基于SBM-Tobit模型的中部6省環境效率分析

葉 文 顯

陜西國際商貿學院 管理學院，陜西 咸陽 712046

環境保護是事關社會發展與人類生存的重大問題，而環境效率評價是制定環保政策、進行環境治理的重要前提．隨著環保督察常態化與地方官員“河長制” “問責制”的相繼實施，我國環境保護的監管與投入力度不斷增強，自然生態狀況呈逐年改善趨勢．但是，隨著城鎮化與工業化的快速推進，大量自然資源被過度開發，土壤水體污染、固體垃圾圍城、霧霾天氣頻發等問題突出．總體上我國的生態環境安全形勢較為嚴峻，環境保護與經濟社會發展的矛盾仍舊突出，開展相關環境效率評價工作已經成為當前亟待解決的一個重大社會問題．

為了有效應對愈發嚴重的環境污染問題，許多學者開展了環境治理與環境效率評價方面的研究工作．從研究方法來看，DEA相關模型已經成為環境效率評價的一種常用方法，薛靜靜等[1]運用徑向DEA模型分析了相關區域的環境效率；李占風等[2]運用非徑向DEA模型分析了相關行業的環境效率；Xie等[3]將環境污染物作為DEA模型分析的一種投入變量；蔡婉華等[4]則將環境污染物作為一種壞產出變量進行DEA(Data Envelopment Analysis)分析．從研究的區域范圍來看，主要的研究對象集中在國家[5]、西部地區[6]、省域[7]、長江經濟帶[8]、長三角城市群[9]、京津冀城市群[10]、地級市[11]等層面．從研究的行業(對象)范圍來看，主要的研究對象有電力行業[12]、交通運輸業[13]、種植業[14]、水資源[15]、工業資源[16]、水泥行業[17]、畜牧業[18]等．從研究主題來看，主要的研究內容集中在環境效率的大小測度[19]、影響因素分析[20]、差異與演變分析[2]、全要素生產率分析[14]、Kuznets曲線的存在性[21]等．已有研究成果已經較為豐富，但缺少中部地區地級以上城市動態與靜態相結合的環境效率評價成果．鑒于此，本文分別采用非期望產出的SBM模型和GML生產率指數測度中部地區的靜態環境效率與動態環境效率，采用面板Tobit模型分析環境效率的主要影響因素，以期為改善中部地區環境效率提供有益的政策參考．

1 研究方法與變量選擇

本文使用的研究方法包括GML生產率指數、SBM-Undesirable模型和面板Tobit模型．

1.1 GML生產率指數

(1)

(2)

(3)

TFP或EFF小于1、等于1和大于1分別代表t～t+1期間全要素生產率或技術效率下降、不變和上升；TECH小于1、等于1和大于1分別代表t～t+1期間技術水平退步、不變和進步．

1.2 非期望產出的SBM模型

假設存在N個決策單元，每個單元有a(a=1，…，A)種投入要素，b(b=1，…，B)種期望產出和c(c=1，…，C)種非期望產出，其對應指標矩陣分別表示為X∈Ra，Y∈Rb，D∈Rc，在考慮非角度、非徑向與規模報酬不變的SBM-Undesirable模型下的生產可能集為

P(x)={(x，y，d)|x≥XW，y≤YW，d≥DW，W≥0}

(4)

對于某決策單元DMU0的環境效率δ為

(5)

s.t.d0=DW+sd，x0=XW+s-，y0=YW+sy，W≥0，sd≥0，s-≥0，sy≥0

式(5)中s-，sy和sd分別為投入要素、期望產出以及非期望產出的松弛量，W為權重矩陣．C，B，A分別為非期望產出、期望產出和投入要素的變量個數．δ為環境效率值，0≤δ≤1，δ小于1時，決策單元無效；δ等于1時，決策單元有效．

1.3 Tobit模型

考慮到環境效率的取值范圍介于0～1之間，本文采用了面板Tobit模型分析環境效率的影響因素，具體模型為

(6)

Yit=ai+β1YFTRit+β2CYJGit+β3Ln(GDPPit)+β4Ln(CZZCit)+β5Ln(FDIit)+εit

(7)

1.4 變量與數據

選取我國中部地區6個省份的80個地級以上城市作為研究對象，包括河南17市、湖北12市、江西11市、安徽16市、山西11市以及湖南13市．80個城市中僅有武漢為副省級城市，其余城市均為一般地級市或省會城市，為敘述方便本文統一表述為“地級以上城市”．選取全社會用電量(ELEC)、固定資產投資(INVE)和從業人數(EMPL)作為投入變量，它們分別描述能源、資本和勞動力的投入量；選取工業煙塵排放量(DUST)、廢水排放量(WATER)和經濟增長(GDP)作為產出變量，它們分別代表非期望產出與期望產出．上述變量數據來源于2015-2019年的《中國城市統計年鑒》和各地市統計年鑒(說明：2019年出版的年鑒，數據截止年份是2018，文中數據是2014-2018年，所以年鑒應該是2015-2019年)．

2 實證分析

2.1 環境污染的總體分析

《中國統計年鑒2019》顯示，中部地區廢水排放總量為154億噸，約占全國廢水排放量的22%，河南、湖南、湖北、安徽、江西、山西6省的廢水排放比例依次為3.03∶2.23∶2.02∶1.73∶1.40∶1.00，單位GDP所產生的廢水排放比例依次為1.20∶1.16∶1.00∶1.13∶1.24∶1.14．6省工業煙塵排放總量161萬噸，約占全國煙塵排放量的20%，山西、安徽、江西、河南、湖南和湖北的煙塵排放比例依次為2.31∶1.49∶1.48∶1.19∶1.10∶1.00，單位GDP所產生的煙塵排放比例依次為5.55∶2.06∶2.78∶1.00∶1.21∶1.05．從各地級以上城市的環境污染情況來看，廢水排放量較大的5個城市有武漢、新鄉、馬鞍山、鄭州、九江，較小的5個城市有張家界、隨州、陽泉、池州和忻州；單位GDP所產生的廢水排放較大的5個城市有馬鞍山、淮南、景德鎮、新鄉和鶴壁，較小的5個城市有張家界、隨州、長沙、永州和信陽．工業煙塵排放量較大的5個城市有馬鞍山、臨汾、宜春、呂梁和武漢，較小的5個城市有隨州、漯河、開封、濮陽和周口；單位GDP所產生的煙塵排放較大的5個城市有臨汾、忻州、馬鞍山、陽泉和呂梁，較小的5個城市有周口、開封、隨州、濮陽和長沙．綜合以上分析可知，河南為典型的高廢水污染省份，山西為典型的高煙塵污染省份；新鄉和馬鞍山為典型的高廢水污染城市，張家界和隨州為典型的低廢水污染城市；馬鞍山、臨汾和呂梁為典型的高煙塵污染城市，隨州、開封、濮陽和周口為典型的低煙塵污染城市．

2.2 環境效率分析

構建SBM-Undesirable模型計算80個地級以上城市的環境效率，得到各省份環境效率的平均值(表1)．整體上中部6省的環境效率值偏低，平均效率值僅為0.424，無環境效率有效省份，2014-2017年期間6省環境效率均值呈明顯下降趨勢，2018年效率值有所回升．2014-2018年期間絕大部分省份的環境效率值低于0.6，具有較大的污染減排潛力．湖南的環境效率值較高，其環境效率均值為0.587，山西的環境效率值較低，其環境效率均值僅為0.305．湖南和湖北的環境效率均值高于其他4省，山西和安徽的環境效率均值則明顯低于其他4省，整體上6省環境效率呈現出典型的“馬太效應”．依據曾賢剛等[11]的研究結論可知，2018年湖南的環境效率高于全國平均水平，湖北的環境效率與全國平均水平持平，其余省份的環境效率低于全國平均水平．2014-2018年期間隨著人均GDP不斷增長，各省份環境效率值均出現先降后升的“U”型演變趨勢，其中山西、安徽和江西的環境效率在2018年出現上升趨勢，河南、湖北和湖南在2017年出現上升趨勢，說明中部6省可能存在一定的環境EKC曲線，環境保護與經濟增長之間的矛盾均呈先突出后緩解的演變過程．總的來說，中部6省中湖南為高水平環境效率，湖北與江西為中等偏高水平環境效率，河南與安徽為中等偏低水平環境效率，山西為低水平環境效率．6省環境效率在空間上呈中部靠南3省明顯高于中部靠北3省的局面，說明中部6省的環境效率存在一定的空間溢出效應與集聚效應．湖南與湖北屬于典型的效率溢出省份，山西與安徽屬于典型的效率滲入省份，河南和江西的環境效率出現較大波動，屬于典型的效率溢出兼滲入省份．

表1 中部6省地級以上城市環境效率的平均值及變異系數

比較各省域環境效率的變異系數后發現，山西、安徽與河南(除2018年)所轄地級以上城市的環境效率差異較小，湖南和湖北所轄地級以上城市的環境效率差異較大，它們是導致中部地區環境效率差異的主要因素．安徽和湖南所轄地級以上城市的環境效率差異呈明顯的下降趨勢，說明這2個省份的環境效率存在一定的σ收斂，其他省份以及中部6省整體的環境效率差異均呈現出升降交替的演變趨勢，說明它們并不存在σ收斂．結合各個省份的環境效率值及其變異系數均值，本文得出，湖南和湖北為典型的高環境效率-高差異省份，安徽為典型的低環境效率-低差異省份，山西為低環境效率-中差異省份，江西為中環境效率-中差異省份，河南為中環境效率-低差異省份．

為了進一步說明污染物對環境效率的影響，本文測度了不考慮污染物排放時CCR(3個運籌學家名字縮寫：Charnes A，Cooper W W，Rhodes E)模型的產出效率值，如表2所示．2014-2018年期間中部6省的產出效率值均大于0.5，所有省份的產出效率值大致分為3檔，第1檔省份僅有湖南1省，平均產出效率為0.829，遠高于其他省份；第2檔省份包括安徽、江西、湖北和河南4省，平均產出效率在0.7左右；第3檔省份僅有山西1省，平均產出效率只有0.618．加入非期望產出的污染物后，中部6省的產出效率均呈明顯的下降趨勢，山西降幅高達50.6%，安徽降幅為47.0%，這充分說明了環境污染顯著降低了中部地區的產出效率值，特別是山西和安徽，用較大的環境代價換取了經濟增長．比較各省份DEA效率值的減少量可知，2015年以后湖南、湖北、河南和安徽4省的效率減少量呈下降趨勢，而山西與江西的效率減少量呈先降后升的波動趨勢，說明湖南、湖北、河南和安徽4省在發展經濟的同時，較好地控制了環境污染，抑制了傳統的產出效率值與考慮污染物的環境效率值之間的差值；而山西與江西2省沒能較好地控制環境污染，導致DEA效率減少量的波動變化．

表2 DEA效率值及其減少量

不同環境效率區間內的地級以上城市數量如表3所示．

表3 不同環境效率區間內的地級以上城市數量

2014-2018年期間，山西所有城市的環境效率值均低于0.5，2017年有4個城市的環境效率值低于0.25，環境效率平均值較高的城市為朔州和太原，較低的城市為大同和忻州；安徽只有阜陽(2014年)和合肥(2018年)2市的環境效率值超過0.5，其他城市的環境效率值均低于0.5，環境效率平均值較高的城市為合肥和黃山，較低的城市為淮南和六安；2014-2016年江西新余的環境效率值始終為1，2014年南昌的環境效率值超過0.5，其余年份各地市的環境效率值均低于0.5，環境效率平均值較高的城市為新余和鷹潭，較低的城市為宜春和九江；河南環境效率較高的城市為周口和開封，較低的城市為新鄉和商丘，該省每年約有93%的城市環境效率值低于0.5；湖北環境效率較高的城市為武漢和隨州，較低的城市為孝感和鄂州；整體上湖南的環境效率值較高，其中長沙和張家界的環境效率值均為1，常德的環境效率值為0.943，環境效率較低的城市為婁底和湘潭，該省每年約有61.5%的城市環境效率值低于0.5．總的來說，80個地級以上城市中環境效率平均值排名最靠前的5座城市為長沙、張家界、武漢、常德和新余，排名最靠后的5座城市為忻州、大同、運城、晉城和孝感．城市環境效率的高低與地區GDP之間存在一定的正相關關系．

2.3 全局GML指數分析

為了進一步分析中部6省環境效率的演變趨勢及其驅動因素，本文選取全局GML指數測度環境全要素生產率TFP及其分解結果技術進步TC、技術效率變動EC(表4)．從表4可知，2014-2018年期間，中部6省的環境全要素生產率TFP出現了明顯的增長趨勢，整體上其均值由2014-2015年的0.939增長到2017-2018年的1.079，年均增長4.74%，且2014-2016年的TFP小于1，2016-2018年的TFP大于1，表明中部6省的全要素環境效率在2014-2018年期間發生了由衰退到提升的演變．環境效率指數在2014-2016年期間有所下降，而在2016-2018年期間得到了明顯提升，其提升誘因則由2015-2016年的技術進步單因素驅動演變到2017-2018年的技術進步與技術效率提升兼有的雙因素驅動．整體上經濟增長與環境污染的矛盾關系呈逐年改善趨勢，尤其是2016年以來，大部分城市改變了高污染、高能耗的粗放型增長模式．從其分解結果來看，技術效率變動EC的平均值由2014-2015年的0.973(小于1)調整到2017-2018年的1.036(大于1)，技術進步TC的平均值由2014-2015年的0.965(小于1)調整到2017-2018年的1.041(大于1)．中部6省環境技術效率與技術進步在2014-2018年期間均有所提高，其中環境技術效率值發生了由降低到提升的演變，而技術水平發生了由衰退到進步的演變．整體上，EC的均值為0.985(小于1)，TC的均值為1.016(大于1)，表明中部6省環境生產率上升的主要誘因是技術進步．

表4 中部6省環境生產率指數及其分解結果

以中部6省環境生產率與環境效率的平均值為臨界值，大于平均值的省份為高生產率(效率)省份，小于平均值的省份為低生產率(效率)省份，可以得到如表5所示的環境“生產率-效率”狀況表．2018年河南和湖北為高生產率-高效率省份，它們處于環境效率高且提升迅速的良好階段；江西為低生產率-低效率省份，其處于環境效率低且提升困難的不良階段；安徽和山西為高生產率-低效率省份，它們處于環境效率低但提升迅速的追趕階段；湖南為低生產率-高效率省份，其處于環境效率高但增長緩慢的特殊階段．在2014-2018年期間，湖北和湖南均為環境高效率，湖北的環境生產率經歷了“低-高-高-高”的演變，而湖南的環境生產率則經歷了“低-高-高-低”的演變，總體上2省變動趨勢較為接近；江西的環境“生產率-效率”狀況由“高生產率-高效率”轉變為“低生產率-低效率”，而河南則由“低生產率-低效率”狀況轉變為“高生產率-高效率”，總體上河南的環境“生產率-效率”狀況呈明顯改善趨勢，而江西則出現明顯惡化趨勢；山西和安徽均為環境低效率，山西的環境生產率經歷了“低-低-高-高”的演變，而安徽的環境生產率則經歷了“高-高-低-高”的演變．

表5 中部6省環境“生產率-效率”狀況表

2.4 環境效率的影響因素分析

為了探究導致中部地區環境效率變動的內部影響機制，本文采用面板Tobit 模型進行分析．參考已有研究成果，并結合數據的可獲取性，本文選取80個地級以上城市的環境效率值作為因變量，選擇研發投入強度(YFTR)、產業結構(CYJG)、經濟發展水平(GDPP)、財政支出(CZZC)和外商直接投資(FDI)作為自變量，依據式(7)構建面板Tobit模型．運用STATA 15.0軟件估計采用最大似然法的隨機效應Tobit模型，結果如表6所示．在不考慮人均收入GDPP平方項的情況下，財政支出(CZZC)和外商直接投資(FDI)的回歸系數不顯著，其他變量均在10%的水平上顯著；加入GDPP平方項后，各變量的顯著性與回歸系數符號基本沒變，lnGDPP和ln2GDPP均通過10%的顯著性水平；加入財政支出(CZZC)和外商直接投資(FDI)的交互項后，所有解釋變量(包括交互項和常數項)以及Wald2均已顯著，且回歸系數符號與前2個模型一致，可以認為加入交互項后的估計結果是穩健的、較優的．

表6 Tobit模型估計結果

從各個變量的回歸系數符號來看，產業結構(CYJG)的回歸系數為正，說明提高第二產業占比對環境效率有促進作用，這主要是因為當前許多中部地區所轄城市仍處于工業化進程中，第二產業在GDP增長方面的促進作用顯著強于由此給環境污染帶來的消極影響，進而提高地區的環境效率．人均GDP(GDPP)的回歸系數為正，表明隨著經濟的高速增長，人民收入水平逐漸提高，環境質量也會趨于變好，人均GDP的平方項為負則說明中部6省經濟增長存在倒“U ”型的環境EKC曲線．研發投入強度(YFTR)、財政支出(CZZC)與外商直接投資(FDI)的回歸系數為負，說明這些因素對環境效率的影響是消極的．研發投入強度與政府財政支出的消極影響一方面可能是因為中部地區研發的投入產出比例不協調，科技創新帶動經濟高速發展的引擎牽動作用還未充分發揮；另一方面政府的研發補貼加劇了企業的尋租行為，導致企業環境投資的減少與資源錯配，而政府的財政污染支出則可能陷于了“邊污染、邊整治”的末端治理“怪圈”；外商直接投資的消極影響可能是因為FDI流向了高污染、高能耗行業，產生了“污染天堂”效應，由此降低了中部6省的環境效率值．值得一提的是，財政支出(CZZC)與外商直接投資(FDI)的交互項系數顯著為正，這說明中部地區政府財政支出與外商直接投資之間存在明顯的交互效應，而非傳統觀念上的擠出效應．外商投資者更加青睞于那些政府投入較多、發展潛力巨大的行業(企業)，同樣政府補貼也會更傾向于那些有外商參與、技術先進的行業(企業)，兩者間的交互作用提升了中部地區的環境效率．

3 結論與建議

本文選取了80個地級以上城市2014-2018年的面板數據，定量測度了中部6省的動態與靜態環境效率，并實證分析了導致環境效率變動的主要影響因素，提出如下結論與建議：

主要結論：① 河南為典型的高廢水污染省份，山西為典型的高煙塵污染省份；新鄉和馬鞍山為典型的高廢水污染城市，馬鞍山、臨汾和呂梁為典型的高煙塵污染城市．② 整體上中部6省的環境效率值偏低，平均效率值僅為0.424，污染減排潛力巨大．6省環境效率呈現一定的空間溢出效應和集聚效應．安徽和湖南所轄地級以上城市的環境效率值存在一定的σ收斂，山西和安徽用較大的環境代價換取了經濟增長．從各省環境效率的差異來看，湖南和湖北為典型的高環境效率-高差異省份，安徽為典型的低環境效率-低差異省份，山西為低環境效率-中差異省份，江西為中環境效率-中差異省份，河南為中環境效率-低差異省份．③ 在2014-2018年期間，中部6省的全要素環境效率發生了由衰退到提升的演變，其誘因由技術進步的單因素驅動演變為技術進步、技術效率提升兼有的雙因素驅動．2018年河南和湖北為環境高生產率-高效率省份，江西為環境低生產率-低效率省份，安徽和山西為環境高生產率-低效率省份，湖南為環境低生產率-高效率省份．④ 產業結構和人均GDP對環境效率有促進作用，且存在環境EKC曲線；財政支出、研發投入強度與外商直接投資對環境效率有抑制作用，且財政支出與外商直接投資之間存在明顯的交互效應．

政策建議：① 積極引導中部省市走上低碳、環保的綠色發展道路，促使各省市更加重視節能減排與環境保護．對于新鄉和馬鞍山要重點做好廢水污染的減排工作，對于臨汾、呂梁和馬鞍山要重點做好煙塵污染的減排工作．② 鑒于能源政策在提升環境效率方面發揮著重要作用，中部地區應在調整能源消費結構的同時，提高人力資源與社會用電的利用效率，加強對煙塵和廢水排放的行為監督，針對各省市環境效率的地區差異性，因地制宜地實施環保政策．對于山西和安徽2省應在加強污染治理的同時，加大環境整治與減排技術的資金投入，努力提高2省的環境效率；對于環境效率較高的湖南和湖北2省，政府應該給予更多的環境政策優惠，鼓勵其高新技術產業向落后省市轉移，從而縮小不同省市的環境效率差異；對于環境“生產率-效率”狀況較差的江西而言，要在提高環境全要素生產率的同時，努力提高地區環境效率．③ 加快推進中部地區集約式發展及質量效益型轉變，大力推動企業節能減排的技術變革．充分發揮湖南、湖北2省的技術溢出效應與輻射帶動效應，加強中部地區省域間、城市間的減排技術與管理經驗交流，進一步發揮技術效率與技術進步在提升環境效率過程中的雙因素驅動作用，促進中部6省環境效率高速、協調發展．④ 加快推動中部地區工業化進程，促進工業綠色轉型發展，鞏固提高欠發達地市第二產業的核心地位，充分發揮產業結構和人均GDP對環境效率的促進作用．提高外資準入環境門檻，積極引導外商投資從高排放、高耗能行業轉向高技術制造業與高端服務業；提高企業創新能力，加快科技創新成果轉化；逐步改變政府財政支出“邊污染、邊治理”的末端治理模式，有效克服外商直接投資、研發投入強度和財政支出對環境效率的抑制作用．