基于DEA理論的中國區域環境效率分析

王俊能,許振成,胡習邦,彭曉春,周 楊(.環境保護部華南環境科學研究所,廣東 廣州 50655；.湖南農業大學資源環境學院,湖南 長沙 408)

基于DEA理論的中國區域環境效率分析

王俊能1,2,許振成1*,胡習邦1,彭曉春1,周 楊2(1.環境保護部華南環境科學研究所,廣東 廣州 510655；2.湖南農業大學資源環境學院,湖南 長沙 410128)

利用數據包絡分析(DEA)模型對中國大陸31個省市區的環境效率進行總體分析與評價,并利用Tobit回歸模型分析環境效率的影響因素.結果表明,我國區域環境效率總體水平比較低,但環境效率正逐年好轉.根據經濟與環境的協調程度可以將全國劃分為生態平衡區、優化發展區和集約發展區3類環境-經濟功能區.人均GDP、產業結構、城市化率、生產技術水平等都是影響環境效率的重要因素,其中人均GDP、第三產業比重與環境效率呈顯著正相關,城市化率和單位GDP能耗與環境效率呈弱負相關.

環境效率；數據包絡分析(DEA)；Malmquist指數；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

隨著我國經濟的持續快速增長,經濟增長與環境保護之間的矛盾日益突出,環境資源配置效率問題也逐漸成為社會各界廣泛關注的焦點.1992年,可持續發展世界經濟理事會(WBCSD)提出生態效率概念[1-4].生態效率包括環境效率(EE)和資源效率(RE),其中環境效率是衡量經濟發展所付出的環境代價的大小,是測度經濟是否實現可持續發展的標準之一.它是指單位環境負荷的經濟價值,或環境經濟上的投入產出之比.環境效率意味著如果環境作為一種資源投入,則應力求最小的環境資源的使用和最大的產出,使在經濟發展過程中更有效地使用環境資源.

在已有的相關研究中,多從企業微觀層面[4-7]、產業層面[8-9]、城市和省際層面[11-12]評測環境效率.而在國家或地區的宏觀層面上,李靜等[13]通過SBM模型對我國東、中、西部三大地區環境效率差異進行了分析,周景博[14]也運用數據包絡分析(DEA)方法分析了中國各省市的環境效率水平,但是由于所選取投入、產出變量過多,不僅模糊了環境效率概念,而且可能高估區域環境效率[15],同時并沒有對中國各地區的環境效率與經濟社會變量的關系進行深入研究.因此,本研究首先運用標準DEA模型分析我國各省市區環境效率的現狀,再用Malmquist指數方法考察中國環境效率的變化情況,最后運用Tobit回歸分析方法探討影響各省市區環境效率的主要因素.

1 研究方法

1.1DEA方法

DEA方法以相對效率概念為基礎,評價具有相同類型的多投入、多產出的決策單元是否有效的一種新的系統分析方法[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構成被評價群體,通過對投入和產出比率的綜合分析,以DMU的各個投入和產出指標的權重為變量進行評價運算,根據對各DMU觀察的數據判斷DMU是否為DEA有效.相對效率在(0,1)區間內分布,處于效率前沿DMU的效率值為1.

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

通過Charnes-Cooper變換,可以將分式形式模型轉換為如下的標準形式:

線性規劃(2)的解*θ即為DMUj在投入導向BCC模型下的相對技術效率.1.2Malmquist生產率指數

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

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

1.3Tobit回歸分析及變量選擇

第三，不重視預算管理工作。很多事業單位對于預算控制并沒有一個正確的認識。很多單位在進行預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算，常常會導致申報預算與實際情況嚴重不符，造成國有資產的浪費。

通過DEA模型得到的環境效率,除了由選擇的投入、產出指標經DEA模型生成之外,還受到投入、產出指標之外的其他因素的影響,為了測度DEA評估出的環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,并由自變量的系數判斷影響因素對環境效率的影響方向與影響強度.

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數據,將導致估計偏差.Tobit回歸分析是因變量受限模型的一種,當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].

根據環境庫茲涅茨曲線(EKC)理論,環境效應可分解為規模效應、結構效應、技術效應、環境政策與管制因素、環境需求因素、國際貿易因素等幾個效應[28],因此,分析影響環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.其Tobit回歸模型如下:

式中: β0為回歸式的常數項; β1~β6為各個自變量的回歸系數;i為DMU個數; εi為回歸式的誤差項; EE為因變量,代表環境效率;Gi為第i個省的人均GDP,元/人;Si為產業結構變量,代表第i個省第三產業占地區生產總值的比重,%;Ui為第i個省的城市化率,%;Ei為單位GDP能耗變量,代表技術進步狀況,表示第i個省每萬元GDP消耗的標準能源量,t標準煤/萬元;Mi為環境管理強度變量,用工業環境污染治理投資占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中國環境效率分析

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

圖1 中國區域環境效率分布Fig.1 The distribution of environmental efficiencies in China

由圖1可見,整體來看,我國各區域環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出比在0.1以下,環境效率明顯較低,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年之間的面板數據,采用Malmquist指數模型計算環境效率的變化趨勢.如表1所示,除了2003~2004年之外,我國各省市區環境效率總體上呈現改善的趨勢.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,其他省份的環境效率均好轉.

表1 2003~2007年我國各省環境效率的動態變化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經濟與環境協調模式,分析環境效率和國土開發密度(以單位面積GDP表示)的關系[29].如圖2所示,可以大致將我國各地區劃分為3大類功能區:

集約發展區:是指環境效率較高、區域發展要素和相關經濟活動處于相對密集狀態的區域.該類功能區包含了2類區:一類是以北京為代表的高效率高產出區,其特點是單位面積具有高的GDP產出,而其環境容量資源投入是相當少,環境影響較小,環境效率高達到100%,此類地區的經濟發展模式相當成熟,環境質量水平維持在良好狀態.另一類是以上海、天津、廣東、山東等地區為代表的中效率高產出區,此類地區的經濟相對發達,雖然對環境資源的依賴性大,但其生產管理、技術水平比較高,污染治理方面的投入也相對充裕,使在經濟發展過程中較有效地使用環境資源.此類功能區宜實施以各種生產要素高度集聚、優化配置為前提的集約化發展模式,通過發揮比較優勢,實現生產要素的合理流動和優化配置,產業結構趨向高級化,經濟發展由勞動密集型向技術、資本密集型轉變,經濟外向度不斷提高,城市化進程逐步加快.

優化發展區:是指環境效率相對較低,且生產率不高的區域,是集約發展區與生態平衡區之間的過渡區.以河北、河南、遼寧、湖北、安徽、重慶等地區為代表,它們的GDP產出處于相對的中等水平,但其對環境資源的依賴性大,加之其生產管理、技術水平比較落后,污染治理方面的投入不足等原因,其環境效率較差.該類功能區主要以調整陳舊的產業結構,并通過調整布局,搞好區內基礎設施,密切與集約發展區的聯系與協作,更多的吸引集約發展區的投資和外遷企業.

生態平衡區:是指具有自然保護功能的大空間,是“自然保護區”的延伸.該類功能區包含了以青海、新疆等地區為典型代表的低效率低產出區和以西藏為代表的高效率低產出區.生態平衡區宜以發展環境產業為主,即是生產優質水資源、優質大氣與物種多樣性等環境資源為主產業,并維持該區域處于自然狀況,以便在全國范圍內合理地分攤滿足全國或世界所需產品的廢物排放負荷.

圖2 中國環境-經濟功能區Fig.2 Environmental economic function regions in China

從上述3個區域的要素稟賦差異性分析發現,由于區域間土地、環境資源收益率存在差異,在考慮環境成本內部化的情況下,區域間將形成新的比較優勢,經濟活動傾向于從要素收益率低的區域向收益率高的區域梯度轉移[30],即從生態平衡區向優化發展區、集約發展區轉移.因此,這三類功能區的定位將有利于從根本上解決全國基于生態環境可持續利用面向經濟社會發展需求的問題,但仍需建立一系列的區域協調機制來改變不同社會群體之間環境收益的分配結構,分攤環境成本,從而實現環境公平[31].

2.2環境效率影響因素分析

將各地區環境效率作為因變量,探討人均GDP、第三產業比重、城市化率、單位GDP能耗以及工業污染治理投資占GDP比例等因素對環境效率的影響.由表2可見,2007年,中國各地區人均GDP與環境效率呈顯著的正相關關系,且系數較大,達到了0.23.隨著經濟規模的擴大,聚集經濟性逐漸體現出來.收入水平的提高,也增加了人們對優質“環境質量”的需求,這都有助于環境效率的提高.

表2 2007年中國各地區環境效率影響因素回歸結果Table 2 Regression result of the factors influencing the environmental efficiency in China in 2007

第三產業比重與環境效率也呈顯著的正相關關系.隨著產業結構的變遷,產值比重排序變為第三>第二>第一產業,而第三產業是相對減物質化的,因此,隨著產業結構升級,環境效率將逐步提升.城市化率與環境效率呈弱的負相關關系,表明目前我國城市環境管理仍不夠完善.隨著城市發展,人口迅速增加,工業生產不斷集中和擴大,能源消耗持續劇增,資源環境承載能力不斷下降,要求城市功能、產業結構和空間布局進行適應性變化[32],使環境在支撐現代經濟社會發展的同時,將生態系統維持在新的平衡中,可持續地提供生態環境服務功能.單位GDP能耗與環境效率呈顯著負相關.由于技術進步,重污染技術被清潔技術代替,污染密集型產業向技術密集型產業轉移,從而使環境效率得到提高.工業污染治理投資占GDP比例與效率值呈現不顯著的正相關,說明地方政府對環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,而應該從源頭上進行節能減排,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度看來,區域發展的宏觀調控模式由過去的“分塊”調控逐步轉向“分類”調控是符合科學發展觀的,但仍需注重運用區域政策有的放矢地解決不同功能區的發展問題.

3 結論

3.1本研究利用DEA模型、Malmquist生產率指數對中國各省市區環境效率進行分析,研究結果表明,雖然我國區域環境效率總體水平比較低,但環境效率正逐年好轉.

3.2根據經濟與環境的協調程度可大致將我國各地區劃分為集約發展區、優化發展區和生態平衡區3大類環境-經濟功能區.從各個區域中的土地、環境資源等發展要素的收益率來看,在考慮環境成本內部化的情況下,區域間將形成新的比較優勢,經濟活動傾向于從生態平衡區向優化發展區、集約發展區轉移,因此應在各功能區中制定相應的產業發展策略以及調整人口等要素的有序流動,形成合理的空間開發格局.

3.3Tobit回歸分析結果表明,人均GDP、第三產業比重、城市化率、單位GDP能耗都是影響環境效率的重要因素.其中人均GDP、第三產業比重與環境效率呈顯著正相關,城市化率和單位GDP能耗與環境效率呈弱顯著負相關.

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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,環境保護部華南環境科學研究所與湖南農業大學聯合培養碩士研究生,主要從事環境經濟政策與管理研究.發表論文10余篇.

2009-08-19

* 責任作者, 研究員, xzc@scies.com.cn