基于DEA的江西省采礦業生態效率評價研究

堯志祥　鄒曉明

[提 要]江西省從生態文明先行示范區到生態文明試驗區，名稱的改變，是探索先行先試，走出一條經濟發展與生態環境相協調的發展新路。采礦業作為江西省的重要產業，在其發展過程中出現開發利用方式粗放、綜合利用率低下、資源浪費嚴重、環境污染與生態破壞嚴重等一系列問題，如何處理好這些實際問題將關系到我省礦產資源的可持續發展，最終影響我省扎實推進國家生態文明試驗區的建設。本文從生態效率角度出發，篩選出2006-2015年江西省采礦業的投入產出指標時間序列數據，利用DEA方法對江西省采礦業生態效率進行評價研究。結果表明，10年間我省采礦業生態效率總體保持波動增長趨勢。其中，純技術效率和規模效率在不同年份對我省采礦業生態效率有著不同的影響。最后，從可持續發展理念出發，提出一些提高我省采礦業生態效率水平的建議。

[關鍵詞]DEA；江西省；采礦業；生態效率

[作者簡介]堯志祥（1992—），男，東華理工大學碩士研究生，研究方向為資源與環境經濟；鄒曉明（1962—），男，東華理工大學教授，研究方向為資源與環境經濟。（江西南昌 330013）

[基金項目]江西省科技廳軟科學研究計劃“江西省礦山資源開發地質環境生態補償研究”（201 61ACA10020）、“鄱陽湖生態經濟區礦產資源可持續發展研究”（2011BAA10011）；江西省高校人文社科項目“我國鈾資源開發利用的礦山地質環境生態補償研究”（JD1468）；江西省社科規劃智庫項目“贛南等原中央蘇區礦產資源開發生態效率評價與對策研究”（14SKJD28）；東華理工大學2017年研究生創新專項資金資助項目

一、引言

對于人類的生產和生活而言，礦產資源是一種不可或缺的自然資源，在社會經濟發展方面起著不可忽視的作用。礦產資源的開發與利用情況對一個國家或地區的經濟發展與社會安全產生重大影響，人民的生活和生產活動離不開礦產資源。自改革開放以來，我國經濟得到飛速發展，尤其是近十年來，市場對礦產資源及其加工制（成）品的需求也在與日俱增，這就極大地帶動了采礦業的發展。根據國家統計局的相關定義，采礦業主要涵蓋煤炭開采和洗選業、黑色金屬礦采選業、有色金屬礦采選業、非金屬礦采選業、其他采礦業這五大類。為了不斷滿足和支持國內經濟建設與發展的需要，謀求礦產資源開采帶來的暴利，礦業企業加強礦山開發力度和擴大礦產開采規模。在盲目和瘋狂的礦產開采利用過程中，一系列的資源浪費與環境污染問題不斷產生，如：大量共伴生礦的廢棄，無數尾礦廢礦的堆積，礦業“三廢”的大量排放。這些礦業問題的產生不僅嚴重影響經濟社會的發展，而且極大地破壞了礦區良好自然生態環境。

黨的十八大提到，經濟建設和生態文明建設作為我國社會主義現代化的主要內容，要注重兩者的協調發展。2016年8月中央首批選擇生態基礎較好、資源環境承載能力較強的福建、貴州和江西為第一批國家生態文明試驗區，這對江西省“綠水青山就是金山銀山”的發展理念提出了更高的要求。采礦業是當前江西省經濟發展的重要性產業，實現礦業綠色生態化發展是我省經濟生態文明建設的重點。因此，在經濟發展新常態大時代背景下對江西省采礦業生態效率進行相關評價研究以更好地實現礦產資源的可持續發展和礦業的循環經濟發展，并從提高江西省采礦業生態效率水平方面助推我省以綠色實踐扎實推進國家生態文明試驗區的建設，探索出一條經濟發展和生態建設相互促進的發展之路，顯得意義重大。

生態效率將宏觀尺度上的可持續發展目標有效地融入到中低尺度的區域和企業發展規劃中，是可持續發展理論在實踐中的具體應用，也是建立節約型社會和發展循環經濟的有效途徑[1]。生態效率（eco-efficiency）最早于1990年由德國學者Schaltegger和Sturm首次提出，并被定義為增加的價值與增加的環境影響的比值[2]。隨后，世界可持續工商理事會（WBCSD）將生態效率定義為：通過創造有價格競爭優勢的產品和服務來滿足人類的需求及提高生活質量，同時將其環境影響和資源利用強度控制在地球的承載力水平之內[3]。該國際組織將生態效率作為實現環境與經濟和諧共贏的理念。隨著生態效率概念被廣泛地認識和接受，其在許多不同領域和層次都得到了不同程度的應用，范圍從單個產品到不同類型企業和行業，最后到城市、區域和國家層面。根據生態效率的本質內涵和實踐應用，國內外研究者探索出了許多生態效率評價方法，主要包括：經濟/環境單一比值法、能值分析法、物質流分析法、生態足跡法和數據包絡分析法等一系列評價分析方法。

2009年Y.Barba-Gutierrez和B.Adenso-Diaz等學者，采用DEA分析方法對電子與電器設備這類產品的生態效率進行不同方面的評價分析[4]；2015年Susila Munisamya 和Behrouz Arabib，通過使用松弛變量衡量生產前沿面上的Malmquist-Luenberger生產力指數，進而觀察發電廠的生態效率變化情況[5]；2001年Charmondusit和Keartpakpraek將泰國Map Ta Phut工業園區的石油化工企業分為上中下游三大類，并對其進行生態效率評價分析[6]；2015年李健等人使用非參數距離函數評價2007-2011年我國30個省份的生態效率，并利用Malmquist指數對生態效率做出動態分析[7]；2016年孫欣等人通過區域生態效率的投入產出指標體系的構建和基于Malmquist-Luenberger指數法的超效率DEA模型的采用，對2003-2013年長江經濟帶及上中下游的生態效率進行動態分析，并測算了生態效率差異性及收斂性[8]；2012年劉巍等人基于生態效率理論和DEA方法，應用非期望產出作投入法和取倒數法、方向距離函數法和基于松弛測度的SBM四種不同的模型，研究24家綜合類國家生態工業示范園區2010年的生態效率[9]。

綜上，在許多生態效率評價方法中，相比于其他評價方法，數據包絡分析方法有著顯著的優勢。最早DEA方法因其能夠對一些不能價格化及難以被確定權重的指標進行相對有效性分析而在公共部門及非盈利組織的績效評價方面得到普遍的應用。DEA方法可以有效用于生態效率的評價分析，這是因為該方法不僅能夠很好地解釋多種指標間相互替代的可能性，而且運用統計學方法自動賦權來有效避免環境指標人為主觀賦權帶來的影響。

二、評價模型與變量選擇

（一）評價方法與模型的建立

1978年著名運籌學家A.Charnes和W.W.Cooper等人提出的評價生態效率的重要非參數方法——數據包絡分析方法（DEA）。該方法是一種由數學、運籌學、數理經濟學和管理科學等多門學科相互交叉的數據處理分析方法。此外DEA方法在實踐中得到不斷發展和應用，由此產生了不同類型的模型，主要包括C2R、BC2、ST、FG、C2GS2、C2W等眾多模型[10]。本文選用基于規模報酬不變的CCR模型和基于規模報酬變動的BCC模型對江西省采礦業的技術效率、綜合效率、純技術效率和規模效應進行比較和綜合分析。這種非參數方法主要是通過保持決策單元（DMU）的輸入或者輸出不變，借助于數學規劃和統計數據確定相對有效的生產前沿面，將各個決策單元投影到DEA的生產前沿面上，并通過比較決策單元偏離DEA前沿面的程度來評價它們的相對有效性[11]。

假定有n個決策單元，且每個決策單元都有m種類型的輸入和s種類型輸出，Xj=（X1j，X2j，X3j…，Xmj）T和Yj=（Y1j，Y2j，Y3j…，Ysj）T分別表示第j（j=1，2，…n）個決策單元DMUj的輸入向量和輸出向量，權系數V=（V1，V2，…，Vm）T和U=（U1，U2，…，Us）T分別為m種輸入和s種輸出對應的權向量，其中Xij，Yrj，vi，ur箖0，i=1，2，…，m，r=1，2，…，s，j=1，2，…，n，則對每個決策單元都有相應的效率評價指數：

H■=■

總可以適當選取u，v，使其滿足hj≤1，j=1，2，…，n，構成評價DMUj0優化CCR模型：

（D■C■R）max■=h■■■≤1，j=1，2，…，nV=（V■，V■，…，V■）■≥0

u=（u■，u■，…，u■）■≥0

其中，第j0個決策單元DMUj0的輸入、輸出數據向量記為：X0=Xj0，Y0=Yj0。利用Charnes-Cooper變換和對偶規劃理論，在上述分式中引入松弛變量則可將其轉化為線性規劃問題：

（D■C■R）min[θ-ε（■■s+■■s■]■X■？姿■+s■=？茲x■■Y■？姿■+s■=Y■■？姿■=1？姿≥0，j=1，2，…，ns■？叟0，s■？叟0

其中，Xj、Yj分別為決策單元DMUj的投入和產出要素集；λj代表現行組合構造一個有效的DMUj時，第j個DMU的組合比例，θ為DMUj離有效前沿面的徑向優化量，在本文中指的是江西省采礦業生態效率，θ越接近1表示礦產資源開發越合理。S-與S+為松弛變量，非零的S-與S+使無效DMUj沿水平或垂直方向延伸達到有效前沿面。若θ=1且S-=S+=0時，稱DMUj為DEA有效；若θ=1且S-0或S+0時，稱DMUj為DEA弱有效；若θ<0時，稱DMUj為DEA無效。類似地得到基于規模報酬可變的BCC模型[12]，如下：

（P■BC■）max（u■y■-u■）

w■x■-u■y■+u■≥0，j=1，…，n

w■x■=1

w≥0，u≥0，u0無限制

（二）指標選取與數據來源

生態效率的本質是在資源消耗和環境破壞最小化的代價下獲取最大的經濟價值，因此合理選取采礦業的投入產出指標是準確地評價江西省采礦業生態效率的基礎和關鍵。本文借鑒國內外關于礦業生態效率的最新研究成果以及礦業生態效率的相關定義，結合DEA分析方法的基本原理及其對指標數據的要求，遵循指標選取的系統性、科學性、相對獨立性和可操作性等一系列準則，從礦業生態與經濟協調發展的角度出發，構建江西省采礦業生態效率的評價指標體系。體系構建過程中把礦業的資源消耗量作為投入指標，礦業環境污染物排放量和經濟效益作為產出指標，其中環境污染物排放量是一種非期望產出，而經濟效益是礦業活動的期望產出。

考慮到當前江西省礦產資源開發活動中普遍存在高消耗、高污染、高排放的“三高”粗放型生產方式，故投入指標方面選取礦業固定資產投資、礦業從業人數、礦業能源消耗總量、礦業用水總量這四種指標變量，這些指標能夠反映礦產資源開發的發展與規模及投入資金情況。而產出指標選取方面，要考慮到兩個方面的因素，一個是期望產出即正真意義上的效益產出，另一個則是非期望產出，這類產出是在礦業開發活動過程中伴隨產生的一種對生態環境有害的產出。關于期望產出指標，本文結合礦業開發活動的實際情況選取礦業總產值、礦業主營業務收入這兩種經濟收益型指標，這類指標的數值在投入成本一定條件下越大越好；而非期望產出指標則考慮選取礦業開發活動過程中不可避免產生的“三廢”污染物排放量，即礦業廢水排放量、礦業廢氣排放量、礦業固體廢物產生量，這些污染物指標均能有效地反映礦業開發活動對當地生態環境帶來的影響。具體指標體系如表1所示。

本文研究所用數據均來自歷年《江西省統計年鑒》和《江西省環境統計年報》。經計算整理形成2006-2015年連續十年江西省采礦業生態效率投入產出的時間序列數據。需要指出的是礦業固定資產投資、礦業總產值、礦業主營業務收入這類經濟型指標在不同時期有不同的統計起點，據江西省統計局介紹，1995-1996年，經濟類指標統計的起點為工業規模投資5萬元及以上；自1997年起，起點由5萬元提高到50萬元及以上；自2011年起，經濟類指標統計的起點由工業規模投資50萬元提高至500萬元及以上。為便于比較，2010年調整為500萬元以上起點數。

在進行實證分析前，有必需要對各項指標間的相關性進行計算，以驗證所選取指標的合理性與代表性。依據數據包絡分析方法選取指標的相關原則，要求輸入與輸出指標間的相關性越高越好。應用SPSS22.0計算得到的輸入輸出指標間的相關性檢驗結果，具體如表2所示。

從2表中可以看出，輸出指標礦業總產值、礦業主營業務收入和各輸入指標間的相關性是比較大的，相關系數分別在0.688-0.958和0.610-0.967之間。而這兩個輸出指標之間相關性很大，畢竟這兩類指標都是經濟效益型指標，但因如礦業總產量這類輸出指標幾乎沒有詳盡的統計，對此仍保留礦業主營業務收入類指標。輸入指標間的相關性總體偏小，只有礦業用水總量、礦業廢水排放量這兩個指標與其他輸入指標之間的相關性較大，考慮到這兩個指標是礦業生態效率的主要體現，故本文仍保留。

在DEA方法中，要求所選取決策單元的數量應控制在投入指標個數與產出指標個數的乘積的兩倍以上，以確保數據分析的可靠性。因在本文中僅涉及10個決策單元和9個評價指標，沒有達到相應要求，另外不同指標間不同單位對數據也會產生影響，因此需要對選取的指標數據進行壓縮優化處理。

首先使用0-1標準化法，利用SPSS22.0軟件對原始指標數據進行線性變化計算，得到標準化處理后的數據，具體如表3所示。然后應用熵權法將期望輸出指標（礦業總產值、礦業主營業務收入）轉化成為經濟產出綜合指標，將輸入指標（礦業固定資產投資、礦業從業人數、礦業能源消耗總量和礦業用水總量）轉化為資源消耗綜合指標，將非期望輸出指標（礦業廢水排放量、礦業廢氣排放量和礦業固體廢物產生量）轉化為環境污染綜合指標，利用MATLAB7.0軟件計算得到表4。

三、實證結果分析

通過運用數據包絡分析軟件DEAP2.1，將整理優化后形成的江西省2006-2015連續十年的采礦業相關指標數據導入求解后，得到江西省采礦業生態效率的計算結果，具體如表5所示。

本文BCC模型中以綜合效率來反映江西省采礦業的生態效率，它等于純技術效率和規模效率的乘積。因此我省采礦業生態效率的水平高低將由其純技術效率和規模效率兩者的大小決定。其中純技術效率是指我省礦山企業的綜合管理能力和生產技術水平的高低所產生的生態效率的變化，規模效率代表采礦業的發展規模對生態效率的影響[13]。

從表5中可以看出，僅2010、2011和2014年這三年綜合生態效率值為1，技術效率、純技術效率和規模效率均達到有效狀態，且規模報酬處于不變狀態，生態效率都在最優生產前沿面上。其他年份的生態效率均未達到DEA有效，說明在其他年份中，江西省采礦業的投入資源沒有得到有效的利用，對于投入而言相應的期望產出沒有達到最大。2006、2008和2009及2015年的結果比較特殊，四年采礦業的純技術效率達到有效，但其規模效率卻小于1，說明這四年對于采礦業的技術效率而言沒有投入需要減少，也沒有產出需要增加，采礦業的綜合效率是因為其規模和投入、產出不相匹配而沒有達到有效，此時僅2015年的規模報酬是遞減的，故需要適應性地縮小我省采礦業的規模。總體來看，近10年江西省采礦業開發的生態效率水平變化幅度不算很大，生態效率值大部分集中在0.60-0.98之間，生態效率值為1或者在0.85以上、0.70到0.85之間和0.70以下的占總樣本的比例依次為50%、30%和20%，整體礦業開發生態效率水平未實現DEA有效。

四、結論

根據上述實證分析結果，可知：1.我省礦山企業在礦產資源開發利用技術改進和經營管理效率提升方面都取得一定的進步，有利于逐步提高我省采礦業的生態效率水平；2.在過去很長一段時期內，我省采礦業生產規模的擴大是其生態效率水平不斷提高的重要因素，但近年來，隨著我省中小型個體私營采礦企業盲目粗放地擴大生產規模，導致資源的虛耗、生態環境的破壞，影響該行業經濟效益的增長和生態效率水平的提高；3.調查收集的相關數據顯示，近10年我省采礦業發展的過程中，除礦業能源消耗總量在不斷減少外，礦業用水總量和非期望產出的礦業“三廢”排放量卻在不斷增長，與高效清潔生產和低碳循環經濟、可持續發展的要求相違背，將不利于我省后期生態環境問題的改善，最終影響我省以綠色實踐扎實推進國家生態文明試驗區的建設。

強化礦產資源綜合利用技術研發與創新，提高礦業的經營管理效率，大力推行礦業清潔生產和發展低碳循環經濟才是實現我省礦業可持續發展的關鍵。因此，引導和扶持礦山企業向效能型、規模化方向發展，減少盲目擴張帶來的經濟損失和生態環境破壞，對我省礦業規模結構進行調整，整合礦業資源，實現我省礦業規模化、專業化、大中小協調發展。在礦產資源開發活動中，要努力做到將提高資源利用程度與降低生態環境破壞相結合。推行清潔生產，發展循環經濟，依靠技術創新提高礦業綜合利用率，減少資源的嚴重浪費，減輕礦業活動帶來的環境污染和生態破壞，改變以往傳統的粗放低效開發利用方式，以提高我省礦業生態效率水平，實現我省礦業的可持續發展，走出一條我省獨特的經濟發展與生態環境相協調的礦業發展新路，助推美麗中國“江西樣板”的打造，實現“十三五”期間江西省生態文明先行示范區的基本建成。

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[責任編輯：朱晨光]