基于网络DEA 模型的三大经济圈海洋复合系统效率研究

吴婉娴

（黎明职业大学，福建 泉州 362000）

随着社会经济快速发展，对海洋资源的开发与利用也越来越多，并且开发进程也不断加快。海洋具有独特的自然属性、社会属性以及经济属性，海洋经济在我国“十二五”规划中已经被提升到国家战略的地位，而其对人类居住环境、国家安全与文化风俗形成的影响重要性也是毋庸置疑的。但近年来不合理的海洋开发利用造成海洋经济与生态环境保护的矛盾冲突加剧，社会经济发展与生态承载力平衡被打破使得经济发展的速度放缓。在国际贸易环境日益恶化，疫情影响下，国内国际双循环的新发展格局下，如何打破资源环境的瓶颈制约，探索转型发展的新途径？因此，我国海洋经济的发展与海洋生态的保护必须同步进行，海洋的开发利用必须要全面考虑经济、社会和生态三者的关系，从而实现海洋复合系统效率的最大化。长三角经济圈、珠三角经济圈和环渤海经济圈是国内区域经济发展最好的区域，其海洋复合系统最为完整，也最具代表性，故本文选取这三个地区作为研究对象，探讨当前国内海洋复合系统效率的现状，为海洋区域的可持续发展提出建议。

一、文献综述

当前国内外学者对海洋系统进行深入研究，通过随机前沿分析法［1-2］、DEA 等各种方法进行测度［3-4］。赵林等（2016）基于SBM-Malmquist 模型分析中国海洋经济效率的动态演变规律［5］；Wang 等（2019）通过不同海洋资源的属性探究海洋资源利用产生效率差异的因素［6］；Ren 等（2018）在测算海洋经济绿色效率的同时，将环境因素引入到模型中［7］。赵良仕等（2021）采用SBM 模型测算海洋经济韧性和效率之间关联［8］。此外不少学者通过不同维度构建各类海洋系统的评价指标体系。高强等（2013）基于AHP 理论方法围绕经济、社会和生态这三个维度构建了综合发展评价指标体系［9］；狄乾斌等［10］与孙剑峰等［11］分别从五个层面构建了海洋生态文明的综合评价指标体系；高升等从胁迫性等4 个角度阐述了海洋经济系统的脆弱性［12］。

海洋复合系统方面的研究也取得较大突破。盖美等（2018）对海洋环境与经济系统承载力之间的协同水平进行测量［13］，李国柱等（2018）则对我国沿海海洋经济与资源环境的耦合度与协调度进行分析［14］。张晓等（2018）则基于耦合协调度模型证明了海洋环境与经济之间存在耦合协调关系［15］；王举颖等（2021）运用复合系统协同度模型，对海洋生态文明系统和海洋科技创新系统进行有序度及协同度分析，并对两系统未来演变趋势进行预测［16］。

通过文献梳理发现大多数学者对海洋系统更多侧重于生态系统与经济系统的研究，而较少关注海洋复合系统的探究。此外，现有海洋复合系统的研究更多以构建指标体系为主，并没有通过数量模型来刻画海洋复合系统的效率问题。考虑现有研究存在不足，选取三大经济圈作为本文的研究区域，运用网络DEA 模型从海洋生态、经济、社会三个子系统进行深入的微观研究，探析其系统效率发展的时空演变规律。

二、研究方法

（一）研究区域

本研究选择长三角经济圈、珠三角经济圈和环渤海经济圈这三个海洋区域发展较发达经济圈作为研究区域。通过统计年鉴、海洋数据公报等方式得到2006-2020 年这15 年间三大经济圈的海洋生产经济情况，如表1 所示。

表1 三大经济圈的海洋生产总值

随着经济的快速发展，三大经济圈沿海地区的人口密度也逐年增加，社会教育文化发展也快速发展。与此同时，沿海水域的海洋环境污染正在成为日益严重的问题，这给海洋经济可持续发展提出了新的挑战。

（二）海洋复合系统构成

在海洋复合系统中，生态系统内包含海洋资源、海洋环境等，可以为海洋社会系统、经济系统提供资源支撑、环境清洁等功能；经济系统是生产力和生产关系的协同，实现资源的开发与利用；社会系统是人类在与海洋相处过程中产生的具有海洋特性的思想观念、道德精神、文化艺术等，是人类精神文明的依托。海洋复合系统之间各子系统构成及运作原理如图1 所示。

图1 海洋复合系统各子系统构成及运作原理式

（三）模型构建

在复合海洋系统模型中，各子系统会相互产生影响，即当子系统从其他两个子系统获得生产要素时，也为其他两个子系统提供生产要素。在这种复合海洋系统模式中，生产要素有六个单向生产链，或三个生产要素的双向链。生产要素包括劳动力，资本等。本文研究的时间以2006-2020 年这15 年作为时间跨度。

1.指数

由于本文研究所涉及决策数量单位较多，数据包络分析（DEA）方法具有局限性，因此本文设定各子系统的模型只有一个输入变量和产出变量。

其中从社会子系统向经济子系统的投入包括从事海洋经济的劳动力，向生态子系统的劳动投入是从事环境保护的劳动力；经济子系统向生态子系统的投入主要体现为环境保护投资金额，向社会子系统的投入主要为社会福利、教育等投入；生态子系统向经济子系统的投入体现在资源供给，向社会子系统的投入为社会生活环境的舒适度等，主要通过社会大众、专业机构的调查评定衡量。

为将各子系统之间无法量化的投入要素进行数量化，本文采用人类发展指数（HDI）标准，从而反映各子系统投入与产出之间的关联，HDI 的计算公式如下：

在该公式中，区域j 的HDI 等于该区域的平均值i（i=1，2，3），这代表了预期寿命，知识水平和生活质量变量。Xij是i 区域中j 的实际测量值表示i 变量的阈值的上限和下限。其中，预期寿命为2010年第六次人口普查数据和2020 年第七次人口普查数据计算的平均年值。知识水平根据高中入学水平（1/3的权重）。以人均国内生产总值的对数估计生活水平。按照UNDP（2020 年）的标准［17］的数据计算每个指数阈值的上限和下限。生态子系统不包括劳动力，可以作为其他两个子系统的输入。鉴于当前无法准确估计海洋海域的土地投资，本研究利用海洋生态资本投入作为生态系统对其他子系统的输入。

2.网络DEA 模型

本文中定义经济效益为效率，经济发展作为产出；社会效益定义为效率，社会进步作为产出；生态效益定义为效率，生态水平提高作为产出。基于系统理论，将经济、社会和生态子系统作为复杂海洋系统的一部分，并根据每个子系统的相互作用构建复合海洋系统的环形理论概念模型，如图2 所示。为了便于计算，本文将环状结构拆分为3 个部分研究即（1）以生态效率主导的经济-社会-生态效率和社会-经济-生态效率，（2）以社会效率为主导的经济-生态-社会效率和生态-经济-社会效率，（3）以经济效率为主导的生态-社会-经济效率和社会-生态-经济效率。

图2 海洋复合环状系统概念模型

运用网络DEA 方法对复杂海洋系统各链模型的效率进行计算，具体如图3、图4、图5 所示。模型中有L（L=1，2）个子进程，S1，S2和S3代表三个子系统。X(s)ij和Y(s)ri分别代表S 子系统的投入和产出，Z(s)ik表示中间投入或产出（第一阶段的产出和下一个投资）。具体如图6 所示。

图3 海洋生态效率

图4 海洋社会效率

图5 海洋经济效率

图6 网络DEA 流程图

本文中，αs，βs和γs分别代表投入，产出和中间投入或产出的乘数，Ms表示子元素的权重值：

海洋复合系统的效率可用以下公式表示：

网络DEA 模型具体表示如下：

当计算结果效率值大于0.8 时，则该区域系统被认为是相对有效的，效率值在0.4 至0.8 之间被认为是相对低效的，小于0.4 的区域系统被认为是无效的。

四、实证分析

本文运用MaxDEA 软件计算公式（3）到公式（5）。由于研究的三个子系统在海洋复合系统中结构相似，故选择非径向SBM-DEA 模型。为更好地比较相对单位的效率，本文采用超效率DEA 模型，得到相应的结论，并进行数据分析。

（一）经济效率

社会子系统和生态子系统的各自主导下的投入对经济子系统效率影响如图7-9 所示。

图7 2006-2020 年长三角经济圈社会-生态-经济效率和生态-社会-经济效率

图8 2006-2020 年珠三角经济圈社会-生态-经济效率和生态-社会-经济效率

图9 2006-2020 年环渤海经济圈社会-生态-经济效率和生态-社会-经济效率

其结论讨论如下：

1.由社会子系统主导投入的社会-生态-经济效率的海洋经济效率趋势走向图可知：三大经济圈的效率值整体呈上升趋势。在时间维度看2015 年前三大经济圈的效率值均保持平稳上升，2015 年后上升幅度明显加快。其中长三角和环渤海经济圈上升幅度最为明显，珠三角经济圈上升速度相对较慢。从空间维度来看长三角经济圈效率值从原先的低于0.4 的相对无效慢慢发展到0.4-0.8 的相对低效，到2020 年迅速提升到接近效率值1 的相对有效状况。而珠三角效率值一直较低，2015 年以前效率值一直处于相对无效的状态，2015 年之后维持在0.5 左右的效率值，是相对低效的。环渤海经济圈的起点比较高，一直处于效率值0.6 以上，是由相对低效慢慢发展为相对有效的。

至于各个阶段的效率，三大经济圈的效率值在第一阶段呈现上升趋势，其基本走势与总效率值相似。但是第二阶段的趋势具有较大的不同，三个经济圈基本都是处于下降趋势，由于第二阶段高效率值大于第一阶段，而整体效率值是两阶段的平均值，最终三条线段维持在一定的点上。

2.由生态子系统主导投入的生态-社会-经济效率的海洋经济效率发展趋势图可看出：从时间维度上看，珠三角和环渤海经济圈的整体效率都保持相对稳定的状态，波动非常小，长三角经济圈处于波动上升状况。从空间维度看，珠三角和环渤海经济圈效率值均低于0.4，处于相对无效状态，而长三角经济圈在2015 年以前的效率值在0.4 以下（除了2010-2011 年高于0.4 外），2015 年后效率值上升到0.5 左右，达到相对低效状态。三大经济圈的第一、第二阶段的效率值走势基本一致，且第一阶段是相对有效或相对低效，第二阶段是相对无效。

（二）社会效率

经济子系统和生态子系统的各自主导下的投入对社会子系统效率影响如图10-12 所示。其结论讨论如下：

图10 2006-2020 年长三角经济圈经济-生态-社会效率和生态-经济-社会效率

1.由经济子系统主导投入的经济-生态-社会效率的海洋社会效率趋势走向图可知：三大经济圈的效率值的发展趋势各不相同，在时间维度上看，长三角经济圈的总效率值呈现波动上升趋势。珠三角经济圈的效率值波动非常大，最高能达到1.2，最低降至0.7 左右。环渤海地区的效率值基本维持在比较稳定的区域，在0.5 的效率值处上下微弱波动。从空间维度上看，长三角经济圈的效率值在2010 年以前是低于0.8 的相对低效状态，2013 年逐渐到达相对有效阶段。珠三角经济圈的效率值波动很大，2006-2010 年和2013-2017 年是下降趋势，2010-2013 年和2017-2020 年都是上升状态，但是无论上升还是下降，其效率值始终是低于0.8，故其是相对有效的。至于各个阶段效率，长三角地区第一阶段是上升趋势而第二阶段是处于下降趋势。珠三角地区的第一阶段与其总效率值的走势相同，而第二阶段正好相反。环渤海地区第一阶段波动很小，而第二阶段波动较大。三大经济圈的第二阶段效率值始终是同期最高的，而第一阶段的效率值为同期最低。

2.由生态子系统主导投入的生态-经济-社会效率的海洋社会效率发展趋势图可知：从时间维度上看，三大经济圈整体效率都保持在相对稳定的状态，波动非常小，长三角经济圈处于微弱的波动上升状况。从空间维度看，珠三角和环渤海经济圈效率值均低于0.4，处于相对无效状态，而长三角经济圈在2011 年和2017 年后效率值高于0.4，达到相对低效状态，其他时间均为相对无效。三大经济圈的第一、第二阶段的效率值走势基本相同，且第一阶段是相对有效或相对低效，第二阶段是相对无效。

图11 2006-2020 年珠三角经济圈经济-生态-社会效率和生态-经济-社会效率

图12 2006-2020 年环渤海经济圈经济-生态-社会效率和生态-经济-社会效率

（三）生态效率

经济子系统和社会子系统各自主导下的投入对生态子系统效率影响如图13-15 所示。其结论讨论如下：

图13 2006-2020 年长三角经济圈经济-社会-生态效率和社会-经济-生态效率

1.由经济子系统主导投入的经济-社会-生态效率的海洋生态效率趋势走向图可知：从时间维度看，长三角经济圈总效率值呈现下降趋势。珠三角经济圈效率值在1 的效率值上下水平波动。环渤海经济圈效率值基本维持在0.6 的效率值处。从空间维度看，长三角经济圈效率值在2017 年以前是高于0.8，即为相对有效状态，2017 年后是处于相对低效状态。珠三角经济圈效率值均大于0.8，故其属于相对有效。环渤海经济圈是处于相对低效状态。各阶段效率值走向与总效率值相似。

2.由社会子系统主导投入的社会-经济-生态效率的海洋生态效率发展趋势图可知：从时间维度看，三大经济圈整体效率都保持低速上升状态；从空间维度看，珠三角经济圈效率值低于0.4，处于相对无效状态，而长三角经济圈从相对无效状态慢慢提升到相对有效状态。环渤海经济圈则是一直是相对低效和相对有效状态。

图14 2006-2020 年珠三角经济圈经济-社会-生态效率和社会-经济-生态效率

图15 2006-2020 年环渤海经济圈经济-社会-生态效率和社会-经济-生态效率

（四）第二阶段检验

本文通过控制第三个变量来检验线性影响下两个变量之间的部分线性相关性。为判断第一阶段与总体效率之间的投入的相关性，本文将第二阶段效率设置为控制变量，总效率和第一阶段效率作为因变量。为判断第二阶段效率与总体效率之间的投入相关性，本文将第一阶段效率作为控制变量，总效率和二阶段效率作为因变量。最终检验结果如表2所示。

从表2 结果可看出，第一阶段和总效率的相关系数小于0.5 的比例较低，第一阶段和整体效率的相关性显著增强，第一阶段效率的结果能准确地反映总体效率。三组总体效率和第一阶段效率相关系数基本大于0.5，第一阶段与总效率的相关性很高。因此，从图7-15 看，无论效率值的变化趋势或效率值大小如何，第一阶段效率与第二阶段效率有较强的相关性。

表2 部分相关性检验结果

五、结论和建议

（一）结论

本文将海洋复合系统的环形结构分解为链式结构，并运用网络DEA 模型对2006-2020 年间国内三大经济圈的海洋复合系统链结构的进行实证分析，从整体来看，三大经济圈不同链式结构的趋势都不一样，有的链条呈上升趋势，有的链条维持稳定，有的链条则呈现下降趋势，具体结论如下：

1.从经济效率角度看，社会-生态-经济效率与第一阶段的效率非常接近，可以从第一阶段开始提高经济效率，继续增加环保投资，确保良好的海洋生态环境能够提供更多有形和无形的价值。

2.从社会效率角度看，经济-生态-社会与生态-经济-社会两者系统效率均与第一阶段吻合，因此，可以通过加强社会子系统同经济、生态子系统的关联，突出两者的投入产出，进而实现社会效率的提升。

3.从生态效率角度看，社会-经济-生态海洋符合系统效率在两个阶段波动都比较大，因此在两阶段据需要加强投入，实现整体效率的提升。

（二）建议

根据以上分析可知，目前国内三大经济圈的海洋复合系统的整体效率还很低，故提出相应建议：

一是推动海洋经济产业转型升级。提升海洋链的长度，获取更多增值价值。在“一带一路”倡议、长三角一体化和国内国际双循环的政策推动下，三大经济圈协同联动发展，不断整合区域的海洋资源，推进产业布局合理，区域优势互补、产业集群效益明显，搭建以海洋产业为主体的各类平台进行海洋产业的推广、共享与合作，加大海洋科技研发力度，研发各类高端海洋系列产品，促使高新科技发明的产生，提升海洋经济发展的内生动力。

二是不断加大海洋生态环境保护力度。三大经济圈的人口不断聚集，经济体量不断增大，因此对海洋生态的压力越来越大。第一，源头上遏制损害海洋生态的行为产生，实行生产制造过程全面质量管理，通过海洋生物技术、化学技术、人工智能和信息技术等打造绿色海洋生态发展体系。对已经出现的生态污染，则通过综合治理手段对环境污染进行治理和修复。第二，不断完善保护海洋生态方面的法律法规政策，建立相应的组织推动海洋生态保护措施的有效开展，并培养掌握相应的法律、政策、制度的人才成为具体执行人员。第三，推动海洋生态经济的发展，将生态建设，助推海洋生物医药、海洋新能源等绿色生态的运用。

三是在社会管理层面，通过相关组织与机构，宣传海洋的法律法规与政策，完善海洋保护的相关加强海洋保护的宣传和教育，不断提高民众海洋保护意识。同时在国家权力部门的引导和支持下，构建和谐海洋关系，推进海洋社会管理体系的发展，解决海洋社会中发展变化中的新问题。做好海洋经济发展、社会管理以及生态保护多层次人才培养梯队的建设，通过各种措施提升海洋生态、经济以及社会各个系统的效率，进而达到海洋区域开发的可持续发展。