基于三阶段D EA模型的淮河生态经济带生态效率评价研究

任志安，苗 宇，徐碧莹

2018年11月，国家发改委印发了《淮河生态经济带发展规划》，给淮河生态经济带的发展提供了机遇，但碍于人文历史、政策演变、地理环境等多因素影响，淮河生态经济带的25个地级市及3个县级市的发展速度、发展质量、发展方式及路径等各不相同，各城市间生态经济效率水平的发展也存在一定差异，对于此问题的研究，构建合理有效的指标体系，及时准确地掌握淮河生态经济带各城市之间在时间、空间上的分布差异及演变规律是十分重要的。本文以淮河沿线25个城市2008—2016年间城市数据为样本，研究区域间的生态效率差异，并依托于区域协调发展战略提出对策建议，以期为相关决策部门政策的制定提供理论和实际依据。

一、文献综述

目前，我国学者对生态经济的相关问题作了多方面研究，方创琳[1]通过分析比较黑河生态经济带多维度发展的分异及互动协调关系，提出了耦合发展模式，为黑河经济带的生态经济建设提供了参考路径；刘玉桥[2]在对湘江生态经济带的生态环境进行分析的基础上，提出了湘江生态经济带开发的对策与措施，表明湘江经济带的发展应不断优化产业结构和空间布局，大力发展高新环保型产业，以此提高生态经济发展效率；董锁成等[3]对宁蒙陕甘沿黄地区进行了区情分析，提出了宁蒙陕甘沿黄生态经济带建设战略构想及相应保障措施，结论表明所研究地区应充分利用地区农牧和生态优势，打造以生态产业为主体的高效生态经济体系；徐蕾[4]等以水资源承载力为切入点，利用全局主成分分析法对汉江生态经济带的生态环境承载力进行了研究，并提出经济发展水平是影响汉江地区水资源承载力的关键因素；马勇等[5]基于绿色人居视角，利用熵值法和耦合协调模型，对长江经济带的110个城市的生态效率进行了分析与评价，通过对生态效率的测算表明长江经济带城市群耦合协调度呈现东高西低的现象。彭娜[6]主要对淮河生态经济带传统经济效率和绿色经济效率进行了对比分析，并利用空间面板模型对影响绿色经济效率的因素进行了定量分析，结果表明大部分城市绿色经济效率呈现整体上升的趋势。任志安、刘柏阳[7]构建了工业生态效率投入产出指标体系，运用CCR和BCC模型测度了淮河经济带38个城市2010—2015年的工业生态效率，结果表明各地级市间工业生态效率有着显著差异。陈博文[8]构建了一套淮河生态经济带生态效率评价体系，结合DEA模型和面板模型，提出了生态效率依靠于技术进步率的提高。现有文献对生态效率的测算有着丰富的研究成果，但在模型的选取上大多没有考虑松弛变量对结果的影响，因此本文在充分结合已有研究的基础上，利用三阶段DEA及随机前沿模型测算淮河生态经济带各城市的生态效率，对淮河经济带各城市生态经济的发展作进一步的研究与探讨。

二、实证分析

（一）评价指标及样本对象的选取

本文基于生态经济发展投入和产出的指标选取原则，最终选取GDP为期望产出指标、工业“三废”排放量为非期望产出指标，以就业人数、地区煤炭使用量为投入指标，详见表1。数据来源于2008—2016年《中国统计年鉴》。

（二）基于主成分分析法的污染指数测度

在本文的研究中，环境污染指数作为三阶段DEA模型的产出指标之一，对衡量各城市生态效率的有效性有着不可忽视的作用。因此，首先利用主成分分析法对25个城市的环境污染指数进行测算[9]。选取“工业三废”为测度指标，对这三个指标数据用SPSS进行主成分分析。为了消除由于量纲的不同带来的影响，在主成分分析之前我们先对数据进行无量纲化处理，公式如下：

其中Xi*的协方差矩阵就是X的相关系数矩阵R。

对数据进行标准化处理后，利用SPSS软件进行主成分分析，最终提取三个主成分，结果见表2。

表1 淮河生态经济带绿色发展指标体系

表2 方差解释结果

根据提取主成分特征值大于1的原则，虽然第一个成分满足选取要求，但该成分对总方差的解释率不足以准确地说明问题。为了更为精确地对问题进行研究，将第二个成分也作为主成分，以此实现对原变量进行降维的目的。系数得分矩阵见表3。

表3 因子得分系数矩阵

通过上述计算，得出了各城市2012—2016年的污染指数。结果见表4。

表4 淮河生态经济带各城市环境污染物指数表

从省份分类的视角来对比城市间的污染程度，从表中可以看出，江苏省的污染程度最为严重，其中徐州、扬州、泰州地区的污染指数较高，徐州作为我国重要的煤炭产地、华东地区的电力基地，其以发展重工业为主的特点加剧了污染程度。连云港、盐城的污染指数持上升态势，淮安则较为平缓，但在2015年出现大幅度上升，其后再次回落到一般水平，可能因为淮安当地投入了高效益高产能同时高污染的产业，造成环境承载负担过重。山东省的整体污染程度仅次于江苏省，其中枣庄、济宁、临沂以及菏泽地区的污染指数持较高水平，且呈现逐年上升态势。济宁市尤为严重，连续五年达到0.07以上，这与当地有着丰富的矿产资源，以重工业为主拉动经济增长有密切的关系。河南省各城市间的污染程度有明显差异，其中平顶山最为严重，达到0.05以上，其余城市污染指数较为平缓，在0.01到0.02范围内波动，污染程度较轻，且整体有减小趋势。安徽省的整体污染程度较为乐观，其中淮南市污染最为严重，达到0.05以上，但后期呈现下降趋势，说明政府采取了相应措施对高能耗产业进行了管制，同时可以看到阜阳市在2014年污染指数突增到0.0244，可能当地在这一年投入了高产高效产业，但同时也产生了大量污染物，加剧了环境污染程度。可以看到，生态效率的有效性可以通过环境污染指数进行调节。减少能源消耗数量及减少污染物的产生和排放量，进而降低污染指数，可以达到优化结构的目的，从而提高生态效率。

（三）基于三阶段DEA的生态效率测度

数据包络分析即DEA分析法最早用于评价相同部门间的相对有效性，在后期的发展应用中，常被用来测算效率评价问题[10]。

第一阶段：传统DEA模型分析初始效率。

在第一阶段，使用原始投入产出数据进行初始效率评价。BCC模型计算出来的效率值为综合技术效率，综合技术效率=纯技术效率*规模效率。其中综合技术效率反映了技术效率，反映了各城市的生态效率水平，纯技术效率反映了规模报酬可变条件下的技术效率水平，规模效率反映了各城市的工业规模水平，即可以作为反映各城市生态效率的指标值。

第一阶段用DEAP2.1，选取BBC模型对淮河一带25个地区作绩效水平分析，见表5。

当规模效率越接近于1，说明所研究对象的生态效率越好。根据DEA模型的相对有效性可知处于生产前沿面的决策单元是DEA有效的，即投入和产出达到了最优。由结果可知，淮安市、盐城市、漯河市、连云港市的规模效率达到了技术效率前沿，但此结果无法反映各地区的实际环境效率情况，因此需要进一步地调整。

表5 2016年淮河经济带生态效率评价表

表6 2016年SFA回归结果

第二阶段：随机前沿模型（SFA）投入产出调整。

在第二阶段，将松弛变量[x-Xλ纳入模型考虑范围。构造SFA回归函数后，运用SFA法调整后，得出系数矩阵并求出回归结果见表6。

根据分析，当回归结果中的系数大于零时，则意味着对应的影响因素增加，投入变量也会随之增加；当回归系数小于零时，说明每增加一单位解释变量则会减少相应单位的投入变量的机会成本[11]。

第二阶段已排除了环境噪声和系统误差，再次用第一阶段DEA方法测算各决策单元的效率，此时应相对第一阶段更准确。更改投入=原始投入+调整的环境变量+调整的扰动项，将做出更改后的投入值进行第三阶段DEA测算。

第三阶段：调整后的生态效率分析。

变量选取，根据主成分分析内容以及实际情况，选取的投入变量为地区煤炭使用量和就业人口数。产出变量分为期望产出和非期望产出，由于该模型的本质是线性规划模型，要求的是投入越低，产出越多越好，而非期望产出则与其矛盾，在此可以采取去倒数的形式，但数据失真严重，所以对工业三废作熵权法后采用数据函数转换法，公式为Yi*=-Yi+C，C为最大值的1.1倍。环境变量选取的条件是对环境效率产生作用，且不易受短期因素影响，所以选取用对外经济开放度、城市化水平、产业结构、人均GDP表示。

第三阶段仍借用DEAP2.1，结果见表7。

表7 2016年淮河经济带生态效率评价分析表

将表5与表7进行对比之后可以看出，在剔除了随机误差因素以后，周口市也达到了规模技术效率前沿。从以上分析可以发现，在剔除了环境误差和随机误差后。由均值来看，综合技术效率、纯技术效率、规模效率都有不同程度的提高，但一些城市例如亳州、阜阳等地区各项效率都不高，证明该地区需要加大产业投入的力度[14]。

三、结论与建议

（一）结论

从各市来看，淮河生态经济带各城市间生态效率水平存在差异，研究期间淮安市、盐城市、漯河市、连云港市都达到了规模效率前沿，在剔除随机误差的影响后，周口市的绿色经济效率较之前提高了0.07%，同样达到了规模技术效率前沿，其余各城市的经济效率都有了不同程度的提高。同时生态效率的有效性可以通过环境污染指数来调节，减少能源消耗数量及减少污染物产生和排放量，进而降低污染指数，可以达到结构的优化和生态效率的提高。

（二）政策与建议

1.转变经济发展方式，促进产业结构优化升级

目前，淮河生态经济带是以采用大量消耗资源和污染环境的粗放式生产模式为主的，给环境的可持续发展带来了巨大压力。因此淮河经济带的发展必须要转变经济发展方式，重视资源环境的改善。首先要树立循环经济发展观念，转变先污染后治理的思想；其次，大力发展节能减排，让能耗低、污染少、效益高的新能源成为经济发展的内生新动力；最后促进江淮流域产业转型升级，引导产业集中布局，因地制宜发展壮大特色优势产业，加快构建现代化产业体系。

2.推进区域协调发展，提高核心竞争力

国家新提出了“一带三区四轴”的空间布局，各个区域应当结合自身优势，提升核心竞争力。其中东部海江河湖联动区要发挥淮安、盐城区域中心城市的引领作用，依托洪泽湖、南四湖等重要湖泊水体，统筹海江河湖地区协同发展。北部淮海经济区要发挥以徐州为区域中心城市的辐射带动作用和连云港作为港口城市的陆海交汇枢纽作用。中西部内陆崛起区推进蚌埠、淮南、信阳发展成为沿淮和皖北地区重要的加工、商贸、科技中心城市，加快新型城镇化和农业现代化进程。

3.营造绿色发展风气，加强环保意识宣传

政府有关部门要加强宣传力度，对相关主体进行宣传教育活动，加强绿色环保意识。同时，对各经济体运营方式给予正确的方向引导，提高劳动者的生产效率和公众环保意识，同时增加科教投入，培养更多科技创新型人才。