长江和黄河流域生态效率时空差异及空间溢出效应比较

田 泽,张瀚亓,任芳容,陈一飞

(1.河海大学商学院,江苏 南京 211100; 2.南京林业大学经济管理学院,江苏 南京 211100;3.湖北经济学院工商管理学院,湖北 武汉 430205)

近年来,我国经济增长进入了高质量发展阶段。党的十九届五中全会提出了“双碳”目标远景,即在2030年实现碳排放峰值,2060年实现碳中和,这是贯彻落实国家绿色、低碳发展战略的重要举措和生态文明建设的必然需求,有利于推进我国经济和社会的全面、绿色转型。为应对这一挑战,要优化经济发展模式,以低能耗、低投入、低废物和高效率为基础,实现可持续的经济发展。

长江发源于亚洲水塔区,拥有丰富的水资源。长江流域在我国经济社会发展中具有重要的战略地位,覆盖11个沿江省市,占据了21.4%的国土面积,2020年人口总数占全国总人口数的42.9%,地区生产总值占全国生产总值的46.4%。黄河流经9个省区,黄河流域2020年人口总数占全国总人口的29.8%,地区生产总值占全国生产总值的25.0%。黄河流域是国家重要的生态安全屏障,也是经济发展的关键区域,其生态安全状况与我国经济社会的发展有着重要关联。在以“双碳”为目标导向的生态文明建设背景下,长江和黄河流域的经济、社会、生态文明建设有其独特的特点,其生态环境建设和高品质发展不仅关乎地区自身的可持续发展,也对整个国家的生态文明建设具有重要意义。两大流域的自然环境、地理、政策、历史等多重因素造就了流域间区域发展不平衡,经济发展差距明显。因此,本文以长江和黄河流域为研究对象,探究其生态效率影响因素及空间差异,为推动区域绿色、生态文明建设与环境保护的和谐发展提供参考。

1 文献综述

生态效率是衡量一个国家能否实现生态文明可持续发展的重要指标之一,强调以最低环境资源损耗带来最大化发展价值,提高生态效率,可以平衡经济发展和资源与环境之间的矛盾,促进社会与生态文明的和谐发展。1990年,Schaltegge等[1]将生态效率定义为:经济增长速度与相应的环境效应比率。1996年,国际可持续发展工商业联合会定义了生态效率的内涵,即通过提供有价值的产品和服务,使整个生命周期内其产生的环境影响达到与估算的地球最大生态承载能力相匹配的程度[2]。随着人类命运共同体观念的日益强化,提升生态效率、实现全人类共同发展逐步成为共识,关于生态效率的研究日益深入,相关理论和应用不断发展完善。

当前,在评估生态效率方面DEA模型法应用广泛,国外学者大多从宏观层面上进行研究。Rebolledo等[3-4]对欧盟成员国的生态效率进行了评估,得出生态效率值高的国家经济发展也相对较快的结论。Hu等[5]利用SBM-DEA模型,对澳大利亚的生态效率进行研究,并在时间和空间上对生态效率产生的作用进行阐述。而国内的学者在评价和衡量生态效率时,主要集中于某一产业或部门的生态效率影响评价[6]。毛建素等[7-8]根据工业产值和工业生产中产生的烟尘、废水废气等多种污染物质的污染比例来反映工业环境的生态效率情况。周旭东等[9]利用超效率DEA模型,结合工业面板数据资料,分析了工业的生态效率和发展特征。另外有部分学者着重于特定流域和区域的生态效率问题。景晓栋等[10]对区域生态效率进行测算,分析生态效率影响因素的作用和效果,为DEA模型在区域生态效率的评价研究提供了参考依据。彭迪云等[11]利用三阶段DEA模型,通过对长江流域不同省市的面板数据进行统计分析,对其生态效率水平进行评估。

本文综合对比分析长江、黄河两大流域的生态效率与经济发展之间的关系,以揭示长江和黄河流域在生态系统管理和可持续发展方面的差异和挑战。考虑传统CCR模型、BCC模型决策单元合成后无法进行区分和对比等问题,利用超效率SBM模型对两大流域生态效率进行测算,结合空间杜宾模型,进一步挖掘生态效率影响因素空间作用效果和地区差异性,并提出相应的对策建议,旨在为实现两大流域高质量发展、促进国民经济绿色低碳经济转型提供参考。

2 研究方法与指标体系

2.1 研究方法

2.1.1包含非期望产出的超效率SBM模型

2001年,Tone[12]在改进的SBM模型中增加了松弛变量,可以有效地克服传统径向模型带来的测量误差,消除了因径向和角度选择差异带来的偏差和影响,反映投入剩余及产出不足的松弛变量[13]。超效率SBM模型是SBM模型的演化,能进一步评价效率值大于1的决策单位,从而得到更准确的效率结果。超效率SBM模型表示为

(1)

式中:ρ为效率评价指标;xk、yk分别为k决策单元的投入与产出向量;xik、yik分别为投入与产出向量的元素;X、Y为投入产出矩阵;S-、S+为投入产出的松弛变量;λ为列向量;m、q、r为决策单元个数。当ρ≥1时,表明决策单元有效;当0≤ρ<1时,表明决策单元需进一步改进投入与产出比例,以实现最佳效率。

2.1.2全局莫兰指数

空间自相关是空间依赖的重要形式,用来分析空间内不同观察单元的相互联系,并以此评估各单元的相互作用和效果。若某要素在空间上具有某种规律性,则存在空间自相关性。全局空间自相关是从总体上对两大流域整体的空间关联度进行研究,能够判断相关影响因素是否存在聚集性效果。相关计算公式为

(2)

2.1.3空间面板计量模型

空间计量理论将时空影响应用于经济计量,以克服常规方法对空间数据分析的局限性,同时对数据之间空间关联度进行探讨。空间计量模型通常基于流域尺度的数据,考虑流域内部的空间异质性和相关性,可以更好地分析流域内部不同地区的生态效率差异,并为流域管理和决策提供科学依据。然而,适用性取决于数据的可获得性和模型的适用范围。不同流域的地理和环境条件可能存在差异,因此需要根据具体情况选择和调整适当的空间计量模型。以面板资料为基础的空间计量模型与以截面为基础的计量模型相比更接近实际情况。本文应用空间计量模型对两大流域生态效率影响因素进行测度评估,并探讨了其可能产生的空间溢出效应。经检验,空间杜宾模型为

Yt=α+ρWYt+γXt+θWXt+ε

(3)

式中:Yt为被解释变量;Xt为解释变量;i为地级市;t为年份;ε为误差项;α为常数项;ρWYt为邻近区域对本区域被解释变量的作用效果;θWXt为邻近区域对本区域解释变量的作用效果。式(3)是对各个影响因子的边际效应进行度量,并将其分为直接和间接两种效应,直接效应是指解释变量在区域内的作用,而间接效应是指在相邻区域内的解释变量。

2.2 指标选取与研究范围

2.2.1生态效率评价指标

遵循完备性、合理性原则,参考陈晓兰等[14-15]的研究成果,建立一个较为完善的绿色、低碳生态效率评价指标体系,相关指标见表1。

表1 生态效率评价指标体系的相关指标

2.2.2生态效率影响因素指标

以往文献中,生态效率大多是指经济、社会、自然系统之间的协调发展,从而促进资源的有效分配,经济和社会的协同发展。本文参考杨玉春等[16-18]的研究成果,分别从结构、制度和政府规制3个角度分析长江和黄河流域生态效率空间变化规律的相关影响因素及其空间作用效果,表2为两大流域生态效率影响因素变量指标。

表2 长江和黄河流域生态效率影响因素变量指标

结构变量中产业结构指数对节约资源、降低环境污染起促进作用。制度变量包括经济发展水平、人口密度、外资利用水平3个指标。经济发达的地区容易吸引高水平的人才,有助于指导企业制造优质绿色产品。政府规制中通过提高科教强度,鼓励企业提高生产工艺水平和污染控制技术,可以有效促进资源的充分利用,从而降低非预期的产出。政府干预程度能够衡量政府投入资源进行环境保护和废弃物处理的力度,有利于资源合理回收及综合利用。

2.3 数据来源

根据数据的全面性原则和研究结果的代表性原则,选取2010—2020年的统计数据,空间上参考张樨樨等[19-20]的研究,选取长江和黄河流域主要地级市进行研究[21],其中,长江流域107个地级市,黄河流域75个地级市,共计182个地级市,资料全部取自《中国统计年鉴》和《中国城市统计年鉴》。长江和黄河流域主要地级市划分见表3。

表3 长江和黄河流域主要地级市划分

3 生态效率时空差异性分析

3.1 生态效率时间趋势

根据构建的生态效率评价指标体系,测算长江和黄河流域生态效率,结果见图1。总体上,2010—2020年长江流域生态效率值呈先上升后下降的趋势,但整体呈现波动式上升并稳定在0.75,说明长江流域生态效率整体发展较好,但仍需加强生态方面的治理。黄河流域生态效率呈现波动下降的趋势,近年来有回升趋势,但整体上优于长江流域生态效率,说明黄河流域生态效率较好,发展潜力大。

图1 2010—2020年长江和黄河流域生态效率值

从时间角度来看,长江流域各区域生态效率变化趋势与长江流域整体变化趋势相同,其中,下游城市生态效率比中游和上游城市平均值高,但区域间差异较大,说明长江流域各区域生态效率协同发展程度有待提高。

从图1(b)可以看出,黄河流域2010—2020年总体生态效率存在一定的波动性,近年虽有上升的趋势,但变化幅度只在0.75左右,且数值不大。流域各区域的生态效率与整个流域有很强的相关关系。黄河流域中游、下游地区的生态效率总体低于黄河流域整体水平,而上游的生态效率要高一些,表明黄河流域上游地区的生态效率发展状况良好,中下游地区生态效率发展情况较差,区域生态效率发展略不协调。

3.2 长江和黄河流域生态效率空间分布特征

全局莫兰指数结果见表4。由表4可见发现,长江和黄河流域各指标各年份的空间相关性均达到1%的显著性水平,说明各地级市生态效率存在显著的空间集聚效应,即在一定程度上,该区域的生态效率对邻近地区有影响,并受到相邻地区的影响。因此,在空间上长江和黄河流域生态效率呈现较为显著的聚集性,适合于空间计量分析。

4 生态效率影响因素空间溢出效应

4.1 模型检验与模型建立

生态效率影响因素空间溢出效应结果见表5。在LM检验中,P值比较显著,鉴于此,采用空间自回归模型与空间误差模型相结合的空间杜宾模型进行研究。利用Wald和LR检验,判断模型是否需要退化为空间自回归模型或空间误差模型。结果显示,二者均在1%水平上显著,不存在退化现象。最终,Hausman检验的全部结论均否认原随机效应假设显著,在此基础上,采用固定效应空间杜宾模型进行实证研究。

表5 生态效率影响因素空间溢出效应

4.2 区域间影响因素

利用空间杜宾模型,分析产业结构、经济发展水平、城市化率等因素对区域生态效率发展空间作用的影响,通过对两大流域生态效率驱动因素的异同点分析,探寻两大流域生态效率的差异化发展途径。

根据表6的回归结果,从长江和黄河流域整体来看:①根据产业结构指数测算结果,黄河流域与周边城市呈正向空间溢出效应,长江流域表现为负向空间溢出效应,表明黄河流域近年来工业转型升级成效明显,总体上工业发展比较协调,但是长江流域受到工业污染的影响,生态效率降低。②城市化率在两大流域作用效果均不显著,可能是由于空间布局优化速度落后于城镇人口的增加速度。③经济发展水平对两大流域生态效率的效应系数均为正数,表明经济发展对区域和周边城市的生态效率有一定的促进作用,但并不显著。④人口密度对长江流域的直接、间接、总效应均具有正向影响效果。黄河流域直接效应系数为正,间接、总效应系数均为负,说明黄河流域人口空间分布较为均衡、区域发展较协调。⑤外资利用水平方面,两大流域效应系数均不显著,其中长江流域间接效应系数为负,说明长江流域与周边城市外资利用水平呈现负向空间溢出效应。⑥科教强度方面,除长江流域间接效应、总效应系数为正外,两大流域直接效应系数均为负数,说明长江流域与周边城市相互作用呈现正向空间溢出效应,黄河流域部分地区科研经费投入成果不明显,科研经费的配置不够合理,配置比例偏低,其作用有限,不能明显地改善生态效率。⑦政府干预程度因素的直接、间接、总效应系数均为正但不显著,说明政府的介入对长江流域和周边地区旅游生态效率的改善起到了积极的促进作用,而对黄河流域和相邻地区生态效率的改善却没有明显的影响。

表6 长江和黄河流域整体生态效率影响因素空间效应结果

4.3 区域内影响因素

4.3.1长江流域

a.长江流域上游地区:直接效应方面生态效率受经济发展水平、科教强度和政府干预程度的正向影响,人口密度作用效果为阻碍效果,与周边城市在产业结构方面呈现负向空间溢出效应,在科教水平方面呈现正向空间溢出效应。因此,长江上游地区应积极发展绿色金融,建立健全绿色金融制度,加快城市化进程和区域化发展,鼓励并引导更多资金投入清洁能源等领域。

b.长江流域中游地区:经济发展水平和外资利用水平对生态效率呈现较为显著的正向空间溢出效应,城市化率在自身与邻近城市之间呈现显著的负向空间溢出效果,科教水平对中游地区生态效率具有一定的制约效应,但在周边城市作用效果为促进作用,因此,长江流域中游地区要积极推进绿色金融和高品质的城市化进程,必须提高经济发展水平,发展适合自己的产业,提高资源投入。

c.长江流域下游地区:生态效率主要受到产业结构、城市化率的抑制作用,人口密度、科教强度的促进作用,与周边城市生态效率在产业结构上表现为正向空间溢出效应,环境规制上表现为负向空间溢出效应,因此,要改善下游的生态效率,应该以绿色发展理念为指导,优化产业结构和工业布局,加大科技创新投入,加强人力资源管理。

4.3.2黄河流域

a.黄河流域上游地区:产业结构和人口密度对生态效率主要起正向促进作用,对邻近城市仅在外资利用水平方面正向空间溢出效果不显著。黄河流域上游地区生态效率的提高,关键在于推进经济发展,淘汰落后的产能,革新工艺技术,统筹城镇化与资源环境之间的关系,加速优化工业和能源结构,消除对高污染、高排放行业的依赖,并合理控制人口密度。

b.黄河流域中游地区:经济发展水平和人口密度对生态效率的直接效应表现为正向空间溢出效果,对邻近城市在产业结构、经济发展水平方面表现为正向空间溢出效果,外资利用水平表现为负向空间溢出效果。

c.黄河流域下游地区:生态效率仅在产业结构方面自身正向空间溢出效果不显著,同时产业结构、外资利用水平对邻近城市作用效应较为显著。因此,黄河流域中下游地区既要以产业结构和外资利用水平为突破口,同时要科学地评价和审慎地选用外资,并采取相关的环境保护政策,避免过分地引入国外的污染密集型工业。

4.4 稳健性检验

为保证研究方法的可靠性,采用邻接矩阵代替地理距离权重矩阵进行稳健性检验,结果见表7。从表7可见,除了个别变量估算值稍有改变以外,其他各项指标的直接、间接以及总效应系数符号和显著性没有显著改变,说明本文的结论基本有效、稳健。

5 结论与对策建议

5.1 结论

a.长江和黄河流域整体生态效率具有明显的时空演变和分配的特点。根据时间演变规律,两个流域的生态效率呈现差异性分布,各区域的生态效率都呈现出稳定的增长趋势。从分布来看,流域大部分地区的生态效率都从低效率向中等、高效率方向发展,并有向更高效率发展的趋势。

b.区域生态效率发展不均衡。长江流域各地级市的生态效率都有明显的提高,而在整个流域,各区域间的差距在不断减小。中部流域从低层次向高层次转变的地级市数量逐步增多,呈现从二极到多极的发展态势;整个下游地区的生态效率差异逐步扩大。黄河流域生态效率总体增加,但2012年后,其增速逐渐减缓。总体上,各流域内部之间的发展不均衡。

c.长江流域和黄河流域生态效率影响因素存在显著的空间溢出效应,并具有很好的时空关联度,在不同流域间存在着相互影响。流域的空间格局对地级市的发展具有重要的作用。从整体上看,工业和城镇化对两大流域都产生正向的作用,与黄河流域相比,长江流域的产业发展和城市化率对流域的生态效率有显著的促进作用。长江流域中下游地区的人口密度对其生态效率产生了一定的不利作用。黄河流域的发展对上游地区的生态效率具有消极的影响,对外资利用水平具有正效应,而对中、下游地区的生态效率发展则具有一定的制约效应。

5.2 对策建议

a.实施低碳协调管理手段,缩小区域建设差异,统筹区域协调发展。不同区域间的生态效率差异虽然有逐渐缩小的趋势,但整体差距仍然很大。下游沿海地区交通便利,外贸水平高,具有巨大的市场需求,中游城市更多的是依靠本地的资源和传统的公司来支撑自己的发展。结合低碳管理的相关方法,加强区域间的合作,可以有效地化解区域间的差距,充分发挥各地区的优势,促进区域间的合作共赢。应根据长江和黄河流域的资源特点和优势,推动资源的优化配置和跨流域的资源转移,实现资源的高效利用和互补发展,实现区域间的资源整合,从而解决区域内资源消耗过载等问题,同时促进生态效率相对落后地区的有效转型,实现区域之间的双赢。

b.大力发展科技创新,加强碳排放技术研究,着重优化资源配置。在提高环境保护水平的基础上,应重视培育企业的自主创新能力,保持并促进企业绿色技术的发展;要利用现代先进的装备与管理技术,对企业的规模进行有效的控制,以达到最大限度地利用企业的资源。应加强工业企业的转变与升级,对工业、农业、文化旅游等行业进行科学的规划和指导,以更高的开放水平推动长江和黄河流域经济发展,吸引外资,从根本上减少对生态环境的破坏。由于长江和黄河流域各地区的生态效率差异很大,应针对长江、黄河流域不同地区的生态效率采取相应的措施,实现绿色和谐发展。

c.优化产业结构布局,加速绿色转型升级。产业结构的升级有利于黄河流域提升生态效率,但其对长江流域生态效率表现为负向空间溢出效应,说明各地区要根据自身的实际状况,客观地评价产业结构与其自身发展的关系,并进行相应的调整。上游地区在推进地区经济发展的同时,要增加低能耗、高产出行业的流入,使生态环境得到最大程度的优化;中游地区要不断发展高质量产业,促进工业、服务业和信息业相结合,提高资源综合利用效率,实现经济与生态的和谐统一;下游地区要发挥地理优势,大力扶持绿色环保技术,以推动经济绿色发展。