基于網絡DEA 模型的三大經濟圈海洋復合系統效率研究

吳婉嫻

（黎明職業大學，福建 泉州 362000）

隨著社會經濟快速發展，對海洋資源的開發與利用也越來越多，并且開發進程也不斷加快。海洋具有獨特的自然屬性、社會屬性以及經濟屬性，海洋經濟在我國“十二五”規劃中已經被提升到國家戰略的地位，而其對人類居住環境、國家安全與文化風俗形成的影響重要性也是毋庸置疑的。但近年來不合理的海洋開發利用造成海洋經濟與生態環境保護的矛盾沖突加劇，社會經濟發展與生態承載力平衡被打破使得經濟發展的速度放緩。在國際貿易環境日益惡化，疫情影響下，國內國際雙循環的新發展格局下，如何打破資源環境的瓶頸制約，探索轉型發展的新途徑？因此，我國海洋經濟的發展與海洋生態的保護必須同步進行，海洋的開發利用必須要全面考慮經濟、社會和生態三者的關系，從而實現海洋復合系統效率的最大化。長三角經濟圈、珠三角經濟圈和環渤海經濟圈是國內區域經濟發展最好的區域，其海洋復合系統最為完整，也最具代表性，故本文選取這三個地區作為研究對象，探討當前國內海洋復合系統效率的現狀，為海洋區域的可持續發展提出建議。

一、文獻綜述

當前國內外學者對海洋系統進行深入研究，通過隨機前沿分析法［1-2］、DEA 等各種方法進行測度［3-4］。趙林等（2016）基于SBM-Malmquist 模型分析中國海洋經濟效率的動態演變規律［5］；Wang 等（2019）通過不同海洋資源的屬性探究海洋資源利用產生效率差異的因素［6］；Ren 等（2018）在測算海洋經濟綠色效率的同時，將環境因素引入到模型中［7］。趙良仕等（2021）采用SBM 模型測算海洋經濟韌性和效率之間關聯［8］。此外不少學者通過不同維度構建各類海洋系統的評價指標體系。高強等（2013）基于AHP 理論方法圍繞經濟、社會和生態這三個維度構建了綜合發展評價指標體系［9］；狄乾斌等［10］與孫劍峰等［11］分別從五個層面構建了海洋生態文明的綜合評價指標體系；高升等從脅迫性等4 個角度闡述了海洋經濟系統的脆弱性［12］。

海洋復合系統方面的研究也取得較大突破。蓋美等（2018）對海洋環境與經濟系統承載力之間的協同水平進行測量［13］，李國柱等（2018）則對我國沿海海洋經濟與資源環境的耦合度與協調度進行分析［14］。張曉等（2018）則基于耦合協調度模型證明了海洋環境與經濟之間存在耦合協調關系［15］；王舉穎等（2021）運用復合系統協同度模型，對海洋生態文明系統和海洋科技創新系統進行有序度及協同度分析，并對兩系統未來演變趨勢進行預測［16］。

通過文獻梳理發現大多數學者對海洋系統更多側重于生態系統與經濟系統的研究，而較少關注海洋復合系統的探究。此外，現有海洋復合系統的研究更多以構建指標體系為主，并沒有通過數量模型來刻畫海洋復合系統的效率問題。考慮現有研究存在不足，選取三大經濟圈作為本文的研究區域，運用網絡DEA 模型從海洋生態、經濟、社會三個子系統進行深入的微觀研究，探析其系統效率發展的時空演變規律。

二、研究方法

（一）研究區域

本研究選擇長三角經濟圈、珠三角經濟圈和環渤海經濟圈這三個海洋區域發展較發達經濟圈作為研究區域。通過統計年鑒、海洋數據公報等方式得到2006-2020 年這15 年間三大經濟圈的海洋生產經濟情況，如表1 所示。

表1 三大經濟圈的海洋生產總值

隨著經濟的快速發展，三大經濟圈沿海地區的人口密度也逐年增加，社會教育文化發展也快速發展。與此同時，沿海水域的海洋環境污染正在成為日益嚴重的問題，這給海洋經濟可持續發展提出了新的挑戰。

（二）海洋復合系統構成

在海洋復合系統中，生態系統內包含海洋資源、海洋環境等，可以為海洋社會系統、經濟系統提供資源支撐、環境清潔等功能；經濟系統是生產力和生產關系的協同，實現資源的開發與利用；社會系統是人類在與海洋相處過程中產生的具有海洋特性的思想觀念、道德精神、文化藝術等，是人類精神文明的依托。海洋復合系統之間各子系統構成及運作原理如圖1 所示。

圖1 海洋復合系統各子系統構成及運作原理式

（三）模型構建

在復合海洋系統模型中，各子系統會相互產生影響，即當子系統從其他兩個子系統獲得生產要素時，也為其他兩個子系統提供生產要素。在這種復合海洋系統模式中，生產要素有六個單向生產鏈，或三個生產要素的雙向鏈。生產要素包括勞動力，資本等。本文研究的時間以2006-2020 年這15 年作為時間跨度。

1.指數

由于本文研究所涉及決策數量單位較多，數據包絡分析（DEA）方法具有局限性，因此本文設定各子系統的模型只有一個輸入變量和產出變量。

其中從社會子系統向經濟子系統的投入包括從事海洋經濟的勞動力，向生態子系統的勞動投入是從事環境保護的勞動力；經濟子系統向生態子系統的投入主要體現為環境保護投資金額，向社會子系統的投入主要為社會福利、教育等投入；生態子系統向經濟子系統的投入體現在資源供給，向社會子系統的投入為社會生活環境的舒適度等，主要通過社會大眾、專業機構的調查評定衡量。

為將各子系統之間無法量化的投入要素進行數量化，本文采用人類發展指數（HDI）標準，從而反映各子系統投入與產出之間的關聯，HDI 的計算公式如下：

在該公式中，區域j 的HDI 等于該區域的平均值i（i=1，2，3），這代表了預期壽命，知識水平和生活質量變量。Xij是i 區域中j 的實際測量值表示i 變量的閾值的上限和下限。其中，預期壽命為2010年第六次人口普查數據和2020 年第七次人口普查數據計算的平均年值。知識水平根據高中入學水平（1/3的權重）。以人均國內生產總值的對數估計生活水平。按照UNDP（2020 年）的標準［17］的數據計算每個指數閾值的上限和下限。生態子系統不包括勞動力，可以作為其他兩個子系統的輸入。鑒于當前無法準確估計海洋海域的土地投資，本研究利用海洋生態資本投入作為生態系統對其他子系統的輸入。

2.網絡DEA 模型

本文中定義經濟效益為效率，經濟發展作為產出；社會效益定義為效率，社會進步作為產出；生態效益定義為效率，生態水平提高作為產出。基于系統理論，將經濟、社會和生態子系統作為復雜海洋系統的一部分，并根據每個子系統的相互作用構建復合海洋系統的環形理論概念模型，如圖2 所示。為了便于計算，本文將環狀結構拆分為3 個部分研究即（1）以生態效率主導的經濟-社會-生態效率和社會-經濟-生態效率，（2）以社會效率為主導的經濟-生態-社會效率和生態-經濟-社會效率，（3）以經濟效率為主導的生態-社會-經濟效率和社會-生態-經濟效率。

圖2 海洋復合環狀系統概念模型

運用網絡DEA 方法對復雜海洋系統各鏈模型的效率進行計算，具體如圖3、圖4、圖5 所示。模型中有L（L=1，2）個子進程，S1，S2和S3代表三個子系統。X(s)ij和Y(s)ri分別代表S 子系統的投入和產出，Z(s)ik表示中間投入或產出（第一階段的產出和下一個投資）。具體如圖6 所示。

圖3 海洋生態效率

圖4 海洋社會效率

圖5 海洋經濟效率

圖6 網絡DEA 流程圖

本文中，αs，βs和γs分別代表投入，產出和中間投入或產出的乘數，Ms表示子元素的權重值：

海洋復合系統的效率可用以下公式表示：

網絡DEA 模型具體表示如下：

當計算結果效率值大于0.8 時，則該區域系統被認為是相對有效的，效率值在0.4 至0.8 之間被認為是相對低效的，小于0.4 的區域系統被認為是無效的。

四、實證分析

本文運用MaxDEA 軟件計算公式（3）到公式（5）。由于研究的三個子系統在海洋復合系統中結構相似，故選擇非徑向SBM-DEA 模型。為更好地比較相對單位的效率，本文采用超效率DEA 模型，得到相應的結論，并進行數據分析。

（一）經濟效率

社會子系統和生態子系統的各自主導下的投入對經濟子系統效率影響如圖7-9 所示。

圖7 2006-2020 年長三角經濟圈社會-生態-經濟效率和生態-社會-經濟效率

圖8 2006-2020 年珠三角經濟圈社會-生態-經濟效率和生態-社會-經濟效率

圖9 2006-2020 年環渤海經濟圈社會-生態-經濟效率和生態-社會-經濟效率

其結論討論如下：

1.由社會子系統主導投入的社會-生態-經濟效率的海洋經濟效率趨勢走向圖可知：三大經濟圈的效率值整體呈上升趨勢。在時間維度看2015 年前三大經濟圈的效率值均保持平穩上升，2015 年后上升幅度明顯加快。其中長三角和環渤海經濟圈上升幅度最為明顯，珠三角經濟圈上升速度相對較慢。從空間維度來看長三角經濟圈效率值從原先的低于0.4 的相對無效慢慢發展到0.4-0.8 的相對低效，到2020 年迅速提升到接近效率值1 的相對有效狀況。而珠三角效率值一直較低，2015 年以前效率值一直處于相對無效的狀態，2015 年之后維持在0.5 左右的效率值，是相對低效的。環渤海經濟圈的起點比較高，一直處于效率值0.6 以上，是由相對低效慢慢發展為相對有效的。

至于各個階段的效率，三大經濟圈的效率值在第一階段呈現上升趨勢，其基本走勢與總效率值相似。但是第二階段的趨勢具有較大的不同，三個經濟圈基本都是處于下降趨勢，由于第二階段高效率值大于第一階段，而整體效率值是兩階段的平均值，最終三條線段維持在一定的點上。

2.由生態子系統主導投入的生態-社會-經濟效率的海洋經濟效率發展趨勢圖可看出：從時間維度上看，珠三角和環渤海經濟圈的整體效率都保持相對穩定的狀態，波動非常小，長三角經濟圈處于波動上升狀況。從空間維度看，珠三角和環渤海經濟圈效率值均低于0.4，處于相對無效狀態，而長三角經濟圈在2015 年以前的效率值在0.4 以下（除了2010-2011 年高于0.4 外），2015 年后效率值上升到0.5 左右，達到相對低效狀態。三大經濟圈的第一、第二階段的效率值走勢基本一致，且第一階段是相對有效或相對低效，第二階段是相對無效。

（二）社會效率

經濟子系統和生態子系統的各自主導下的投入對社會子系統效率影響如圖10-12 所示。其結論討論如下：

圖10 2006-2020 年長三角經濟圈經濟-生態-社會效率和生態-經濟-社會效率

1.由經濟子系統主導投入的經濟-生態-社會效率的海洋社會效率趨勢走向圖可知：三大經濟圈的效率值的發展趨勢各不相同，在時間維度上看，長三角經濟圈的總效率值呈現波動上升趨勢。珠三角經濟圈的效率值波動非常大，最高能達到1.2，最低降至0.7 左右。環渤海地區的效率值基本維持在比較穩定的區域，在0.5 的效率值處上下微弱波動。從空間維度上看，長三角經濟圈的效率值在2010 年以前是低于0.8 的相對低效狀態，2013 年逐漸到達相對有效階段。珠三角經濟圈的效率值波動很大，2006-2010 年和2013-2017 年是下降趨勢，2010-2013 年和2017-2020 年都是上升狀態，但是無論上升還是下降，其效率值始終是低于0.8，故其是相對有效的。至于各個階段效率，長三角地區第一階段是上升趨勢而第二階段是處于下降趨勢。珠三角地區的第一階段與其總效率值的走勢相同，而第二階段正好相反。環渤海地區第一階段波動很小，而第二階段波動較大。三大經濟圈的第二階段效率值始終是同期最高的，而第一階段的效率值為同期最低。

2.由生態子系統主導投入的生態-經濟-社會效率的海洋社會效率發展趨勢圖可知：從時間維度上看，三大經濟圈整體效率都保持在相對穩定的狀態，波動非常小，長三角經濟圈處于微弱的波動上升狀況。從空間維度看，珠三角和環渤海經濟圈效率值均低于0.4，處于相對無效狀態，而長三角經濟圈在2011 年和2017 年后效率值高于0.4，達到相對低效狀態，其他時間均為相對無效。三大經濟圈的第一、第二階段的效率值走勢基本相同，且第一階段是相對有效或相對低效，第二階段是相對無效。

圖11 2006-2020 年珠三角經濟圈經濟-生態-社會效率和生態-經濟-社會效率

圖12 2006-2020 年環渤海經濟圈經濟-生態-社會效率和生態-經濟-社會效率

（三）生態效率

經濟子系統和社會子系統各自主導下的投入對生態子系統效率影響如圖13-15 所示。其結論討論如下：

圖13 2006-2020 年長三角經濟圈經濟-社會-生態效率和社會-經濟-生態效率

1.由經濟子系統主導投入的經濟-社會-生態效率的海洋生態效率趨勢走向圖可知：從時間維度看，長三角經濟圈總效率值呈現下降趨勢。珠三角經濟圈效率值在1 的效率值上下水平波動。環渤海經濟圈效率值基本維持在0.6 的效率值處。從空間維度看，長三角經濟圈效率值在2017 年以前是高于0.8，即為相對有效狀態，2017 年后是處于相對低效狀態。珠三角經濟圈效率值均大于0.8，故其屬于相對有效。環渤海經濟圈是處于相對低效狀態。各階段效率值走向與總效率值相似。

2.由社會子系統主導投入的社會-經濟-生態效率的海洋生態效率發展趨勢圖可知：從時間維度看，三大經濟圈整體效率都保持低速上升狀態；從空間維度看，珠三角經濟圈效率值低于0.4，處于相對無效狀態，而長三角經濟圈從相對無效狀態慢慢提升到相對有效狀態。環渤海經濟圈則是一直是相對低效和相對有效狀態。

圖14 2006-2020 年珠三角經濟圈經濟-社會-生態效率和社會-經濟-生態效率

圖15 2006-2020 年環渤海經濟圈經濟-社會-生態效率和社會-經濟-生態效率

（四）第二階段檢驗

本文通過控制第三個變量來檢驗線性影響下兩個變量之間的部分線性相關性。為判斷第一階段與總體效率之間的投入的相關性，本文將第二階段效率設置為控制變量，總效率和第一階段效率作為因變量。為判斷第二階段效率與總體效率之間的投入相關性，本文將第一階段效率作為控制變量，總效率和二階段效率作為因變量。最終檢驗結果如表2所示。

從表2 結果可看出，第一階段和總效率的相關系數小于0.5 的比例較低，第一階段和整體效率的相關性顯著增強，第一階段效率的結果能準確地反映總體效率。三組總體效率和第一階段效率相關系數基本大于0.5，第一階段與總效率的相關性很高。因此，從圖7-15 看，無論效率值的變化趨勢或效率值大小如何，第一階段效率與第二階段效率有較強的相關性。

表2 部分相關性檢驗結果

五、結論和建議

（一）結論

本文將海洋復合系統的環形結構分解為鏈式結構，并運用網絡DEA 模型對2006-2020 年間國內三大經濟圈的海洋復合系統鏈結構的進行實證分析，從整體來看，三大經濟圈不同鏈式結構的趨勢都不一樣，有的鏈條呈上升趨勢，有的鏈條維持穩定，有的鏈條則呈現下降趨勢，具體結論如下：

1.從經濟效率角度看，社會-生態-經濟效率與第一階段的效率非常接近，可以從第一階段開始提高經濟效率，繼續增加環保投資，確保良好的海洋生態環境能夠提供更多有形和無形的價值。

2.從社會效率角度看，經濟-生態-社會與生態-經濟-社會兩者系統效率均與第一階段吻合，因此，可以通過加強社會子系統同經濟、生態子系統的關聯，突出兩者的投入產出，進而實現社會效率的提升。

3.從生態效率角度看，社會-經濟-生態海洋符合系統效率在兩個階段波動都比較大，因此在兩階段據需要加強投入，實現整體效率的提升。

（二）建議

根據以上分析可知，目前國內三大經濟圈的海洋復合系統的整體效率還很低，故提出相應建議：

一是推動海洋經濟產業轉型升級。提升海洋鏈的長度，獲取更多增值價值。在“一帶一路”倡議、長三角一體化和國內國際雙循環的政策推動下，三大經濟圈協同聯動發展，不斷整合區域的海洋資源，推進產業布局合理，區域優勢互補、產業集群效益明顯，搭建以海洋產業為主體的各類平臺進行海洋產業的推廣、共享與合作，加大海洋科技研發力度，研發各類高端海洋系列產品，促使高新科技發明的產生，提升海洋經濟發展的內生動力。

二是不斷加大海洋生態環境保護力度。三大經濟圈的人口不斷聚集，經濟體量不斷增大，因此對海洋生態的壓力越來越大。第一，源頭上遏制損害海洋生態的行為產生，實行生產制造過程全面質量管理，通過海洋生物技術、化學技術、人工智能和信息技術等打造綠色海洋生態發展體系。對已經出現的生態污染，則通過綜合治理手段對環境污染進行治理和修復。第二，不斷完善保護海洋生態方面的法律法規政策，建立相應的組織推動海洋生態保護措施的有效開展，并培養掌握相應的法律、政策、制度的人才成為具體執行人員。第三，推動海洋生態經濟的發展，將生態建設，助推海洋生物醫藥、海洋新能源等綠色生態的運用。

三是在社會管理層面，通過相關組織與機構，宣傳海洋的法律法規與政策，完善海洋保護的相關加強海洋保護的宣傳和教育，不斷提高民眾海洋保護意識。同時在國家權力部門的引導和支持下，構建和諧海洋關系，推進海洋社會管理體系的發展，解決海洋社會中發展變化中的新問題。做好海洋經濟發展、社會管理以及生態保護多層次人才培養梯隊的建設，通過各種措施提升海洋生態、經濟以及社會各個系統的效率，進而達到海洋區域開發的可持續發展。