基于網(wǎng)絡(luò)SBM-DEA模型的中國省際生態(tài)效率評價

藺向宇，楊 燦,2*

（1.中南林業(yè)科技大學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)院，湖南長沙 410004；2.湖南綠色發(fā)展研究院，湖南長沙 410004）

改革開放40多年來，中國的經(jīng)濟(jì)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，人民的物質(zhì)生活和精神生活水平得到了極大的提高。但在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的過程中，也伴隨著環(huán)境污染、資源浪費、生物多樣性減少等現(xiàn)象的發(fā)生。以往的粗放型經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，給我國生態(tài)環(huán)境造成極大壓力，影響了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展面臨嚴(yán)峻考驗[1]。

生態(tài)效率是定量分析可持續(xù)發(fā)展的重要指標(biāo)，是評價可持續(xù)發(fā)展的重要手段和工具。基于此，本文以中國30個省（市、區(qū)）為研究對象，對其2015—2019年的生態(tài)效率進(jìn)行評價，以期為各地經(jīng)濟(jì)與生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展提供參考。

1 文獻(xiàn)回顧

生態(tài)效率指的是經(jīng)濟(jì)增加值與其對資源環(huán)境造成影響的比值，核心思想都是以最小化的投入和資源環(huán)境影響獲得最大化的產(chǎn)出。德國學(xué)者Schaltegger和Sturm 首次將生態(tài)效率引入經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域[2]。世界可持續(xù)發(fā)展工商業(yè)委員會[3]（WBCSD）、世界經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織[4]（OECD）對其概念進(jìn)行了補充與完善。國內(nèi)對于生態(tài)效率的研究起步較晚，Claude Fussler[5]于1995 年將該概念首次引入中國。曹鳳中等[6]、諸大建[7]、馬勇等[8]從不同角度對其進(jìn)行了解讀，但都表達(dá)了生態(tài)效率的核心是經(jīng)濟(jì)與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的觀點。

國內(nèi)學(xué)者在對生態(tài)效率的評價中，基本上將地區(qū)生產(chǎn)總值作為期望產(chǎn)出，將能源消耗量、用水總量、從業(yè)人員數(shù)、固定資產(chǎn)投資總額、資本存量等作為投入指標(biāo)，工業(yè)廢水、工業(yè)固體廢棄物、工業(yè)煙(粉)塵、二氧化硫排放量等作為非期望產(chǎn)出，污水處理率、固體廢棄物利用率、一般工業(yè)固體廢物綜合利用率、空氣中二氧化硫含量等作為環(huán)境治理效果的產(chǎn)出指標(biāo)[9-12]。

王恩旭等[13]、唐曉靈等[14]、孫振清等[15]分別對我國30個省份的生態(tài)效率進(jìn)行了評價，發(fā)現(xiàn)我國生態(tài)效率整體上處于無效狀態(tài)且存在明顯區(qū)域差異，生態(tài)效率增長速度較慢，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、城鎮(zhèn)化水平、經(jīng)濟(jì)水平是生態(tài)效率的主要影響因素。

國內(nèi)外學(xué)者對于生態(tài)效率進(jìn)行了全面、深入的研究，取得了豐碩的研究成果，但筆者通過梳理相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的研究在測算生態(tài)效率時大多采用單階段的DEA 模型，將生態(tài)效率的評價當(dāng)作一個“黑箱”來處理，用最初的投入和最終的產(chǎn)出來反映生態(tài)效率的高低，這樣會導(dǎo)致對生態(tài)效率的高估，從而很難發(fā)現(xiàn)造成DEA 無效的真正原因。鑒于此，本文采用考慮非期望產(chǎn)出的網(wǎng)絡(luò)SBM-DEA 模型，一方面解決非期望產(chǎn)出的非角度、非徑向問題，對投入與產(chǎn)出的松弛變量進(jìn)行充分考慮，另一方面將各省生產(chǎn)系統(tǒng)劃分為兩個階段，即生產(chǎn)階段和環(huán)境治理階段，對各階段及整體生態(tài)效率的評價能夠更加準(zhǔn)確地揭示研究區(qū)域生態(tài)效率存在不足的原因，從而提出有針對性的解決措施。

2 省際生態(tài)效率評價

2.1 評價方法的選擇

生態(tài)效率的評價方法眾多，大體可以分為單一比值法、指標(biāo)體系法、生態(tài)足跡法、能值與物質(zhì)流分析法、因子分析法、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法（DEA）和層次分析法等。其中，區(qū)域?qū)用娴纳鷳B(tài)效率評價與DEA 設(shè)定的投入產(chǎn)出理念相符，即用最小化的資源投入和環(huán)境代價獲取最大化的經(jīng)濟(jì)價值[16]。基于此，本文采用DEA 的評價方法對中國省際生態(tài)效率進(jìn)行評價，使用Matlab 2014b軟件進(jìn)行編程。

2.2 評價模型介紹

圖1為構(gòu)建的考慮非期望產(chǎn)出的網(wǎng)絡(luò)SBM-DEA模型結(jié)構(gòu)圖，x1、f、z分別表示第一階段的投入、非期望產(chǎn)出、期望產(chǎn)出，z同時為第二階段的投入，x2和y2分別表示第二階段的外部投入和期望產(chǎn)出。

圖1 生態(tài)效率評價模型結(jié)構(gòu)圖

本文將生產(chǎn)系統(tǒng)分為兩個階段，即生產(chǎn)階段和環(huán)境治理階段，θ（0≤θ≤1）表示效率值，其由生產(chǎn)和環(huán)境治理階段的效率組成，w1和w2分別代表第一、二階段的權(quán)重，借鑒其他學(xué)者在研究生態(tài)效率時對各階段權(quán)重的處理方法[11,17-18]，本文設(shè)定w1=w2=0.5。當(dāng)θ=1時，表示決策單元（本文指各省、市、區(qū)）為DEA 有效，當(dāng)θ＜1時，表示決策單元存在效率損失。假設(shè)有N 個決策單元DMUn(n=1,…,N)，在第一階段，對于第o個決策單元有M種投入xmo1(m=1,…,M)和B種非期望產(chǎn)出fbo1(b=1,…,B)以及G 種期望產(chǎn)出1,…,G)，其中(g=1,…,G)既是第一階段的期望產(chǎn)出，也是第二階段的投入；在第二階段，對于第o個決策單元有E種外部投入xeo2(e=1,…,E)和H種期望產(chǎn)出yho2(h=1,…,H)。在規(guī)模效率可變的情況下，構(gòu)建考慮非期望產(chǎn)出的網(wǎng)絡(luò)SBM-DEA模型，如下所示：

2.3 評價指標(biāo)體系

通過對相關(guān)評價指標(biāo)體系的研究，結(jié)合指標(biāo)體系構(gòu)建的全面性、代表性及可行性原則，本文構(gòu)建了生態(tài)效率評價指標(biāo)（見表1）。

表1 生態(tài)效率評價指標(biāo)

2.4 數(shù)據(jù)來源及處理

評價指標(biāo)的相關(guān)數(shù)據(jù)來源于國家統(tǒng)計局、中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒、中國能源統(tǒng)計年鑒、各省生態(tài)環(huán)境公報、各省統(tǒng)計年鑒等，其中全社會固定資產(chǎn)投資、地區(qū)生產(chǎn)總值、地方財政環(huán)境保護(hù)支出的數(shù)據(jù)以2015年為基期進(jìn)行了平減處理。

2.5 評價結(jié)果及分析

為了便于比較區(qū)域之間生態(tài)效率存在的差異，本文基于國家統(tǒng)計局對東中西部的劃分標(biāo)準(zhǔn)[19]，將中國劃分為東部、中部、西部三個區(qū)域，東部地區(qū)包括北京、天津、河北、遼寧、上海、江蘇、浙江、福建、山東、廣東、海南；中部地區(qū)包括山西、吉林、黑龍江、安徽、江西、河南、湖北、湖南；西部地區(qū)包括內(nèi)蒙古、廣西、重慶、四川、貴州、云南、陜西、甘肅、青海、寧夏、新疆。

2.5.1 整體生態(tài)效率評價

2015—2019 年中國整體生態(tài)效率（見表2）處于一種波動上升的趨勢，但生態(tài)效率均值為0.660，整體水平偏低，處于低效率狀態(tài)。生態(tài)效率平均標(biāo)準(zhǔn)差為0.245，以2019 年為例，其中效率最低值為黑龍江省的0.284，效率最高值為1，包括天津、上海等9 個地區(qū)，由此可見，各省的生態(tài)效率差異較大，但從標(biāo)準(zhǔn)差的變化趨勢來看，這種差距有逐漸縮小的趨勢。近些年我國經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化，污染防治攻堅戰(zhàn)取得顯著成果，使得總體生態(tài)效率持續(xù)向好；但總體生態(tài)效率水平偏低也表明我國創(chuàng)新驅(qū)動、高質(zhì)量供給方面存在不足，生產(chǎn)生活方式綠色轉(zhuǎn)型有待加強(qiáng)，生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量和穩(wěn)定性有待提升，環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施不完善。

表2 中國30個省（市、區(qū)）整體生態(tài)效率

從三大區(qū)域來看，東部、中部、西部地區(qū)2015—2019 年的生態(tài)效率均值分別為0.843、0.466、0.618，整體呈現(xiàn)中間低兩邊高的態(tài)勢，且三大區(qū)域的生態(tài)效率差距較大。從生態(tài)效率長期趨勢來看，東部、西部地區(qū)處于上升的趨勢，而中部地區(qū)呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，與全國生態(tài)效率波動上升的趨勢相反，表明各區(qū)域之間生態(tài)效率的差距有擴(kuò)大的趨勢。究其原因，東部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高、地理位置優(yōu)越，海外投資、先進(jìn)的技術(shù)與管理經(jīng)驗使得其在生產(chǎn)制造過程中產(chǎn)生了較少的資源消耗和環(huán)境污染；中部和西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對較低、人才集聚效應(yīng)較弱、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理、綠色生產(chǎn)技術(shù)落后，同時承接了東部地區(qū)較多高耗能、高污染企業(yè)，加劇了其資源消耗和環(huán)境污染。

從各省來看，天津、上海、江蘇等7 個地區(qū)在2015—2019 年均保持了生態(tài)效率為1 的狀態(tài)。生態(tài)效率低于整體均值的省份包括山西、黑龍江等19 個地區(qū)，占比為63.33%。在30 個省（市、區(qū)）中，除了在近五年都保持生態(tài)效率有效的7 個地區(qū)，有17 個地區(qū)的生態(tài)效率在整體上呈現(xiàn)上漲的趨勢，其中上漲速度較快的有內(nèi)蒙古、河北、甘肅，其年平均增長率分別為18.68%、20.68%、22.19%；有6 個地區(qū)的生態(tài)效率在整體上呈現(xiàn)下降的趨勢，其中下降速度較快的為山西、山東、安徽，其年平均增長率分別為-6.65%、-6.74%、-9.39%。

2.5.2 生產(chǎn)階段生態(tài)效率評價

從生產(chǎn)階段的生態(tài)效率（見表3）來看，2015—2019 年中國整體生態(tài)效率處于一種先上升后下降的狀態(tài)，長期來看，處于緩慢提升的趨勢；但生態(tài)效率均值為0.506，整體效率偏低，說明我國整體的投入產(chǎn)出效率不高，各種資源利用率較低，環(huán)境污染較為嚴(yán)重。研究期內(nèi)，生態(tài)效率為1 的決策單元為47 個，僅占決策單元總數(shù)的33.33%。各省的生態(tài)效率差距較大，但從標(biāo)準(zhǔn)差的變化情況來看，各省生態(tài)效率的差距有逐漸縮小的趨勢。

表3 中國30個省（市、區(qū)）生產(chǎn)階段生態(tài)效率

從三大區(qū)域來看，東部、中部、西部地區(qū)2015—2019 年的生態(tài)效率均值分別為0.785、0.270、0.399，和整體生態(tài)效率一樣，呈現(xiàn)出中間低兩邊高的態(tài)勢，中部和西部地區(qū)的生態(tài)效率都較為低下，三大區(qū)域之間生態(tài)效率差距較大，東部地區(qū)的生態(tài)效率大幅度領(lǐng)先于中西部地區(qū)。從生態(tài)效率變化趨勢來看，東部地區(qū)在2015—2018 年呈現(xiàn)波動上升的趨勢，在2019 年出現(xiàn)了明顯下滑，中西部地區(qū)呈現(xiàn)出緩慢上漲的趨勢。

從各省來看，北京、天津、上海等8 個地區(qū)的生態(tài)效率在2015—2019年均達(dá)到了有效的狀態(tài)。生態(tài)效率均值低于整體均值的省份為20個，包括河北、吉林等地，占比為66.67%。在30 個省（市、區(qū)）中，除了在研究期內(nèi)生態(tài)效率為1 的地區(qū)，有15 個地區(qū)生態(tài)效率在整體上呈現(xiàn)上漲的趨勢，其中上漲速度較快的有浙江、山西、甘肅，其年平均增長率分別為7.29%、9.55%、21.13%；有7個地區(qū)生態(tài)效率在整體上呈現(xiàn)下降的趨勢，其中下降速度較快的有河北、黑龍江、山東，其年平均增長率分別為-6.02%、-13.22%、-15.38%。

2.5.3 環(huán)境治理階段生態(tài)效率評價

從環(huán)境治理階段的生態(tài)效率（見表4）來看，2015—2019 年中國整體生態(tài)效率呈現(xiàn)上升的趨勢。研究期內(nèi)生態(tài)效率均值為0.832，明顯高于近五年整體和生產(chǎn)階段的生態(tài)效率，說明近些年來我國在環(huán)境治理方面取得了明顯進(jìn)展。從平均標(biāo)準(zhǔn)差來看，各省的生態(tài)效率差距仍然較大，但隨著時間推移，這種差距有逐漸縮小的趨勢。

表4 中國30個省（市、區(qū)）環(huán)境治理階段生態(tài)效率

（續(xù)表4）

從三大區(qū)域來看，東部、中部、西部地區(qū)2015—2019 年生態(tài)效率均值分別為0.903、0.705、0.853，呈現(xiàn)出中間低兩邊高的情形。從生態(tài)效率變化趨勢來看，東西部地區(qū)呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢，中部地區(qū)在2015—2019 年經(jīng)歷了由緩慢上升到快速上升再到大幅下降的一個過程，總體上呈現(xiàn)一種下降的趨勢。

從各地來看，天津、上海、江蘇等11個地區(qū)的環(huán)境治理效率在2015—2019年均達(dá)到了有效的狀態(tài)。研究期內(nèi)生態(tài)效率為1 的決策單元在東部、中部、西部地區(qū)占比分別為55.56%、3.70%、40.74%。除上述提到的生態(tài)效率為1 的各地，有13 個地區(qū)地生態(tài)效率在總體呈現(xiàn)上漲的趨勢，其中上漲速度較快的有北京、內(nèi)蒙古、河北，年平均增長率分別為20.68%、21.63%、32.02%；有5 個地區(qū)生態(tài)效率在整體上呈現(xiàn)下降的趨勢，其中下降速度較快的有江西、安徽、山西，年平均增長率分別為-9.18%、-14.29%、-18.37%。

2.5.4 投入冗余和產(chǎn)出不足分析

為了了解各地在投入產(chǎn)出指標(biāo)方面的具體情況，本文對各地2015—2019 年投入、產(chǎn)出指標(biāo)的冗余率和不足率進(jìn)行了計算（見表5）。從全國來看，在各種投入和產(chǎn)出指標(biāo)方面都存在不同程度的冗余和不足。其中，全社會固定資產(chǎn)投資、各地區(qū)從業(yè)人員數(shù)、用水總量、能源消耗量的冗余率分別為37.29%、34.67%、46.11%、34.19%，工業(yè)廢水排放量、二氧化硫排放量、一般工業(yè)固體廢棄物產(chǎn)生量的冗余率分別為50.29%、62.10%、61.75%，可見投入資源過多、投入轉(zhuǎn)化率不高及污染物排放過高是導(dǎo)致全國生態(tài)效率低下的主要原因。除了前面提到的天津、上海、江蘇等7 個地區(qū)在研究期內(nèi)均保持生態(tài)效率值為1 之外，其他各地在投入產(chǎn)出方面都存在不足。下面以幾個地區(qū)為例，分析其生態(tài)效率存在損失的原因。

表5 中國30個省（市、區(qū)）投入冗余、產(chǎn)出不足分析 單位：%

（續(xù)表5）

從北京來看，地方財政環(huán)境保護(hù)支出的冗余和空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)比率的不足影響了其生態(tài)效率，說明北京雖在環(huán)境保護(hù)方面投入資金量高但空氣質(zhì)量的改善效果并不明顯。因此，北京應(yīng)強(qiáng)化環(huán)保資金的審批流程，減少不必要的開支，改變環(huán)保資金的使用結(jié)構(gòu)，提高環(huán)保資金的使用效率，力求資金的最大化利用；政府要完善有關(guān)環(huán)境保護(hù)的政策和規(guī)定，設(shè)立嚴(yán)格的獎懲措施，同時也要加強(qiáng)空氣質(zhì)量的檢測與監(jiān)督，對高污染企業(yè)進(jìn)行整改，大力支持新能源技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用，加強(qiáng)環(huán)保觀念的宣傳。

從河北來看，全社會固定資產(chǎn)投資、各地區(qū)從業(yè)人員數(shù)、用水總量、能源消耗量的投入冗余，以及工業(yè)廢水、二氧化硫排放量、一般工業(yè)固體廢棄物產(chǎn)生量的冗余，導(dǎo)致了其生態(tài)效率的低下，對此河北可以從以下幾個方面進(jìn)行努力：1）提高資金的投資效率、優(yōu)化投資結(jié)構(gòu)；2）加強(qiáng)勞動者職業(yè)技能培訓(xùn)，提高勞動生產(chǎn)效率；3）政府與企業(yè)合作，加快推進(jìn)機(jī)械化和智能制造進(jìn)程；4）加強(qiáng)研發(fā)和推廣節(jié)水技術(shù)，加強(qiáng)水資源的循環(huán)利用，完善階梯水價制度；5）治理高耗能企業(yè)、推廣節(jié)能技術(shù)，開發(fā)利用清潔能源、提高能源使用效率；6）加大環(huán)保整治力度，嚴(yán)控廢水、廢氣等污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)，培養(yǎng)公民的環(huán)保意識[20]。

還有個別地區(qū)在地區(qū)生產(chǎn)總值方面存在產(chǎn)出不足，如吉林、黑龍江、甘肅等，針對此問題，各地可結(jié)合自身的實際狀況，加快推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，改變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，為公民提供多種就業(yè)機(jī)會。

3 結(jié)論

本文通過對2015—2019 年中國30 個省（市、區(qū)）生態(tài)效率的分析與評價，得出以下結(jié)論。

1）2015—2019 年中國整體生態(tài)效率偏低，但從發(fā)展趨勢來看，呈現(xiàn)逐年上漲的趨勢。從三大區(qū)域來看，東部生態(tài)效率均值最高，西部次之，中部最低，區(qū)域之間的差距較大且有逐步擴(kuò)大的趨勢。天津、上海等7 個地區(qū)在2015—2019 年的整體生態(tài)效率均為1。以上說明我國在經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，污染防治攻堅戰(zhàn)取得顯著進(jìn)步的同時，也面臨創(chuàng)新驅(qū)動力、高質(zhì)量供給不足等問題。

2）研究期內(nèi)生產(chǎn)階段的生態(tài)效率偏低，表明我國整體資源利用率較低。從長期來看，呈現(xiàn)一種緩慢提升的趨勢。中部、西部生產(chǎn)階段的生態(tài)效率較為低下，三大區(qū)域在此階段的生態(tài)效率差距較大，但隨著時間變化，這種差距有縮小的趨勢。

3）研究期內(nèi)環(huán)境治理階段的生態(tài)效率相對較高，長期來看，處于一種波動上升的趨勢。說明近些年來我國整體上更加重視環(huán)境保護(hù)，環(huán)境治理取得了顯著進(jìn)展。東中西部地區(qū)的效率值同樣呈現(xiàn)兩邊高中間低的情形，且區(qū)域間的差距有不斷拉大的趨勢。

4）從全國來看，投入資源過多、投入轉(zhuǎn)化率較低及污染物排放過高是導(dǎo)致生態(tài)效率低下的主要原因。

通過對北京、河北兩地生態(tài)效率存在損失的原因進(jìn)行具體分析，提出了對高污染、高耗能企業(yè)進(jìn)行整改等建議。各省（市、區(qū)）應(yīng)結(jié)合自身的實際情況，有針對性地解決投入冗余及產(chǎn)出不足方面的問題，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，提高資源利用率，發(fā)展綠色產(chǎn)業(yè)，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，注重生產(chǎn)階段和環(huán)境治理階段生態(tài)效率的同步提升。