黃河流域水、土、能資源綜合利用效率時空格局分析

摘 要：【目的】探究黃河流域水、土、能資源綜合利用效率的影響因素，深入了解黃河流域的資源綜合利用情況?！痉椒ā客ㄟ^收集整理統計年鑒相關數據，運用Malmquist全要素生產率指數，對黃河流域2011—2019年70個地級市水、土、能資源綜合利用效率變化進行分析。【結果】時間上，黃河流域水、土、能資源綜合利用效率的變化趨勢為先下降后上升，總體處于上升水平；空間上，黃河流域水、土、能資源綜合利用效率呈現出西部地區最高、東部次之、中部地區資源綜合利用效率最低；技術進步對資源綜合利用效率起著決定性作用?！窘Y論】為黃河流域水、土、能資源綜合利用效率的提高，落實黃河流域生態環境保護政策，實現黃河流域經濟社會的安全、穩定發展提供參考。

關鍵詞：黃河流域；Malmquist指數；水、土、能綜合利用效率

中圖分類號：TE09" " "文獻標志碼：A" " "文章編號：1003-5168（2024）10-0096-06

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.10.019

Spatial-temporal Pattern Analysis of Comprehensive Utilization Efficiency of Water， Soil and Energy Resources in the Yellow River Basin

YU Baobao GAO Dayong HAN Long

（North China University of Water Resources and Electric Power， Zhengzhou 450046， China）

Abstract：[Purposes] This paper aims to explore the influencing factors of the comprehensive utilization efficiency of water， soil and energy resources in the Yellow River Basin， and to understand the comprehensive utilization of local resources. [Methods] By collecting and sorting out the relevant data of the statistical yearbook， the Malmquist total factor productivity index was used to analyze the changes in the comprehensive utilization efficiency of water， soil and energy resources in 70 prefecture-level cities in the Yellow River Basin from 2011 to 2019. [Findings] In terms of time， the comprehensive utilization efficiency of water， soil and energy resources in the Yellow River Basin decreased first and then increased， and the overall level was on the rise. In terms of space， the comprehensive utilization efficiency of water， soil and energy resources in the Yellow River Basin in the western region is the highest and that in the eastern region is the second， and the comprehensive utilization efficiency of resources in the central region is the lowest. Technological progress plays a decisive role in the comprehensive utilization efficiency of resources. [Conclusions] This paper provides a reference for improving the comprehensive utilization efficiency of water， soil and energy resources in the Yellow River Basin， implementing the ecological environment protection policy in the Yellow River Basin， and realizing the safe and stable development of the economy and society in the Yellow River Basin.

Keywords： Yellow River Basin; Malmquist index; comprehensive utilization efficiency of water; soil and energy

0 引言

水、土、能等自然資源是人類生存和發展的基本資料，也是促進社會和諧穩定發展和經濟持續增長的關鍵因素［1］。現如今，我國的水、土、能資源面臨著巨大的風險與挑戰。我國水、土、能資源的問題表現為淡水資源總量少，水土空間分布不匹配，南方多、北方少［2］。隨著社會經濟發展，工業生產和人民日常生活的需水量日益增高，能源和土地作為生產、生活必不可少的資料，需求量也居高不下。但人們對自然資源的利用效率一直保持在較低水平，一些地區地下水資源遭到過度開采，自然資源被過度使用，水資源嚴重匱乏，部分地區存在水土流失現象，水土污染現象也愈發嚴重［3］。土地資源伴隨著城市的快速發展，使得耕地數量驟減。

新中國成立以來，黨和國家高度重視黃河流域的發展和保護，制定了一系列發展計劃，取得了一定的成效。黃河流域人民的生活水平得到提高，經濟和社會發展發生了很大改變。2019年9月18日，習近平在黃河流域生態保護和高質量發展座談會上的講話中指出，保護黃河是事關中華民族偉大復興的千秋大計［4］。要實現黃河流域可持續發展，提高水、土、能資源綜合利用效率，實現高質量發展的目標，不僅要對黃河流域如今的生態環境利用情況有一定的了解，還要了解影響黃河流域水、土、能資源綜合利用效率的內在因素［5］。充分了解黃河流域自然資源狀況，探究黃河流域水、土、能資源綜合利用效率的影響因素，深入了解當地的資源綜合利用情況，能夠為黃河流域水、土、能資源綜合利用效率的提高，落實黃河流域生態環境保護政策，實現黃河流域經濟社會的安全、穩定發展提供參考［6］。同時，也是對黃河流域環境保護政策的大力支持，有助于合理調配資源，提高水、土、能資源綜合利用效率，產業結構的合理優化，是貫徹落實高質量發展戰略目標的內在要求［7］。

1 研究方法

1.1 數據包絡分析

數據包絡分析（Data Envelopment Analysis，DEA）是由Charnes、Cooper和Rhodes在1978年共同創建的，是一種用于評價相對有效性的典型非參數評價方法［8］。DEA基于線性規劃模型，獲取最優決策單元，通過分析決策單元之間的偏離程度來對有效性進行評價。該方法不需要考慮投入指標與產出指標之間是否存在具體函數關系，也不需要對所選指標分析權重，可以避免因主觀因素而導致結果產生偏差。因此，本研究基于DEA的Malmquist指數法對2011—2019年黃河流域水、土、能資源綜合利用效率的變化進行分析。

DEA模型可以通過以下步驟構建。

s.t.[j=1mαjXj+S-i=μX0（i=1，2，…，n）j=1majYj+S-r=X0（r=1，2，…，n）j=1maj=1aj，S-，S+≥0，0≤μ≤1j=1，2，…，m] （1）

式中：[μ]為決策單元有效值；[aj]為決策單元權重系數；[Xj]和[Yj]分別為投入和產出變量；[S-]和[S+]分別為投入和產出的松弛變量。

1.2 Malmquist指數

Malmquist 指數是瑞典經濟學家 Malmquist在20世紀50年代提出，并應用到實際當中的，最初主要用于消費分析。后來人們在Malmquist的基礎理論上不斷進行豐富和完善，引入并擴展了Malmquist 指數名詞的概念和意義［9］。Malmquist 指數常常被用來表現所選擇決策單元在一定時間范圍內生產率的變化情況，并且可以按照其變化因素的不同，將其分為前沿面技術效率的變化（效率變動）和前沿面技術的變化（技術變動）兩個方面。如今，對于Malmquist 全要素生產效率指數（Tfpch）的結果評價分析主要體現在對技術效率變化（Effch）、技術進步（Techch）和規模效率變化（Sech）三方面。 Malmquist生產率指數在構建時可以忽略生產函數的形式，能夠有效防止因為函數形式導致的錯誤，且與傳統方式相比分析結果更加細致，因而被廣泛地應用于有關生產效率評價方面的研究中。

在規模報酬相同背景下，此時技術進步和技術效率變化可以用Malmquist 指數表示為式（2）至式（4）。

Tfpch=[dtxt+1，yt+1dtxt，yt×dt+1（xt+1，yt+1）dt+1（xt，yt）12] （2）

Techch=[dt（xt+1，yt+1）dt+1（xt+1，yt+1）×dt（xt，yt）dt+1（xt，yt）12] （3）

（Ec=[dt+1（xt+1，yt+1）dt（xt，yt）]） （4）

在規模報酬相異的背景下，規模效率變化、技術進步和純技術效率變化通常被用來表示Malmquist 指數。技術效率變化、純技術效率變化和規模效率變化之間的聯系如下：

技術效率變化=純技術效率變化×規模效率變化

純技術效率變化和規模效率變化的定義為式（5）和式（6）。

pec=[dt+1（xt+1，yt+1|VRS）dt（xt，yt|VRS）] （5）

Sec=[dt+1（xt+1，yt+1|VRS）dt+1（xt+1，yt+1|VRS）×dt（xt，yt|CRS）dt（xt，yt|VRS）-1]（6）" " " "全要素生產率通常被表示為式（7）。

Tfpch=Pech[×]Sech[×]Techch （7）

當技術效率變化的值大于1時，說明這段時間內決策單元反映前一段時間的技術有所進步；當技術效率變化的值小于1時，說明這段時間內決策單元相對于前一段時間的技術有所倒退。技術進步則是反映一段時間內的技術水平變化，表示從t到t+1時期內生產前沿面產生的變化。純技術效率變化大于1說明管理水平和管理方式的提升使原有的利用效率得到提高，規模效率變化大于1則說明總體的規模發生了改變并提高了總體的效率水平。

2 數據來源與指標構建

2.1 數據來源

本研究使用的數據來自黃河流域范圍內70個地級行政單元的《統計年鑒》，并參考了《國民經濟和社會發展統計公報》、黃河流域包括的9個省的《統計年鑒》《能源統計年鑒》，時間跨度為2011—2019年。統計數據存在缺失時，利用相鄰年限的值相加求其平均值作為缺失值。部分數據大量缺失的城市，用該地區的生產總值在省內所占比重與相關數據總量的乘積代替。

2.2 指標構建

本研究使用DEAP2.1軟件對收集整理的數據進行分析，基于2011—2019年的統計數據，構建投入指標和產出指標。投入指標是決策單元針對某項生產活動或生活活動所要投入的資源量。產出指標是指決策單元針對消耗的資源量所能得到的有效的信息量?？紤]到數據的可使用性，各個指標之間是線性無關的。在選取評價指標時，首先要注意指標選取的科學性，即所選取的指標能夠充分反映該地區資源綜合利用效率的真實水平；其次要考慮指標選取的全面性，包含水、土、能源三個方面，能夠體現該地區的真實水平；然后要考慮指標選取的層次性，即各個指標之間沒有重疊，不存在某種聯系；再次要考慮指標的可操作性，指標數據的可獲取程度，不能選取數據缺失嚴重的指標；最后為避免主觀因素對結果的影響，要基于指標的客觀性進行選擇。此外，還要考慮所選研究方法的優缺點。

在參考有關文獻和借鑒相關研究后，本研究選取的投入指標包括：勞動力（萬人）、固定資產投資額（億元）、土地面積（km2）、綜合能源消費量（萬噸標準煤）、總用水量（萬m3）；產出指標包括：污水排放（萬t）、廢氣（億m3）、地區生產總值（億元）。投入指標與產出指標及其詳細特征見表1。

3 結果與分析

3.1 資源綜合利用效率時間變化分析

運用Malmquist 指數方法對黃河流域70個地級市9年內的面板數據進行分析。使用DEAP2.1軟件幫助處理2011—2019年的統計數據，計算其生產率指數。2011—2019年黃河流域Malmquist 指數如圖1所示。利用ArcGis對70個地級市的水、土、能資源綜合利用效率結果進行可視化表達，結果如圖2所示。由圖1可知，2011—2019年，黃河流域水、土、能資源綜合利用的平均全要素生產率（1.033）呈現出上升趨勢，且平均技術效率變化、平均規模效率變化、平均純技術效率變化、平均技術進步均處于上升趨勢。其中技術進步的平均效率最高（1.03），而規模效率的平均效率最低（1.001），技術效率變化的平均效率為（1.003），技術效率變化的平均效率為（1.002），它們的值均大于1，平均全要素生產率處于上升水平。這說明2011—2019年黃河流域水、土、能資源綜合利用效率處于上升趨勢，其中技術進步對資源綜合利用效率提高影響最大。雖然技術效率變化、規模效率變化和純技術效率變化都對黃河流域水、土、能資源綜合利用效率提高存在一定的影響，但與技術進步相比，他們的影響效果較小，其中規模效率變化對資源綜合利用效率提高影響程度最小。從歷年的變化趨勢來看，黃河流域水、土、能資源綜合利用效率呈現出先下降后上升的趨勢，總體水平趨于上升。從歷年平均數值來看，黃河流域水、土、能資源綜合利用效率的提升與技術進步相關，與之相反該地區的水、土、能資源綜合利用效率下降與規模效率相關。

3.2 資源綜合利用效率空間變化分析

將黃河流域70個地級市的全要素生產率、規模效率變化、技術進步、純技術效率變化、技術效率變化進行可視化表達如圖3所示。由圖3可知，2011—2019年黃河流域70個地級市中，全要素生產率小于1的有8個，分別為菏澤、蘭州、晉城、長治、安陽、運城、玉樹、鶴壁。這8個城市的資源綜合利用效率處于下降趨勢，且主要集中在黃河流域的中部地區，西部地區只有玉樹。其余62個城市的全要素生產率均大于1，說明資源綜合利用效率趨于上升，主要集中分布在黃河流域的西部和東部，但西部與中部之間增長幅度也有差距。總體來說，黃河流域西部城市比中部部分城市資源利用效率提升更快，例如位于黃河流域西部的海西州全要素生產率大于1，處于上升水平，而東部地區的菏澤市全要素生產率小于1，這說明一個地區的發展水平與該地區的資源綜合利用效率沒有必然的因果聯系。黃河流域70個地級市的全要素生產率平均值大于1，結果為1.033，說明黃河流域水、土、能資源綜合利用效率處于上升趨勢。規模效率變化的平均值為1.001、技術進步的平均值為1.03、純技術效率變化的平均值為1.002、技術效率變化的平均值為1.003，技術進步所提升的幅度相比其他因素比較大，對全要素生產率起著更大的影響作用。

4 結論

本研究通過Malmquist 指數方法對黃河流域水、土、能資源綜合利用效率進行計算和評價分析，結論如下。

①在時間上，2011—2019年黃河流域水、土、能資源綜合利用效率的變化趨勢為先下降后上升，總體處于上升水平。

②在空間上，2011—2019年黃河流域水、土、能資源綜合利用效率呈現出西部地區最高、東部次之、中部地區資源綜合利用效率最低。說明一個地區的發展水平與該地區資源綜合利用效率沒有必然的因果聯系。

③相鄰城市之間的資源利用效率可能存在較大差異。表明城市的資源綜合利用效率與城市所在位置無關。雖然純技術效率、技術進步、技術效率變化、規模效率變化都對資源綜合利用效率產生影響，但對資源綜合利用效率起著決定性作用的是技術進步。

以上結論可為黃河流域水、土、能資源的規劃，優化自然資源的分配模式，黃河流域經濟的可持續發展，社會的和諧、安定提供參考。

5 建議

①優化黃河流域水、土、能資源綜合利用效率是落實黃河流域自然環境保護與提供資源利用效率的重要手段。在社會經濟發展過程中，資源問題可能成為制約地區經濟發展的“絆腳石”。要協調好資源與社會發展的關系，提高地區水、土、能資源綜合利用效率至關重要。

②完善黃河流域水、土、能資源產權制度。對流域內的水、土、能資源進行確權登記，明確自然資源所有權，構建完善、透明的資源管理制度，建立公平、均衡的資源分配體系。避免資源被過度開發利用，實現黃河流域水、土、能資源的合理開發。

③對黃河流域水、土、能資源供給進行改革。明確流域內的水、土、能資源的總量，制定開發規劃，在滿足社會正常運轉的背景下，明確水、土、能資源的開發利用強度，確定水、土、能資源開發強度紅線。

④建立黃河流域水、土、能資源有償使用機制，構建合理的水、土、能資源價格體系。實施競爭資源的市場機制，使水、土、能資源的稀缺度通過實際價格表現出來，提高水、土、能資源綜合利用效率，

⑤加快新技術的研發與應用，調整原有的產業類型和結構。促進地區的技術進步，同時注重規模效率的作用，適當提升規模，避免純技術效率、技術效率變化等因素對資源綜合利用效率的影響，導致資源利用效率降低。

參考文獻：

［1］孫偵，賈紹鳳，嚴家寶，等. 中國水土資源本底匹配狀況研究 ［J］. 自然資源學報，2018， 33（12）：2057-2066.

［2］李全生，張凱. 我國能源綠色開發利用路徑研究 ［J］. 中國工程科學，2021，23（1）：101-111.

［3］楊青林. 河南省農業水土資源開發的碳排放效應研究［D］. 鄭州：華北水利水電大學，2019.

［4］習近平. 在黃河流域生態保護和高質量發展座談會上的講話 ［J］. 求是，2019（20）：4-11.

［5］劉琳軻，梁流濤，高攀，等. 黃河流域生態保護與高質量發展的耦合關系及交互響應 ［J］. 自然資源學報，2021， 36 （1）：176-195.

［6］汪芳，苗長虹. 系統性、整體性與協同性：黃河流域高質量發展的思維與策略：寫在專輯刊發之后的話 ［J］.自然資源學報，2021， 36 （1）：270-272.

［7］鄧祥征，楊開忠，單菁菁，等. 黃河流域城市群與產業轉型發展［J］.自然資源學報，2021，36 （2）：273-289.

［8］魏權齡， 岳明.DEA概論與C～2R模型：數據包絡分析（一） ［J］. 系統工程理論與實踐，1989 （1）：58-69.

［9］鐘磊. 基于DEA和Malmquist指數的區域水資源利用效率動態變化解析 ［D］.合肥：合肥工業大學， 2016.