李 楊，王 雷，張靜靜，梁 怡

(1.國家能源集團(tuán) 經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，北京 102211；2.中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 管理學(xué)院，北京 100083)

蒙陜甘寧雄踞中國西北，是促進(jìn)形成中國西北新的增長極的先鋒地區(qū)，蒙陜甘寧能源“金三角”地區(qū)建設(shè)是國家能源局提出的“十二五”能源發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃之一，其戰(zhàn)略定位為能源化工“金三角”經(jīng)濟(jì)區(qū)、國家能源安全保障區(qū)、西部大開發(fā)戰(zhàn)略新高地、國家能源資源低碳利用技術(shù)示范區(qū)、生態(tài)文明先行區(qū)、內(nèi)陸開放型經(jīng)濟(jì)示范區(qū)。依托黃河水利優(yōu)勢(shì)，內(nèi)蒙古和寧東的資源優(yōu)勢(shì)，陜西的科技支撐及工業(yè)基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)，寧東能源基地和上海廟工業(yè)園區(qū)綜合實(shí)力優(yōu)勢(shì)，該區(qū)域謀劃布局了一大批能源化工產(chǎn)業(yè)園區(qū)和產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目。四省區(qū)總面積約占全國的1/5，地域相連，能源礦產(chǎn)資源豐富，是重要的糧食主產(chǎn)區(qū)，但是該地區(qū)水資源是全國低值區(qū)，面臨能源、糧食爭水困境。因此，有效提高水-能源-糧食投入產(chǎn)出效率，對(duì)于制定宏觀發(fā)展政策，確保地區(qū)水-能源-糧食安全，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)蒙陜甘寧地區(qū)城市可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

近年來，隨著水-能源-糧食紐帶關(guān)系(簡稱WEF Nexus)逐漸受到關(guān)注，WEF Nexus的投入產(chǎn)出效率研究也成為熱點(diǎn)話題。陳哲軒等[1]基于SBM模型和SLM模型對(duì)中國水-能源-糧食綜合利用效率及影響因素進(jìn)行測(cè)算和檢驗(yàn)，并結(jié)合ESDA方法分析綜合利用效率的空間相關(guān)性。于宏源和李坤海[2]指出“水-能源-糧食”安全紐帶已成為資源整合治理的典范，分析了中亞面臨的“水-能源”、“能源-糧食”、“水-糧食”多重互動(dòng)沖突。Zhang等[3]分別以水資源為主要投入，糧食產(chǎn)量為產(chǎn)出，以水資源和糧食消費(fèi)為投入，能源產(chǎn)量為產(chǎn)出，構(gòu)建“水-糧食”和“水/糧食-能源”耦合效率評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。孫成雙和沈自豪[4]通過構(gòu)建水-能源-糧食投入產(chǎn)出強(qiáng)度指標(biāo)體系，采用BCC-DEA模型研究了中國各省份的水-能源-糧食投入產(chǎn)出的有效性。李桂君等[5，6]基于傳統(tǒng)BCC-DEA模型，從靜態(tài)、動(dòng)態(tài)和靜動(dòng)對(duì)比角度測(cè)度了中國水-能源-糧食系統(tǒng)整體的效率值。Chen等[7]基于包含非期望產(chǎn)出的超效率SBM模型，分析了內(nèi)蒙古十二個(gè)城市(區(qū)盟)的水-能源-糧食效率。Han等[8]建立乘數(shù)模型并綜合考慮了經(jīng)濟(jì)、環(huán)境多維度指標(biāo)，對(duì)中國31省(區(qū))分別評(píng)價(jià)其能源、水資源和糧食三個(gè)子系統(tǒng)的效率。Ibrahim等[9]利用DEA-非參數(shù)基準(zhǔn)α階模型，從跨國層面建立了投入產(chǎn)出指標(biāo)體系用以估算每個(gè)國家的水-能源-土地-糧食效率。孫才志等[10，11]結(jié)合網(wǎng)絡(luò)DEA模型和SBM模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)三個(gè)子系統(tǒng)效率和整體效率的測(cè)度。周露明等[12]基于水-能源-糧食紐帶關(guān)系構(gòu)建了農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的指標(biāo)體系并測(cè)度投入產(chǎn)出效率。陳軍飛和晏霄云[13]以及Zheng等[14]同樣研究了農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的投入產(chǎn)出效率，其中前者構(gòu)建協(xié)調(diào)適配度函數(shù)分析了40個(gè)農(nóng)業(yè)區(qū)水資源-能源-糧食資源的協(xié)調(diào)適配程度，后者運(yùn)用三階段DEA建模評(píng)價(jià)方法分析了長江中下游7省的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入產(chǎn)出效率。

現(xiàn)有關(guān)于水-能源-糧食復(fù)合系統(tǒng)效率的測(cè)度，有以下三方面可以繼續(xù)完善：①研究對(duì)象應(yīng)適當(dāng)轉(zhuǎn)向城市視角。城市是鏈接省級(jí)和縣級(jí)層面的紐帶和橋梁，是推動(dòng)落實(shí)政策舉措的重要單元?，F(xiàn)有的研究基本立足于省級(jí)層面，對(duì)于城市層面的水-能源-糧食投入產(chǎn)出效率研究十分欠缺，且城市層面的數(shù)據(jù)對(duì)于指導(dǎo)城市層面效率提升，更具有針對(duì)性；②投入產(chǎn)出指標(biāo)體系的全面性有待完善，投入方面包括勞動(dòng)力、資本、水資源、能源及糧食資源投入，產(chǎn)出需綜合考慮期望產(chǎn)出和非期望產(chǎn)出；③研究方法需要繼續(xù)深化。目前的研究采用傳統(tǒng)DEA模型居多，沒有深入探討要素投入和要素產(chǎn)出對(duì)效率的具體貢獻(xiàn)度，對(duì)于深層原因挖掘力度不夠。

基于以上考慮，首先，選擇典型的蒙陜甘寧地區(qū)共計(jì)30個(gè)城市(州盟)作為研究對(duì)象，探討城市層面的水-能源-糧食投入產(chǎn)出效率；其次，建立全面的投入-產(chǎn)出多維指標(biāo)體系，將資本、勞動(dòng)力、水資源、能源、勞動(dòng)力以及經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出和工業(yè)廢水、廢氣排放同時(shí)納入考慮；最后，構(gòu)建可以同時(shí)考慮投入產(chǎn)出指標(biāo)變動(dòng)的基于SBM方向距離函數(shù)模型的ML指數(shù)模型(簡稱SBM-DDF-ML模型)，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)效率的測(cè)度，而且可以對(duì)要素貢獻(xiàn)實(shí)現(xiàn)分解分析，深度挖掘?qū)е鲁鞘兴?能源-糧食符合系統(tǒng)效率變動(dòng)的原因。

1 模型構(gòu)建與指標(biāo)體系

1.1 模型構(gòu)建

1.1.1 SBM-DDF模型構(gòu)建

Fukuyama和Weber[15]將傳統(tǒng)SBM方法與方向距離函數(shù)進(jìn)行結(jié)合，建立了非角度非徑向的SBM方向性距離函數(shù)，不僅可同時(shí)兼顧投入與產(chǎn)出，而且可對(duì)無效率的要素貢獻(xiàn)實(shí)現(xiàn)深入分析。

鑒于數(shù)據(jù)的可獲得性與完整性，本文研究的樣本數(shù)據(jù)為2004—2018年期間蒙陜甘寧四省區(qū)中與黃河上中游有直接關(guān)聯(lián)的30個(gè)城市(盟區(qū))面板數(shù)據(jù)。將30個(gè)城市(州盟)作為生產(chǎn)決策單元，且每個(gè)決策單元有P種投入x，M種期望產(chǎn)出(好產(chǎn)出)y，N種非期望產(chǎn)出(壞產(chǎn)出)b。定義第i個(gè)城市非角度非徑向的SBM方向性距離函數(shù)(簡稱SBM-DDF模型)有如下表達(dá)：

Et=1-IEt=1-IEt(x，y，b，gx，gy，gb)

(2)

參考Cooper 等[16]的分解思路將效率Et分解為投入指標(biāo)和產(chǎn)出指標(biāo)的效率值，得到各要素的貢獻(xiàn)：

由于無效率值IEt介于0和1之間，故效率值Et也介于0和1之間，其數(shù)值越高，說明該城市的效率值越高，反之則越低。

1.1.2 Malmquist-Luenberger生產(chǎn)率指數(shù)模型構(gòu)建

由于生產(chǎn)過程是長期變化的連續(xù)過程且一定時(shí)期內(nèi)技術(shù)是在不斷進(jìn)步的，通常采用Malmquist-Luenberger生產(chǎn)率指數(shù)(簡稱ML指數(shù))來評(píng)價(jià)包含多個(gè)連續(xù)時(shí)間點(diǎn)的動(dòng)態(tài)面板數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)技術(shù)效率增長的變動(dòng)趨勢(shì)分析：

由F?re等[17]的分解方法，進(jìn)一步將TC分解為三部分：產(chǎn)出偏移技術(shù)變化(OBTC)、投入偏移技術(shù)變化(IBTC)和技術(shù)變化幅度(MATC)：

由此通過以上公式，一方面可以探討技術(shù)進(jìn)步(退化)和技術(shù)效率改善(惡化)對(duì)TFP指數(shù)變動(dòng)的影響，另一方面可以從投入和產(chǎn)出角度解釋要素偏移技術(shù)變化對(duì)技術(shù)進(jìn)步的影響程度。

1.2 指標(biāo)體系與數(shù)據(jù)來源

結(jié)合現(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)水-能源-糧食復(fù)合系統(tǒng)投入產(chǎn)出效率的探討[3-8，13，14]，梳理選取水-能源-糧食復(fù)合系統(tǒng)的投入產(chǎn)出指標(biāo)及表征變量見表1。

表1 投入產(chǎn)出指標(biāo)體系

根據(jù)實(shí)際情況和數(shù)據(jù)的可得性，選擇2004—2018 年為研究區(qū)間。各指標(biāo)數(shù)據(jù)主要來源于《內(nèi)蒙古統(tǒng)計(jì)年鑒》《陜西統(tǒng)計(jì)年鑒》《甘肅統(tǒng)計(jì)年鑒》《寧夏統(tǒng)計(jì)年鑒》、30個(gè)城市(區(qū)盟)歷年統(tǒng)計(jì)年鑒、《中國城市統(tǒng)計(jì)年鑒》、各城市(州盟)歷年國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)，部分?jǐn)?shù)據(jù)通過直接獲取的原始數(shù)據(jù)并利用插值法進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算得到。

2 靜態(tài)截面數(shù)據(jù)分析

通過2004—2018年的截面數(shù)據(jù)，將每年作為一個(gè)生產(chǎn)可能集，每個(gè)可能集包含30個(gè)DMU，從靜態(tài)效率、要素貢獻(xiàn)和地區(qū)差異性三方面分析各城市(州盟)DEA相對(duì)有效性的具體情況。

2.1 靜態(tài)效率及要素貢獻(xiàn)

結(jié)合運(yùn)用MAXDEA和MATLAB，測(cè)算2004—2018年蒙陜甘寧30城市(州盟)的WEF nexus效率值及其要素貢獻(xiàn)，結(jié)果如圖1所示。

圖1 總效率值及其投入-產(chǎn)出分解的時(shí)序變化

1)2004—2018年蒙陜甘寧地區(qū)整體效率值波動(dòng)不大，基本在0.65～0.85范圍內(nèi)變化，相對(duì)比較穩(wěn)定，其中產(chǎn)出要素效率值波動(dòng)趨勢(shì)與整體趨勢(shì)高度一致，是拉動(dòng)整體效率值的主要源動(dòng)力，平均貢獻(xiàn)率達(dá)到77%，而投入要素效率值的平均貢獻(xiàn)率為23%。由此可見，蒙陜甘寧地區(qū)在保證資本、勞動(dòng)力以及主體資源投入的情況下，經(jīng)濟(jì)發(fā)展有了長足進(jìn)步，并且對(duì)環(huán)境治理的重視和努力取得顯著效果。

2)具體到各要素的相對(duì)貢獻(xiàn)，各要素效率值貢獻(xiàn)的時(shí)序變化如圖2所示，由圖2可以明顯看出GDP產(chǎn)出是提高整體效率以及產(chǎn)出效率的最主要源動(dòng)力。各投入要素對(duì)整體效率值的貢獻(xiàn)表現(xiàn)為：GDP>工業(yè)SO2排放量>工業(yè)廢氣排放量>能源投入>工業(yè)廢水排放量>水資源投入>糧食資源投入>勞動(dòng)力投入>資本投入。在國家大力推動(dòng)西部大發(fā)展、美麗中國建設(shè)、絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶等利好政策的支持下，蒙陜甘寧地區(qū)正逐步擺脫傳統(tǒng)的依賴“高投入-高經(jīng)濟(jì)-高污染”的發(fā)展路徑，步入到“低投入-高經(jīng)濟(jì)-低污染”的正軌上來。

圖2 各要素效率值貢獻(xiàn)的時(shí)序變化

2.2 靜態(tài)效率的地區(qū)差異

通過對(duì)30個(gè)城市(州盟)的效率均值進(jìn)行排序，發(fā)現(xiàn)城市之間存在顯著的空間分異特征(圖3)。

圖3 蒙陜甘寧城市WEF nexus效率值及投入產(chǎn)出貢獻(xiàn)分解

1)從城市個(gè)體來看，2004—2018年期間西安(1.078)、天水(1.077)、延安(1.065)、慶陽(1.064)、包頭(1.061)、呼和浩特(1.035)、鄂爾多斯(1.019)均處在最佳生產(chǎn)前沿面，而位于后五位的依次為中衛(wèi)(0.309)、吳忠(0.319)、平?jīng)?0.351)、石嘴山(0.383)、白銀(0.422)，第一位是最后一位的 3.5倍多。進(jìn)一步地，從各城市要素貢獻(xiàn)度來看，表現(xiàn)為產(chǎn)出要素貢獻(xiàn)>投入要素貢獻(xiàn)的規(guī)律，且產(chǎn)出要素是主要推動(dòng)力。

結(jié)合城市所處的黃河流域地理位置，分別對(duì)上游區(qū)域和中游區(qū)域進(jìn)行區(qū)域差異性分類，對(duì)以上結(jié)果進(jìn)行區(qū)間劃分得到效率分組[18]，見表2。

表2 蒙陜甘寧WEF nexus效率值均值分布情況

2)從效率分組來看，黃河流域上游的中低效率城市達(dá)到17個(gè)，占比89.5%；黃河流域中游的中低效率城市達(dá)到6個(gè)，占比54.5%。位于黃河上游的城市的效率內(nèi)部兩極分化嚴(yán)重，高、中、低效率分組分別為 2、3、14 個(gè)，而位于黃河中游的城市的效率值則表現(xiàn)出相對(duì)均衡的特點(diǎn)，其高、中、低效率分組分別為5、2、4個(gè)。由此可見，黃河上游地區(qū)城市水-能源-糧食復(fù)合系統(tǒng)效率亟待提高，需要借鑒高效率組的先進(jìn)技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)，提高投入和產(chǎn)出效率。

3 動(dòng)態(tài)面板數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用2004—2018年蒙陜甘寧地區(qū)30個(gè)城市(州盟)的面板數(shù)據(jù)，構(gòu)建包含450個(gè)DMU的生產(chǎn)可能集，分析各城市(州盟)DEA相對(duì)有效性隨時(shí)間變化情況，并通過構(gòu)成的分解，進(jìn)一步分析導(dǎo)致其變化的原因。

3.1 TFP指數(shù)增長及構(gòu)成分解

動(dòng)態(tài)面板數(shù)據(jù)分析為TFP和分解項(xiàng)分析，即測(cè)算和分析生產(chǎn)率指數(shù)變動(dòng)(TFP)、技術(shù)效率變化(EC)和技術(shù)變化(TC)。

1)2004—2018年蒙陜甘寧地區(qū)TFP及分解項(xiàng)年均變化率如圖4所示。從TFP整體的分解來看，2004—2018年期間蒙陜甘寧地區(qū)TFP指數(shù)年均增長1.019，整體呈現(xiàn)下降—上升—下降—上升的平緩右偏型“W”結(jié)構(gòu)；從分解項(xiàng)來看，技術(shù)變化TC年均增長1.020，是推動(dòng)TFP增長的主要?jiǎng)恿?，而技術(shù)效率EC平均值為0.998，對(duì)TFP增長仍有一定的制約作用。由此可見，蒙陜甘寧地區(qū)TFP生產(chǎn)率得以提高、技術(shù)取得明顯進(jìn)步，但技術(shù)效率EC需要繼續(xù)改善，以避免其惡化對(duì)技術(shù)進(jìn)步TC的抵消作用。

圖4 2004—2018年蒙陜甘寧地區(qū)TFP及分解項(xiàng)年均變化率

2)從技術(shù)進(jìn)步TC的分解來看(圖5)，IBTC>OBTC，即投入的變化使技術(shù)變化的測(cè)量發(fā)生的偏移明顯大于產(chǎn)出的變化使技術(shù)變化的測(cè)量發(fā)生的偏移，從動(dòng)態(tài)視角驗(yàn)證了產(chǎn)出效率變動(dòng)是促進(jìn)整體TFP增長的主要源動(dòng)力，這一點(diǎn)與靜態(tài)結(jié)果一致。

3.2 TFP指數(shù)增長的地區(qū)差異

1)從城市TFP整體的分解來看(圖5)，除了武威和石嘴山的TFP年均增長小于1之外，其余28個(gè)城市的TFP均大于1，即93.33%的城市水-能源-糧食生產(chǎn)率指數(shù)均實(shí)現(xiàn)正向增長；從各城市的分解項(xiàng)來看，所有城市的技術(shù)變化都是正增長，即技術(shù)進(jìn)步是推動(dòng)城市TFP增長的主要?jiǎng)恿Γ夹g(shù)效率有11個(gè)城市出現(xiàn)惡化，抵消了相應(yīng)城市技術(shù)進(jìn)步的效果。

圖5 2004—2018年各城市TFP及分解項(xiàng)年均變化率

2)從城市綜合排序來看，TFP增長最快的10個(gè)城市分別是榆林、鄂爾多斯、寶雞、咸陽、烏海、蘭州、呼和浩特、銀川、西安、烏蘭察布，可見生產(chǎn)率提高的地區(qū)明顯集中于省會(huì)城市和重點(diǎn)城市群，表明經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快、資源相對(duì)豐富的城市在實(shí)現(xiàn)環(huán)保和經(jīng)濟(jì)雙贏上更具優(yōu)勢(shì)，是其他城市學(xué)習(xí)和追趕的對(duì)象。TFP增長最慢的5個(gè)城市分別是武威、石嘴山、吳忠、隴南、臨夏州，其技術(shù)效率亟待改善，表明該類城市需要擴(kuò)大交流合作，引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，提高資源利用效率，改善經(jīng)營管理，加強(qiáng)環(huán)境污染治理。

4 結(jié)論與建議

基于水-能源-糧食投入-產(chǎn)出指標(biāo)體系，構(gòu)建SBM-DDF模型和ML指數(shù)模型，分別分析了靜態(tài)截面數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)面板數(shù)據(jù)，一方面測(cè)算了2004—2018年蒙陜甘寧30個(gè)城市的水-能源-糧食投入產(chǎn)出效率，另一方面討論了要素貢獻(xiàn)和TFP構(gòu)成。結(jié)果表明：

1)2004—2018年蒙陜甘寧地區(qū)整體效率值未達(dá)到最佳技術(shù)前沿，波動(dòng)區(qū)間在0.65～0.85之間，其中投入和產(chǎn)出要素貢獻(xiàn)度分別為77%和23%，產(chǎn)出要素是拉動(dòng)整體效率值的主要源動(dòng)力。各投入-產(chǎn)出要素的貢獻(xiàn)排序?yàn)椋篏DP產(chǎn)出>工業(yè)SO2排放量>工業(yè)廢氣排放量>能源投入>工業(yè)廢水排放量>水資源投入>糧食資源投入>勞動(dòng)力投入>資本投入。

2)2004—2018年西安、天水、延安、慶陽、包頭、呼和浩特、鄂爾多斯均處在最佳生產(chǎn)前沿面，且各城市要素貢獻(xiàn)度也表現(xiàn)出產(chǎn)出要素貢獻(xiàn)>投入要素貢獻(xiàn)的規(guī)律。就地理區(qū)位而言，黃河上游和中游城市的區(qū)域差異明顯，上游的城市的效率值內(nèi)部兩極分化嚴(yán)重，中游城市的效率值則相對(duì)均衡。

3)2004—2018年蒙陜甘寧地區(qū)整體TFP指數(shù)年均增長1.019，呈現(xiàn)下降—上升—下降—上升的右偏型“W”結(jié)構(gòu)，技術(shù)取得明顯進(jìn)步，技術(shù)進(jìn)步是推動(dòng)TFP增長的主要?jiǎng)恿?，而技術(shù)效率有待改善，對(duì)TFP增長有一定的制約作用。此外，投入變化對(duì)技術(shù)進(jìn)步的作用明顯大于產(chǎn)出變化對(duì)技術(shù)進(jìn)步的作用。

4)2004—2018年TFP增長最快的10個(gè)城市明顯集中于省會(huì)城市和重點(diǎn)城市群，TFP增長最慢的5個(gè)城市主要是由于技術(shù)效率抵消了技術(shù)進(jìn)步的作用導(dǎo)致的。93.33%的城市TFP指數(shù)實(shí)現(xiàn)正向增長，所有城市的技術(shù)變化都是正增長，11個(gè)城市的技術(shù)效率出現(xiàn)惡化。

以蒙陜甘寧為代表的能源、糧食資源富集區(qū)而水資源緊張的干旱區(qū)，要保證在提升各城市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，保護(hù)和修復(fù)脆弱的能源、農(nóng)業(yè)、水資源生態(tài)環(huán)境，才能達(dá)到既合理利用有限的資源，又有效推動(dòng)和實(shí)現(xiàn)能源產(chǎn)業(yè)和農(nóng)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展的目標(biāo)。該地區(qū)應(yīng)特別注意水、能源等自然資源系統(tǒng)投入產(chǎn)出效率的有效平衡，合理配置生產(chǎn)資料，區(qū)域間取長補(bǔ)短，協(xié)同發(fā)展，采取加強(qiáng)水利工程建設(shè)、引導(dǎo)能源產(chǎn)業(yè)節(jié)約低碳綠色發(fā)展、發(fā)展優(yōu)勢(shì)特色綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)等措施，大力提高資源利用效率和生產(chǎn)效率。