基于DEA模型的長江經濟帶農業生態效率的測度與評價

丁寶根 趙玉

［提 要］基于長江經濟帶11省市農業相關數據，運用DEA模型對該區內各省市的農業生態效率進行測算與評價。研究結果表明：長江經濟帶農業生態效率存在較大地區差異，特別是中游地區的農業生態效率偏低；長江經濟帶農業生產要素資源未得到充分利用等環境問題較為突出。針對上述研究結論，提出了一些建議：應積極探索長江經濟帶區域特色的農業生態效率提升路徑；強化農業經濟效益與生態環境效益的統籌協調發展；多渠道提升農業生產主體自身的生態環境保護意識等。

一、背景與問題

長期以來，因化肥、農藥、農膜等農業生產物資的過量使用以及農業資源的過度開發，農業生態環境持續惡化。在我國經濟正處于由高速增長階段轉向高質量發展階段的新時代背景下，面對高耗能、高污染和高排放等粗放型的農業發展方式，如何提升農業生態效率，以減少農業資源浪費、降低生態破壞及環境污染，已成為農業高質量發展亟待解決的突出問題。因此，進行農業生態效率的測度與評價，對了解農業發展現狀和探索農業高質量發展實現路徑具有十分重要意義。

早在1990年，Schaltegger&Sturm在學術界就提出“生態效率是可持續發展的具體表述方式，是指增加的物質價值與增加的生態環境影響比值”［1］。此后，生態效率被引入到農業領域，是指在確保農業生產數量和質量的條件下，所付出的生態環境污染和資源消耗等成本［2］。針對農業生態效率問題，已有諸多學者從不同視角開展了相關研究。如潘丹和應瑞瑤［3］、吳小慶等［4］基于DEA模型對我國不同地區農業生態效率進行了測度，研究結果表明，不同區域的農業生態效率存在較明顯的異質性；王寶義和張衛國［5］、楊清可等［6］、李靜和程丹潤［7］等學者將農業環境污染等作為非期望產出納入農業投入產出指標體系，實證研究表明非期望產出對農業生態效率具有負效應。從現有研究看，因數據不同、模型設定不同以及指標體系選擇不同，其研究結論存在較大的差異性；同時現有文獻鮮有對長江經濟帶區內生態效率開展系統深入的研究。為此，農業生態效率評價尚有可改善之處：將農業碳排放作為非期望產出納入評價指標體系；以長江經濟帶作為研究區域進行系統研究。長江經濟帶是我國重要的農業生產區，耕地面積約占全國的三分之一，農林牧漁業總產值約占全國的41%，糧食產量約占全國38%，區內有成都平原、江漢平原、洞庭湖、鄱陽湖平原等六大商品糧基地。自2015年長江經濟帶上升為重大國家戰略發展區域以來，“生態優先、綠色發展”理念已成為該區域經濟發展的重要指導思想，推進長江經濟帶農業經濟與生態環境保護統籌協調發展的任務更加緊迫。因此，進行長江經濟帶農業生態效率的測度與評價，對新時代推動長江經濟帶農業低碳、綠色、可持續的高質量發展具有十分重要意義，可為長江經濟帶合理制定農業相關政策提供決策參考。

二、研究方法與數據來源

（一）DEA模型構建

1978年，著名的運籌學家A.Charnes、WW.Cooper和E.Rhodes首次提出數據包絡分析(簡稱，DEA模型)方法，用于評估相同部門之間的相對有效性（又稱為DEA有效）［8］。DEA模型法是對多個指標投入和多個指標產出的同類部門進行有效綜合評價的一種新方法［9］。本研究采用DEA分析長江經濟帶農業生態效率問題，設有n個決策單元DMU，每個DMU含有m種輸入指標x和s種輸出指標y，投入指標的向量，產出指標的權向量，則第K個DMU的DEA相對效率可通過以下分式規劃來計算：

其中，xij表示第j個決策單元的第i個輸入值；yrj表示第j個決策單元的第r個輸出值；ε一般設定為10-6。對式（1）進行對偶轉換，則可得對偶式如下：

令θ*,λ*,S+*,S-*為式（2）的最優解，則有：①θ*=1時，則決策單元DEA有效；②θ*＜1時，則決策單元DEA無效。

（二）投入產出指標選取

本研究以長江經濟帶11省市農業為研究對象，結合研究的目的、數據的科學性、可獲性和農業生產的自身特點，借鑒周旭東和呂光輝《新疆農業生態效率時空差異及影響因素研究》一文的相關研究成果［10］，選取耕地面積、農業機械動力、農業勞動力人數、農業碳排放等作為DEA的投入指標，選取農業生產總值等作為DEA的產出指標，如表1所示。

表1 農業生態效率評價指標體系

（三）數據來源及數據處理

1.數據來源。農業產值、耕地面積、農業機械總動力、農業生產總值等數據均來源于長江經濟帶11省市的《2018年統計年鑒》；農業碳排放是基于IPCC碳排系數法測算所得，主要借鑒吳傳清等《長江經濟帶產業發展報告》相關研究成果［11］，其中，農業碳排測算中所需的灌溉、翻耕、化肥、農藥、農膜和農用柴油等數據均來源于《2018年中國農村統計年鑒》。

2.數據處理。為了模型運行結果更好地反映投入的冗余，本研究對部分單位相同的投入或產出指標進行合并，同時采用均值化和標準化對投入產出指標進行無量化處理，即先求出各系列的均值，再用原始數據去除均值，便得出新的數列，原始數據進行標準化處理后的結果見表2：

表2 長江經濟帶農業生態效率投入產出指標標準化數值

三、實證分析

（一）測算結果

本研究選用DEAP2.1版本軟件，根據表2的相關投入產出標準化數據，對長江經濟帶農業生態效率進行測算，結果如表3和表4所示：

（二）結果分析

1.綜合效率分析。從表3可知，在長江經濟帶11省市中，綜合效率為1的省市有5個，分別為上海、江蘇、四川、貴州和云南；總體上看，長江經濟帶上游和下游地區的綜合效率較高，這可能得益于長江經濟帶上游嚴格的生態環境保護政策、良好農業生態資源基礎以及長江帶下游地區較高的農業現代化水平等；而中游地區綜合效率偏低，這可能源于該區域落后傳統農業生產方式以及對農業生態環境保護的重視不夠等。因此，長江經濟帶中游地區農業生態效率應成為關注的重點，亟待提升。

表3 長江經濟帶11省市DEA綜合效率、純技術效率和規模效率

表4 長江經濟帶11省市農業投入冗余情況

2.純技術效率分析。從表3可知，上海、江蘇等省市的純技術效率等于1，浙江、安徽、江西、湖北、湖南和重慶6省市的純技術效率小于1，長江經濟帶各省市的純技術效率均值為0.908，這說明評價體系有約9%的投入量沒有達到最有效的產出，即長江經濟帶農業生態效率還存在較大的提升空間，應著力通過改變農業生產方式、提高農業科技水平、調整要素配置的比例等手段實現技術效率。

3.規模效率及規模報酬分析。規模效率反映了農業投入規模適合程度，其數值越接近1越表明農業投入規模合適；規模效率值等于1時，表示該地區農業投入處于規模報酬最優狀態；規模效率低于1時，表示該地區農業投入處于規模報酬遞增或遞減狀態，即低效率狀態。從表3可知，有上海等5個省市的農業投入處于規模報酬最優狀態，江西等5個省市的農業投入處于規模報酬遞減狀態，而安徽的農業投入規模處于規模報酬遞增狀態。因此，總的來看，應降低農業資源投入和環境投入成本等，以實現農業規模報酬最優狀態。

4.非DEA有效決策單元的投影分析。通過DEA有效決策單元的投影分析，可以獲知非DEA有效的決策單元相對效率低到什么程度、距DEA有效的距離有多大以及如何改進等。從表4可知，在產出既定情況下，浙江應減少2%耕地面積投入、17.8%農業機械動力投入、31%農業勞動力投入和18.2%農業碳排放；安徽應減少59.3%耕地面積投入、82.5%農業機械動力投入、61.9%農業勞動力投入和68.5%農業碳排放；江西應減少24.5%耕地面積投入、22.3%農業機械動力投入、31.8%農業勞動力投入和25.9%農業碳排放；湖北應減少20.1%耕地面積投入、18.2%農業機械動力投入、10.7%農業勞動力投入和19.9%農業碳排放；湖南應減少5%耕地面積投入、54.9%農業機械動力投入、10.3%農業勞動力投入和23.6%農業碳排放；重慶應減少10.1%耕地面積投入、1.8%農業機械動力投入、2.5%農業勞動力投入和1.9%農業碳排放；這些數據分析一定程度上可以反映出各地區在農業生態效率上存在的差距以及改進的方向。

四、研究結論與政策建議

（一）研究結論

本研究以長江經濟帶11個省市作為研究對象，基于該區域2017年農業相關數據，運用DEA模型，選擇耕地面積、農業機械動力和農業碳排放作為投入指標，選擇農業GDP作為產出指標，對其農業生態效率水平進行測度與評價。研究結果發現：

1.長江經濟帶農業生態效率存在較大地區差異。長江經濟帶上游和下游地區農業生態效率總體上處于DEA有效，而長江經濟帶中游地區農業生態效率處于DEA無效狀態，其中，安徽省綜合效率僅為0.583，這表明長江經濟帶農業生態效率存在較大的地區差異，同時存在較大的提升空間。

2.長江經濟帶農業生產要素資源未得到充分利用。長江經濟帶擁有較豐富的耕地資源和農業勞動力，同時投入了大量的農業機械，但從實證分析結果看，長江經濟帶諸多省市存在耕地面積投入冗余、農業機械動力投入冗余以及農業勞動力投入冗余，即表明這些地區耕地資源未得到充分有效的利用、農業機械動力未得到充分的發揮以及農業勞動過剩。

3.長江經濟帶農業生產中高碳排等環境污染問題突出。農業碳排放量源于農藥、化肥、農膜等碳源計算所得，是反映農業環境污染的重要指標，亦是農業環境成本重要體現。從實證分析結果看，長江經濟帶諸多省市存在較大比例的農業碳排投入冗余，即表明這些地區農業碳排過高，所面臨的農業環境污染問題較為突出。

（二）政策建議

基于本研究的相關結論，并結合長江經濟帶農業發展實際，因地制宜，提出以下建議：

1.積極探索具有長江經濟帶區域特色的生態農業效率提升路徑。根據長江經濟帶各地區農業經濟發展水平、農業資源環境現狀、耕種方式等，因地制宜，探索具有地區特色的農業生態效率提升路徑。比如：各省市根據自身農業生產中的物資要素投入量和農業碳排量進行有效改進，提高農業科技水平、調整要素投入比例等，努力達到邊際報酬最優狀態；推行差異性化的農業生態環境政策實施機制，注重基層政府在農業生態環境治理中的作用，加大差異化的獎罰力度。

2.強化農業經濟效益與生態環境效益統籌協調的頂層設計。長江經濟帶“生態優先、綠色發展”的理念近年來備受關注，但理念轉化為實際行動需要制度上的頂層設計以及政策的嚴格落實。比如：建立健全農業生態環境績效考核制度，將農業生態環境績效指標作為官員政績考核和晉升重要參考，并不定期進行抽查，對落實不嚴的給予追責；委托給第三方代理機構對農業環境績效進行評估，以確保評估的公平、真實、有效，并設立獨立部門對農業生態環境治理進行有效監管。

3.多渠道提升農業生產主體自身的生態環境保護意識。農戶、農企等農業生產主體的生態環境保護意識不強是造成農業生態環境惡化的重要因素，應多渠道積極引導農業生產主體強化農業生態環境保護意識。比如，通過開展各種形式的農業生態環境保護主體活動，灌輸和宣傳農業生態環境保護意識；通過生態農業綜合改革試點并結合經濟補償手段等引導農業生產主體推行節能、減排、綠色、高效等農業生產方式，以實現農業經濟效益和生態環境效益的統籌協調發展。