王俊能,許振成,胡習(xí)邦,彭曉春,周 楊(.環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所,廣東 廣州 50655；.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,湖南 長沙 408)

基于DEA理論的中國區(qū)域環(huán)境效率分析

王俊能1,2,許振成1*,胡習(xí)邦1,彭曉春1,周 楊2(1.環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所,廣東 廣州 510655；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,湖南 長沙 410128)

利用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(DEA)模型對中國大陸31個省市區(qū)的環(huán)境效率進(jìn)行總體分析與評價,并利用Tobit回歸模型分析環(huán)境效率的影響因素.結(jié)果表明,我國區(qū)域環(huán)境效率總體水平比較低,但環(huán)境效率正逐年好轉(zhuǎn).根據(jù)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)程度可以將全國劃分為生態(tài)平衡區(qū)、優(yōu)化發(fā)展區(qū)和集約發(fā)展區(qū)3類環(huán)境-經(jīng)濟(jì)功能區(qū).人均GDP、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、城市化率、生產(chǎn)技術(shù)水平等都是影響環(huán)境效率的重要因素,其中人均GDP、第三產(chǎn)業(yè)比重與環(huán)境效率呈顯著正相關(guān),城市化率和單位GDP能耗與環(huán)境效率呈弱負(fù)相關(guān).

環(huán)境效率；數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(DEA)；Malmquist指數(shù)；Tobit回歸分析

Abstract：Environmental efficiencies of 31 provinces and their changes in China were evaluated with data envelopment analysis (DEA). Tobit regression model was also introduced to analyze the factors influencing the efficiency in the second stage. Environmental efficiencies in China were not optimistic, but had a significant progress from 2003 to 2007. Secondly, all provinces in China could be divided into ecological balance region, optimized development region and intensive development region, in terms of the coordination degree between environment and economy. Furthermore, there were significant positive relationship between GDP per capita, tertiary industry proportion and environmental efficiency but negative relationship (not very significant) between urbanization rate, energy intensity per GDP and environmental efficiency.

Key words：environmental efficiency；data envelopment analysis (DEA)；malmquist index；tobit regression analysis

隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速增長,經(jīng)濟(jì)增長與環(huán)境保護(hù)之間的矛盾日益突出,環(huán)境資源配置效率問題也逐漸成為社會各界廣泛關(guān)注的焦點(diǎn).1992年,可持續(xù)發(fā)展世界經(jīng)濟(jì)理事會(WBCSD)提出生態(tài)效率概念[1-4].生態(tài)效率包括環(huán)境效率(EE)和資源效率(RE),其中環(huán)境效率是衡量經(jīng)濟(jì)發(fā)展所付出的環(huán)境代價的大小,是測度經(jīng)濟(jì)是否實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)之一.它是指單位環(huán)境負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)價值,或環(huán)境經(jīng)濟(jì)上的投入產(chǎn)出之比.環(huán)境效率意味著如果環(huán)境作為一種資源投入,則應(yīng)力求最小的環(huán)境資源的使用和最大的產(chǎn)出,使在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中更有效地使用環(huán)境資源.

在已有的相關(guān)研究中,多從企業(yè)微觀層面[4-7]、產(chǎn)業(yè)層面[8-9]、城市和省際層面[11-12]評測環(huán)境效率.而在國家或地區(qū)的宏觀層面上,李靜等[13]通過SBM模型對我國東、中、西部三大地區(qū)環(huán)境效率差異進(jìn)行了分析,周景博[14]也運(yùn)用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(DEA)方法分析了中國各省市的環(huán)境效率水平,但是由于所選取投入、產(chǎn)出變量過多,不僅模糊了環(huán)境效率概念,而且可能高估區(qū)域環(huán)境效率[15],同時并沒有對中國各地區(qū)的環(huán)境效率與經(jīng)濟(jì)社會變量的關(guān)系進(jìn)行深入研究.因此,本研究首先運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)DEA模型分析我國各省市區(qū)環(huán)境效率的現(xiàn)狀,再用Malmquist指數(shù)方法考察中國環(huán)境效率的變化情況,最后運(yùn)用Tobit回歸分析方法探討影響各省市區(qū)環(huán)境效率的主要因素.

1 研究方法

1.1DEA方法

DEA方法以相對效率概念為基礎(chǔ),評價具有相同類型的多投入、多產(chǎn)出的決策單元是否有效的一種新的系統(tǒng)分析方法[16-19],其基本思路是把每一個被評價單位作為一個決策單元(DMU),再由眾多DMU構(gòu)成被評價群體,通過對投入和產(chǎn)出比率的綜合分析,以DMU的各個投入和產(chǎn)出指標(biāo)的權(quán)重為變量進(jìn)行評價運(yùn)算,根據(jù)對各DMU觀察的數(shù)據(jù)判斷DMU是否為DEA有效.相對效率在(0,1)區(qū)間內(nèi)分布,處于效率前沿DMU的效率值為1.

DEA應(yīng)用最為廣泛的為CCR模型和BCC模型,前者的特點(diǎn)是假設(shè)DMU生產(chǎn)規(guī)模報酬不變,后者則是假定DMU生產(chǎn)規(guī)模報酬改變.本研究采用BCC模型[20-21],假設(shè)有n個DMU,每個DMU有m種投入和s種產(chǎn)出,xij表示第j個DMU的第i種投入量,yrj表示第j個DMU的第r種產(chǎn)出量,v和u分別表示各投入及產(chǎn)出的權(quán)值向量,則:xj=(x1j,x2j,…,xmj)T,yj=(y1j,y2j,…,ysj)T,v=(v1,v2,…, vm)T, u=(u1,u2,…,us)T.如果投入為導(dǎo)向,即在維持現(xiàn)有水平產(chǎn)出的情況下,最小化投入,此時線性規(guī)劃(1)的解即為相對技術(shù)效率.

通過Charnes-Cooper變換,可以將分式形式模型轉(zhuǎn)換為如下的標(biāo)準(zhǔn)形式:

線性規(guī)劃(2)的解*θ即為DMUj在投入導(dǎo)向BCC模型下的相對技術(shù)效率.1.2Malmquist生產(chǎn)率指數(shù)

Malmquist指數(shù)方法,是基于DEA方法提出的.根據(jù)F?re等[22-23]的研究,從t時期到t+1時期, Malmquist指數(shù)可以表示成:

Malmquist生產(chǎn)指數(shù)表示某一決策單元在t期至t+1期生產(chǎn)率的變化程度.若M>1,表示生產(chǎn)率呈現(xiàn)上升趨勢,反之,表示衰退趨勢.

1.3Tobit回歸分析及變量選擇

第三，不重視預(yù)算管理工作。很多事業(yè)單位對于預(yù)算控制并沒有一個正確的認(rèn)識。很多單位在進(jìn)行預(yù)算申報時并沒有真正了解每個部門的工作情況，沒有深入了解各項工作開展情況就隨意地申報預(yù)算，常常會導(dǎo)致申報預(yù)算與實際情況嚴(yán)重不符，造成國有資產(chǎn)的浪費(fèi)。

通過DEA模型得到的環(huán)境效率,除了由選擇的投入、產(chǎn)出指標(biāo)經(jīng)DEA模型生成之外,還受到投入、產(chǎn)出指標(biāo)之外的其他因素的影響,為了測度DEA評估出的環(huán)境效率的影響因素以及其影響程度,在DEA的分析中衍生出“兩階段法”[24-25].該方法第1步先通過以上討論的DEA模型評估出DMU的效率值,第2步,以上一步中得出的效率值作為因變量,以影響因素等作為自變量,建立回歸模型,并由自變量的系數(shù)判斷影響因素對環(huán)境效率的影響方向與影響強(qiáng)度.

由于DEA方法所估計出的效率值都介于0與1之間,如果采用最小二乘法來估計,由于無法完整地呈現(xiàn)數(shù)據(jù),將導(dǎo)致估計偏差.Tobit回歸分析是因變量受限模型的一種,當(dāng)因變量為切割值或片斷值時采用,因此本文采用Tobit回歸分析[26-27].

根據(jù)環(huán)境庫茲涅茨曲線(EKC)理論,環(huán)境效應(yīng)可分解為規(guī)模效應(yīng)、結(jié)構(gòu)效應(yīng)、技術(shù)效應(yīng)、環(huán)境政策與管制因素、環(huán)境需求因素、國際貿(mào)易因素等幾個效應(yīng)[28],因此,分析影響環(huán)境效率可以從這些因素入手,同時還考慮了城市化率等指標(biāo).其Tobit回歸模型如下:

式中: β0為回歸式的常數(shù)項; β1~β6為各個自變量的回歸系數(shù);i為DMU個數(shù); εi為回歸式的誤差項; EE為因變量,代表環(huán)境效率;Gi為第i個省的人均GDP,元/人;Si為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變量,代表第i個省第三產(chǎn)業(yè)占地區(qū)生產(chǎn)總值的比重,%;Ui為第i個省的城市化率,%;Ei為單位GDP能耗變量,代表技術(shù)進(jìn)步狀況,表示第i個省每萬元GDP消耗的標(biāo)準(zhǔn)能源量,t標(biāo)準(zhǔn)煤/萬元;Mi為環(huán)境管理強(qiáng)度變量,用工業(yè)環(huán)境污染治理投資占GDP的比例表示,%;Pi為第i個省的人口密度,人/km2.

2 實證分析

2.1中國環(huán)境效率分析

為了能明晰地描述我國區(qū)域的環(huán)境效率,本研究將我國各省、直轄市和自治區(qū)看作為DMU,并選擇國家總量控制的2項基本指標(biāo)COD排放量和SO2排放量作為投入,GDP作為產(chǎn)出,數(shù)據(jù)來源于2004~2008年《中國統(tǒng)計年鑒》.由于各省市環(huán)境效率改善的規(guī)模報酬一般認(rèn)為是可變的,并期望在維持現(xiàn)有水平的產(chǎn)出時能夠最小程度地消耗環(huán)境資源,因此利用規(guī)模報酬可變(VRS)條件下的BCC投入導(dǎo)向型效率模型進(jìn)行綜合分析.通過模型計算得到2007年我國31個省份(除臺灣、香港、澳門)的投入產(chǎn)出比率,結(jié)果如圖1所示.

圖1 中國區(qū)域環(huán)境效率分布Fig.1 The distribution of environmental efficiencies in China

由圖1可見,整體來看,我國各區(qū)域環(huán)境效率總體水平比較低.除了北京和西藏處于前沿面上(EE=1)之外,其他省市均是DEA非有效或弱有效的DMU(EE<1),其中天津、上海、山東、廣東、海南5個省環(huán)境效率在0.4以上,相對處于良好水平,而廣西和寧夏的投入產(chǎn)出比在0.1以下,環(huán)境效率明顯較低,亟待改善,其他省份都分布在0.1~0.3之間,環(huán)境效率也相對比較低.

利用我國31個省份2003~2007年之間的面板數(shù)據(jù),采用Malmquist指數(shù)模型計算環(huán)境效率的變化趨勢.如表1所示,除了2003~2004年之外,我國各省市區(qū)環(huán)境效率總體上呈現(xiàn)改善的趨勢.2003~2007年間全國平均提高了78.6%.各省的總體情況類似,除了西藏、青海略有下降外,其他省份的環(huán)境效率均好轉(zhuǎn).

表1 2003~2007年我國各省環(huán)境效率的動態(tài)變化Table 1 Change of environmental efficiencies in China base on Malmquist index in 2003~2007

為了更加明晰地在地域上劃分各地區(qū)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境協(xié)調(diào)模式,分析環(huán)境效率和國土開發(fā)密度(以單位面積GDP表示)的關(guān)系[29].如圖2所示,可以大致將我國各地區(qū)劃分為3大類功能區(qū):

集約發(fā)展區(qū):是指環(huán)境效率較高、區(qū)域發(fā)展要素和相關(guān)經(jīng)濟(jì)活動處于相對密集狀態(tài)的區(qū)域.該類功能區(qū)包含了2類區(qū):一類是以北京為代表的高效率高產(chǎn)出區(qū),其特點(diǎn)是單位面積具有高的GDP產(chǎn)出,而其環(huán)境容量資源投入是相當(dāng)少,環(huán)境影響較小,環(huán)境效率高達(dá)到100%,此類地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式相當(dāng)成熟,環(huán)境質(zhì)量水平維持在良好狀態(tài).另一類是以上海、天津、廣東、山東等地區(qū)為代表的中效率高產(chǎn)出區(qū),此類地區(qū)的經(jīng)濟(jì)相對發(fā)達(dá),雖然對環(huán)境資源的依賴性大,但其生產(chǎn)管理、技術(shù)水平比較高,污染治理方面的投入也相對充裕,使在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中較有效地使用環(huán)境資源.此類功能區(qū)宜實施以各種生產(chǎn)要素高度集聚、優(yōu)化配置為前提的集約化發(fā)展模式,通過發(fā)揮比較優(yōu)勢,實現(xiàn)生產(chǎn)要素的合理流動和優(yōu)化配置,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)趨向高級化,經(jīng)濟(jì)發(fā)展由勞動密集型向技術(shù)、資本密集型轉(zhuǎn)變,經(jīng)濟(jì)外向度不斷提高,城市化進(jìn)程逐步加快.

優(yōu)化發(fā)展區(qū):是指環(huán)境效率相對較低,且生產(chǎn)率不高的區(qū)域,是集約發(fā)展區(qū)與生態(tài)平衡區(qū)之間的過渡區(qū).以河北、河南、遼寧、湖北、安徽、重慶等地區(qū)為代表,它們的GDP產(chǎn)出處于相對的中等水平,但其對環(huán)境資源的依賴性大,加之其生產(chǎn)管理、技術(shù)水平比較落后,污染治理方面的投入不足等原因,其環(huán)境效率較差.該類功能區(qū)主要以調(diào)整陳舊的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),并通過調(diào)整布局,搞好區(qū)內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施,密切與集約發(fā)展區(qū)的聯(lián)系與協(xié)作,更多的吸引集約發(fā)展區(qū)的投資和外遷企業(yè).

生態(tài)平衡區(qū):是指具有自然保護(hù)功能的大空間,是“自然保護(hù)區(qū)”的延伸.該類功能區(qū)包含了以青海、新疆等地區(qū)為典型代表的低效率低產(chǎn)出區(qū)和以西藏為代表的高效率低產(chǎn)出區(qū).生態(tài)平衡區(qū)宜以發(fā)展環(huán)境產(chǎn)業(yè)為主,即是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水資源、優(yōu)質(zhì)大氣與物種多樣性等環(huán)境資源為主產(chǎn)業(yè),并維持該區(qū)域處于自然狀況,以便在全國范圍內(nèi)合理地分?jǐn)倽M足全國或世界所需產(chǎn)品的廢物排放負(fù)荷.

圖2 中國環(huán)境-經(jīng)濟(jì)功能區(qū)Fig.2 Environmental economic function regions in China

從上述3個區(qū)域的要素稟賦差異性分析發(fā)現(xiàn),由于區(qū)域間土地、環(huán)境資源收益率存在差異,在考慮環(huán)境成本內(nèi)部化的情況下,區(qū)域間將形成新的比較優(yōu)勢,經(jīng)濟(jì)活動傾向于從要素收益率低的區(qū)域向收益率高的區(qū)域梯度轉(zhuǎn)移[30],即從生態(tài)平衡區(qū)向優(yōu)化發(fā)展區(qū)、集約發(fā)展區(qū)轉(zhuǎn)移.因此,這三類功能區(qū)的定位將有利于從根本上解決全國基于生態(tài)環(huán)境可持續(xù)利用面向經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需求的問題,但仍需建立一系列的區(qū)域協(xié)調(diào)機(jī)制來改變不同社會群體之間環(huán)境收益的分配結(jié)構(gòu),分?jǐn)偔h(huán)境成本,從而實現(xiàn)環(huán)境公平[31].

2.2環(huán)境效率影響因素分析

將各地區(qū)環(huán)境效率作為因變量,探討人均GDP、第三產(chǎn)業(yè)比重、城市化率、單位GDP能耗以及工業(yè)污染治理投資占GDP比例等因素對環(huán)境效率的影響.由表2可見,2007年,中國各地區(qū)人均GDP與環(huán)境效率呈顯著的正相關(guān)關(guān)系,且系數(shù)較大,達(dá)到了0.23.隨著經(jīng)濟(jì)規(guī)模的擴(kuò)大,聚集經(jīng)濟(jì)性逐漸體現(xiàn)出來.收入水平的提高,也增加了人們對優(yōu)質(zhì)“環(huán)境質(zhì)量”的需求,這都有助于環(huán)境效率的提高.

表2 2007年中國各地區(qū)環(huán)境效率影響因素回歸結(jié)果Table 2 Regression result of the factors influencing the environmental efficiency in China in 2007

第三產(chǎn)業(yè)比重與環(huán)境效率也呈顯著的正相關(guān)關(guān)系.隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變遷,產(chǎn)值比重排序變?yōu)榈谌?第二>第一產(chǎn)業(yè),而第三產(chǎn)業(yè)是相對減物質(zhì)化的,因此,隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級,環(huán)境效率將逐步提升.城市化率與環(huán)境效率呈弱的負(fù)相關(guān)關(guān)系,表明目前我國城市環(huán)境管理仍不夠完善.隨著城市發(fā)展,人口迅速增加,工業(yè)生產(chǎn)不斷集中和擴(kuò)大,能源消耗持續(xù)劇增,資源環(huán)境承載能力不斷下降,要求城市功能、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和空間布局進(jìn)行適應(yīng)性變化[32],使環(huán)境在支撐現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的同時,將生態(tài)系統(tǒng)維持在新的平衡中,可持續(xù)地提供生態(tài)環(huán)境服務(wù)功能.單位GDP能耗與環(huán)境效率呈顯著負(fù)相關(guān).由于技術(shù)進(jìn)步,重污染技術(shù)被清潔技術(shù)代替,污染密集型產(chǎn)業(yè)向技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移,從而使環(huán)境效率得到提高.工業(yè)污染治理投資占GDP比例與效率值呈現(xiàn)不顯著的正相關(guān),說明地方政府對環(huán)境污染治理的直接管制雖然對效率有正向的影響,但效果并不顯著,而應(yīng)該從源頭上進(jìn)行節(jié)能減排,而不是一味地末端治理.總的來說,從自變量的影響方向和強(qiáng)度看來,區(qū)域發(fā)展的宏觀調(diào)控模式由過去的“分塊”調(diào)控逐步轉(zhuǎn)向“分類”調(diào)控是符合科學(xué)發(fā)展觀的,但仍需注重運(yùn)用區(qū)域政策有的放矢地解決不同功能區(qū)的發(fā)展問題.

3 結(jié)論

3.1本研究利用DEA模型、Malmquist生產(chǎn)率指數(shù)對中國各省市區(qū)環(huán)境效率進(jìn)行分析,研究結(jié)果表明,雖然我國區(qū)域環(huán)境效率總體水平比較低,但環(huán)境效率正逐年好轉(zhuǎn).

3.2根據(jù)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)程度可大致將我國各地區(qū)劃分為集約發(fā)展區(qū)、優(yōu)化發(fā)展區(qū)和生態(tài)平衡區(qū)3大類環(huán)境-經(jīng)濟(jì)功能區(qū).從各個區(qū)域中的土地、環(huán)境資源等發(fā)展要素的收益率來看,在考慮環(huán)境成本內(nèi)部化的情況下,區(qū)域間將形成新的比較優(yōu)勢,經(jīng)濟(jì)活動傾向于從生態(tài)平衡區(qū)向優(yōu)化發(fā)展區(qū)、集約發(fā)展區(qū)轉(zhuǎn)移,因此應(yīng)在各功能區(qū)中制定相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展策略以及調(diào)整人口等要素的有序流動,形成合理的空間開發(fā)格局.

3.3Tobit回歸分析結(jié)果表明,人均GDP、第三產(chǎn)業(yè)比重、城市化率、單位GDP能耗都是影響環(huán)境效率的重要因素.其中人均GDP、第三產(chǎn)業(yè)比重與環(huán)境效率呈顯著正相關(guān),城市化率和單位GDP能耗與環(huán)境效率呈弱顯著負(fù)相關(guān).

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Analysis of environmental efficiencies and their changes in China based on DEA theory.

WANG Jun-neng1,2, XU Zhen-cheng1*, HU Xi-Bang1,PENG Xiao-chun1, ZHOU Yang2(1.South China Institute of Environmental Sciences, Ministry of Environmental Protection, Guangzhou 510655, China；2.College of Resource and Environment, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China). China Environmental Science, 2010,30(4)：565~570

X196,F205

A

1000-6923(2010)04-0565-06

王俊能(1984-),男,廣東揭陽人,環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所與湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生,主要從事環(huán)境經(jīng)濟(jì)政策與管理研究.發(fā)表論文10余篇.

2009-08-19

* 責(zé)任作者, 研究員, xzc@scies.com.cn