基于DEA法的城市圈生態(tài)效率對比研究——以長株潭城市群和武漢城市圈為例

周 虹 喻 思 齊

一、前言

長株潭城市群和武漢城市圈自2007年12月經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，正式成為“全國資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會”建設(shè)綜合改革試驗區(qū)后，一直將“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”社會建設(shè)作為重點，推動新型工業(yè)化進(jìn)程。然而城市化和工業(yè)化加劇了資源的供需矛盾和環(huán)境污染等問題，這與“兩型社會”建設(shè)目標(biāo)相背離，而且這也嚴(yán)重影響了城市圈的綜合競爭力，因此努力提高城市圈的生態(tài)效率成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展中亟須解決的問題?！吧鷳B(tài)效率”（eco-efficiency）自1992年由世界企業(yè)可持續(xù)發(fā)展協(xié)會（WBCSD）提出后，其概念的內(nèi)涵與外延得到進(jìn)一步的豐富和擴(kuò)展。但究其本質(zhì)，生態(tài)效率就是“以較小的資源消耗和較少的環(huán)境影響創(chuàng)造更多的價值”，而伴隨著自然資源相對稀缺時代的到來，“節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境”已經(jīng)成為時代的主旋律，生態(tài)效率研究也得到了國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。

目前關(guān)于生態(tài)效率的研究主要集中在“產(chǎn)品、企業(yè)、行業(yè)、區(qū)域”四個層面，而且度量方法也存在顯著的差異，主要有單一指標(biāo)法、指標(biāo)體系法、模型法，其中數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法應(yīng)用最為廣泛。但總體而言，對城市圈生態(tài)效率的比較研究甚少，基于此，本文運用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法和Malmquist指數(shù)對長株潭城市群和武漢城市圈在2008—2012年的生態(tài)效率進(jìn)行度量和對比分析，以期努力提高城市圈生態(tài)效率，推動長株潭城市群和武漢城市圈“兩型”社會建設(shè)進(jìn)程。

二、研究方法與數(shù)據(jù)說明

（一）研究方法

1.DEA模型

DEA模型是運籌學(xué)家查恩斯（Charness）和庫伯（Cooper）等以相對效率概念為基礎(chǔ)發(fā)展起來的一種效率評價方法，其核心思想是評價“多投入多產(chǎn)出”模式下決策單元間（DMU）的相對有效性。按照規(guī)模是否變化可把DEA模型分為兩類，即規(guī)模報酬不變（CRS）假設(shè)下的CCR和規(guī)模報酬可變（VRS）假設(shè)下的BCC兩種模型，根據(jù)研究的實際情況，本文選擇采取規(guī)模報酬可變（VRS）假設(shè)下的BCC模型，對于任一決策單元，投入導(dǎo)向下對偶形式的BCC模型可表示為：

其中i=1，2，…，n；j=1，2，…，m；r=1，2，…，s；n為決策單元的個數(shù)，m和s分別代表投入變量和產(chǎn)出變量的個數(shù)，xij（j=1，2，…，m）代表第i個決策單元的第j個投入要素值，yir（r=r=1，2，…，s）代表第i個決策單元的第r個產(chǎn)出要素值，θ為決策單元的有效值，判斷決策單元是否DEA有效的基本準(zhǔn)則是：（1）若θ=1，且s+=s-=0，則決策單元DEA有效；（2）若θ=1，且s+≠0，或s-≠0時，則決策單元為弱DEA有效；（3）若θ＜1，則決策單元非DEA有效。由BCC模型計算出的效率值為技術(shù)效率值，還可以進(jìn)一步分解為規(guī)模效率與純技術(shù)的乘積，即技術(shù)效率=規(guī)模效率×純技術(shù)效率。

2.Malmquist指數(shù)

Malmquist指數(shù)是在20世紀(jì)50年代由瑞典經(jīng)濟(jì)學(xué)家StenMalmquist提出的，最初主要用于消費分析，Caves、Christensen和Diewert于1982年把指數(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)效率方面的測算，即把生產(chǎn)率的增長分解為前沿面技術(shù)的變化（技術(shù)變化）和相對前沿面技術(shù)效率的變化（效率變動），用以反映決策單元前后期生產(chǎn)率的變化。根據(jù)Fare等的研究，從t期到t+1期的Malmquist指數(shù)可以表示為：

Malmquist生產(chǎn)率指數(shù)變動值即為全要素生產(chǎn)率（TFP）變動值，表示某一決策單元在t期至t+1期生產(chǎn)率的變動程度，若M＞1，表示生產(chǎn)率出現(xiàn)上升趨勢，反之，表示衰退趨勢。

（二）研究指標(biāo)及數(shù)據(jù)選取

“生態(tài)效率”的核心思想就是以較少的資源消耗和環(huán)境影響創(chuàng)造較高的價值，即以最小資源投入和環(huán)境代價獲得最大的經(jīng)濟(jì)價值，因此本文借鑒德國環(huán)境經(jīng)濟(jì)賬戶中的生態(tài)效率指標(biāo)，構(gòu)建一套度量城市圈生態(tài)效率的評價指標(biāo)體系，具體指標(biāo)見表1。本文將經(jīng)濟(jì)價值指標(biāo)作為產(chǎn)出指標(biāo)，環(huán)境污染、資源消耗和資本投入作為投入指標(biāo)。

表1 城市圈生態(tài)效率評價指標(biāo)體系

考慮到數(shù)據(jù)的可得性和DEA方法對指標(biāo)數(shù)量的要求，本文選取各地區(qū)生產(chǎn)總值GDP（億元）作為生態(tài)效率評價的產(chǎn)出指標(biāo)，其中污染指標(biāo)由工業(yè)廢水排放量（萬噸）、工業(yè)SO2排放量（萬噸）來衡量，資源消耗指標(biāo)由各地區(qū)的能源消耗總量（萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤）來衡量，資本投入指標(biāo)由各地區(qū)的就業(yè)人員（萬人）來衡量。各研究數(shù)據(jù)來源于各年《湖北省統(tǒng)計年鑒》、《湖南省統(tǒng)計年鑒》、各地區(qū)統(tǒng)計年鑒和各地區(qū)環(huán)境保護(hù)局網(wǎng)站。

三、實證結(jié)果分析

本文利用DEAP2.1軟件對兩個城市圈2008—2012年的生態(tài)效率水平進(jìn)行分析，首先利用DEA方法測度生態(tài)技術(shù)效率值，對生態(tài)效率進(jìn)行靜態(tài)分析，然后通過Malmquist指數(shù)對生態(tài)效率進(jìn)行動態(tài)分析。

（一）城市圈生態(tài)效率靜態(tài)對比分析

從各年平均值來看，2008—2011年長株潭城市群的年均生態(tài)技術(shù)效率逐年遞增，但在2012年年均生態(tài)效率值有所下降。其中長沙市各年的生態(tài)技術(shù)效率為1，說明長沙市處于生產(chǎn)前沿面，生態(tài)效率最好，常德市的生態(tài)效率也較高，一直維持在0.9左右，而株洲市、湘潭市、岳陽市和婁底市的生態(tài)效率偏低，均處于平均值以下，湘潭市的生態(tài)效率值逐年變化微小，一直維持在0.5附近，一直沒有實現(xiàn)DEA有效，而湘潭市的整體經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高，在全省范圍內(nèi)排名一直維持在前三名，但生態(tài)技術(shù)效率值卻偏低，說明湘潭市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式有待改善。

表2 2008—2012年長株潭城市群和武漢城市圈生態(tài)技術(shù)效率值

相對長株潭城市群，武漢城市群的年均生態(tài)效率值較高，達(dá)到0.798，從各年的變化趨勢來看，其生態(tài)技術(shù)效率呈現(xiàn)出在0.8附近上下波動的態(tài)勢，波動幅度比較小，從表中可以看出，2008年處于生產(chǎn)前沿面的城市達(dá)到5個，有武漢市、黃岡市、仙桃市、潛江市和天門市，而之后四年間，只有武漢市和天門市的生態(tài)效率值達(dá)到1，這一方面說明武漢市和天門市一直處于生產(chǎn)前沿面，投入產(chǎn)出比例達(dá)到最優(yōu)，生態(tài)效率相對最好，另一方面說明武漢城市圈中個別城市生態(tài)效率有下降的趨勢，比如黃岡市、仙桃市、潛江市、咸寧市和孝感市。而黃石市、鄂州市、孝感市和咸寧市的生態(tài)效率值偏低，均處于平均值以下，說明這幾個城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展定的生態(tài)效率值有待提升。

從2008—2012年兩個城市圈各年的生態(tài)效率均值來看，武漢城市圈的年平均生態(tài)效率值比長株潭城市群的高，武漢城市圈的生態(tài)效率比長株潭城市群好。但從長期來看，長株潭城市群的生態(tài)效率有逐年好轉(zhuǎn)的態(tài)勢，而武漢城市圈的生態(tài)效率值上下波動，有下降的趨勢，從2008年武漢城市圈比長株潭城市群年均生態(tài)效率值高出0.176，到2012年兩個城市圈年均生態(tài)效率值差距縮小至0.079，意味著遵循這樣的態(tài)勢發(fā)展，長株潭城市群的生態(tài)效率勢必會超過武漢城市圈。長株潭城市群的發(fā)展態(tài)勢比武漢城市群要好。

（二）城市圈生態(tài)效率動態(tài)對比分析

本文利用2008—2012年武漢城市圈的相關(guān)數(shù)據(jù)，采用Malmquist—DEA指數(shù)計算其生態(tài)效率的變化值，各城市年均生態(tài)效率的Malmquist指數(shù)及其分解。

從全要素生產(chǎn)率來看，長株潭城市群各城市年均生態(tài)效率增長率（TFP）都大于1，年均生態(tài)效率增長率達(dá)到13.2%，說明“長株潭”城市群生態(tài)效率有一定的提高，從年均增長率的分解要素來看，技術(shù)進(jìn)步年均增長12.8%，規(guī)模效率年均增長1.3%，而純技術(shù)效率年均下降0.1%，由此可見，長株潭城市群生態(tài)效率的增長主要來源于技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，而技術(shù)管理水平對生態(tài)效率的提高發(fā)揮抑制的作用。從各城市來看，長沙市和湘潭市的年均生態(tài)效率均高于平均值，其中長沙市的年均生態(tài)效率增長率較高，達(dá)到28.8%，高出平均值15.6個百分比，這主要是得益于技術(shù)水平的提高，而技術(shù)管理水平和生產(chǎn)規(guī)模并沒有對長沙市生態(tài)效率的提高發(fā)揮積極作用，同時其余各城市均低于平均水平，說明各城市應(yīng)努力依靠技術(shù)水平的提高和生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，來提高其生態(tài)效率。

相比較而言，武漢城市圈年均生態(tài)效率增長率達(dá)到15.7%，比“長株潭”城市群高出2.5個百分點，其中只有技術(shù)進(jìn)步年均增長率為18.9%，而其余都是下降的，純技術(shù)效率年均下降1.8%，規(guī)模效率年均下降0.9%，說明武漢城市圈生態(tài)效率的增長是技術(shù)進(jìn)步的結(jié)果，而技術(shù)管理水平和生產(chǎn)規(guī)模對生態(tài)效率發(fā)揮反方向的作用。從各城市來看，武漢市、黃石市和天門市的年均生態(tài)效率均高于平均值，其中天門市的年均生態(tài)效率增長最快，增長率達(dá)到24.1%，其次是武漢市，生態(tài)效率增長率有19.5%，兩個城市生態(tài)效率增長率得益于技術(shù)水平的進(jìn)步，而純技術(shù)效率和規(guī)模效率對生態(tài)效率提高沒有發(fā)揮任何作用，同時鄂州市、孝感市、咸寧市、黃岡市、仙桃市和潛江市生態(tài)效率增長率均低于平均值，說明這些城市有較大的提升空間。

表3 長株潭城市群和武漢城市圈各年份年均Malmquist指數(shù)及其分解

從表3可以看出，2008—2010年間，長株潭城市群年均生態(tài)效率增長率并沒有武漢城市圈的高，在2010—2011年間飛速增長，年均增長率達(dá)到32.2%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于武漢城市圈生態(tài)效率增長率，但在2011—2012年長株潭城市群年均生態(tài)效率增長放緩，只有13.2%，總體來看，武漢城市圈年均生態(tài)效率增長率比長株潭城市群要高，高出2.5個百分點；其次兩個城市圈生態(tài)效率增長的推動因素不同，長株潭城市群生態(tài)效率主要是由于技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模效益推動，技術(shù)進(jìn)步年均增長率為12.8%，規(guī)模效率年均增長率為1.3%，而純技術(shù)效率對生態(tài)效率提高起抑制作用，年均純技術(shù)效率下降0.1%，而武漢城市圈生態(tài)效率的增長僅僅是由技術(shù)進(jìn)步推動，技術(shù)進(jìn)步年均增長率18.9%，而純技術(shù)效率和規(guī)模效率發(fā)揮消極作用，年均純技術(shù)效率下降1.8%，年均規(guī)模效率下降0.9%，對生態(tài)效率增長發(fā)揮抑制作用。

四、結(jié)論與啟示

（一）結(jié)論

本文通過DEA分析法和Malmquist指數(shù)法對“長株潭”和武漢城市圈2008—2012間生態(tài)效率進(jìn)行度量與比較，可得到以下結(jié)論：

1.武漢城市圈整體生態(tài)效率比長株潭城市群生態(tài)效率高，但長株潭城市群生態(tài)效率增長態(tài)勢比武漢城市圈好。不難看出，武漢城市圈年均生態(tài)效率值和年均生態(tài)效率增長率均高于長株潭城市群，從各年兩個城市圈生態(tài)效率和年均Malmquist指數(shù)可以看出，長株潭生態(tài)效率值呈現(xiàn)逐年增長的趨勢，年均生態(tài)效率增長率達(dá)到13.2%，略低于武漢城市圈，但2011年來，長株潭城市群生態(tài)效率增長態(tài)勢明顯好于武漢城市圈。

2.長株潭城市群生態(tài)效率增長主要是技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模效率的推動，而武漢城市圈生態(tài)效率增長全部來自技術(shù)進(jìn)步的推動。

3.長株潭城市群生態(tài)效率呈上升趨勢，但各城市生態(tài)效率差距較大。尤其是長沙市的效率值遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于其他城市，而其他城市生態(tài)效率值沒有明顯的提高，除湘潭市以外，其他城市生態(tài)效率增長率均低于平均水平。

4.武漢城市圈城市群整體生態(tài)效率較高，但增長速度有待提升。2008—2012年間，武漢市和天門市一直處于生產(chǎn)前沿面，生態(tài)效率相對最好，而一些城市的生態(tài)效率值有下降趨勢，所以導(dǎo)致整體生態(tài)效率增幅不大。

（二）啟示

根據(jù)分析得到的結(jié)論，本文提出以下幾點建議，以期為城市圈的“兩型社會”建設(shè)提供參考。

1.構(gòu)建共同交流的“兩型社會”競爭平臺。毋庸置疑，“以最少環(huán)境影響和資源消耗獲得最大產(chǎn)出”這個理念將始終貫穿于城市群在構(gòu)建“兩型社會”進(jìn)程中，并且這將是一個長期而艱巨的任務(wù)，長株潭城市群和武漢城市圈應(yīng)該在提高生態(tài)效率方面，形成你追我趕、共同交流的“兩型社會”競爭平臺，以促進(jìn)城市圈的生態(tài)效率，長株潭城市群應(yīng)繼續(xù)保持良好的增長態(tài)勢，提高生態(tài)效率。

2.對長株潭城市群而言，要提高生態(tài)效率可以從兩方面入手，首先要加大各城市科技投入力度，大力引進(jìn)科技人員和先進(jìn)設(shè)備，擴(kuò)寬科研經(jīng)費的來源渠道，鼓勵企業(yè)和事業(yè)單位進(jìn)行科技創(chuàng)新，以科技創(chuàng)新帶動科技進(jìn)步，促進(jìn)科技轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力；其次合理配置城市資源，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)規(guī)模，建立完整的產(chǎn)業(yè)鏈，提高規(guī)模效率。對于武漢城市圈而言，要以提高技術(shù)水平放在首位，以提高生產(chǎn)管理水平和優(yōu)化產(chǎn)業(yè)規(guī)模為輔，兩方面相輔相成，協(xié)調(diào)發(fā)展，向生態(tài)效率的有效改進(jìn)方向前進(jìn)。

3.對長株潭城市群而言，首先應(yīng)該提升長沙的輻射帶動作用，帶動周邊城市生態(tài)效率的提高；其次各城市應(yīng)加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，把單一線性的“資源一產(chǎn)品一廢棄物”污染過程逐步變?yōu)椤百Y源一產(chǎn)品一再生資源”的物質(zhì)循環(huán)反饋式流程，以減少產(chǎn)業(yè)活動對生態(tài)環(huán)境的影響和自然資源的消耗；最后各城市應(yīng)該結(jié)合自身生態(tài)效率的特點，分別著重進(jìn)行技術(shù)水平的提高和生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，從而改善生態(tài)效率。

4.武漢城市圈應(yīng)高度注重經(jīng)濟(jì)活動對環(huán)境的影響和自然資源的消耗，一方面應(yīng)加大節(jié)能減排力度，積極發(fā)展風(fēng)能、太陽能等可再生清潔能源，另一方面應(yīng)積極引進(jìn)先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，學(xué)習(xí)先進(jìn)的管理經(jīng)驗，提高企業(yè)的自主創(chuàng)新能力，帶動區(qū)域科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，從而推動生產(chǎn)力發(fā)展，改善生態(tài)效率。

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