基于DEA模型的长江经济带农业生态效率的测度与评价

丁宝根 赵玉

［提 要］基于长江经济带11省市农业相关数据，运用DEA模型对该区内各省市的农业生态效率进行测算与评价。研究结果表明：长江经济带农业生态效率存在较大地区差异，特别是中游地区的农业生态效率偏低；长江经济带农业生产要素资源未得到充分利用等环境问题较为突出。针对上述研究结论，提出了一些建议：应积极探索长江经济带区域特色的农业生态效率提升路径；强化农业经济效益与生态环境效益的统筹协调发展；多渠道提升农业生产主体自身的生态环境保护意识等。

一、背景与问题

长期以来，因化肥、农药、农膜等农业生产物资的过量使用以及农业资源的过度开发，农业生态环境持续恶化。在我国经济正处于由高速增长阶段转向高质量发展阶段的新时代背景下，面对高耗能、高污染和高排放等粗放型的农业发展方式，如何提升农业生态效率，以减少农业资源浪费、降低生态破坏及环境污染，已成为农业高质量发展亟待解决的突出问题。因此，进行农业生态效率的测度与评价，对了解农业发展现状和探索农业高质量发展实现路径具有十分重要意义。

早在1990年，Schaltegger&Sturm在学术界就提出“生态效率是可持续发展的具体表述方式，是指增加的物质价值与增加的生态环境影响比值”［1］。此后，生态效率被引入到农业领域，是指在确保农业生产数量和质量的条件下，所付出的生态环境污染和资源消耗等成本［2］。针对农业生态效率问题，已有诸多学者从不同视角开展了相关研究。如潘丹和应瑞瑶［3］、吴小庆等［4］基于DEA模型对我国不同地区农业生态效率进行了测度，研究结果表明，不同区域的农业生态效率存在较明显的异质性；王宝义和张卫国［5］、杨清可等［6］、李静和程丹润［7］等学者将农业环境污染等作为非期望产出纳入农业投入产出指标体系，实证研究表明非期望产出对农业生态效率具有负效应。从现有研究看，因数据不同、模型设定不同以及指标体系选择不同，其研究结论存在较大的差异性；同时现有文献鲜有对长江经济带区内生态效率开展系统深入的研究。为此，农业生态效率评价尚有可改善之处：将农业碳排放作为非期望产出纳入评价指标体系；以长江经济带作为研究区域进行系统研究。长江经济带是我国重要的农业生产区，耕地面积约占全国的三分之一，农林牧渔业总产值约占全国的41%，粮食产量约占全国38%，区内有成都平原、江汉平原、洞庭湖、鄱阳湖平原等六大商品粮基地。自2015年长江经济带上升为重大国家战略发展区域以来，“生态优先、绿色发展”理念已成为该区域经济发展的重要指导思想，推进长江经济带农业经济与生态环境保护统筹协调发展的任务更加紧迫。因此，进行长江经济带农业生态效率的测度与评价，对新时代推动长江经济带农业低碳、绿色、可持续的高质量发展具有十分重要意义，可为长江经济带合理制定农业相关政策提供决策参考。

二、研究方法与数据来源

（一）DEA模型构建

1978年，著名的运筹学家A.Charnes、WW.Cooper和E.Rhodes首次提出数据包络分析(简称，DEA模型)方法，用于评估相同部门之间的相对有效性（又称为DEA有效）［8］。DEA模型法是对多个指标投入和多个指标产出的同类部门进行有效综合评价的一种新方法［9］。本研究采用DEA分析长江经济带农业生态效率问题，设有n个决策单元DMU，每个DMU含有m种输入指标x和s种输出指标y，投入指标的向量，产出指标的权向量，则第K个DMU的DEA相对效率可通过以下分式规划来计算：

其中，xij表示第j个决策单元的第i个输入值；yrj表示第j个决策单元的第r个输出值；ε一般设定为10-6。对式（1）进行对偶转换，则可得对偶式如下：

令θ*,λ*,S+*,S-*为式（2）的最优解，则有：①θ*=1时，则决策单元DEA有效；②θ*＜1时，则决策单元DEA无效。

（二）投入产出指标选取

本研究以长江经济带11省市农业为研究对象，结合研究的目的、数据的科学性、可获性和农业生产的自身特点，借鉴周旭东和吕光辉《新疆农业生态效率时空差异及影响因素研究》一文的相关研究成果［10］，选取耕地面积、农业机械动力、农业劳动力人数、农业碳排放等作为DEA的投入指标，选取农业生产总值等作为DEA的产出指标，如表1所示。

表1 农业生态效率评价指标体系

（三）数据来源及数据处理

1.数据来源。农业产值、耕地面积、农业机械总动力、农业生产总值等数据均来源于长江经济带11省市的《2018年统计年鉴》；农业碳排放是基于IPCC碳排系数法测算所得，主要借鉴吴传清等《长江经济带产业发展报告》相关研究成果［11］，其中，农业碳排测算中所需的灌溉、翻耕、化肥、农药、农膜和农用柴油等数据均来源于《2018年中国农村统计年鉴》。

2.数据处理。为了模型运行结果更好地反映投入的冗余，本研究对部分单位相同的投入或产出指标进行合并，同时采用均值化和标准化对投入产出指标进行无量化处理，即先求出各系列的均值，再用原始数据去除均值，便得出新的数列，原始数据进行标准化处理后的结果见表2：

表2 长江经济带农业生态效率投入产出指标标准化数值

三、实证分析

（一）测算结果

本研究选用DEAP2.1版本软件，根据表2的相关投入产出标准化数据，对长江经济带农业生态效率进行测算，结果如表3和表4所示：

（二）结果分析

1.综合效率分析。从表3可知，在长江经济带11省市中，综合效率为1的省市有5个，分别为上海、江苏、四川、贵州和云南；总体上看，长江经济带上游和下游地区的综合效率较高，这可能得益于长江经济带上游严格的生态环境保护政策、良好农业生态资源基础以及长江带下游地区较高的农业现代化水平等；而中游地区综合效率偏低，这可能源于该区域落后传统农业生产方式以及对农业生态环境保护的重视不够等。因此，长江经济带中游地区农业生态效率应成为关注的重点，亟待提升。

表3 长江经济带11省市DEA综合效率、纯技术效率和规模效率

表4 长江经济带11省市农业投入冗余情况

2.纯技术效率分析。从表3可知，上海、江苏等省市的纯技术效率等于1，浙江、安徽、江西、湖北、湖南和重庆6省市的纯技术效率小于1，长江经济带各省市的纯技术效率均值为0.908，这说明评价体系有约9%的投入量没有达到最有效的产出，即长江经济带农业生态效率还存在较大的提升空间，应着力通过改变农业生产方式、提高农业科技水平、调整要素配置的比例等手段实现技术效率。

3.规模效率及规模报酬分析。规模效率反映了农业投入规模适合程度，其数值越接近1越表明农业投入规模合适；规模效率值等于1时，表示该地区农业投入处于规模报酬最优状态；规模效率低于1时，表示该地区农业投入处于规模报酬递增或递减状态，即低效率状态。从表3可知，有上海等5个省市的农业投入处于规模报酬最优状态，江西等5个省市的农业投入处于规模报酬递减状态，而安徽的农业投入规模处于规模报酬递增状态。因此，总的来看，应降低农业资源投入和环境投入成本等，以实现农业规模报酬最优状态。

4.非DEA有效决策单元的投影分析。通过DEA有效决策单元的投影分析，可以获知非DEA有效的决策单元相对效率低到什么程度、距DEA有效的距离有多大以及如何改进等。从表4可知，在产出既定情况下，浙江应减少2%耕地面积投入、17.8%农业机械动力投入、31%农业劳动力投入和18.2%农业碳排放；安徽应减少59.3%耕地面积投入、82.5%农业机械动力投入、61.9%农业劳动力投入和68.5%农业碳排放；江西应减少24.5%耕地面积投入、22.3%农业机械动力投入、31.8%农业劳动力投入和25.9%农业碳排放；湖北应减少20.1%耕地面积投入、18.2%农业机械动力投入、10.7%农业劳动力投入和19.9%农业碳排放；湖南应减少5%耕地面积投入、54.9%农业机械动力投入、10.3%农业劳动力投入和23.6%农业碳排放；重庆应减少10.1%耕地面积投入、1.8%农业机械动力投入、2.5%农业劳动力投入和1.9%农业碳排放；这些数据分析一定程度上可以反映出各地区在农业生态效率上存在的差距以及改进的方向。

四、研究结论与政策建议

（一）研究结论

本研究以长江经济带11个省市作为研究对象，基于该区域2017年农业相关数据，运用DEA模型，选择耕地面积、农业机械动力和农业碳排放作为投入指标，选择农业GDP作为产出指标，对其农业生态效率水平进行测度与评价。研究结果发现：

1.长江经济带农业生态效率存在较大地区差异。长江经济带上游和下游地区农业生态效率总体上处于DEA有效，而长江经济带中游地区农业生态效率处于DEA无效状态，其中，安徽省综合效率仅为0.583，这表明长江经济带农业生态效率存在较大的地区差异，同时存在较大的提升空间。

2.长江经济带农业生产要素资源未得到充分利用。长江经济带拥有较丰富的耕地资源和农业劳动力，同时投入了大量的农业机械，但从实证分析结果看，长江经济带诸多省市存在耕地面积投入冗余、农业机械动力投入冗余以及农业劳动力投入冗余，即表明这些地区耕地资源未得到充分有效的利用、农业机械动力未得到充分的发挥以及农业劳动过剩。

3.长江经济带农业生产中高碳排等环境污染问题突出。农业碳排放量源于农药、化肥、农膜等碳源计算所得，是反映农业环境污染的重要指标，亦是农业环境成本重要体现。从实证分析结果看，长江经济带诸多省市存在较大比例的农业碳排投入冗余，即表明这些地区农业碳排过高，所面临的农业环境污染问题较为突出。

（二）政策建议

基于本研究的相关结论，并结合长江经济带农业发展实际，因地制宜，提出以下建议：

1.积极探索具有长江经济带区域特色的生态农业效率提升路径。根据长江经济带各地区农业经济发展水平、农业资源环境现状、耕种方式等，因地制宜，探索具有地区特色的农业生态效率提升路径。比如：各省市根据自身农业生产中的物资要素投入量和农业碳排量进行有效改进，提高农业科技水平、调整要素投入比例等，努力达到边际报酬最优状态；推行差异性化的农业生态环境政策实施机制，注重基层政府在农业生态环境治理中的作用，加大差异化的奖罚力度。

2.强化农业经济效益与生态环境效益统筹协调的顶层设计。长江经济带“生态优先、绿色发展”的理念近年来备受关注，但理念转化为实际行动需要制度上的顶层设计以及政策的严格落实。比如：建立健全农业生态环境绩效考核制度，将农业生态环境绩效指标作为官员政绩考核和晋升重要参考，并不定期进行抽查，对落实不严的给予追责；委托给第三方代理机构对农业环境绩效进行评估，以确保评估的公平、真实、有效，并设立独立部门对农业生态环境治理进行有效监管。

3.多渠道提升农业生产主体自身的生态环境保护意识。农户、农企等农业生产主体的生态环境保护意识不强是造成农业生态环境恶化的重要因素，应多渠道积极引导农业生产主体强化农业生态环境保护意识。比如，通过开展各种形式的农业生态环境保护主体活动，灌输和宣传农业生态环境保护意识；通过生态农业综合改革试点并结合经济补偿手段等引导农业生产主体推行节能、减排、绿色、高效等农业生产方式，以实现农业经济效益和生态环境效益的统筹协调发展。