中国省域城市代谢效率演化及影响因素分析*

罗啸潇 王 婷# 廖 斌 付江月

(1.贵州大学管理学院，贵州 贵阳 550025；2.湖南大学经济与贸易学院，湖南 长沙410079)

城市是科技创新、社会发展和经济增长的重要驱动力。全球城市每年消耗约60%的能源，人为排放的温室气体约占全球总排放量的70%[1]。随着城市化进程的加深，过度拥挤、能源消耗过多、自然资源不足和环境退化等问题日益凸显，如何进行可持续发展成为构建人类命运共同体的关键问题。WOLMAN[2]最早提出了城市代谢的概念，城市代谢反映了物质和能源在城市中输入输出的过程，要想实现可持续发展，关键在于把握经济—社会—自然子系统之间的平衡关系。

国内外学者对城市代谢的研究方法和影响因素展开了讨论。研究方法上，刘耕源等[3]从热力学的视角出发改进了能值分析法；HUANG等[4]结合系统动力学模型和能值分析法评估了中国京津冀集聚地区的城市代谢状态；PERROTTI等[5]、WANG等[6]将改进的物质流分析法整合到城市代谢模型中；陈雪婷等[7]、宋涛等[8]运用数据包络分析法(DEA)对我国31个城市代谢效率进行了综合评价；WU等[9]、RAVALDE等[10]结合火用分析法和生态网络分析法考虑了城市代谢过程中的指标流量。关于影响城市代谢的因素，LYONS等[11]认为，土地、交通和通讯会对城市代谢产生影响；LEI等[12]的研究表明，城市结构、政府法规等影响了澳门的城市代谢；CAO等[13]将第二产业比重、政府管制和对外开放水平等作为城市代谢的影响因素；宋涛等[14]研究发现，第三产业比重和城市人口比重对城市代谢效率有正向影响作用，而建设用地比重的影响为负；GONZALEZ GARCIA等[15]研究了气候和购买力差异对西班牙城市代谢效率的影响。

目前文献研究的不足之处在于：(1)对废弃物指标处理存在一定缺陷；(2)考虑影响因素时没有针对不同地区资源禀赋进行分析；(3)忽略了空间相关性；(4)缺乏城市代谢情况的发展预测。本研究以我国30个省域(暂不包括台湾、香港、澳门、西藏)为研究对象，先运用DEA中非期望产出的SBM模型计算各省域城市代谢效率，再通过莫兰(Moran’s I)指数和β收敛检验探究时空演化规律，然后利用Tobit模型分地区研究省域城市代谢效率的影响因素，最后根据研究结论针对性地提出对策建议，以期为今后研究城市代谢提供理论支撑和研究方法借鉴。

1 研究方法与指标选取

1.1 非期望产出的SBM模型

相比于传统径向DEA模型，非期望产出的SBM模型在计算城市代谢效率时加入了松弛变量的影响，从而克服了传统径向模型中城市代谢效率计算不准确的问题。此外，还将非期望产出纳入模型中，在考虑生产过程中带来的经济收益的同时还评估了污染物对环境的影响，使模型更符合理论假设。

1.2 β收敛检验

绝对β收敛是指随着时间的推移所有区域城市代谢效率的增长速度和水平都会朝着同一程度发展。绝对β收敛的判断公式见式(1)，如果β<0，则说明区域测量数值有收敛倾向，反之则为发散。

ln(Ei,T+1/Ei,1)/T=α+βlnEi,1+μi

(1)

式中：Ei,1、Ei,T+1分别为期初、期末的城市代谢效率；T为测量时间长度，年；α为常数；β为收敛系数；μi为误差项。

条件β收敛是指一个区域的测量指标随着时间的发展最终会趋向于自身稳态水平，以时空固定效应模型进行估计，计算公式如下：

ln(Ei,t+1/Ei,t)=α+βlnEi,t+μi

(2)

式中：Ei，t、Ei，t+1分别为当期、后一期的城市代谢效率；t为观测时期。

1.3 城市代谢效率指标体系

在城市代谢的过程中，资源的投入不仅增加了国民经济和社会福利的产出，同时也给生态环境带来了负面影响。参考文献[16]至文献[19]，并结合实际情况进行定性分析，建立的城市代谢效率评价研究指标体系见表1。

表1 城市代谢效率评价指标体系

1.4 城市代谢效率影响因素模型

基于可持续发展的角度，选取的影响因素回归模型指标见表2。

表2 城市代谢效率影响因素指标体系

由于城市代谢效率的取值为0～1，属受限因变量，为避免采用最小二乘法可能产生的估计结果偏差问题，以Tobit模型进行回归分析，具体模型如下：

eff=α+β1sec+β2gov+β3pol+β4edu+β5out+β6eco+μi

(3)

式中：β1～β6为参数。

所有数据均来源于2003—2019年中国统计年鉴、中国环境统计年鉴、中国能源统计年鉴、中国人口和就业统计年鉴，为消除价格指数的影响以2002年为基期进行指数平减。

2 实证分析

2.1 城市代谢效率

2002—2018年各省域城市代谢效率见表3。北京和陕西的城市代谢效率每年都达到了DEA有效水平，究其原因，北京和陕西的高等学校数量位居前列，因而在校学生人数也较多，高等教育得到了长足发展；北京和陕西的资源消耗量少，体现了其在节能环保方面的明显优势，同时减排措施取得了相当可观的成果。处于前列的大都是东部地区的省域，处于末端的以西部地区的省域居多。总体上，东部地区城市代谢效率均值先下降后上升，中、西部地区城市代谢效率曲折上升，且西部地区高效率省域有所增加，表明中、西部地区对东部地区逐渐实现了“追赶效应”。总的来说，全国城市代谢效率差异有所减小，但仍然呈现两极分化的特征，均值呈“U”型变化。

表3 2002—2018年各省域城市代谢效率1)

2.2 时空动态演化分析

采用0～1空间矩阵计算我国城市代谢效率的全局Moran’s I指数，结果见图1。2002—2014、2018年全局Moran’s I指数为正，且除2005、2018年外至少在10%的水平上显著，说明我国城市代谢效率长时期内呈显著空间正相关，本省的城市代谢效率同时会影响到周围省域；2015—2017年全局Moran’s I指数为负且未通过显著性检验。整体来看，2004—2005、2014—2016年全局Moran’s I指数出现了两次大幅度下跌，表明我国城市代谢效率的相关性逐渐减弱，总体有向空间负相关特征发展的趋势。

图1 我国城市代谢效率全局Moran’s I指数

2002—2008、2012、2013年，低-低(L-L)集聚型省域占多数，说明早期我国城市代谢效率呈现低水平同质化集聚状态；从整体变化情况分析，L-L集聚型省域数量降低，高-高(H-H)集聚型省域数量先下降后上升，低-高(L-H)、高-低(H-L)集聚型省域数量略有增多；2018年各类型省域数量为L-H>H-H、L-L>H-L，空间非均衡关联集聚程度增加。具体见图2。

图2 我国城市代谢效率演化特征

绝对β收敛检验结果见表4。全国的β在5%的水平上显著为负，表明全国城市代谢效率增长速度和增长水平最终将趋向于完全相同的稳态，即城市代谢效率落后的省域通过社会发展和节能减排等一系列方式对城市代谢效率领先的省域进行后发赶超，初期城市代谢效率较低的省域有更快的提升速度。东、中、西部地区的β不显著，说明各地区内的收敛情况不明显。

表4 绝对β收敛检验结果1)

条件β收敛检验结果见表5。全国、东部地区和中部地区的β均在1%的水平上显著为负，西部地区的β在10%的水平上显著为负，说明各省域城市代谢效率的发展将趋向于自身的稳态水平，同时也意味着省域间城市代谢效率的差异将持续存在。

表5 条件β收敛检验结果

2.3 影响因素分析

分地区Tobit模型结果见表6，经检验不存在单位根的情况。各地区常数、edu和eco的回归系数正负性相同，其余变量回归系数正负性均有一定差异，表明各地区的发展情况不同，应根据不同地区的特点分类讨论。

表6 模型Tobit模型结果

第二产业比重的回归系数在所有地区均通过了1%的显著性水平检验，全国与东部地区的回归系数为负，中、西部地区的回归系数为正。东部地区工业发展较完善，继续增加第二产业比重对提高社会发展的边际收益逐渐减小，而对环境污染的程度加深。中、西部地区多数省域处于工业化快速发展时期，第二产业对经济增长仍具有较强推动力。从全国整体角度来看，第二产业比重的增加会降低全国城市代谢效率，说明第二产业比重的增加对环境造成的污染程度大于对社会发展的推动作用，一定程度上契合国家支持和鼓励发展第三产业，加快产业结构调整的政策。

政府干预的回归系数在全国、东部地区和西部地区通过了1%的显著性水平检验，均为负；在中部地区通过了10%的显著性水平检验，为正。东、西部地区的正负性相同但原因不同，东部地区拥有完善的市场机制，在调节社会资源和国民经济发展方面起带头作用，政府干预过多会破坏原有资源配置结构，遏制经济增长和社会发展。西部地区则是由于经济发展落后，基础设施不完善，劳动力供需失衡等使得财政经费的支出在短时间内难以获得同等水平的实质性成果。中部地区处于中间地带，政府干预对其城市代谢效率起正向作用，但显著性水平略有降低。由此可见，政府干预不利于全国城市代谢水平的增长。

污染治理的回归系数在东部地区通过了1%的显著性水平检验，为正；在全国、中部地区和西部地区通过了5%的显著性水平检验，均为负。东部地区工业规模发达，污染物排放量较多，因此政府也更注重环境治理，投入了大量资金改善资源利用率和环境问题，充分发挥了规模效应的作用。加之东部地区科学技术较先进，治理效果更显著，从而增加污染治理投资对社会发展和经济增长具有更强的拉动作用。中、西部地区由于技术落后、污染治理投资不足等问题导致污染治理投资的增加不仅没能较好解决当地存在的环境问题，反而增加了环境治理的开支。从全国看，污染治理比例的增加对城市代谢效率起负向作用，因为在污染治理的过程中，污染物已排放，对生态和社会环境造成了破坏，同时还需要额外的资金进行污染物的清洁净化，这种先污染后治理的方法不利于城市代谢效率的提升。

教育水平的回归系数在全国、中部地区和西部地区通过了1%的显著性水平检验，在东部地区通过了5%的显著性水平检验，均为正，表明一个地区的居民受教育水平越高，城市代谢效率也越高。其原因有二：(1)高学历人群的基本收入普遍高于低学历人群，我国大专及以上学历人口占全国总人口比例不到10%，与发达国家有较大的差距，硕博士比例更低，这些高素质人才是优化我国劳动力结构的重要推动力，其工资数额普遍高于一般水平；(2)受教育程度越高，其受到的环保意识教育越多，更注重环境保护，如在选择出行方式上选择公共交通或步行，在能源问题上有意识地节水节电等，这些举措均有利于城市代谢水平的提高。

对外开放的回归系数在全国和中部地区通过了1%的显著性水平检验，为正；在东部地区通过了10%的显著性水平检验，为正；在西部地区未通过显著性检验，为负。对外开放对城市代谢效率有正向影响，这是因为发达国家拥有更先进的科学技术和环保理念，在污染物的排放和治理方面更见成效。同时，外资的进入会为当地带来更多的就业机会，提升当地的工资水平，带动地区GDP的增长。对于西部地区来说，由于对外开放的水平较低，外商投资尚未形成规模效应，对城市代谢的影响并不显著。

经济发展的回归系数在全国、中部地区和西部地区通过了1%的显著性水平检验，在东部地区不显著，均为负。经济发展对城市代谢效率的影响为负，按照目前我国的情况来看，经济发展水平越高，环境污染物的排放也越多。对东部地区而言，由于技术创新和资源配置等差异的存在，经济发展所带来的社会福利增长较其他地区更多，与环境污染所带来的负面效应相抵消后对城市代谢效率的抑制作用并不显著，而中部地区和西部地区在较长一段时间内以粗放型经济增长方式追赶经济发展，并且随着东部地区的重工业产业向中、西部地区转移，这种情况在短时期内难以得到有效缓解。从全国来看，经济发展对城市代谢效率有负向影响，这也从侧面反映我国在社会发展的过程中对环境造成了一定程度的破坏，人们的环保意识亟待提高。

3 结论与建议

运用非期望产出的SBM模型测算了我国省域2002—2018年的城市代谢效率，分地区讨论了城市代谢效率的时空演化规律，并结合Tobit模型探究了城市代谢效率的影响因素，得出以下结论：(1)北京和陕西的城市代谢效率每年都达到了有效水平，东部地区城市代谢效率均值先下降后上升，中、西部地区城市代谢效率曲折上升。全国城市代谢效率差异有所减小，但仍然呈现两极分化的特征。城市代谢效率的相关性逐渐减弱，总体有向空间负相关性特征发展的趋势。(2)绝对β收敛检验的结果表明，全国城市代谢效率增长速度和水平最终将趋于完全相同的稳态，即城市代谢效率落后的省域实现追赶效应。条件β收敛检验的结果显示，各地区城市代谢效率的发展将趋向于自身的稳态水平，也说明省域间城市代谢效率的差异将持续存在。(3)第二产业比重、政府干预、污染治理和经济发展对全国城市代谢效率起显著负向影响，教育水平和对外开放起显著正向影响。

根据分析结果对提升我国城市代谢效率提出以下建议：(1)秉持“绿水青山就是金山银山”的论断，促进经济与环境协调发展。东部地区需加快产业结构转型升级，强化环境监管机制，摒弃“高能耗，高污染”产业，严格限制废弃物排放。中西部地区在承接重工业转移过程中要把控污染程度，在获得经济增长的同时要考虑生态环境的承受能力，充分发挥生态资源优势，寻找社会发展与环境保护的平衡点。(2)借鉴与帮扶相结合，加强省域间互动。高效率省域充分利用地理邻近优势和空间溢出效应向周围低效率省域提供定向支援，以技术和产业交流等形式带动周围省域共同发展。低效率省域借鉴高效率省域发展经验，引进高新技术与高水平人才，激发城市代谢活力，力求实现后发赶超，实现各省域均衡发展。(3)减少政府干预行为，提高环境治理投资。各省域政府要加快转变政府职能，从“政府干预”到“政府监管”，建立市场自由竞争与政府调控的双轨运行机制。污染治理投资要实现规模效应，需要对环境污染问题进行具体分析，加大治理投资力度，合理配置资金比例，以尽量减少污染物排放对生态系统造成的影响。(4)发展教育事业，加强国内外交流。各级教学单位需提高办学水平，扩大教学规模和招生人数，进一步提高受教育人数比例，同时增加环保教育的普及率，强化公民环保意识。对外交流方面，不仅要依靠自身优势吸引外企投资，还要鼓励学习国外先进技术和思想，并通过一系列政策吸引人才投身于本地区建设，避免人才外流。