中國省域城市代謝效率演化及影響因素分析*

羅嘯瀟 王 婷# 廖 斌 付江月

(1.貴州大學管理學院，貴州 貴陽 550025；2.湖南大學經濟與貿易學院，湖南 長沙410079)

城市是科技創新、社會發展和經濟增長的重要驅動力。全球城市每年消耗約60%的能源，人為排放的溫室氣體約占全球總排放量的70%[1]。隨著城市化進程的加深，過度擁擠、能源消耗過多、自然資源不足和環境退化等問題日益凸顯，如何進行可持續發展成為構建人類命運共同體的關鍵問題。WOLMAN[2]最早提出了城市代謝的概念，城市代謝反映了物質和能源在城市中輸入輸出的過程，要想實現可持續發展，關鍵在于把握經濟—社會—自然子系統之間的平衡關系。

國內外學者對城市代謝的研究方法和影響因素展開了討論。研究方法上，劉耕源等[3]從熱力學的視角出發改進了能值分析法；HUANG等[4]結合系統動力學模型和能值分析法評估了中國京津冀集聚地區的城市代謝狀態；PERROTTI等[5]、WANG等[6]將改進的物質流分析法整合到城市代謝模型中；陳雪婷等[7]、宋濤等[8]運用數據包絡分析法(DEA)對我國31個城市代謝效率進行了綜合評價；WU等[9]、RAVALDE等[10]結合火用分析法和生態網絡分析法考慮了城市代謝過程中的指標流量。關于影響城市代謝的因素，LYONS等[11]認為，土地、交通和通訊會對城市代謝產生影響；LEI等[12]的研究表明，城市結構、政府法規等影響了澳門的城市代謝；CAO等[13]將第二產業比重、政府管制和對外開放水平等作為城市代謝的影響因素；宋濤等[14]研究發現，第三產業比重和城市人口比重對城市代謝效率有正向影響作用，而建設用地比重的影響為負；GONZALEZ GARCIA等[15]研究了氣候和購買力差異對西班牙城市代謝效率的影響。

目前文獻研究的不足之處在于：(1)對廢棄物指標處理存在一定缺陷；(2)考慮影響因素時沒有針對不同地區資源稟賦進行分析；(3)忽略了空間相關性；(4)缺乏城市代謝情況的發展預測。本研究以我國30個省域(暫不包括臺灣、香港、澳門、西藏)為研究對象，先運用DEA中非期望產出的SBM模型計算各省域城市代謝效率，再通過莫蘭(Moran’s I)指數和β收斂檢驗探究時空演化規律，然后利用Tobit模型分地區研究省域城市代謝效率的影響因素，最后根據研究結論針對性地提出對策建議，以期為今后研究城市代謝提供理論支撐和研究方法借鑒。

1 研究方法與指標選取

1.1 非期望產出的SBM模型

相比于傳統徑向DEA模型，非期望產出的SBM模型在計算城市代謝效率時加入了松弛變量的影響，從而克服了傳統徑向模型中城市代謝效率計算不準確的問題。此外，還將非期望產出納入模型中，在考慮生產過程中帶來的經濟收益的同時還評估了污染物對環境的影響，使模型更符合理論假設。

1.2 β收斂檢驗

絕對β收斂是指隨著時間的推移所有區域城市代謝效率的增長速度和水平都會朝著同一程度發展。絕對β收斂的判斷公式見式(1)，如果β<0，則說明區域測量數值有收斂傾向，反之則為發散。

ln(Ei,T+1/Ei,1)/T=α+βlnEi,1+μi

(1)

式中：Ei,1、Ei,T+1分別為期初、期末的城市代謝效率；T為測量時間長度，年；α為常數；β為收斂系數；μi為誤差項。

條件β收斂是指一個區域的測量指標隨著時間的發展最終會趨向于自身穩態水平，以時空固定效應模型進行估計，計算公式如下：

ln(Ei,t+1/Ei,t)=α+βlnEi,t+μi

(2)

式中：Ei，t、Ei，t+1分別為當期、后一期的城市代謝效率；t為觀測時期。

1.3 城市代謝效率指標體系

在城市代謝的過程中，資源的投入不僅增加了國民經濟和社會福利的產出，同時也給生態環境帶來了負面影響。參考文獻[16]至文獻[19]，并結合實際情況進行定性分析，建立的城市代謝效率評價研究指標體系見表1。

表1 城市代謝效率評價指標體系

1.4 城市代謝效率影響因素模型

基于可持續發展的角度，選取的影響因素回歸模型指標見表2。

表2 城市代謝效率影響因素指標體系

由于城市代謝效率的取值為0～1，屬受限因變量，為避免采用最小二乘法可能產生的估計結果偏差問題，以Tobit模型進行回歸分析，具體模型如下：

eff=α+β1sec+β2gov+β3pol+β4edu+β5out+β6eco+μi

(3)

式中：β1～β6為參數。

所有數據均來源于2003—2019年中國統計年鑒、中國環境統計年鑒、中國能源統計年鑒、中國人口和就業統計年鑒，為消除價格指數的影響以2002年為基期進行指數平減。

2 實證分析

2.1 城市代謝效率

2002—2018年各省域城市代謝效率見表3。北京和陜西的城市代謝效率每年都達到了DEA有效水平，究其原因，北京和陜西的高等學校數量位居前列，因而在校學生人數也較多，高等教育得到了長足發展；北京和陜西的資源消耗量少，體現了其在節能環保方面的明顯優勢，同時減排措施取得了相當可觀的成果。處于前列的大都是東部地區的省域，處于末端的以西部地區的省域居多。總體上，東部地區城市代謝效率均值先下降后上升，中、西部地區城市代謝效率曲折上升，且西部地區高效率省域有所增加，表明中、西部地區對東部地區逐漸實現了“追趕效應”。總的來說，全國城市代謝效率差異有所減小，但仍然呈現兩極分化的特征，均值呈“U”型變化。

表3 2002—2018年各省域城市代謝效率1)

2.2 時空動態演化分析

采用0～1空間矩陣計算我國城市代謝效率的全局Moran’s I指數，結果見圖1。2002—2014、2018年全局Moran’s I指數為正，且除2005、2018年外至少在10%的水平上顯著，說明我國城市代謝效率長時期內呈顯著空間正相關，本省的城市代謝效率同時會影響到周圍省域；2015—2017年全局Moran’s I指數為負且未通過顯著性檢驗。整體來看，2004—2005、2014—2016年全局Moran’s I指數出現了兩次大幅度下跌，表明我國城市代謝效率的相關性逐漸減弱，總體有向空間負相關特征發展的趨勢。

圖1 我國城市代謝效率全局Moran’s I指數

2002—2008、2012、2013年，低-低(L-L)集聚型省域占多數，說明早期我國城市代謝效率呈現低水平同質化集聚狀態；從整體變化情況分析，L-L集聚型省域數量降低，高-高(H-H)集聚型省域數量先下降后上升，低-高(L-H)、高-低(H-L)集聚型省域數量略有增多；2018年各類型省域數量為L-H>H-H、L-L>H-L，空間非均衡關聯集聚程度增加。具體見圖2。

圖2 我國城市代謝效率演化特征

絕對β收斂檢驗結果見表4。全國的β在5%的水平上顯著為負，表明全國城市代謝效率增長速度和增長水平最終將趨向于完全相同的穩態，即城市代謝效率落后的省域通過社會發展和節能減排等一系列方式對城市代謝效率領先的省域進行后發趕超，初期城市代謝效率較低的省域有更快的提升速度。東、中、西部地區的β不顯著，說明各地區內的收斂情況不明顯。

表4 絕對β收斂檢驗結果1)

條件β收斂檢驗結果見表5。全國、東部地區和中部地區的β均在1%的水平上顯著為負，西部地區的β在10%的水平上顯著為負，說明各省域城市代謝效率的發展將趨向于自身的穩態水平，同時也意味著省域間城市代謝效率的差異將持續存在。

表5 條件β收斂檢驗結果

2.3 影響因素分析

分地區Tobit模型結果見表6，經檢驗不存在單位根的情況。各地區常數、edu和eco的回歸系數正負性相同，其余變量回歸系數正負性均有一定差異，表明各地區的發展情況不同，應根據不同地區的特點分類討論。

表6 模型Tobit模型結果

第二產業比重的回歸系數在所有地區均通過了1%的顯著性水平檢驗，全國與東部地區的回歸系數為負，中、西部地區的回歸系數為正。東部地區工業發展較完善，繼續增加第二產業比重對提高社會發展的邊際收益逐漸減小，而對環境污染的程度加深。中、西部地區多數省域處于工業化快速發展時期，第二產業對經濟增長仍具有較強推動力。從全國整體角度來看，第二產業比重的增加會降低全國城市代謝效率，說明第二產業比重的增加對環境造成的污染程度大于對社會發展的推動作用，一定程度上契合國家支持和鼓勵發展第三產業，加快產業結構調整的政策。

政府干預的回歸系數在全國、東部地區和西部地區通過了1%的顯著性水平檢驗，均為負；在中部地區通過了10%的顯著性水平檢驗，為正。東、西部地區的正負性相同但原因不同，東部地區擁有完善的市場機制，在調節社會資源和國民經濟發展方面起帶頭作用，政府干預過多會破壞原有資源配置結構，遏制經濟增長和社會發展。西部地區則是由于經濟發展落后，基礎設施不完善，勞動力供需失衡等使得財政經費的支出在短時間內難以獲得同等水平的實質性成果。中部地區處于中間地帶，政府干預對其城市代謝效率起正向作用，但顯著性水平略有降低。由此可見，政府干預不利于全國城市代謝水平的增長。

污染治理的回歸系數在東部地區通過了1%的顯著性水平檢驗，為正；在全國、中部地區和西部地區通過了5%的顯著性水平檢驗，均為負。東部地區工業規模發達，污染物排放量較多，因此政府也更注重環境治理，投入了大量資金改善資源利用率和環境問題，充分發揮了規模效應的作用。加之東部地區科學技術較先進，治理效果更顯著，從而增加污染治理投資對社會發展和經濟增長具有更強的拉動作用。中、西部地區由于技術落后、污染治理投資不足等問題導致污染治理投資的增加不僅沒能較好解決當地存在的環境問題，反而增加了環境治理的開支。從全國看，污染治理比例的增加對城市代謝效率起負向作用，因為在污染治理的過程中，污染物已排放，對生態和社會環境造成了破壞，同時還需要額外的資金進行污染物的清潔凈化，這種先污染后治理的方法不利于城市代謝效率的提升。

教育水平的回歸系數在全國、中部地區和西部地區通過了1%的顯著性水平檢驗，在東部地區通過了5%的顯著性水平檢驗，均為正，表明一個地區的居民受教育水平越高，城市代謝效率也越高。其原因有二：(1)高學歷人群的基本收入普遍高于低學歷人群，我國大專及以上學歷人口占全國總人口比例不到10%，與發達國家有較大的差距，碩博士比例更低，這些高素質人才是優化我國勞動力結構的重要推動力，其工資數額普遍高于一般水平；(2)受教育程度越高，其受到的環保意識教育越多，更注重環境保護，如在選擇出行方式上選擇公共交通或步行，在能源問題上有意識地節水節電等，這些舉措均有利于城市代謝水平的提高。

對外開放的回歸系數在全國和中部地區通過了1%的顯著性水平檢驗，為正；在東部地區通過了10%的顯著性水平檢驗，為正；在西部地區未通過顯著性檢驗，為負。對外開放對城市代謝效率有正向影響，這是因為發達國家擁有更先進的科學技術和環保理念，在污染物的排放和治理方面更見成效。同時，外資的進入會為當地帶來更多的就業機會，提升當地的工資水平，帶動地區GDP的增長。對于西部地區來說，由于對外開放的水平較低，外商投資尚未形成規模效應，對城市代謝的影響并不顯著。

經濟發展的回歸系數在全國、中部地區和西部地區通過了1%的顯著性水平檢驗，在東部地區不顯著，均為負。經濟發展對城市代謝效率的影響為負，按照目前我國的情況來看，經濟發展水平越高，環境污染物的排放也越多。對東部地區而言，由于技術創新和資源配置等差異的存在，經濟發展所帶來的社會福利增長較其他地區更多，與環境污染所帶來的負面效應相抵消后對城市代謝效率的抑制作用并不顯著，而中部地區和西部地區在較長一段時間內以粗放型經濟增長方式追趕經濟發展，并且隨著東部地區的重工業產業向中、西部地區轉移，這種情況在短時期內難以得到有效緩解。從全國來看，經濟發展對城市代謝效率有負向影響，這也從側面反映我國在社會發展的過程中對環境造成了一定程度的破壞，人們的環保意識亟待提高。

3 結論與建議

運用非期望產出的SBM模型測算了我國省域2002—2018年的城市代謝效率，分地區討論了城市代謝效率的時空演化規律，并結合Tobit模型探究了城市代謝效率的影響因素，得出以下結論：(1)北京和陜西的城市代謝效率每年都達到了有效水平，東部地區城市代謝效率均值先下降后上升，中、西部地區城市代謝效率曲折上升。全國城市代謝效率差異有所減小，但仍然呈現兩極分化的特征。城市代謝效率的相關性逐漸減弱，總體有向空間負相關性特征發展的趨勢。(2)絕對β收斂檢驗的結果表明，全國城市代謝效率增長速度和水平最終將趨于完全相同的穩態，即城市代謝效率落后的省域實現追趕效應。條件β收斂檢驗的結果顯示，各地區城市代謝效率的發展將趨向于自身的穩態水平，也說明省域間城市代謝效率的差異將持續存在。(3)第二產業比重、政府干預、污染治理和經濟發展對全國城市代謝效率起顯著負向影響，教育水平和對外開放起顯著正向影響。

根據分析結果對提升我國城市代謝效率提出以下建議：(1)秉持“綠水青山就是金山銀山”的論斷，促進經濟與環境協調發展。東部地區需加快產業結構轉型升級，強化環境監管機制，摒棄“高能耗，高污染”產業，嚴格限制廢棄物排放。中西部地區在承接重工業轉移過程中要把控污染程度，在獲得經濟增長的同時要考慮生態環境的承受能力，充分發揮生態資源優勢，尋找社會發展與環境保護的平衡點。(2)借鑒與幫扶相結合，加強省域間互動。高效率省域充分利用地理鄰近優勢和空間溢出效應向周圍低效率省域提供定向支援，以技術和產業交流等形式帶動周圍省域共同發展。低效率省域借鑒高效率省域發展經驗，引進高新技術與高水平人才，激發城市代謝活力，力求實現后發趕超，實現各省域均衡發展。(3)減少政府干預行為，提高環境治理投資。各省域政府要加快轉變政府職能，從“政府干預”到“政府監管”，建立市場自由競爭與政府調控的雙軌運行機制。污染治理投資要實現規模效應，需要對環境污染問題進行具體分析，加大治理投資力度，合理配置資金比例，以盡量減少污染物排放對生態系統造成的影響。(4)發展教育事業，加強國內外交流。各級教學單位需提高辦學水平，擴大教學規模和招生人數，進一步提高受教育人數比例，同時增加環保教育的普及率，強化公民環保意識。對外交流方面，不僅要依靠自身優勢吸引外企投資，還要鼓勵學習國外先進技術和思想，并通過一系列政策吸引人才投身于本地區建設，避免人才外流。