辽宁省全要素水资源绿色效率测算与提升路

赵良仕，冷明祥

(辽宁师范大学 海洋经济与可持续发展研究中心，辽宁 大连 116029)

辽宁省水资源总量匮乏，人均水资源拥有量仅为全国平均水平的1/5，加之辽宁是我国重要的工业基地与产粮区，需水量巨大，用水过程中水污染现象严重，导致水资源供需矛盾十分尖锐[1]。“绿色、创新、协调、开放、共享”五大发展理念成为我国经济社会发展新指南[2]，其中绿色发展旨在改变传统“高消耗、高污染、高增长”的经济发展模式，走生产发展、生态良好、生活富裕的文明发展道路，从而实现人与自然的和谐共处。测算综合考虑生产、生态与生活产出下的水资源利用效率，充分挖掘各地市的节水潜力与减排潜力，保障用水安全和水环境安全，对辽宁经济社会的可持续发展与全面振兴具有重要指导意义。

1 文献评述

随着水资源供需矛盾日益尖锐，水资源利用效率研究已成为学术界关注的热点问题。在水资源利用效率测算的方法中，数据包络分析法(DEA)以具有可测算多项投入与产出效率和权重不受主观影响等优势，成为测算水资源利用效率的主流方法[3]。现有水资源利用效率的研究在要素的选取上存在一定的共性，主要表现在投入要素多为用水总量、劳动力与资本存量，但在产出要素的选取上却存在着不同，早期研究仅将GDP视作唯一的产出[4]。姜博骞等[5]以GDP为产出，采用DEA模型测算了我国环渤海地区的水资源经济效率；武继尧等[6]基于辽宁14省地市的水足迹面板数据，利用SBM模型测算了各地市的水资源经济效率。但这些研究忽略了生产过程中污染物的排放对水资源利用效率产生的负面影响。基于此，DengG等[7]以污水排放作为非期望产出，利用SBM-DEA模型测算了2004—2013年我国31个省市的水资源环境效率，并利用面板数据模型探讨了水资源环境效率的影响因素；JinW等[8]利用考虑非期望产出的超效率SBM模型测算了我国30省市工业的水资源环境效率，并探究了技术创新与环境管制对其影响；李俊鹏等[9]将废水排放总量作为非期望产出，利用SBM-DEA模型测算了我国省际水资源环境效率，并基于水资源的公共资源属性探究了水利设施对它的影响。进入新时代，强调生产、生态与生活均衡协调的绿色发展成为发展的主流方式[10]。孙才志等[11]选取教育、医疗等指标构成能反映社会发展状况的指标体系作为水资源绿色利用在社会维度的期望产出，测算了综合考虑经济、社会与环境产出的水资源绿色效率；杨高升等[12]构造了人类可持续发展指数作为水资源绿色利用带来的社会效益，基于SE-SBM模型测算了长江经济带的水资源绿色效率。

但上述文献仍存在着以下不足：一是现有文献对水资源利用效率的测算大多只考虑了生产与生态产出，而忽视了水资源利用在生活领域的产出。在强调生产、生态与生活协调的绿色发展成为经济社会发展新指南的背景下，将生活产出作为水资源绿色利用所带来的期望产出是有必要的。二是现有文献多将水资源利用效率定义为投入要素与产出要素的比值[13]，但此方法测算的是所有投入与产出要素间存在的技术效率，并非真正意义上的水资源利用效率，无法体现当下水资源利用效率的真实状况。三是水资源利用效率的测算旨在为节水减排工作提供指导，而现有文献对节水减排潜力的研究较少。

综上，基于绿色发展理念把生活指数作为期望产出纳入水资源绿色利用的投入产出体系中，将综合考虑生产、生态与生活产出下最优水资源投入量与实际投入量之比定义为全要素水资源绿色效率，利用SBM-DEA模型测算了2005—2017年辽宁省14个地市的全要素水资源绿色效率，在此基础上利用改进的DEA模型测算了各地市的节水减排潜力，并采用Tobit模型从农业种植结构、用水强度、工业废水排放强度、市场化水平等方面对辽宁省全要素水资源绿色效率的影响因素进行了分析，旨在为地方政府制定节水减排政策提供科学依据，促进辽宁水资源的可持续利用与经济社会的绿色发展。

2 概念和内涵

本文借鉴Hu J L等[14]对全要素能源效率的定义，并在参考Hu J L等[15]、钱文婧等[16]、Yao X等[17]对全要素水资源效率研究的基础上，将全要素水资源效率定义为生产出一定量产品所需的最优水资源投入量与实际投入量之比，以此作为水资源利用效率的评价指标。值得注意的是，全要素水资源效率与水资源效率所代表的意义差距较大，水资源效率测算的是水资源等投入要素与GDP等产出要素之间的比值，代表的是所有投入要素与产出要素之间存在的技术效率，而非水资源的利用效率。绿色发展强调在减少资源消耗和污染物的排放的同时加强生态环境的保护，最终实现生产、生活与生态的全面协调发展。基于此，提出全要素水资源绿色效率的新概念，将其定义为综合考虑生产、生态与生活产出下最优水资源投入量与实际投入量的比值。

全要素水资源绿色效率有以下三方面内涵：一是生产内涵，以最少的水资源投入量实现生产产出的最大化；二是生态内涵，在利用水资源发展生产的同时减少污染物的排放，以最少的水资源投入量与最少的污水排放量实现生态环境的可持续发展；三是生活内涵，水资源绿色利用的最终目标是提高人类的生活品质，以最少的水资源投入量充分满足人类对物质精神生活的需求。

3 研究方法与数据来源

3.1 研究方法

数据包络分析法由美国著名运筹学家A.Charnes和W.W.Cooper提出，是一种在固定决策单元决策单元(Decision Making Units)输入或输出不变的前提下，运用线性规划方法确定最优前沿面，将各个决策单元投影到最优前沿面上，通过比较各决策单元偏离最优前沿面的距离来测算相对效率的方法[18]。Tone K[19]构造了一个基于松弛的非径向、非角度的DEA模型(Slack-Based-Measure,SBM)，该模型同时解决了生产过程中具有非期望产出和投入产出存在松弛的问题，测算结果更加精确。基于此，得出测算全要素水资源绿色效率的基本模型：

(1)

参考Hu J L等[14]对全要素能源效率的定义，将全要素水资源绿色效率定义为在综合考虑生产、生态与生活产出下水资源投入的最优值与实际值的比值，计算公式如下：

(2)

其中，TFWGEk,t表示第k个地市在t时期的全要素水资源绿色效率；TWIk,t表示第k个地市在t时期的最优水资源投入；AWIk,t表示第k个地市在t时期的实际水资源投入；LWIk,t表示第k个地市在t时期水资源投入的松弛量。

借鉴范丹等[20]对节能潜力与减排潜力的研究，本文对式(2)进行了相应改进，得到式(3)和式(4)。其中，式(3)可测算出第k个地市在t时期的节水潜力SPWk,t:

(3)

式(4)可测算出第k个地市在t时期的减排潜力APPk,t:

(4)

式中，APk,t为第k个地市在t时期的实际污水排放量；TPk,t为第k个地市在t时期的最优污水排放量。SPE与APP值越高，意味着该地市的节水潜力与污染物的减排潜力越大，应被列为节水减排的重点区域。

3.2 指标选取

以辽宁省14个地市2005—2017年水资源投入产出的面板数据为研究对象，所有数据均来源于《辽宁统计年鉴》。具体指标的选取和处理方法如下：

投入指标：①劳动力投入。选取各地市的在岗职工人数表示劳动力投入。②资本投入。选取各地市公共财政预算支出作为资本投入。③用水总量。选取各地市全年供水总量作为生产、生态与生活发展过程中消耗的水资源总量。

产出指标：①GDP。用各地市的生产总值衡量其经济发展水平，作为水资源绿色利用的生产产出。②污水排放总量。选取各地市的污水排放总量作为水资源利用的生态产出，包括工业污水排放和生活污水排放。③生活指数。借鉴孙才志等[11]、杨高升等[12]对水资源绿色利用在社会维度产出的处理方式，选取各地市的人均GDP、人均可支配收入、恩格尔系数的综合熵值—生活指数作为水资源绿色利用在生活方面的期望产出。

4 实证分析

4.1 空间演化特征

本文基于辽宁省14个地市全要素水资源绿色效率得分，采用自然断点法将各地市2005—2017年间的平均值划分为低值区(0.432—0.591)、中值区(0.592—0.781)和高值区(0.782—0.867)三类，以探究其空间分布特征。具体来看，铁岭、朝阳、盘锦、营口、大连5地市属于高值区，全要素水资源绿色效率均高于0.782，其中营口13年间有6年全要素水资源绿色率位于最优前沿面上，平均值高达0.867。葫芦岛、阜新、沈阳、辽阳、丹东5地市全要素水资源绿色效率介于0.592—0.781之间，属于中值区；锦州、鞍山、抚顺、本溪4地市全要素水资源绿色效率均低于0.591，属于低值区，尤其是抚顺，13年间全要素水资源绿色效率的平均值为0.361，仅为最高值营口的42%。

4.2 时间演化特征

由表1可得，辽宁省全要素水资源绿色效率整体呈现出上升的趋势，全省平均值由2005年的0.457上升至2017年的0.775，增幅高达70%。辽宁省全要素水资源绿色效率以2015年为分水岭，前后呈现出不同的变化趋势：2005—2015年呈上升的趋势，2016—2017年则呈下降的趋势。主要原因是，从2016年开始，辽宁省经济发展水平呈下行趋势，在水资源使用量同往年基本持平的情况下，生产产出大幅下降，导致全要素水资源绿色效率降低。具体来看，除营口外，其他各地市的全要素水资源绿色效率均实现了较高的增长，尤其是本溪由2005年的0.275增长到2017年的1，增幅高达264%。此外，辽宁省的全要素水资源绿色效率虽然有了一定程度的提升，但是整体仍处于较低的水平。从全省13年间全要素水资源绿色效率的平均值来看，辽宁省仅有4地市的平均值高于0.800，占总数的29%，而全省全要素水资源绿色效率的平均值只有0.701，具有很大的提升空间。

表1 辽宁14地市部分年份全要素水资源绿色效率

4.3 节水减排潜力分析

本文在基于SBM-DEA模型测算出全要素水资源绿色效率的基础上，利用改进的DEA模型测算出辽宁省14个地市的节水潜力与减排潜力，并进行分析。由图1可得，辽宁省各地市间的节水潜力差异很大，其中营口、盘锦与铁岭等地市节水潜力较小，不足15%，说明这些地市的水资源在促进社会经济发展过程中得到了较为充分的利用，进一步节约的空间较小。抚顺与锦州的节水潜力均超过了50%，意味着这些地区的用水总量中至少有一半处于无效状态，其节水潜力须尽快开发，以缓解日益尖锐的水资源供需矛盾。从节水量占全省比重来看，营口、盘锦和铁岭等地市的节水量占全省比重较小，平均不足2%。与之形成鲜明对比的是沈阳与锦州，两者节水量占全省节水量的比重高达42%，意味着这两个地市全要素水资源绿色效率的提升，将极大地促进全省水资源节约。因此，综合考虑辽宁省各地市节水潜力和节水量占全省比重，沈阳、锦州应成为节水的重点区域。

辽宁省工农业所占比重较高，污染物生产量多，加之对污染物的处理能力较差，每年有超过36，978万t的污染物被过度排放，严重阻碍了辽宁生产、生态与生活的绿色发展，污染物的减排工作不容忽视。由图1可得，辽宁各地市的减排潜力具有很大的差异，其中锦州的减排潜力在全省14个地市中排名第一，高达36%，意味锦州平均每年有4910万t的污染物被过度排放，而减排潜力较低的是盘锦，减排潜力仅有0.2%。从减排量占全省比重的角度来看，大连、沈阳和锦州减排量占全省的比重居前三位，这3个地市的减排量约占全省总减排量的54%，高于其他11地市之和。因此，无论是从挖掘各地市减排潜力，还是从促进全省污染物减排的角度来看，大连、沈阳和锦州都应当在减排工作中承担起更大的责任。

图1 辽宁省14个地市节水减排潜力与节水减排量占全省比重

5 效率提升路径分析

5.1 基本模型与变量说明

在测算出辽宁省14个地市的全要素水资源绿色效率与节水减排潜力后，发现各地市的全要素水资源绿色效率仍具有较大的提升空间。因此，本文进一步以各地市的全要素水资源绿色效率为被解释变量，选取影响因素为解释变量，采用Tobit回归模型对全要素水资源绿色效率的影响因素进行探究。基于杜焱强等[21]、赵良仕等[22]、丁绪辉等[23]等对水资源利用效率影响因素的研究与数据的可得性，选取以下核心变量：①农业种植结构。以玉米种植面积占农作物播种面积比重表示。②用水强度。以万元GDP耗水量表示。③工业废水排放强度。以万元工业产值废水排放量表示。④市场化水平。以第三产业所占比重表示。⑤自然禀赋。以各地市年降水量表示。⑥第一产业规模。以各地市农业从业人数表示。⑦第二产业规模。以各地市第二产业总产值表示。⑧第三产业规模。以各地市第三产业总产值表示。以上数据均来源于2006—2018年的《辽宁统计年鉴》。

本文采用Tobit回归模型分析辽宁14地市全要素水资源绿色效率的影响因素，模型设定如下：

IFWGEit=c+β1X1+β2X2+β3X3+β4X4+β5lnX5+β6lnX6+β7lnX7+β8lnX8

(5)

其中，IFWGE为全要素水资源绿色效率；i,t分别为不同时期不同地区的值；X1至X8分别为上述解释变量；β1至β8分别为相关变量待估系数。

5.2 回归结果分析

本文借助Eviews8.0软件，为避免解释变量间的多重共线性，利用逐步回归法对影响因素进行测算，并与OLS测算的结果对比，结果见表2。

表2 全要素水资源绿色效率面板数据的估计结果

注：*、**、***分别表示在10%、5%、1%的显著性水平下通过检验；括号内的数值为标准误差统计量。

通过逐步回归的结果可以得知：首先，农业种植结构在各个模型中是显著的，且系数为负，表明玉米种植面积比重的扩大对辽宁省全要素水资源绿色效率的提升起抑制作用。实证结果显示，玉米种植面积比重每扩大1个百分点，辽宁省全要素水资源绿色效率将下降0.265%—0.725%。主要原因是，由于辽宁省玉米种植面积所占比重较高，约占全省农作物种植面积的50%，而玉米是一种需水量较高的农作物，每生产1kg玉米需要约35m3的水资源，但产出的经济效益较低，导致玉米种植面积比重的扩大对辽宁省全要素水资源绿色效率的提升具有较大反向作用。其次，用水强度与全要素水资源绿色效率始终呈现显著的负相关关系，说明用水强度的增加对辽宁省全要素水资源绿色效率的提升起抑制作用。实证结果显示，万元GDP耗水量每提高1个百分点，全要素水资源绿色效率将下降0.011%—0.012%。辽宁省工农业等需水量较大的产业所占比重长期偏高，加之政府对水资源管制力度较弱，各生产部门节水意识与节水能力不足，导致生产过程中水资源浪费现象严重，水资源的经济效率极其低下。因此，降低用水强度，提高水资源的经济效益对辽宁省全要素水资源绿色效率的提升具有重要作用。第三，工业废水排放强度与全要素水资源绿色效率在模型中均呈负相关关系，但全部没有通过显著性检验，说明虽然工业废水排放强度对辽宁省全要素水资源绿色效率有一定的抑制作用，但这种影响不显著。主要原因是，由于现阶段辽宁省工业废水排放量相对较少，仅占全省废水排放量的20%左右，且辽宁省的重化工企业以国有企业居多，环保意识与社会责任感较强，工业废水处理程度较高，工业废水排放强度对全要素水资源绿色效率所产生的影响较小，因此未通过显著性检验。第四，市场化水平与全要素水资源绿色效率呈正相关关系，表明市场化水平对辽宁省全要素水资源绿色效率的提升具有促进作用，这与尹庆民等[24]研究的结论大致相同。主要是由于市场可以促进水资源在各部门、各地区间的合理流动，从而提高了水资源的优化配置能力。但是市场化水平在模型中的系数并没有全部通过显著性检验，这意味着市场化水平虽然对辽宁省全要素水资源绿色效率具有一定影响。但这种影响较为有限，这可能是由当前辽宁省整体市场化水平不高，且各地区间存在显著差异所致。

6 结论与政策启示

6.1 结论

2005—2017年间，辽宁省全要素水资源绿色效率的平均值由0.457波动上升至0.775，但整体仍处于较低水平，仅实现了最优水平的78%左右，具有较大的提升空间；各地市全要素水资源绿色效率差异较大，呈现出由中部逐渐向边缘地区提升的趋势，大连、营口等地市的全要素水资源绿色效率连续多年位于最优前沿面上，而锦州与抚顺等地市全要素水资源绿色效率的平均值仅达到最优水平的40%左右。

辽宁省不同地市节的水潜力、减排潜力与节水减排量占全省比重差距显著，应根据各地市的具体情况，有侧重地开展节水减排工作。沈阳与锦州等地市节水潜力与节水量占全省比重较高，应作为节水的重点区域；沈阳、锦州与大连三地市的减排潜力与减排量占全省比重较高，应作为开展减排工作的重点区域。

从Tobit模型回归的结果来看，农业种植结构、用水强度对辽宁全要素水资源绿色效率的提升具有较强的抑制作用，工业废水排放强度对辽宁全要素水资源绿色效率的抑制作用不显著，市场化水平对辽宁全要素水资源绿色效率的提升具有一定的促进作用。

6.2 政策启示

首先，优化农业种植结构。农业用水量约占辽宁全省用水总量的60%，农业用水效率的提升可极大地缓解辽宁水资源的供需矛盾，因此农业应是提升辽宁省全要素水资源绿色效率的关键领域。当地政府应依据各地市水资源的具体状况，因地制宜，优化调整农业种植结构，引导农民减少玉米等高耗水农作物的种植，改种需水量少而经济产出较高的农作物。

其次，加强科技创新，优化产业结构，降低用水强度。科技支撑不足、产业结构失衡是导致辽宁省用水强度较高的重要原因。因此，必须坚持科技驱动战略与产业优化升级战略，加大科技研发资金投入，培养、引进科学技术人才，加快淘汰高耗水、高排放、低效益产业，壮大以服务业、高新技术产业为主的第三产业，减少水资源过度使用与污染物排放。

第三，深化水资源利用领域的市场化改革，利用市场机制实现水资源的优化配置和节水减排能力的提升。加快推进水价改革，坚持与完善阶梯水价制度，充分发挥价格机制对用水需求的调节作用；完善水权制度与水资源市场交易体系的建设，促进水资源向高效益的部门和地区流动，以市场功能来获得更高的水资源效益。