基于网络SBM-DEA模型的中国省际生态效率评价

蔺向宇，杨 灿,2*

（1.中南林业科技大学经济学院，湖南长沙 410004；2.湖南绿色发展研究院，湖南长沙 410004）

改革开放40多年来，中国的经济取得了突飞猛进的发展，人民的物质生活和精神生活水平得到了极大的提高。但在经济快速发展的过程中，也伴随着环境污染、资源浪费、生物多样性减少等现象的发生。以往的粗放型经济发展方式，给我国生态环境造成极大压力，影响了经济发展的质量，经济的可持续发展面临严峻考验[1]。

生态效率是定量分析可持续发展的重要指标，是评价可持续发展的重要手段和工具。基于此，本文以中国30个省（市、区）为研究对象，对其2015—2019年的生态效率进行评价，以期为各地经济与生态协调发展提供参考。

1 文献回顾

生态效率指的是经济增加值与其对资源环境造成影响的比值，核心思想都是以最小化的投入和资源环境影响获得最大化的产出。德国学者Schaltegger和Sturm 首次将生态效率引入经济学领域[2]。世界可持续发展工商业委员会[3]（WBCSD）、世界经济合作与发展组织[4]（OECD）对其概念进行了补充与完善。国内对于生态效率的研究起步较晚，Claude Fussler[5]于1995 年将该概念首次引入中国。曹凤中等[6]、诸大建[7]、马勇等[8]从不同角度对其进行了解读，但都表达了生态效率的核心是经济与环境协调发展的观点。

国内学者在对生态效率的评价中，基本上将地区生产总值作为期望产出，将能源消耗量、用水总量、从业人员数、固定资产投资总额、资本存量等作为投入指标，工业废水、工业固体废弃物、工业烟(粉)尘、二氧化硫排放量等作为非期望产出，污水处理率、固体废弃物利用率、一般工业固体废物综合利用率、空气中二氧化硫含量等作为环境治理效果的产出指标[9-12]。

王恩旭等[13]、唐晓灵等[14]、孙振清等[15]分别对我国30个省份的生态效率进行了评价，发现我国生态效率整体上处于无效状态且存在明显区域差异，生态效率增长速度较慢，产业结构、城镇化水平、经济水平是生态效率的主要影响因素。

国内外学者对于生态效率进行了全面、深入的研究，取得了丰硕的研究成果，但笔者通过梳理相关文献发现，现有的研究在测算生态效率时大多采用单阶段的DEA 模型，将生态效率的评价当作一个“黑箱”来处理，用最初的投入和最终的产出来反映生态效率的高低，这样会导致对生态效率的高估，从而很难发现造成DEA 无效的真正原因。鉴于此，本文采用考虑非期望产出的网络SBM-DEA 模型，一方面解决非期望产出的非角度、非径向问题，对投入与产出的松弛变量进行充分考虑，另一方面将各省生产系统划分为两个阶段，即生产阶段和环境治理阶段，对各阶段及整体生态效率的评价能够更加准确地揭示研究区域生态效率存在不足的原因，从而提出有针对性的解决措施。

2 省际生态效率评价

2.1 评价方法的选择

生态效率的评价方法众多，大体可以分为单一比值法、指标体系法、生态足迹法、能值与物质流分析法、因子分析法、数据包络分析法（DEA）和层次分析法等。其中，区域层面的生态效率评价与DEA 设定的投入产出理念相符，即用最小化的资源投入和环境代价获取最大化的经济价值[16]。基于此，本文采用DEA 的评价方法对中国省际生态效率进行评价，使用Matlab 2014b软件进行编程。

2.2 评价模型介绍

图1为构建的考虑非期望产出的网络SBM-DEA模型结构图，x1、f、z分别表示第一阶段的投入、非期望产出、期望产出，z同时为第二阶段的投入，x2和y2分别表示第二阶段的外部投入和期望产出。

图1 生态效率评价模型结构图

本文将生产系统分为两个阶段，即生产阶段和环境治理阶段，θ（0≤θ≤1）表示效率值，其由生产和环境治理阶段的效率组成，w1和w2分别代表第一、二阶段的权重，借鉴其他学者在研究生态效率时对各阶段权重的处理方法[11,17-18]，本文设定w1=w2=0.5。当θ=1时，表示决策单元（本文指各省、市、区）为DEA 有效，当θ＜1时，表示决策单元存在效率损失。假设有N 个决策单元DMUn(n=1,…,N)，在第一阶段，对于第o个决策单元有M种投入xmo1(m=1,…,M)和B种非期望产出fbo1(b=1,…,B)以及G 种期望产出1,…,G)，其中(g=1,…,G)既是第一阶段的期望产出，也是第二阶段的投入；在第二阶段，对于第o个决策单元有E种外部投入xeo2(e=1,…,E)和H种期望产出yho2(h=1,…,H)。在规模效率可变的情况下，构建考虑非期望产出的网络SBM-DEA模型，如下所示：

2.3 评价指标体系

通过对相关评价指标体系的研究，结合指标体系构建的全面性、代表性及可行性原则，本文构建了生态效率评价指标（见表1）。

表1 生态效率评价指标

2.4 数据来源及处理

评价指标的相关数据来源于国家统计局、中国环境统计年鉴、中国能源统计年鉴、各省生态环境公报、各省统计年鉴等，其中全社会固定资产投资、地区生产总值、地方财政环境保护支出的数据以2015年为基期进行了平减处理。

2.5 评价结果及分析

为了便于比较区域之间生态效率存在的差异，本文基于国家统计局对东中西部的划分标准[19]，将中国划分为东部、中部、西部三个区域，东部地区包括北京、天津、河北、辽宁、上海、江苏、浙江、福建、山东、广东、海南；中部地区包括山西、吉林、黑龙江、安徽、江西、河南、湖北、湖南；西部地区包括内蒙古、广西、重庆、四川、贵州、云南、陕西、甘肃、青海、宁夏、新疆。

2.5.1 整体生态效率评价

2015—2019 年中国整体生态效率（见表2）处于一种波动上升的趋势，但生态效率均值为0.660，整体水平偏低，处于低效率状态。生态效率平均标准差为0.245，以2019 年为例，其中效率最低值为黑龙江省的0.284，效率最高值为1，包括天津、上海等9 个地区，由此可见，各省的生态效率差异较大，但从标准差的变化趋势来看，这种差距有逐渐缩小的趋势。近些年我国经济结构持续优化，污染防治攻坚战取得显著成果，使得总体生态效率持续向好；但总体生态效率水平偏低也表明我国创新驱动、高质量供给方面存在不足，生产生活方式绿色转型有待加强，生态系统质量和稳定性有待提升，环境基础设施不完善。

表2 中国30个省（市、区）整体生态效率

从三大区域来看，东部、中部、西部地区2015—2019 年的生态效率均值分别为0.843、0.466、0.618，整体呈现中间低两边高的态势，且三大区域的生态效率差距较大。从生态效率长期趋势来看，东部、西部地区处于上升的趋势，而中部地区呈现出先上升后下降的趋势，与全国生态效率波动上升的趋势相反，表明各区域之间生态效率的差距有扩大的趋势。究其原因，东部地区经济发展水平较高、地理位置优越，海外投资、先进的技术与管理经验使得其在生产制造过程中产生了较少的资源消耗和环境污染；中部和西部地区经济发展水平相对较低、人才集聚效应较弱、产业结构不合理、绿色生产技术落后，同时承接了东部地区较多高耗能、高污染企业，加剧了其资源消耗和环境污染。

从各省来看，天津、上海、江苏等7 个地区在2015—2019 年均保持了生态效率为1 的状态。生态效率低于整体均值的省份包括山西、黑龙江等19 个地区，占比为63.33%。在30 个省（市、区）中，除了在近五年都保持生态效率有效的7 个地区，有17 个地区的生态效率在整体上呈现上涨的趋势，其中上涨速度较快的有内蒙古、河北、甘肃，其年平均增长率分别为18.68%、20.68%、22.19%；有6 个地区的生态效率在整体上呈现下降的趋势，其中下降速度较快的为山西、山东、安徽，其年平均增长率分别为-6.65%、-6.74%、-9.39%。

2.5.2 生产阶段生态效率评价

从生产阶段的生态效率（见表3）来看，2015—2019 年中国整体生态效率处于一种先上升后下降的状态，长期来看，处于缓慢提升的趋势；但生态效率均值为0.506，整体效率偏低，说明我国整体的投入产出效率不高，各种资源利用率较低，环境污染较为严重。研究期内，生态效率为1 的决策单元为47 个，仅占决策单元总数的33.33%。各省的生态效率差距较大，但从标准差的变化情况来看，各省生态效率的差距有逐渐缩小的趋势。

表3 中国30个省（市、区）生产阶段生态效率

从三大区域来看，东部、中部、西部地区2015—2019 年的生态效率均值分别为0.785、0.270、0.399，和整体生态效率一样，呈现出中间低两边高的态势，中部和西部地区的生态效率都较为低下，三大区域之间生态效率差距较大，东部地区的生态效率大幅度领先于中西部地区。从生态效率变化趋势来看，东部地区在2015—2018 年呈现波动上升的趋势，在2019 年出现了明显下滑，中西部地区呈现出缓慢上涨的趋势。

从各省来看，北京、天津、上海等8 个地区的生态效率在2015—2019年均达到了有效的状态。生态效率均值低于整体均值的省份为20个，包括河北、吉林等地，占比为66.67%。在30 个省（市、区）中，除了在研究期内生态效率为1 的地区，有15 个地区生态效率在整体上呈现上涨的趋势，其中上涨速度较快的有浙江、山西、甘肃，其年平均增长率分别为7.29%、9.55%、21.13%；有7个地区生态效率在整体上呈现下降的趋势，其中下降速度较快的有河北、黑龙江、山东，其年平均增长率分别为-6.02%、-13.22%、-15.38%。

2.5.3 环境治理阶段生态效率评价

从环境治理阶段的生态效率（见表4）来看，2015—2019 年中国整体生态效率呈现上升的趋势。研究期内生态效率均值为0.832，明显高于近五年整体和生产阶段的生态效率，说明近些年来我国在环境治理方面取得了明显进展。从平均标准差来看，各省的生态效率差距仍然较大，但随着时间推移，这种差距有逐渐缩小的趋势。

表4 中国30个省（市、区）环境治理阶段生态效率

（续表4）

从三大区域来看，东部、中部、西部地区2015—2019 年生态效率均值分别为0.903、0.705、0.853，呈现出中间低两边高的情形。从生态效率变化趋势来看，东西部地区呈现逐渐上升的趋势，中部地区在2015—2019 年经历了由缓慢上升到快速上升再到大幅下降的一个过程，总体上呈现一种下降的趋势。

从各地来看，天津、上海、江苏等11个地区的环境治理效率在2015—2019年均达到了有效的状态。研究期内生态效率为1 的决策单元在东部、中部、西部地区占比分别为55.56%、3.70%、40.74%。除上述提到的生态效率为1 的各地，有13 个地区地生态效率在总体呈现上涨的趋势，其中上涨速度较快的有北京、内蒙古、河北，年平均增长率分别为20.68%、21.63%、32.02%；有5 个地区生态效率在整体上呈现下降的趋势，其中下降速度较快的有江西、安徽、山西，年平均增长率分别为-9.18%、-14.29%、-18.37%。

2.5.4 投入冗余和产出不足分析

为了了解各地在投入产出指标方面的具体情况，本文对各地2015—2019 年投入、产出指标的冗余率和不足率进行了计算（见表5）。从全国来看，在各种投入和产出指标方面都存在不同程度的冗余和不足。其中，全社会固定资产投资、各地区从业人员数、用水总量、能源消耗量的冗余率分别为37.29%、34.67%、46.11%、34.19%，工业废水排放量、二氧化硫排放量、一般工业固体废弃物产生量的冗余率分别为50.29%、62.10%、61.75%，可见投入资源过多、投入转化率不高及污染物排放过高是导致全国生态效率低下的主要原因。除了前面提到的天津、上海、江苏等7 个地区在研究期内均保持生态效率值为1 之外，其他各地在投入产出方面都存在不足。下面以几个地区为例，分析其生态效率存在损失的原因。

表5 中国30个省（市、区）投入冗余、产出不足分析 单位：%

（续表5）

从北京来看，地方财政环境保护支出的冗余和空气质量优良天数比率的不足影响了其生态效率，说明北京虽在环境保护方面投入资金量高但空气质量的改善效果并不明显。因此，北京应强化环保资金的审批流程，减少不必要的开支，改变环保资金的使用结构，提高环保资金的使用效率，力求资金的最大化利用；政府要完善有关环境保护的政策和规定，设立严格的奖惩措施，同时也要加强空气质量的检测与监督，对高污染企业进行整改，大力支持新能源技术的开发与应用，加强环保观念的宣传。

从河北来看，全社会固定资产投资、各地区从业人员数、用水总量、能源消耗量的投入冗余，以及工业废水、二氧化硫排放量、一般工业固体废弃物产生量的冗余，导致了其生态效率的低下，对此河北可以从以下几个方面进行努力：1）提高资金的投资效率、优化投资结构；2）加强劳动者职业技能培训，提高劳动生产效率；3）政府与企业合作，加快推进机械化和智能制造进程；4）加强研发和推广节水技术，加强水资源的循环利用，完善阶梯水价制度；5）治理高耗能企业、推广节能技术，开发利用清洁能源、提高能源使用效率；6）加大环保整治力度，严控废水、废气等污染物的排放标准，培养公民的环保意识[20]。

还有个别地区在地区生产总值方面存在产出不足，如吉林、黑龙江、甘肃等，针对此问题，各地可结合自身的实际状况，加快推进供给侧结构性改革，改变经济发展方式，调整经济结构，为公民提供多种就业机会。

3 结论

本文通过对2015—2019 年中国30 个省（市、区）生态效率的分析与评价，得出以下结论。

1）2015—2019 年中国整体生态效率偏低，但从发展趋势来看，呈现逐年上涨的趋势。从三大区域来看，东部生态效率均值最高，西部次之，中部最低，区域之间的差距较大且有逐步扩大的趋势。天津、上海等7 个地区在2015—2019 年的整体生态效率均为1。以上说明我国在经济结构不断优化，污染防治攻坚战取得显著进步的同时，也面临创新驱动力、高质量供给不足等问题。

2）研究期内生产阶段的生态效率偏低，表明我国整体资源利用率较低。从长期来看，呈现一种缓慢提升的趋势。中部、西部生产阶段的生态效率较为低下，三大区域在此阶段的生态效率差距较大，但随着时间变化，这种差距有缩小的趋势。

3）研究期内环境治理阶段的生态效率相对较高，长期来看，处于一种波动上升的趋势。说明近些年来我国整体上更加重视环境保护，环境治理取得了显著进展。东中西部地区的效率值同样呈现两边高中间低的情形，且区域间的差距有不断拉大的趋势。

4）从全国来看，投入资源过多、投入转化率较低及污染物排放过高是导致生态效率低下的主要原因。

通过对北京、河北两地生态效率存在损失的原因进行具体分析，提出了对高污染、高耗能企业进行整改等建议。各省（市、区）应结合自身的实际情况，有针对性地解决投入冗余及产出不足方面的问题，转变经济发展方式，提高资源利用率，发展绿色产业，加强环境保护，注重生产阶段和环境治理阶段生态效率的同步提升。