基于DEA方法的中國沿海地區環境效率分析

黃瑋晛，鄭奕

（上海海洋大學 上海 201306）

基于DEA方法的中國沿海地區環境效率分析

黃瑋晛，鄭奕

（上海海洋大學 上海 201306）

文章根據2007—2013年的面板數據，基于DEA方法分析中國沿海地區的環境效率水平和規模效率，結果表明，2007—2013年我國沿海地區環境效率處于全國領先水平，但與理想狀況之間仍有一定差距，存在改進空間。基于研究結果，提出調整產業結構、提高科技含量、加強規模聚集效應、控制工業廢棄物排放量等建議。

環境效率；海洋經濟；區域經濟；可持續發展

1　引言

近年來，隨著我國沿海地區工業化進程的不斷推進和海洋經濟的快速發展，海洋水體污染、生態受損等環境問題日益嚴重。既促進沿海地區經濟發展，又保護沿海地區生態環境的發展途徑，是實現沿海經濟可持續發展的重要保障，而這就需要提高沿海地區環境效率。目前國內外對于環境效率的研究文獻很多，其中運用數據包絡分析（Data Envelopment Analysis，DEA）理論評價地區環境效率的方法得到日益廣泛的關注。

1957年法國著名經濟學家Farrell在《生產效率衡量》中第一次提出DEA雛形［1］；1978年Charnes、Cooper和Rhode提出第一個DEA模型——基于規模報酬不變的CCR模型，將Farrell提出的單投入單產出的DEA雛形擴展為多投入多產出的DEA基本型［2］；隨后Banker、Charnes和Cooper又提出考慮規模報酬可變的DEA模型的另一個基本形態——BCC模型［3］。DEA模型無需主觀設定權重大小，也無需提前設定生產函數，并且可以同時測算多個同類型的決策單位的效率［4］。

目前國內外對于環境效率的研究文獻很多，但研究沿海地區環境效率的比較少見。本文結合我國沿海地區實際，首先運用DEA-CCR模型探討規模報酬不變前提下的環境綜合技術效率，然后基于DEA-BCC模型探索規模報酬可變前提下的環境純技術效率，再根據二者之間的差異分析沿海地區規模效率，即該規模效率意味著衡量規模報酬不變的生產前沿與規模報酬可變的生產前沿之間的差異。本文基于DEA方法揭示沿海各地區之間存在的效率差異，為提高我國沿海地區環境效率提供參考，其中沿海地區是指我國有海岸線的地區［4］，包括天津、河北、遼寧、山東、上海、江蘇、浙江、福建、廣東、廣西和海南等11個省級行政單位。

2　模型與方法

2.1規模報酬不變的CCR模型

CCR模型是將多投入、多產出的效率評價模型轉化為線性規劃方程組，以此解出最優解即有效值，從而測算出規模報酬不變時決策單元的相對效率。

假設有n個決策單位（decision making units，DMUs），設xij為第j個決策單元的第i種投入（xij≥0），總共有m種投入；設ykj為第j個決策單元的第k種產出（ykj≥0），總共有s種產出。n個決策單位的投入組合形成矩陣X（T），產出組合形成矩陣Y（T），其中：

X（T）=（x1，x2，x3，…，xn）T，

Y（T）=（y1，y2，y3，…，yn）T

對第j個決策單位進行分析，引入松弛變量s（s可分為s+和s-），建立對偶規劃模型：

在式（1）中，當ρ*=1且s=0時，第j個決策單元為DEA有效單位；當ρ*＜1時，第j個決策單元為DEA無效單位。

當規模報酬不變時，運用投入導向的DEACCR模型測算得出的是綜合技術效率（technical efficiency，TE），意味著在當前給定情況下每個決策單位為維持當前產出的最小投入。如果ρ*=1，代表該決策單位處于有效生產前沿面，當前狀態有效，該DMU以有效率的方式生產；如果ρ*＜1，該DMU偏離有效生產前沿面，可以通過調整投入比例、減少相關投入來進行優化，此時存在無效率，即技術效率的損失。

2.2規模報酬可變的BCC模型與規模效率

在CCR模型中加入規模報酬可變的約束變量構造BCC模型，其給出目標DMU的純技術效率值。BCC模型為：

且 SE=TE/PTE（3）

式中：TE代表CCR模型測算出的環境綜合技術效率，PTE代表BCC模型測算出的環境純技術效率（pure technical efficiency，PTE），意味著在規模報酬可變前提下決策單位為維持當前產出的最小投入；綜合技術效率可分解為規模效率和純技術效率，其中規模效率（scale efficiency，SE）意味著衡量規模報酬不變的生產前沿與規模報酬可變的生產前沿之間的差距。最佳規模效率意味著DMU處于平均成本曲線最低點時的生產規模，當SE=1時，表示該決策單位處于最佳規模效率狀態；當SE＜1時，表示規模無效率；規模效率存在兩種情況，分別為規模效率遞增和規模效率遞減。

2.3指標選取和數據來源

本文以全國31個省級行政單位為決策單位（DMU），用2007—2013年的面板數據作為樣本；選取各地區電力消費量、全社會資本投資和年末就業人員數量作為投入變量，選取GDP作為期望產出指標，選取各地區化學需氧量排放量（COD）和二氧化硫排放量（SO2）作為非期望產出指標。

本文使用的數據均來源于相關年份《中國統計年鑒》《中國環境統計年鑒》和《中國海洋統計年鑒》。

3　實證結果與分析

3.1基于CCR模型的沿海地區環境效率

在實證分析過程中，環境效率的內涵是產出不變、投入最小，因此選用投入導向型模型，用DEA solver Pro9.0軟件進行計算。具體過程為：運用投入導向型的CCR模型計算出2007—2013年全國范圍內31個省級行政單位的綜合技術效率，從中選擇沿海11個省級行政單位的計算結果（表1），以便進行下一步的具體分析。

表1　基于DEA-CCR模型的2007—2013年沿海11省（直轄市、自治區）環境效率

經過計算，沿海地區平均環境效率值為0.873，高于全國平均環境效率值0.787，沿海地區環境效率在全國處于領先水平。相較于全國整體而言，沿海地區經濟較為發達，經濟對環境的影響較大且依賴性較強，環境保護工作也開展得較早，已取得一定成效。其結果表明經濟基礎和環境效率之間存在聯系。

在沿海地區中，天津、上海、江蘇、廣東常年環境效率值為1、為DEA有效單位，其余地區為DEA無效單位，因此沿海地區環境效率仍有改善的余地。

沿海地區環境無效率單位中，河北、遼寧、山東、廣西均為資源型，其中河北、遼寧、山東煤炭資源豐富，而廣西森林資源豐富。可見，提升沿海地區環境效率水平的重點之一為改善資源型地區經濟結構。

浙江和福建也屬環境無效率單位，兩地的環保投資額占省GDP比重常年維持在1%～2%［4］，環保投資水平一度低于全國平均水平，說明環保投資力度直接影響環境效率。

海南和廣西經濟起步較晚、發展較慢、經濟基礎比較薄弱，經濟發展的重點均在于熱帶高效農業、旅游業和工業，這三者的發展對環境也造成一定破壞。如，海南熱帶高效農業需要毀林開荒、圍湖造田等，容易造成水土流失、濕地數量銳減。因此，提高海南和廣西環境效率的關鍵在于轉變經濟增長方式。

3.2規模報酬可變的BCC模型

DEA-BCC模型計算出的是某決策單元的純技術效率，代表當前DMU除規模效率的相對效率水平，即價格機制、技術水平和管理水平不同所造成的非規模經濟和要素可處置性的效率差距［5］。運用投入導向型的DEA-BCC模型計算出2007—2013年全國各省級行政單位的純技術效率，將沿海地區挑選出來如表2所示。

表2　基于DEA-BCC模型的2007—2013年沿海11省（直轄市、自治區）環境效率

將表2與表1對比可知，無論規模報酬如何，沿海地區環境相對效率的總體情況是不變的，即沿海地區環境效率均值高于全國環境效率均值。天津、上海、江蘇、廣東常年環境效率值為1，為有效決策單位，其余地區環境效率值常年小于1，為無效決策單位，其中大部分為資源型地區。

3.3基于DEA方法的規模效率分析

通過綜合技術效率和純技術效率可得環境的規模效率，則利用前文運算，結果如表3所示。可知除常年環境效率值為1即位于有效生產前沿面的地區之外，其余地區的規模效率處于規模報酬遞增狀態，均存在改進余地。

表3　2007—2013年沿海11省（直轄市、自治區）規模效率

在資源型地區中，遼寧、山東和廣西規模效率較低，可以通過提升其規模效率來提高環境效率，這與遼寧、山東和廣西三地多為中小型煤礦企業和中小型木材廠的經濟現狀相符；河北的規模效率較遼寧、山東和廣西三地有明顯增強，說明除規模效率外，資源配置和技術等也是影響環境效率的重要因素［6］。福建和浙江的規模效率在沿海地區中處于中等位置，這與福建和浙江中小型企業較多、經濟基礎較雄厚的現狀相符。

4　對策建議

本文根據我國31個省級行政單位2007—2013年的面板數據，基于DEA方法測度各地區環境效率和規模效率，并選擇沿海地區作為重點進行分析。

基于分析結論，本文認為，在越接近生產前沿提升環境效率越困難的情況下，沿海地區經濟發展應重點加強科學技術在提高生產力水平上的作用，積極轉變經濟增長方式，使經濟增長由高耗能高排放的粗放型向高利用低污染的集約型轉變，加強規模聚集效應，提高環保力度。

從經濟基礎角度看，根據實證分析結果可知，經濟基礎和環境效率之間存在一定聯系，且增強規模效率有利于提高環境效率。沿海地區作為經濟較為發達地區，環境效率也處于全國領先水平；在沿海地區中，廣西和海南經濟基礎較薄弱，其環境效率也較低。因此，要提高沿海地區環境效率，需要加強經濟建設，加強規模聚集效應，在發展經濟的同時兼顧環境保護，走可持續發展的道路［7］。

資源型地區環境效率相對較低，這些地區靠擴大資源投入來擴大規模，從而實現經濟增長。對于沿海地區來說，資源型地區的經濟與環境屬重中之重，必須轉變經濟增長方式，提高資源質量，加強能源利用率，實現投入要素的優化配置，積極將經濟增長方式由粗放型向集約型轉變，同時調整產業結構，積極發展第三產業，以此提高環境效率。

提高科技水平一方面可以提高生產技術水平即提高投入利用率；另一方面也可以提高環保技術水平即降低環境污染。對于企業來說，在生產方面，買入高科技生產設備和引進高科技人才，有利于減少投入、提高期望產出量、降低成本、提高利潤率；在環保方面，買入高科技環保設備可以有效減少排污量，更加方便、快捷、無污染地進行生產活動。因此，提高沿海地區環境效率必須加大科研投入、提高科技水平。

綜上所述，提升沿海地區環境效率和提升區域經濟一體化，其重點在于改善資源型地區的環境效率，其核心在于發揮上海、廣東、江蘇和天津作為沿海巨頭的支持作用，深化改革，擴大開放，增強區域內合作交流，促進人才、科技、信息和金融資本的合理流動，調整產業布局，優化經濟結構，完善基礎設施建設，增加環保投資，提高資源利用率，嚴格控制廢氣廢水排放量。

［1］孫瑩.區域海洋經濟可持續發展指標體系的構建及應用：以浙江省為例［J］.浙江學刊，2011（6）：167-170.

［2］陳關聚.中國制造業全要素能源效率及影響因素研究：基于面板數據的隨機前沿分析［J］.中國軟科學，2014（1）：180-192.

［3］范斐，孫才志，張耀光.環渤海經濟圈沿海城市海洋經濟效率的實證研究［J］.統計與決策，2011（6）：119-123.

［4］趙昕，郭愷瑩.基于GRA-DEA混合模型的沿海地區海洋經濟效率分析與評價［J］.海洋經濟，2012，2（5）：4-10.

［5］周申蓓，莫衛，劉朋.基于三階段DEA方法的我國海洋污染治理效率研究［J］.水利經濟，2014，32（4）：11-15.

［6］王成金.工業經濟發展的資源環境效率評價方法與實證：以廣東和廣西為例［J］.自然資源學報，2011，26（1）：98-109.

［7］詹浩勇.我國主要工業省市的環境-經濟綜合效率：基于SBM模型的實證研究［J］.綠色經濟，2010（9）：42-46.

Analysis of Eco-Efficiency in Coastal Regions Based on DEA Model

HUANG Weixian，ZHENG Yi

（Shanghai Ocean University，Shanghai 201306，China）

According to the 2007—2013 panel data，the paper analyzed environmental efficiency level and scale efficiency of China's coastal regions based on the DEA method.The results showed that the eco-efficiency of coastal areas in China from 2007 to 2013 at the national leading level，but there was still certain gap between the ideal conditions.The paper suggested to adjust industrial structure，improve the technology content，strengthen the scale aggregation effect，and control the industrial waste emissions based on the results.

Eco-efficiency，Marine economy，Regional economies，Sustainable development

P7；F2

A

1005-9857（2016）09-0054-05

2016-04-11；

2016-07-22

黃瑋晛，碩士研究生，研究方向為環境效率，電子信箱：1716306730@qq.com