基于DEA方法的安徽省城市生態(tài)效率評價

李久林,陳曉華,2,儲金龍

(1.安徽建筑大學(xué) 建筑與規(guī)劃學(xué)院，安徽 合肥 230022；2.池州學(xué)院 皖江城市發(fā)展研究中心，安徽 池州 247000)

1978年到2011年，中國城鎮(zhèn)人口從1.72億人增加到6.9億人，城鎮(zhèn)化率從17.92%提升到51.27%[1]，雖然從表面上看，中國城鎮(zhèn)化建設(shè)已經(jīng)達到世界平均水平，但人口多、資源相對短缺、環(huán)境容量有限，這一中國的基本國情問題也日益凸顯。近年來，隨著“工業(yè)強省”戰(zhàn)略的深入推進，安徽省工業(yè)化進程明顯加快，第二產(chǎn)業(yè)增長速度明顯快于第一產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)，二產(chǎn)增加值占GDP的比重繼續(xù)上升。其中，規(guī)模以上工業(yè)增加值增長21.1%，增幅高于全國平均水平7.2個百分點，居全國第4位、中部六省第1位。工業(yè)化率(工業(yè)增加值占GDP比重)由43.8%提高到46.2%，上升了2.4個百分點。工業(yè)對經(jīng)濟增長的貢獻率達63.6%，拉動全省經(jīng)濟增長8.6個百分點。工業(yè)對經(jīng)濟增長的支撐作用進一步增強。但是，依據(jù)工業(yè)經(jīng)濟的快速增長對環(huán)境造成巨大的影響。2010年，安徽省廢水排放總量為18.47億噸，二氧化硫排放總量為53.26萬噸，工業(yè)固廢產(chǎn)生量9158.18萬噸。粗放式經(jīng)濟增長方式是安徽省構(gòu)建和諧社會、建設(shè)美好安徽的重大障礙；經(jīng)濟效益和生態(tài)效益并重是推動安徽集約型經(jīng)濟建設(shè)的重要轉(zhuǎn)變，提升建設(shè)新型城鎮(zhèn)化能力的根本途徑。本文基于DEA方法對安徽省城市生態(tài)效率進行評判，為城市生態(tài)效率提升提供決策依據(jù)。

1 城市生態(tài)效率研究進展

1．1 生態(tài)效率

生態(tài)效率(Eco-efficiency)是生態(tài)資源滿足人類需要的效率，它是產(chǎn)出與投入的比值。其中“產(chǎn)出”是指企業(yè)生產(chǎn)或經(jīng)濟體提供的產(chǎn)品和服務(wù)的價值；“投入”是指企業(yè)生產(chǎn)或經(jīng)濟體消耗的資源和能源及它們所造成的環(huán)境負荷(EnvironmentalLoading)。概念最早由德國學(xué)者Sehaltegge和Stum在學(xué)術(shù)界提出，在1992年的世界可持續(xù)發(fā)展商業(yè)理事會（WBCSD）上被廣泛接受[2]，后來OECD認為生態(tài)效率可以看做是一種產(chǎn)出與投入的比值，并將其推廣到政府、工業(yè)企業(yè)及其他組織[3]。簡單的可以理解為生態(tài)效率就是最大化價值的同時，最小化資源消耗與環(huán)境污染，意味著最少的資源投入和最少的環(huán)境代價獲得最大的經(jīng)濟價值。

1.2 生態(tài)效率理論研究回顧

國內(nèi)學(xué)者對生態(tài)效率問題研究相對起步較晚，但隨著近年來我國環(huán)境與經(jīng)濟社會發(fā)展矛盾日益突出，生態(tài)環(huán)境脆弱，環(huán)境承載力不斷下降，污染問題日益突出等等都逐漸成為制約中國發(fā)展不容忽視的因素。眾多專家學(xué)者都在這一領(lǐng)域作出了積極的探索，分別從生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟學(xué)、社會學(xué)等多學(xué)科角度，采用定量與定性的方法取得了一系列研究成果。楊斌將DEA方法運用于生態(tài)效率的實證研究當(dāng)中，認為生態(tài)效率是衡量循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展水平的重要指標(biāo)，從宏觀角度對中國2000—2006年區(qū)域生態(tài)效率進行測度和評價，得出結(jié)論是我國東部與中西部地區(qū)之間存在著顯著地差異。工業(yè)固廢、粉塵、煙塵等污染物的排放及土地、水等資源的消耗成為影響我國生態(tài)效率的主要原因[4]。吳小慶基于生態(tài)效率理論，結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的特點，建立了農(nóng)業(yè)生態(tài)效率評價指標(biāo)體系。選取了無錫農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和面源污染相關(guān)數(shù)據(jù)，運用偏好錐的DEA模型對其農(nóng)業(yè)生態(tài)效率進行了評價分析，據(jù)此提出了一套農(nóng)業(yè)生態(tài)效率評價體系和方法[5]。王恩旭則在前人關(guān)于DEA模型的研究基礎(chǔ)上，基于模型的生態(tài)效率投入指標(biāo)體系，運用超效率DEA模型對中國30個地區(qū)的1995—2007年年間生態(tài)效率進行測度，認為中國的生態(tài)效率存在明顯的區(qū)域差異，由高及低依次是東部、中部、東北、西部。由于受東部地區(qū)生態(tài)效率變化影響，中國生態(tài)效率呈發(fā)散趨勢，差距逐漸增大[6]。

2 基于DEA的城市生態(tài)效率評價

2．1 評價方法—模型的構(gòu)建

DEA（數(shù)據(jù)包絡(luò)分析）是在“相對效率評價”的概念基礎(chǔ)上，根據(jù)多指標(biāo)投入和產(chǎn)出數(shù)據(jù)，運用運籌學(xué)的相關(guān)理論和模型評價同類決策單元的效率相對有效性的一種系統(tǒng)分析方法。1978年 A.Charens,W.W.Cooper和E.Rhodes等人首先給出的第一個DEA模型CCR[7].認為是一種關(guān)于效率評價的新方法。目前為止DEA已經(jīng)形成了一個數(shù)學(xué)、經(jīng)濟學(xué)、管理科學(xué)交叉研究的新領(lǐng)域[8-14]。在DEA領(lǐng)域，在以下幾個方面做了一系列奠基性的工作：（1）完成大量應(yīng)用的實例；（2）DEA模型的擴充和完善。例如,DEA模型BCC，F(xiàn)G和ST；加法模型；Log－型的DEA模型；帶偏好的錐比率的DEA模型；具有無窮多個DMU的半無限規(guī)劃的DEA模型；隨機DEA模型；逆DEA 模型；等等。（3）DEA模型和方法的經(jīng)濟背景和管理背景研究；（4）DEA所依據(jù)的數(shù)學(xué)理論研究。鑒于生態(tài)效率評價包含著復(fù)雜的輸入和輸出要素，故本研究采用DEA模型作為研究城市生態(tài)效率的方法。據(jù)DEA思想，省域域生態(tài)效率評價的本質(zhì)是將省域作為實際DMU，通過達到DMU的Pareto最優(yōu)，旨在尋找一個包含所有區(qū)域生態(tài)效率的最小凸錐，該凸錐的邊界就是生態(tài)效率的最佳前沿面，把省域所有生態(tài)效率有效集與最佳前沿面比較，從而得到各自效率測度[15-17]。假設(shè)有t個被評價的同類部分,稱為決策單元DMU,每個決策單元均有m投入變量和n個產(chǎn)出變量.如下,其中xij表示第j個DMU對第i種輸入的投入量,xij>0;yrj表示第j個DMU對第r種輸出的產(chǎn)出量,yrj>0;vi表示第i種輸入的一種度量(或稱“權(quán)”);ur表示第r中輸出的一種度量 （或稱 “權(quán)”）,i=1,2,…,m;r=1,2,…,n.xij,yrj為已知數(shù)據(jù),可以根據(jù)歷史資料得到,vi,ur為變量。各字母定義如下:

xij---第j個決策單元對第i種類型輸入的投入總量.xij〉0

yrj---第j個決策單元對第r種類型輸出的產(chǎn)出總量.yrj〉0

vi---對第i種類型輸入的一種度量，權(quán)系數(shù)

ur---對第r種類型輸出的一種度量，權(quán)系數(shù)

i---1,2,…,m

r---1,2,…,s

j---1,2,…,n

每一個DMU都有相應(yīng)的效率評價指數(shù)

其中

可以適當(dāng)?shù)剡x取權(quán)系數(shù)和，使其滿足

上述規(guī)劃模型是一個分式規(guī)劃，使用Charnes－Cooper變化，令

則有等價的線性規(guī)劃問題：

并引入阿基米德無窮小量，上式線性規(guī)劃可以轉(zhuǎn)化為等價的具有非阿基米德無窮小量的CCR模型

該模型中，可以理解為加權(quán)后的投入產(chǎn)出比，權(quán)系數(shù)以在約束條件下最有利于被評價DMU的形式確定，表征了待評估DMU的效率值，s-與s+為松弛變量，s-表示各項投入不能等比例降低的部分，s+表示各項產(chǎn)出還可以增加的部分。解此CCR模型，得s-、s+。具體解析結(jié)果如表1。

表1 DEA模型評價方法

2.2 數(shù)據(jù)選取與指標(biāo)確立

生態(tài)問題實質(zhì)是個經(jīng)濟問題，主要因為社會經(jīng)濟發(fā)展而生，因此解決手段必須依賴經(jīng)濟手段予以解決。同時生態(tài)效率講求經(jīng)濟效益和生態(tài)改進的雙贏,換言之生態(tài)效率的提升要求在資源低消耗、環(huán)境低污染少的前提下實現(xiàn)經(jīng)濟效益的最大化,因此,遵循真實性、區(qū)分性、可行性和指標(biāo)數(shù)量宜少等原則，并結(jié)合本文的研究目標(biāo)，最終將資源消耗和環(huán)境污染作為DEA模型的投入指標(biāo),而經(jīng)濟效益作為模型的產(chǎn)出指標(biāo)（表2）

表2 模型指標(biāo)構(gòu)成

2.3 數(shù)據(jù)說明

本研究投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)均以安徽省統(tǒng)計年鑒為準(zhǔn)，通過統(tǒng)計計算的面板數(shù)據(jù)為2007—2011年安徽省各地級市的基本情況，由于安徽省2010年地級行政單元的調(diào)整，撤并原地級巢湖市，其所轄區(qū)域分別劃入合肥市、馬鞍山市、蕪湖市管轄。所以統(tǒng)計單元由2010年以前的17個地級城市變?yōu)?011年的16個地級市。另外，進行區(qū)域生態(tài)效率分析時，重點依照新一輪安徽省域城鎮(zhèn)體系規(guī)劃劃分的皖北城市群、合肥經(jīng)濟圈、皖江城市帶為分析單元，就其生態(tài)效率情況及驅(qū)動因素，并就生態(tài)效率提升因素進行深入研究。

3 安徽省城市生態(tài)效率評價結(jié)果分析

3.1 安徽省生態(tài)效率DEA有效性分析

運用DEA相關(guān)計算軟件，將歷年統(tǒng)計年鑒中的相關(guān)指標(biāo)體系輸入軟件進行計算求解，得到安徽省2007—2011年5年生態(tài)效率評價結(jié)果如表3

表3 安徽省2007—2011年5年生態(tài)效率評價結(jié)果

從表3中的數(shù)據(jù)處理結(jié)果可以看出，在所分析的安徽省17個城市中，總體效率為1的城市有10個，占到所評價城市的半數(shù)以上，剩下7個城市都是處在工業(yè)生態(tài)低效率的狀態(tài)。生態(tài)效率跨度在0.55—1之間，其中歷年生態(tài)效率有效的城市為合肥、亳州、蚌埠、滁州、蕪湖、宣城、銅陵、安慶、黃山、巢湖。大部分城市生態(tài)效率呈上升趨勢，但淮北、淮南、馬鞍山、池州等城市一直處于低位徘徊。其中合肥被非有效的城市作為比較參考的次數(shù)最多、達到了11次，是所有城市中工業(yè)效率相對較好的城市，具有一定改進參考價值。

表4 安徽省區(qū)域生態(tài)DEA有效性比較

2007—2011 年中生態(tài)效率均為DEA有效的10個城市分別分布于合肥都市圈（合肥市、巢湖）、皖北城市群（亳州、阜陽），沿江城市帶（滁州、蕪湖、宣城、銅陵、安慶、黃山）。省會合肥在2007—2011年間的生態(tài)效率均為DEA有效，即投入和產(chǎn)出達到了最優(yōu)；從表3安徽省區(qū)域生態(tài)有效性來看，安徽省沿江城市帶生態(tài)效率較高，而皖北地區(qū)生態(tài)效率較低，生態(tài)效率有效性基本呈現(xiàn)由東南向西北遞減。由于皖北地區(qū)人口稠密，地域廣大，要想實現(xiàn)安徽省經(jīng)濟均衡、可持續(xù)增長，迫切需要提升皖北經(jīng)濟發(fā)展中生態(tài)效率。合肥都市圈在全省經(jīng)濟社會發(fā)展中起著主導(dǎo)作用，同時具有承東啟西、連南接北的重要地位。合肥都市圈內(nèi)個城市生態(tài)效率的提升不僅有利于自身經(jīng)濟效益的提高，促進區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，優(yōu)化資源配置，同時對于皖北欠發(fā)達地區(qū)的發(fā)展起著示范帶動作用。

沿江城市帶是安徽省經(jīng)濟社會發(fā)展較為均衡的城市，該地區(qū)腹地廣闊，資源相對豐富，交通便捷，區(qū)位優(yōu)勢明顯，是目前承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的重要承載示范區(qū)域，生態(tài)效益良好。在皖江城市帶承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移示范區(qū)建設(shè)上升到國家戰(zhàn)略之后，對于沿江城市來講既是重大機遇同時也是挑戰(zhàn)，承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移對于沿江地區(qū)開展節(jié)能減排、發(fā)展綠色經(jīng)濟極為不利，生態(tài)安全受到威脅。因此沿江城市要積極調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，引進一批產(chǎn)品附加值高、低污染、低消耗的企業(yè)，從而實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、經(jīng)濟穩(wěn)增長的情況下保證生態(tài)效率的有效性，實現(xiàn)區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。

3.2 生態(tài)效率投入冗余分析

根據(jù)模型計算DEA<1，代表投入產(chǎn)出未能達到最優(yōu)，檢驗投入要素的冗余情況有利于明確生態(tài)效率的改進方向。淮北市除了在2009年實現(xiàn)生態(tài)效率DEA有效外，近年來都處于生態(tài)效率無效，出現(xiàn)冗余的指標(biāo)及各指標(biāo)的冗余率如下表所示。

表5 2007—2011年淮北市投入要素冗余率

從表5可以看出，淮北市生態(tài)效率低，出現(xiàn)冗余的指標(biāo)為財政收入對于環(huán)保事業(yè)的投入，城市建設(shè)用地的增長、工業(yè)固廢產(chǎn)生量的大幅增加及工業(yè)廢氣的排放。因此，淮北應(yīng)加大對這些冗余程度較高指標(biāo)的改善，增加對環(huán)保事業(yè)的投入，減少工業(yè)固廢及工業(yè)廢氣的排放量，改善生存環(huán)境。參照圖1，2011年銅陵市與淮北市地區(qū)生產(chǎn)總值相當(dāng) （銅陵市579億元，淮北市554億元）。而銅陵市的生態(tài)效率為1，淮北市的生態(tài)效率僅為0.75。比較兩地投入產(chǎn)出比不難發(fā)現(xiàn)盡管銅陵市在工業(yè)固廢產(chǎn)生量、廢水產(chǎn)生量、廢氣排放量、環(huán)保投入等方面明顯高出淮北市，但銅陵市用幾乎近半的淮北市城市建設(shè)用地產(chǎn)出與淮北相當(dāng)?shù)腉DP和幾乎高出7倍三廢綜合利用產(chǎn)值。因此，淮北市市的經(jīng)濟增長更依賴于“資源的高投入、低產(chǎn)出和高排放”的粗放式生產(chǎn)方式，這種經(jīng)濟增長方式阻礙和制約著生態(tài)效率的提高。

3.3 安徽省生態(tài)效率空間差異性分析

通過上述表3不難看出，合肥都市圈、皖北城市群、沿江城市帶中都有部分城市生態(tài)效率不高，有的甚至偏低。從數(shù)據(jù)上來看，皖北各城市生態(tài)效率低于合肥都市圈和沿江城市帶，但是這種差異不是很明顯，其多數(shù)城市生態(tài)效率在0.85—0.96間徘徊。這種不明顯的生態(tài)效率差異有利于區(qū)域生態(tài)效率的整體改善和提升。

在安徽省個地市中，池州市工業(yè)經(jīng)濟相對較弱，城市面積先對較小，近年來均以生態(tài)立市、工業(yè)強市、旅游興市作為城市發(fā)展戰(zhàn)略。但是從面板數(shù)據(jù)分析來看，池州市生態(tài)效率偏低，甚至低于傳統(tǒng)的工礦城市淮北、淮南、馬鞍山等。通過DEA模型特性和圖1數(shù)據(jù)對比可以看出，近年來伴隨著池州工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展，工業(yè)污染排放有所增加，但經(jīng)濟產(chǎn)出遠低于周邊城市；且每年對于環(huán)保事業(yè)投入了大量資金，從投入產(chǎn)出必看，效益不明顯，生態(tài)效益偏低。池州市在承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移融入沿江城市帶發(fā)展的同時，要不斷提高資源利用效率，利用優(yōu)越生態(tài)資源本底和后發(fā)時序的優(yōu)勢，實現(xiàn)優(yōu)勢互補和錯位競爭。

圖1 2011年城市生態(tài)效率投入指標(biāo)值

4 結(jié)論與思考

通過對統(tǒng)計數(shù)據(jù)的搜集，運用DEA模型對安徽省區(qū)域生態(tài)效率進行分析評價，可以得出以下結(jié)論：（1）2007—2011年安徽省所轄地市整體上來看生態(tài)效率差異不大，絕大多數(shù)城市生態(tài)效率呈上升趨勢，說明各地市在經(jīng)濟社會發(fā)展同時開始關(guān)注生態(tài)環(huán)境的保護，建設(shè)環(huán)境友好型社會漸入人心。

（2）傳統(tǒng)的工礦城市淮北、淮南、馬鞍山等生態(tài)環(huán)境保護壓力較大，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長方式、秉承環(huán)境友好型建設(shè)理念是其促進經(jīng)濟社會良好發(fā)展的主要途徑。

（3）通過對比淮北、淮南、馬鞍山、銅陵發(fā)現(xiàn)，除了經(jīng)濟總量外，小型城市模型的生態(tài)效率要優(yōu)于中等工礦城市。因此，在科學(xué)發(fā)展觀的統(tǒng)領(lǐng)下，應(yīng)該限制工礦城市的發(fā)展規(guī)模，鼓勵小型工礦城市的發(fā)展。

（4）工業(yè)三廢的排放是影響生態(tài)環(huán)境惡化的主要因素，發(fā)展新型工業(yè)，逐步摒棄傳統(tǒng)高污染工業(yè)是改善生態(tài)效率的有效方向。

（5）整體來看，合肥都市圈、皖北城市群、沿江城市帶區(qū)際間生態(tài)效率差異不是很明顯，這有利于安徽省統(tǒng)籌區(qū)域，從整體上提高城市生態(tài)效率。

雖然數(shù)據(jù)包絡(luò)分析（DEA）模型對于評價生態(tài)有效性具有一定的參考意義，但在現(xiàn)實操作中也存在一定問題。首先指標(biāo)選取方面存在一定的主觀性；其次通過投入產(chǎn)出比發(fā)現(xiàn)，高投入與高產(chǎn)出也能達到生態(tài)效率的有效。違背了生態(tài)友好型社會低投入高產(chǎn)出的初衷。因此，在下一步進行生態(tài)效率分析中，應(yīng)進一步完善評價方法。

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