遼寧省工業生態效率的空間分布與收斂性研究

關 偉,b,豈 宸

(遼寧師范大學 a.城市與環境學院;b.海洋經濟與可持續發展中心,遼寧 大連116029)

1 引言

能源以及與能源消耗密切相關的氣候變化、環境污染問題是當今人類社會面臨的共同挑戰,降低碳排放、提高能源利用效率是緊扣時代主題的全球性問題，我國一直是全球應對氣候變化、環境污染事業的積極參與者。我國政府把綠色低碳發展作為生態文明建設的重要內容,將節能減排作為約束性指標納入國民經濟和可持續發展規劃中?！笆濉睍r期是我國全面建設小康社會的決勝階段,是推動能源革命的蓄力加速期。把能源消費總量和能源消費強度作為經濟社會發展重要的約束性指標,建立指標分解落實機制,是政府落實能源發展目標的重要舉措。能源作為工業的血液,工業活動中的能源消耗量在總能源消耗中占絕對比重。

從實踐角度看,工業是國家能源政策的基本出發點,我國工業產值約占GDP的40%,而工業能源消耗量約占全國能源消耗總量的70%。工業生態效率研究是對工業能源效率問題的理論體系與實踐應用領域的補充和完善,有關研究將為區域與工業能源發展規劃與政策制定，為節能減排規劃指標在各地區與工業各行業的量化分解，為工業相關產業的空間移動和結構優化提供理論支撐、量化依據和政策參考。

綜上所述，我國大部分學者采用DEA測算模型對工業生態效率進行了測算,但是由于傳統DEA數據包絡分析得出的測算效率值是在確定前沿面之后得出的相對值,無法對所得數據進行時間序列分析,因此本文選擇構建工業生態效率評價指標體系的方法來彌補這一缺點。借鑒何宜慶、陳林心、焦劍雄等構造的生態效率評價指標體系[6],建立工業生態效率評價指標體系,測度了遼寧省2000—2014年14座城市的工業總體生態效率并進行了研究,分析其收斂性與相關影響因素。

2 研究方法

2.1 工業生態效率評價指標體系

基于指標選擇的科學性、可操作性和客觀性等原則，借鑒已有的研究成果,充分考慮到遼寧省工業發展階段、工業結構變動、區域經濟發展規劃、低碳經濟發展戰略和各地市資源稟賦差異的客觀事實,借鑒何宜慶、陳林心、焦劍雄等人構建的城市生態效率評價指標體系[6],構建出遼寧省城市工業生態效率評價指標體系(表1),盡可能地充分反映出遼寧省工業生態效率的特有內涵和運行機制。其中,城市工業生態效率從生態環境效益、資源能源效益、經濟效益和可循環經濟4個維度11項指標進行考察,體現出工業生態效率是一個涵蓋工業污染排放、工業能源消耗、工業經濟發展和發展循環經濟的綜合系統,表征了工業發展對環境壓力、生態環境現狀和社會政策響應的“壓力—狀態—響應”環境測度體系的完整性。

表1 遼寧省工業生態效率評價指標體系

在對遼寧省工業生態效率進行測度之前,我們首先要對各指標進行賦權。為了避免層次分析法、主成分分析法、專家打分法、因子分析法等方法的主觀性對測度結果帶來影響,引起非客觀性和偏差性,本文運用熵值法來確定指標權重。

假設有m個樣本、n項指標,根據原始數據可得原始矩陣xij=(xij)m×n。式中，xij代表第i個樣本的j項指標值。

首先對原始數據進行標準化,文中采取的方式為min-max標準化。正向指標采用以下方式進行標準化處理:

(1)

負向指標采取以下方式進行標準化:

(2)

式中,max表示j項指標在有限個樣本中的最大值；min表示j項指標在有限個樣本中的最小值。

計算第i個樣本第j項指標下指標值得比重:

(3)

計算各個指標的信息熵:

(4)

計算指標熵權值:

(5)

最終計算工業生態效率綜合評價指數,計算公式為:

(6)

式中,Us表示工業生態效率綜合系統S的評價指數;λsj表示第j項指標的權重;usj表示S系統的指標值。

2.2 工業生態效率收斂性模型

收斂性主要包括絕對收斂和條件收斂。絕對收斂是指各個決策單元隨著時間的推移都會向同一穩態水平進行收斂運動,且具有穩定的增長速度。現實中,由于各個決策單元的特征和條件具有差異性,導致不同決策單元都有不同的穩態水平,并不斷向各自的穩態水平趨同。如果各個區域間的工業生態效率呈現出收斂特性,那么表明已實施的提升工業能效、節能減排政策有利于縮小省內不同區域工業生態效率的差異性,可積極推進省內工業生態能源的均衡性;若是沒有表征出收斂特性,說明省內工業能源效率未能向穩態水平趨近,需要對現有政策進行修改并加以完善。

σ收斂:σ收斂值是反映決策單元偏離被評價群體平均值的描述量,工業生態效率σ收斂則是表現各區域效率水平偏離總體水平,進而趨向不均衡的一個動態過程;若不同區域σ的值在時間維度上呈現出遞減的趨勢,則認定存在σ收斂。

本文對遼寧省工業生態效率的σ收斂分析的方程為:

(7)

式中,IEEi(t)表示第i個地區在t時間段內的工業生態效率;N為區域個數。當σt>σt-1時,說明各個地區工業生態學率的離散系數在縮小,存在σ收斂；反之，則是發散的。

β收斂:β收斂又分為絕對β收斂和條件β收斂。如果不同區域之間的基期經濟基礎條件存在同一性,如地理環境、工業結構等，那么隨著時間的推移,這些地區勢必最終會趨于相同的穩態水平,實現絕對收斂,即盔對β收斂。

β收斂的驗證方法主要有橫截面分析方法和面板數據分析方法兩種,文中使用的絕對β收斂回歸方程為:

[ln(IEEi,T)-ln(IEEi,0)]/T=α+βln(IEEi,0)+ε

(8)

式中,IEEi,T、IEEi,0分別表示基期和T時間段內第i個地區的年均工業生態效率指數;[ln(IEEi,T)-ln(IEEi,0]/T表示第i個地區從基期到T時間段內的年均IEE增長率;α表示常量值;β表示基期工業生態效率(IEEi,0)項的系數;ε表示殘差項。若式中β系數為正值,那么意味著各個區域的IEE增長率和各個區域的基期水平呈現出正向關系,工業生態效率在各個區域間的不均衡性有加劇的趨勢,不存在β絕對收斂;反之，若β系數為負值,則各個區域的IEE增長率與初始水平具有負向關關系,存在工業生態效率低效地區“追趕”高效地區,趨近于同一穩態水平,存在β絕對收斂。與絕對β收斂不同,條件β收斂考慮了外生變量的作用,因此各個單元應該有不同的工業能源生態效率穩態。條件β收斂關注的是外生變量既定情況下,工業生態效率增長率與其效率穩態距離的反比關系是否仍成立,回歸方程為:

[ln(IEEi,T)-ln(IEEi,0)]/T=α+βln(IEEi,0)+ΨXi,0+ε

(9)

式中,IEEi,T、IEEi,0分別表示基期和T時間段內第i個地區的年均工業生態效率指數;[ln(IEEi,T)-ln(IEEi,0]/T表示第i個地區從基期到T時間段內的年均IEE增長率;α表示常量值;β表示基期工業生態效率(IEEi,0)項的系數;ε表示殘差項,Xi,0表示外生變量。

3 實證分析

3.1 研究區選擇、變量選取和數據來源

本文選取遼寧省作為研究區域,根據數據的可得性,研究的時間跨度為2000—2014年。在測度工業生態效率值的時候,本文首先構建了工業生態效率評價指標體系(表1)。文中指標數據主要來源于2000—2014年的《遼寧統計年鑒》、《中國工業統計年鑒》、《中國環境統計年鑒》,部分缺失的數據由遼寧省各市政府工作報告、相關政府機構網站的數據補充,經統計整理合成2000—2014年遼寧省14個地市的數據集。

3.2 遼寧省工業生態效率測度與分析

運用工業生態效率評價指標體系測度遼寧省工業生態效率,得到遼寧省14個地級市2000—2014年的工業生態效率值(表2)。由表2可見,大連的工業生態效率最高,其次是沈陽和鞍山,平均值分別為0.997、0.982、0.945;而阜新市的工業生態效率為全省最低,生態效率平均值為0.655,僅為大連、沈陽和鞍山的65.5%、66.2%、69.3%。根據工業生態效率標準差可知,遼陽市的工業能源生態效率變動最劇烈,達到了0.150的全省最高值,其次為本溪和營口,工業生態效率標準差分別為0.138、0.138;大連市的工業生態效率標準差最低,波動程度最小。劉曉萌等認為,重點發展第三產業諸如旅游、服務等一些低污染的產業有利于城市轉型與工業生態效率優化,且會緩和工業生態效率波動幅度[3]。大連市作為典型的沿海旅游城市與區域性服務業中心城市,大連市的高工業生態效率值和鮮有波動的變化情況與劉曉萌等的研究一致。

表2 2000—2014年遼寧省14個地級市工業生態效率統計值

為了進一步分析,本文將遼寧省14個地級市的工業生態效率值根據大小進行了排列分組:①低工業生態效率城市(0.60—0.75),此類型的城市個數在2000年、2007年、2014年的節點分別為4、4、3,所占比例分別為28.57%、28.57%、21.43%。②中等工業生態效率城市(0.75—0.90),此類型的城市在3個時間節點的個數分別為8、6、7,所占比例分別為57.14%、42.86%、50%。③高工業生態效率城市(0.90—1.10),此類型城市在3個時間節點的數量分別為2、4、4;其中所占比例為14.29%、28.57%、28.57%。以上數據清晰地反映了兩個結論:一是在所有時間節點上,遼寧省的工業生態效率總體上處于高水平,類型以中度工業生態效率為主;二是從時間序列看,遼寧省的城市工業生態效率2000—2014年得到了顯著提升,到2014年中高工業生態效率城市占全省的3/4以上。

運用ArcGIS軟件對2000年、2007年、2014年3個時間節點的14個地級市的工業生態效率值進行空間可視化處理,得到圖1。從圖1可見,遼寧省的工業生態效率明顯呈現出“中心—外圍”分布趨勢。在這4個時間節點上,沈陽市、大連市自始至終都是高工業生態效率值城市,周邊城市按照距離沈陽市、大連市的遠近呈現出特定變化:距離兩座城市越近,效率值越高；距離越遠,效率值普遍偏低。此外,從時間序列來考量,工業生態效率值的空間格局變化基本呈現出由“中心”不斷向“外圍”擴散的趨勢,即以沈陽、大連兩座高工業生態效率值型城市為“中心”逐步進行蔓延,直至全省格局變為以中高效率值城市為主。這表明在城市發展的過程中,除了受限于自身的資源稟賦、技術水平和基礎條件之外,中心城市的輻射以及其帶動作用也起到了關鍵性的作用。因此,在未來城市提高工業生態效率的發展道路上首先要重視并充分利用沈陽市、大連市的“中心帶動”作用,以期向“外圍擴散”提升整體工業生態效率水平。

圖1 遼寧省工業生態效率空間分布格局

3.3 遼寧省工業生態效率收斂性分析

省區作為我國區域工業經濟管理的一級地域單元,全國范圍內的工業發展、能源改革政策都必須通過省一級政府具體實施。因此,研究省內的工業能源生態效率的地區差異有助于全國尺度的工業發展政策在各省內的有效實施,有助于省內經濟社會的和諧發展。

遼寧省作為東北老工業基地的龍頭省份,盡管經過改革開放30年的發展取得了一定的成績,但區域發展不平衡的問題仍然顯著,尤其是工業生態效率方面的地區差異明顯。為了更加系統地闡明遼寧省的區域差異,研究中我們將遼寧省分為遼東、遼中南、遼西北三大地區：遼東包括撫順、本溪和丹東;遼中南包括有沈陽、大連、鞍山、營口、遼陽和盤錦;遼西北包括錦州、阜新、鐵嶺、朝陽、葫蘆島。準確描述和衡量遼寧省內工業生態效率的區域差距,探討是否存在σ收斂、β收斂是本文必須要解決的兩個問題。

σ收斂是指不同的地區之間工業生態效率的離差隨著時間的推移而下降。通過式(7)計算每年的工業生態效率值的對數標準差,遼寧省總體工業生態效率對數標準差在2000—2014年間呈現出漸進式下降的趨勢,從2000年的σ=0.009527下降到了2014年的0.006124,即遼寧省總體上存在σ收斂。對3個區域的研究發現,遼中南地區2000—2014年整體表現為σ收斂態勢,工業生態效率的對數標準差由2000年的0.00623縮小到2014年的0.005854,總體上呈現出緩步下降趨勢;遼西北地區的工業生態效率值盡管在2000—2014年間呈現出上下波動,但總體上表現出σ發散趨勢,工業生態效率的對數標準差由2000年的0.001956緩增加到2014年的0.00256;而遼東地區在2000—2014年的工業生態效率對數標準差變化則呈現出“U”型。其中2000—2008年呈現出σ發散趨勢,2009—2014年呈現出σ收斂趨勢,總體上工業生態效率值的對數標準差是減小的。

絕對β收斂是指隨著時間的推移,一個區域內所有地區的工業能源生態效率具有相同的趨勢,利用式(8)作為收斂回歸方程。在通過顯著性檢驗的情況下,結果表明遼寧省各市的工業能源生態效率差異總體上在逐漸縮小,但收斂速度較為緩慢,為0.0538。遼中南地區以及遼東地區的工業生態效率通過絕對β收斂,趨同速度均高于全省平均水平,分別達到0.302、0.1925；而遼西北地區的β系數顯著大于0,說明2000—2014年隨著時間的發展,遼西北5市之間的工業能源生態效率逐漸拉開了距離,呈現出發散趨勢。

條件β收斂表示各個單元向著自己的效率穩態趨同,彼此穩態之間不同,盡管長期發展,但工業生態效率水平高低的相對性依然存在。在絕對β收斂中,影響工業生態效率收斂情況的變量僅為工業能源生態效率的初始水平,但實際上取決于產業結構、技術創新等其他因素,將這些影響因素加入絕對β收斂模型之中,即為條件β收斂模型,則收斂方程為式(9)。

基于科學性、可操作性和客觀性等原則,本文選取產業結構、對外開放程度、科技創新投入分別驗證處于不同的條件之下的條件β收斂性狀況,其中產業結構用第三產業增加值GDP占比來表示,外貿依存度則表征對外開放程度。根據似然比檢驗,本文選擇恰當的模型進行回歸,發現遼西北地區在科技創新投入的作用下,回歸方程系數不能通過顯著性檢驗。

遼寧全省、遼東地區、遼中南地區在產業結構、對外開放程度、科技創新投入的作用下和遼西北地區在產業結構、對外開放程度的作用下,均滿足了β收斂特征。由此可判斷遼寧省各市的工業能源生態效率收斂于各自相同的穩態水平?；貧w方程中Xi,0的系數ψ決定了變量對工業生態效率的方向,效率穩態通過工業生態效率趨勢判斷,若是存在收斂,則收斂方向即為發展趨勢。

表3 遼寧省工業生態效率β收斂性的影響因素

根據表3可知,遼寧省工業生態效率總體上呈上升態勢,由低水平效率向高水平效率收斂,產業結構、對外開放程度和科技創新投入全部促進效率值的提升,因此全部促進向穩態水平趨同;遼東地區同樣是高穩態水平,對外開放程度、科技創新投入促進收斂,而產業結構對收斂有消極作用;遼中南地區的收斂方向為效率值由低至高,以及產業結構、對外開放程度?？萍紕撔峦度虢詾檎虼龠M作用;遼西北收斂方向是由高效率值至低效率值,科技創新投入回歸系數不顯著,產業結構對效率值起消極作用,與穩態方向一致,而對外開放程度促進效率值的提升,與穩態方向相反。

4 結論與討論

4.1 結論

本文以遼寧省為例,綜合運用熵值法、工業生態效率綜合評價模型,計算出遼寧省14個地級市的工業生態效率值。對綜合評價指數進行對比研究,利用ArcGIS軟件對其進行空間可視化處理,觀察工業生態效率值在全省的空間布局和時間序列演化,最終得出以下結論:遼寧省的工業生態效率值總體上較高,地區效率值多以中、高效率值為主,在2000—2014年遼寧省的整體水平呈現出顯著提升;空間格局上則主要表現出“中心—外圍”結構,沈陽、大連作為遼寧省的“雙核”城市，輻射全省的城市發展,對工業生能源態效率的提高起到促進和帶動作用。

4.2 討論

整體來看,盡管全省總體的能源生態效率呈現出上升態勢且省內各個區域的差異正在縮小,但全省工業生態效率值不均衡性仍較大，因此對各區域的改進提出以下建議:①遼西北地區最迫切的任務是有效控制工業生態效率的下跌趨勢。通過條件β收斂發現,遼西北地區第三產業比重促進穩態發展,卻阻礙了工業生態效率的有效提升。一般而言,第三產業能耗低,發展第三產業有利于能源效率的提升,直接促進工業生態效率的發展,但條件β收斂的結論卻與這一結論相悖。這種狀況，恰恰反映出遼西北地區第二產業比重過于龐大,第三產業發展滯后,多年的粗放型經濟增長并未得到根本性的改變。為了從根本上解決工業生態效率低下問題,遼西北地區必須發展新型工業與現代服務業,從節約能源、提高生產率和保護生態環境等多方面入手。②遼東地區在保持穩態水平的基礎上要繼續實現工業生態效率水平的穩步提升，加大資金投入研發力度,推廣環保技術,提升工業生產率,加強環保監管使環保倒逼產業升級與新型工業化的發展，提升自身的開放水平,引進技術與設備,促進工業效率的提升。③遼東地區的工業生態效率在全省處于領先水平,沈陽、大連作為遼寧省經濟的增長極和技術創新的核心城市,先進技術的擴散直接導致遼東地區在工業生態效率上優于省內其他區域。今后遼東北地區應當繼續推動產業結構改革,持續優化產業結構、大力推進產業升級,提升自身開放水平,與世界先進企業合作交流,發展科技含量高、資源消耗低、環境污染少的新型工業,在做好做強新服務領域下、新服務模式下的現代服務業。

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