中國農業生態效率評價方法與實證
——基于非期望產出的SBM模型分析

潘 丹,應瑞瑤

(1.江西財經大學鄱陽湖生態經濟研究院， 南昌 330013;2.南京農業大學經濟管理學院， 南京 210095)

改革開放以來，中國的農業經濟以近6％的速度保持了30多年的持續高速增長，并取得了巨大成就，但是在發展過程中也付出了巨大的資源和環境代價。《第一次全國污染源普查公報》數據顯示，2007年中國農業化學需氧量、總氮和總磷的排放量分別為1324.09萬噸、270.46萬噸和28.47萬噸，占各自污染總排放量的43.7％、57.2％和67.4％。亞洲開發銀行估計：中國農業資源環境破壞所造成的直接經濟損失占全國GDP的0.5％—1％，同時由于過量施肥和施用農藥，中國每年約有包括農產品在內的74億美元出口商品因綠色壁壘而受阻[1]。在此背景下中國政府認識到這種趨勢的不可持續性，明確提出了資源節約型和環境友好型的“兩型農業”理念，要求形成一種可持續的農業經濟發展模式。因此，如何在保證農業經濟快速發展的同時減少資源浪費和降低環境污染，實現資源節約、環境保護和農業經濟增長的三者統籌協調發展是“十二五”期間中國農業經濟所面臨的最緊迫任務。1990年Schaltegger和Stum首次提出生態效率概念，隨后生態效率成為衡量可持續發展的重要分析工具[2]。提高農業生態效率也因此成為促進我國農業經濟與資源環境協調發展的重要切入點。

生態效率是指通過提供能滿足人類需要和提高生活質量的競爭性定價商品與服務，同時使整個生命周期的生態影響與資源強度逐漸降低到一個至少與地球的估計承載能力一致的水平[3]。具體到農業領域而言，農業生態效率則是指在保證農產品數量和質量的前提下，盡量減少環境污染和資源消耗，即提倡一種以“適量、優質、減污、節源”的理念方針的現代生態農業發展模式[4]。由此可見，農業生態效率要求以較少的資源消耗和較低的環境破壞來生產更多的產品，較好地符合可持續發展理念。目前學者們已經對企業[5-6]、產品[7]、行業[8]、區域[9-10]等層次的生態效率展開了大量研究，這其中選擇合適的生態效率評估方法成為研究的熱點。現有文獻中生態效率的評價方法主要包括單一指標法、指標體系法以及DEA模型方法[11]。單一指標法雖然較為簡單但無法區分不同的環境影響，適合于單個項目的分析；指標體系法可以綜合反映出社會、經濟、自然各子系統的發展水平和協調程度，但在指標選取和權重賦值上存在較大的主觀性；DEA模型則能很好地減少確定權重時的主觀因素，因而被學者們廣泛應用于生態效率的實證研究中。

然而，傳統的DEA模型在評價生態效率時沒有考慮投入和產出的松弛問題，且可能會由于徑向及角度的選擇而帶來生態效率的測算偏差。理論和實踐均表明，生態效率的測算偏差不僅會扭曲對經濟增長績效的評價，而且會使基于生態效率的政府決策發生偏誤，導致資源環境的進一步惡化。為克服這一缺陷，Tone提出了非徑向、非角度的(SBM)模型來測算生態效率[12]。因此，本研究將借鑒此模型，采用線性規劃技術，對1998—2009年中國30個省份的農業生態效率及其空間分布特征進行分析，并給出農業生態效率的改善途徑，以為實現資源節約、環境保護和經濟增長三者協調發展的可持續農業增長模式提供科學借鑒。

1 研究方法和數據

1.1 研究方法

1.1.1 傳統的生態效率評價方法：DEA方法

DEA方法是由Charnes和Cooper提出的一種評價決策單元相對效率的方法[13]。由于該方法無需事先設定模型的具體形式和估計參數，避免了人為確定權重對測算結果的主觀影響，因而在生態效率的研究中得到了廣泛應用。假設有K個決策單元，每個決策單元有N種投入X、M種期望產出Y和I種非期望產出U，則農業生態效率的DEA評價模型可以表示為：

(1)

1.1.2 改進的生態效率評價方法：非徑向、非角度的SBM模型

上述DEA模型存在一個致命的弱點：其本質上仍屬于徑向的和角度的的DEA度量方法。徑向DEA度量方法會造成投入要素的“擁擠”或“松弛”問題。當存在投入或產出的非零松弛時，徑向DEA模型會高估評價對象的生產率。而角度的DEA模型僅關注投入角度或者產出角度的某一個方面，因此計算的生產率結果并不準確。

圖1 傳統DEA測算模型中的投入松弛問題

為克服徑向和角度DEA模型的缺陷，Tone提出非徑向、非角度的SBM模型，其基本形式為[12]：

(2)

1.2 數據和變量

由于農業生態效率綜合反映了資源節約、環境保護和農業經濟增長這三者統籌協調發展的情況，因此本文在農業生態效率的評價指標選取上也主要考慮了這3種因素。參照以往的相關研究，本文選擇土地、勞動力、役畜、化肥、機械、水資源等作為農業資源消耗指標[15]；農業經濟活動所產生的環境影響主要是指環境污染物的排放(農業面源污染等標排放量)，借鑒Chung等的思路，本文將環境污染作為一種非期望產出處理[16]；農業經濟增長變量用農林牧漁業總產值表示，并通過1998年農林牧漁業總產值指數進行調整。變量具體設計見表1。

表1 農業生態效率投入產出指標

上述的投入產出指標數據均來源于歷年的《中國統計年鑒》、《中國農業年鑒》、《中國農村統計年鑒》、《改革開放三十年農業統計資料》和《中國漁業年鑒》等，并經計算整理組成1998—2009年中國大陸30個省市(西藏、香港、臺灣、澳門除外)的面板數據集。其中農業面源污染等標排放量是作者參照陳敏鵬等[17]以及梁流濤[18]等采用清單分析方法計算得到，具體計算公式如下：

(3)

EI=E/S

(4)

式中,E為農業面源污染排放量，主要包括化學需氧量(COD)、總氮(TN)和總磷(TP)三類；EUi為單元i指標統計數；ρi、ηi和Ci分別為單元i污染物的產污強度系數、利用效率系數和污染物排放系數。EUi數據可從歷年相關統計年鑒中獲得，各產污強度系數、利用效率系數和排污系數等參數值則是作者經過廣泛的文獻調研并借鑒第一次全國污染源普查領導小組辦公室發布的《污染源普查農業源系數手冊》取得。式(4)中EI表示農業面源污染等標排放量，為農業面源污染排放量E和相應的污染物排放評價標準S的比值。根據GB3838—2002中的Ⅲ類水質標準，COD、TN、TP污染物的排放評價標準分別為20、1mg/L和0.2mg/L。

2 農業生態效率測算結果分析

2.1 農業生態效率的時間分布

以DEA-SOLVER PRO軟件為計算平臺，使用SBM模型測算得到中國1998—2009年的農業生態效率情況，結果見圖2。

圖2數據表明：(1)1998—2009年間中國農業生態效率整體呈現出波動中緩慢上升的態勢，1998—2003年期間農業生態效率出現波動中下降的態勢，2003年以后農業生態效率開始穩步上升。農業生態效率在2003年之后出現穩步攀升現象的原因可能在于：2003年之前我國農業資源環境管制相對較弱，農業發展中自然資源和生態破壞較為嚴重；2003年之后，國家和各級地方政府加大了對農業資源環境的管制力度，陸續出臺了《水污染防治法》(2008)、《畜禽養殖業污染防治技術政策》(2010)等具體的農業資源環境管制措施，從而在一定程度上扭轉了全國農業生態效率下降的趨勢；(2)1998—2009年間中國農業生態效率的均值為0.499，這一方面說明中國的農業生態效率整體處于較低水平，我國農業并沒有實現經濟增長和資源環境保護的協調發展，另一方面也意味著我國的農業發展還存在較大的資源節約和環境保護空間。

圖2 1998—2009年中國農業生態效率變動趨勢

2.2 農業生態效率的空間分布

根據計算結果，1998—2009年中國30個省市農業生態效率均值的排序如圖3所示。

圖3 中國30個省市的農業生態效率

(1)30個省市中只有北京、上海、海南、重慶4個地區的農業生態效率值為1，這說明相對于其他地區而言，這4個地區的投入產出已達到最優水平，在農業發展的同時有效地兼顧了資源和環境的保護。其余26個省市的農業生態效率都處于較低水平，屬于農業生態效率非有效地區，需要改變投入和產出來推動農業生態效率達到有效狀態。

(2)福建、江蘇、浙江、河南、天津、山東、遼寧以及廣東等8省市的農業生態效率值處于全國平均水平以上，四川、河北、安徽、湖北、吉林、湖南、江西、黑龍江、新疆、陜西、云南、廣西、山西、內蒙古、貴州、甘肅、青海以及寧夏等18個省市的農業生態效率值處于全國平均水平以下。可見，農業生態效率較高的省份大多集中在東部地區，中西部地區的農業生態效率較低。這說明，目前我國東部省份在農業發展過程中更加注重資源和環境的保護，農業經濟發展方式較為持續，而中西部地區在農業發展過程中帶來了大量的資源消耗和嚴重的環境污染，農業經濟發展方式較為粗放。在大力提倡“兩型農業”建設的今天，中西部地區的農業部門應該全面協調、統籌發展，兼顧經濟效益和資源環境效益。

3 農業生態效率的改善方向

3.1 農業生態效率損失的原因

表2 農業生態效率投入和產出的優化結果

(1)北京、上海、重慶、海南的農業生態效率值為1，為生態效率有效地區；因此，本表不包含這4個地區；(2)按照冗余率大小進行排序，黑色表示對農業生態效率損失影響的最主要要素，深灰色為第二影響要素，淺灰色為第三影響要素；(3)東部地區包括河北、天津、廣東、江蘇、遼寧、山東、浙江、福建7省1市；中部地區包括安徽、河南、黑龍江、吉林、湖北、湖南、江西、內蒙古、山西9省；西部地區包括廣西、貴州、云南、四川、西藏、寧夏、青海、甘肅、陜西、新疆10省

(1)從生產過程看，各省農林牧漁總產值的冗余率都為零，而投入要素和農業面源污染都存在一定的冗余。這說明農業產出不足并不是我國農業生態效率損失的原因，導致我國農業生態效率損失的原因主要集中在資源投入和非期望產出兩方面。資源消耗過多和環境污染物排放過量是現階段我國農業生態效率低下的主要原因。

(2)從全國范圍來看，農業生態效率損失的主要影響因素依次為役畜投入、勞動力投入和土地投入。役畜投入在我國農業生態效率損失中所占的比重最高，這說明目前我國的農業生產中役畜投入過多。由于我國存在著大量的農村剩余勞動力，勞動力投入構成農業生態效率損失的第二影響因素。土地投入對農業生態效率損失的影響排在第三位，在我國耕地面積日益稀缺的情況下，本不應該出現這樣的情況。這說明我國的耕地資源并沒有得到高質量的利用，耕地利用效率較低，從而導致土地投入出現較大冗余。這可能與我國小規模的土地經營方式有關，例如李谷成等以及Chen等的研究都表明小規模的農業生產將導致農業生產效率損失[19-20]。

(3)分區域來看，不同區域農業生態效率損失的原因有所不同。東部地區農業生態效率損失的主要影響因素依次為役畜投入、勞動力投入和機械投入；中部地區農業生態效率損失的主要影響因素依次為役畜投入、土地投入和勞動力投入；西部地區農業生態效率損失的主要影響因素依次為役畜投入、勞動力投入和土地投入。對比可以發現：東部地區的機械投入對該地區農業生態效率損失的影響較大，這可能與東部地區經濟發展水平較高，機械投入過多有關。近年來，隨著農機購置補貼等農業機械補貼政策的實施，在充足的資金實力下，東部地區的機械擁有量逐年攀升，從而造成機械的過量投入和利用效率的損失。通過分析農業生態效率損失的原因，可以清楚地了解各區域農業生態效率損失的主要影響因素，從而為農業生態效率的改善途徑制定有針對性的政策。

3.2 農業生態效率的改善途徑

從表2中可以發現，中國農業生態效率改善的潛力主要表現為資源消耗和農業面源污染兩個方面。

3.2.1 從資源消耗看，各省市農業生態效率有不同的要素改善方面與潛力

(1)化肥投入 化肥是農業生產的基本投入，然而過多的化肥投入也會導致農業發展的效率損失。寧夏、陜西、山西、湖北、安徽等省市具有較高的化肥改善潛力，甘肅、廣西、云南、貴州、吉林的化肥投入也有一定的改善空間，降低化肥投入或提高化肥利用率對這些地區農業生態效率的改善非常關鍵；

(2)役畜投入 幾乎所有省份的役畜投入冗余率都很高，形成較高的改善潛力。寧夏、青海、內蒙古等省份的役畜投入冗余率較高。這些地區屬于我國重要的畜牧養殖主產區，役畜投入高度集中，從而出現役畜冗余現象。因此減少役畜投入、提高役畜利用率是這些地區農業生態效率提高的重要途徑；

(3)勞動力投入 勞動力投入冗余率較高的省份主要分布在貴州、云南、青海、甘肅、陜西等西部地區。這些地區屬于我國的欠發達地區，農村勞動力轉移速度較慢，農業從業人員較多，從而出現勞動力投入過剩現象；

(4)機械投入 機械是農業生產基本的資源投入，然而過多的機械投入是重要的資源浪費形式。山西、寧夏、青海、河北、甘肅、內蒙古等省市的機械投入冗余率較高，形成較大的改善潛力；

(5)土地投入 土地是農業發展的基本支撐，黑龍江、寧夏、陜西、貴州、內蒙古、甘肅等中西部省份在土地投入上的改善潛力較大。這些地區土地經營規模較小、土地市場化程度較低，從而導致土地利用效率不高，出現土地投入過剩現象；

(6)水資源投入 水資源是農業發展的基礎資源，目前我國各地區的水資源都存在一定的冗余，尤其以寧夏、新疆、青海、甘肅、內蒙古、黑龍江等省份的水資源過量投入表現較為突出，提高水資源利用效率、發展節水型農業技術是這些地區農業生態效率改善的重要途徑。

3.2.2 農業面源污染物是農業生產過程的主要污染物，對農業生態效率有重要影響

河南、山東、湖南、四川等省份有很高的農業面源污染減排空間，湖北、安徽、山西、河北、黑龍江等地區的農業面源污染改善潛力也很高。這些省份基本上都屬于我國傳統意義上的農業大省，為滿足不斷擴大的人口需求，近年來這些省份的農業產業化程度和集約化程度不斷提高，畜禽養殖業發展迅速，從而導致農業面源污染物排放量逐年增加，出現農業面源污染排放冗余的現象，尤其以人口第一大省河南、農業產業化大省山東和糧食主產大省湖南的農業面源污染物過量排放最為典型。因此，降低這些地區的農業面源污染物排放量是提高其農業生態效率的關鍵。

4 結論

生態效率是考量經濟與資源環境協調發展的重要指標。本文在對傳統DEA模型進行修正的基礎上，采用非徑向、非角度的SBM模型對中國1998—2009年30個省份的農業生態效率進行了測算，并給出了基于投入改變與基于產出改變的農業生態效率改善途徑。

(1)1998—2009年中國農業生態效率雖然呈現逐步上升的趨勢，但整體水平較低，30個省市中只有北京、上海、海南、重慶4個地區的農業生態效率處于有效狀態，在農業發展的同時有效地兼顧了資源和環境的保護，其余省市的農業生態效率都處于非有效狀態，需要改變投入和產出來優化生態效率。

(2)從投入產出冗余分析來看，目前中國農業生態效率損失的原因并不在于農業產出不足，而在于資源消耗過多和環境污染物排放過多。提高資源利用效率、降低資源消耗量和環境污染物排放量是農業生態效率改善的主要途徑。

總之，從本文的實證研究可以發現，中國農業部門尤其是中西部地區農業部門的生態效率較低，這一方面說明中國面臨著農業經濟發展和資源環境保護的艱巨任務，另一方面也表明我國農業發展還存在較大的資源節約和環境保護空間，我國實行資源節約型和環境友好型的“兩型農業”的潛力較大。因此，未來農業發展應從可持續發展理念出發，注重資源的保護和污染物排放量的控制，實現資源節約、環境保護和農業經濟增長的三者統籌協調發展，避免因為資源的過度消耗及污染物的過量排放而導致農業經濟發展緩慢。

應指出的是，SBM模型僅為農業生態效率的改善提供了基本方向。事實上，農業生態效率損失是多方面因素共同作用的結果，進一步對農業生態效率損失的影響因素進行計量分析，將有助于提出更加完備的農業生態效率改善政策建議，這是未來的重要研究方向。

[1]Rao J,Xu Y Y,Ji R T.Status,forming mechanism and control method of agricultural non-point source pollution in China.Issues in Agricultural Economy,2011(8): 81-87.

[2]Willard B.The sustainability advantages: seven business case benefits of a triple bottom line.Gabriola Island: New Society Publishers,2002.

[3]Verfaillie H A,Bidwell R,Cowe R.Measuring eco-efficiency: a guide to reporting company performance.World Business Council for Sustainable Development,2000.

[4]Wu X Q,Xu Y C,Lu G F.The evaluation of agricultural eco-eff iciency: a case of rice pot-experiment.Acta Ecologica Sinica,2009,29(5): 2481-2488.

[5]Fernández-Viné M B,Gómez-Navarro T,Capuz-Rizo S F.Eco-efficiency in the SMEs of Venezuela.Current status and future perspectives.Journal of Cleaner Production,2010,18(8): 736-746.

[6]Hahn T,Figge F,Liesen A,Barkemeyer R.Opportunity cost based analysis of corporate eco-efficiency: a methodology and its application to the CO2-efficiency of German companies.Journal of Environmental Management,2010,91(10): 1997-2007.

[7]Van Middelaar C E,Berentsen P,Dolman M A,De Boer I.Eco-efficiency in the production chain of Dutch semi-hard cheese.Livestock Science,2011,139(1): 91-99.

[8]Yang W,Jin F,Wang C,Lv C.Industrial eco-efficiency and its spatial-temporal differentiation in China.Frontiers of Environmental Science &Engineering,2012,6(3): 1-10.

[9]Zhang B,Huang H P,Bi J.Regional eco-efficiency analysis based on material flow analysis and data envelopment analysis: case study of Jiangsu Province.Acta Ecologica Sinica,2009,29(5): 2474-2480.

[10]Han R L,Tong L J,Song Y N.Analysis of circular economy of Liaoning Province based on eco-efficiency.Acta Ecologica Sinica,2011,31(16): 4732-4740.

[11]Yin K,Wang R S,Zhou C B,Liang J.Review of the accounting method and its applications of the domestic and international eco-efficiency.Acta Ecologica Sinica,2012,32(11): 3595-3605.

[12]Tone K.A slacks-based measure of efficiency in data envelopment analysis.European Journal of Operational Research,2001,130(3): 498-509.

[13]Charnes A,Cooper W W,Rhodes E.Measuring the efficiency of decision making units.European Journal of Operational Research,1978,2(6): 429-444.

[14]Cooper W W,Seiford L M,Tone K.Data Envelopment Analysis.Boston: Kluwer Academic Publishers,Second Edition.2007.

[15]Ying R Y,Pan D.Agricultural total factor productivity in China: a meta-regression analysis.Journal of Agrotechnical Economics,2012(3): 47-52.

[16]Chung Y H,F?re R,Grosskopf S.Productivity and undesirable outputs: a directional distance function approach.Journal of Environmental Management,1997,51(3): 229-240.

[17]Chen M P,Chen J N,Lai S Y.Inventory analysis and spatial distribution of Chinese agricultural and rural pollution.China Environmental Science,2007,26(6): 751-755.

[18]Liang L T.Study on the evolution temporal and spatial of rural ecological environment.Nanjing:Nanjing Agricultural University,2009.

[19]Li G C,Feng Z C,Fan L X.Is the small sized rural household more efficient?the empirical evidence from Hubei province.China Economic Quarterly,2009,9(1): 95-124

[20]Chen Z,Huffman W E,Rozelle S.Inverse relationship between productivity and farm size: the case of China.Contemporary Economic Policy,2011,29(4): 580-592.

參考文獻：

[1]饒靜,許翔宇,紀曉婷.我國農業面源污染現狀、發生機制和對策研究.農業經濟問題,2011(8): 81-87.

[4]吳小慶,徐陽春,陸根法.農業生態效率評價——以盆栽水稻實驗為例.生態學報,2009,29(5): 2481-2488.

[9]張炳,黃和平,畢軍.基于物質流分析和數據包絡分析的區域生態效率評價——以江蘇省為例.生態學報,2009,29(5): 2473-2480.

[10]韓瑞玲,佟連軍,宋亞楠.基于生態效率的遼寧省循環經濟分析.生態學報,2011,31(16): 4732-4740.

[11]尹科,王如松,姚亮,梁菁.國內外生態效率核算方法及其應用研究述評.生態學報,2012,32(11): 3595-3605.

[15]應瑞瑤,潘丹.中國農業全要素生產率測算結果的差異性研究——基于Meta回歸分析方法.農業技術經濟,2012(3): 47-52

[17]陳敏鵬,陳吉寧,賴斯蕓.中國農業和農村污染的清單分析與空間特征識別.中國環境科學,2007,26(6): 751-755.

[18]梁流濤.農村生態環境時空特征及其演變規律研究[D].南京:南京農業大學,2009.

[19]李谷成,馮中朝,范麗霞.小農戶真的更加具有效率嗎?來自湖北省的經驗證據.經濟學,2009,9(1): 95-124.