii) subsidization of entry of additional processing capacity, (iii) prevention of price spikes through anti-price-gouging laws, and (iv) diversification of production and processing across multiple regions. Results show that some of the policies have potential to improve supply-chain resilience, but their impacts depend on the existing market structure, and resilience gains often come at the cost of reduced efficiency.

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