基于碳排放約束的中國省際生態(tài)效率評價與驅動力研究

劉丙泉，尚夢芳，李永波

（中國石油大學經(jīng)濟管理學院，山東青島266580）

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基于碳排放約束的中國省際生態(tài)效率評價與驅動力研究

劉丙泉，尚夢芳，李永波

（中國石油大學經(jīng)濟管理學院，山東青島266580）

在構建生態(tài)效率評價指標體系的基礎上，應用熵值法將多項環(huán)境污染指標綜合為單一非期望產(chǎn)出指標，應用數(shù)據(jù)包絡分析（DEA）和環(huán)境生產(chǎn)技術，構建考慮碳排放約束的省際全要素生態(tài)效率評價模型，結合Malmquist指數(shù)及其分解對中國2006—2012年30個省市自治區(qū)生態(tài)效率進行實證研究。結果表明，考察期內中國生態(tài)效率總體呈現(xiàn)緩慢增長，區(qū)域差異顯著，大多數(shù)省市自治區(qū)生態(tài)效率與經(jīng)濟增長密切相關；諸多省市自治區(qū)生態(tài)效率的提升主要源于資源配置，技術進步驅動并不顯著，但10余省市自治區(qū)技術進步對生態(tài)效率的驅動作用正在增強。

生態(tài)效率；數(shù)據(jù)包絡分析；Malmquist指數(shù)

一、引言

自改革開放以來，中國取得了令人矚目的經(jīng)濟發(fā)展成就，已成為世界第二大經(jīng)濟體。中國30多年經(jīng)濟高速發(fā)展主要依賴于高投入、高消耗、高排放的粗放增長方式，目前已成為世界上最大的能源消費國，2012年單位國內生產(chǎn)總值能耗達到0.696萬噸標準煤/億元，而以煤為主的能源消費結構造成了嚴重的季節(jié)性霧霾等環(huán)境污染問題。中國作為最大的發(fā)展中國家，保增長、促發(fā)展是未來一段時間中國各級政府要重點思考的問題。［1］因此，如何在確保經(jīng)濟持續(xù)增長的同時實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的持續(xù)改善，將成為影響中國生態(tài)文明建設、制約中國夢實現(xiàn)的關鍵問題。

生態(tài)效率將經(jīng)濟增長和環(huán)境改善納入統(tǒng)一的考核體系中，成為測度區(qū)域經(jīng)濟綠色增長的重要指標，并為眾多學者所關注。諸多學者對生態(tài)效率內涵、評價、應用等方面進行了較為全面的闡述。生態(tài)效率一詞自Schaltegger、Sturm兩位學者提出后，世界自然保護聯(lián)盟（International Union for the Conservation of Nature，IUCN）、世界可持續(xù)發(fā)展工商理事會（World BusinessCouncilforSustainableDevelopment，WBCSD）［2］和經(jīng)合組織（Organization for Economic Cooperation and Development，OECD）分別對生態(tài)效率的內涵作了詳盡的描述。此后，出現(xiàn)了生態(tài)足跡法、綜合評價法、數(shù)據(jù)包絡分析（DEA）法等多種生態(tài)效率核算方法［3-5］，其研究應用也深入到行業(yè)、工業(yè)園區(qū)、國家等多個層面。［6-9］上述研究大都將環(huán)境污染指標視為生態(tài)效率評價的投入指標，將經(jīng)濟增長指標視為產(chǎn)出指標，以吻合生態(tài)效率的定義描述。但實際上環(huán)境污染是經(jīng)濟增長等正向產(chǎn)出的伴生物，將其作為非期望產(chǎn)出更符合全要素視角的生產(chǎn)過程；以二氧化碳為代表的溫室氣體排放已經(jīng)成為影響經(jīng)濟發(fā)展質量的重要指標，其對生態(tài)效率的約束作用日益明顯，而上述研究大都未將其納入生態(tài)效率評價；現(xiàn)有研究大都是展示區(qū)域生態(tài)效率發(fā)展和演化的現(xiàn)狀，而到底是什么因素驅動了區(qū)域生態(tài)效率的提升，對該問題的回答明顯不夠充分。

基于此，本文在全要素視角下構建區(qū)域生態(tài)效率評價指標體系，應用熵值法將多項環(huán)境污染指標綜合為單一非期望產(chǎn)出指標，應用DEA和環(huán)境生產(chǎn)技術構建考慮碳排放約束的全要素視角的中國省際生態(tài)效率評價模型，并對中國2006—2012年30個省市自治區(qū)（不包括港澳臺和西藏）生態(tài)效率時空分異情況進行實證分析，進而根據(jù)Malmquist指數(shù)原理，對中國省際生態(tài)效率進行分解，以期揭示中國省際生態(tài)效率提升的動力源泉。

二、指標體系構建

生態(tài)效率是評價生態(tài)環(huán)境改善和經(jīng)濟發(fā)展狀況的重要依據(jù)，其投入、產(chǎn)出指標的選取要客觀反映中國各省市自治區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展、能源消耗、環(huán)境破壞等情況。在全要素視角下，本文將資本存量、從業(yè)人員數(shù)、能源消費總量作為投入指標，將環(huán)境污染總排放量、碳排放量、地區(qū)GDP作為產(chǎn)出指標。其中，碳排放量、環(huán)境污染總排放量作為非期望產(chǎn)出［10］，見表1。

表1　生態(tài)效率評價指標體系

三、研究方法與模型

假設有n個決策單元（DMU）（本文指待評價的省級區(qū)域），每個DMU均有相同的m項投入（包括資本、勞動力和能源消耗）和s項產(chǎn)出（包括環(huán)境污染指標、經(jīng)濟增長指標），記Xij為第j個DMU的第i項投入，Yrj為第 j個 DMU的第r項產(chǎn)出，若 Xj=（X1j，X2j，…，Xmj）T＞0，Yj=（Y1j，Y2j，…，Ysj）T＞0，則產(chǎn)出導向下的第j0個決策單元的全要素生態(tài)效率可由式（1）進行測算［11］：

式（1）追求投入不增長情況下的產(chǎn)出要素最大同比例增長，但由于產(chǎn)出要素中既包含了經(jīng)濟增長（地區(qū)GDP）等期望產(chǎn)出指標，也包含了環(huán)境污染（廢水排放等）等非期望產(chǎn)出指標，因此，為尋求每個DMU的最佳生態(tài)效率提升方向，本文結合環(huán)境生產(chǎn)技術［12-15］提出全要素視角下中國省際生態(tài)效率評價模型：

式（2）將產(chǎn)出要素分為期望產(chǎn)出和非期望產(chǎn)出兩大組成部分，同時將非期望產(chǎn)出中的碳排放單獨視為短期無法調整的非合意變量，約束期望產(chǎn)出和非期望產(chǎn)出的調整比例。式（2）中的不等式約束表征投入要素和期望產(chǎn)出要素的強可處置性，等式約束則表征非期望產(chǎn)出的弱可處置性及零結合性。

式（2）體現(xiàn)各省市自治區(qū)生態(tài)效率在相同時間維度的差異情況，無法測度各省市自治區(qū)生態(tài)效率的時序變化規(guī)律。為此，本文引入Malmquist指數(shù)測算從t期到t+1期的生態(tài)效率時序規(guī)律［16］：

式中，t為時期數(shù)；Dt（Xt+1，Yt+1）為以第t期數(shù)據(jù)作為參照的t+1期生態(tài)效率水平；Dt（Xt，Yt）為第t期的生態(tài)效率水平。當M＞1時，表示待評價DMU生態(tài)效率水平有所提高；當M＜1時，則表示其生態(tài)效率水平有所下降。

上述M指數(shù)又可以分解為：

令：

則EC衡量待評估DMU從t期到t+1期相對生態(tài)效率的變動情況，稱之為資源配置效率，若EC＞1，說明該DMU在t+1期更靠近前沿面，即該DMU通過資源配置實現(xiàn)了“追趕效應”［17］；TC衡量不同期前沿面的推移程度，稱之為技術變動效率，若TC＞1，說明t+1期實現(xiàn)了“技術進步”。通過EC和TC的比較，能清楚地看到區(qū)域生態(tài)效率變動的驅動力源泉。進一步還可將TC分解為TCt+1和TCt，TCt+1表示t+1期DMU距離t期和t+1期前沿面距離之比，TCt表示t期DMU距離t期和t+1期前沿面距離之比，根據(jù)TCt+1、TCt和1的比較情況，即可清楚地判斷不同時期生產(chǎn)前沿面的變動情況，見圖1。

圖1　不同時期生產(chǎn)前沿面的變動

TCt+1＞1，TCt＞1，則TC＞1，說明該年份跨度研究樣本構成的生產(chǎn)可能集實現(xiàn)了生產(chǎn)前沿的“內收”，技術進步推動生態(tài)效率提升效果顯著。

TCt+1＜1，TCt＜1，則TC＜1，說明該年份跨度研究樣本構成的生產(chǎn)可能集實現(xiàn)了生產(chǎn)前沿的“外擴”，技術退化導致生態(tài)效率下降。

TCt+1＞1，TCt＜1，有可能 TC＞1，也有可能TC＜1，說明技術進步推動生態(tài)效率提升的作用正在加強。

TCt+1＜1，TCt＞1，有可能TC＞1，也有可能TC＜1，說明技術進步推進生態(tài)效率提升的作用正在弱化。

四、實證分析

（一）數(shù)據(jù)來源及說明

本文搜集了2006—2012年中國30個省市自治區(qū)的生態(tài)效率指標（不包括港澳臺和西藏），因個別指標非直接可得，還搜集了煤炭、原油、天然氣等8種能源消費量和煙粉塵、廢氣、化學需氧量等5種環(huán)境污染物指標。各項指標數(shù)據(jù)主要來源于國家統(tǒng)計局網(wǎng)站、中國統(tǒng)計年鑒、中國能源統(tǒng)計年鑒、中國區(qū)域經(jīng)濟統(tǒng)計年鑒等。

對于非直接可得的指標，其處理方式具體如下：

各省市自治區(qū)年度碳排放量由式（5）計算獲得：

式中，C為碳排放量總和；Ei為按標準煤計的第i種能源消費量；ai為第i種能源碳排放系數(shù)；i表示能源消費種類，包括煤炭、原油、天然氣等8種。

各省市自治區(qū)年度資本存量由式（6）得到［18］：

式中，Kt為第t年的資本存量；Mt為第t年固定資本形成的總額。這里的變量含義只適用于本文研究的變量定義，在不同研究中，其特定的變量含義要視具體情況而定。

各省市自治區(qū)年度環(huán)境污染總排放量根據(jù)5種主要環(huán)境污染物的熵值權重計算獲得：

式中，En為環(huán)境污染總排放量；φi為第i種污染物的熵值權重；pi為第i種污染物的歸一化排放量。

（二）中國省際生態(tài)效率年度差異分析

根據(jù)式（2），在MATLABR2012a平臺上編寫模型程序，計算得到中國30個省市自治區(qū)2006—2012年全要素生態(tài)效率，見表2。

由表2可知，中國絕大多數(shù)省市自治區(qū)生態(tài)效率均存在較大的提升空間。從全國平均情況看，2006—2012年中國生態(tài)效率整體呈現(xiàn)緩慢增長趨勢，7年平均為0.858，生態(tài)效率提升空間較大；從三大經(jīng)濟帶情況看，東部、中部、西部生態(tài)效率差異非常明顯，東部較高，中部次之，西部最低，但西部地區(qū)生態(tài)效率提升明顯，與東中部的差距正逐年縮小。而從省市層面來看，7年來僅有北京、上海、廣東及山西四個區(qū)域始終處在年度評估的前沿面上，天津、江蘇、福建、浙江等10省市生態(tài)效率大于0.9，而吉林、重慶、四川、云南等7省市生態(tài)效率低于0.8，尤其青海、重慶生態(tài)效率均在0.6以下。對比各省市自治區(qū)投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)，生態(tài)效率較高的省市無一例外是經(jīng)濟發(fā)展速度較快的省市，而生態(tài)效率較低的省市自治區(qū)則是經(jīng)濟發(fā)展速度較低的地區(qū)，這說明中國區(qū)域生態(tài)效率靠經(jīng)濟增長帶動的局面未獲改觀，先發(fā)展后治理的經(jīng)濟增長思路依然存在。因此，從經(jīng)濟社會發(fā)展的頂層設計上制定經(jīng)濟增長與環(huán)境優(yōu)化協(xié)調發(fā)展的思路迫在眉睫。

表2　中國省級區(qū)域生態(tài)效率值（2006—2012）

（三）中國省際生態(tài)效率時序差異分析及其動力分解

為探究各省市自治區(qū)生態(tài)效率時序變動規(guī)律，本文根據(jù)式（2）和式（3），測度中國各省市自治區(qū)生態(tài)效率的M指數(shù)，見表3。

從全國范圍看，考察期內中國生態(tài)效率實現(xiàn)了5連升，但是提升幅度并不大，這與上述分析結論是一致的。從三大區(qū)域看，東部地區(qū)有4個年份跨度處于上升狀態(tài)，2個年份跨度處于下滑狀態(tài)；中部地區(qū)有3個年份跨度處于上升狀態(tài)，3個年份跨度處于下滑狀態(tài)；西部地區(qū)僅有1個年份跨度處于下滑狀態(tài)且下滑比較顯著，5個年份跨度處于上升狀態(tài)。顯然，中國西部地區(qū)與東中部地區(qū)之間生態(tài)效率的差距正在逐步地縮小，這也與上述的分析結果是統(tǒng)一的。從各省市自治區(qū)的效率提升情況看，全國有1/2的省市自治區(qū)生態(tài)效率M指數(shù)大于1，效率緩慢提升，而從年度效率變動情況看，2011—2012年度全國出現(xiàn)了大面積效率損失的情況，僅有江蘇、浙江等8個省市自治區(qū)效率提升，這與2011年出現(xiàn)的經(jīng)濟增長放緩關系密切，也進一步說明中國大多數(shù)省市自治區(qū)生態(tài)效率提升嚴重依賴于經(jīng)濟增長，而非經(jīng)濟增長與環(huán)境優(yōu)化的協(xié)調發(fā)展。對比上述8個省市自治區(qū)可以發(fā)現(xiàn)，這些省市自治區(qū)均是實體經(jīng)濟發(fā)展良好、民營經(jīng)濟活躍的地區(qū)，由此不難看出，中國大多數(shù)地區(qū)生態(tài)效率提升根源于經(jīng)濟增長，而經(jīng)濟增長很大程度上又依賴于政府投資拉動，所以，政府回歸管理者角色、減少經(jīng)濟干預是實現(xiàn)中國各省市自治區(qū)生態(tài)效率穩(wěn)定增長的關鍵，是經(jīng)濟增長與環(huán)境優(yōu)化協(xié)調發(fā)展長效機制構建的關鍵。

表3　中國省際區(qū)域生態(tài)效率時序差距（2006—2012）

根據(jù)表3，為捕獲不同省市自治區(qū)生態(tài)效率時序變動的驅動力量，本文根據(jù)式（4）對各省市自治區(qū)測度得到的M指數(shù)進行分解，其統(tǒng)計性描述見表4。

根據(jù)表4，從全國層面來看，考察期內中國生態(tài)效率提升的主要驅動力量來自資源配置效率，即7年間中國多數(shù)省市自治區(qū)生態(tài)效率后續(xù)年份較前一年份更貼近前沿面，使得全國生態(tài)效率有所提升，但是提升較慢，EC僅有1.03，同時，技術進步推動生態(tài)效率提升效果也不明顯。從三大區(qū)域看，東部地區(qū)生態(tài)效率提升主要得益于技術變動效率，即技術進步推動生態(tài)效率提升效果顯著，這可能主要得益于東部省市產(chǎn)業(yè)結構的不斷升級，中西部地區(qū)生態(tài)效率提升動力主要來源于資源配置指數(shù)，尤其是西部地區(qū)比較顯著，EC達到1.08，而TC僅為0.97，這可能主要是由于中西部地區(qū)對各類產(chǎn)業(yè)的承接而導致經(jīng)濟增長的加速。從各省市自治區(qū)情況看，資源配置效率是中國絕大多數(shù)省市自治區(qū)生態(tài)效率提升的關鍵力量，技術進步的驅動作用比較有限，受雙重力量驅動的省市僅有北京、天津、上海、江蘇、山東等12個省市。

通過對技術變動效率的分解可以發(fā)現(xiàn)，東部地區(qū)TCt+1＞1、TCt＞1，屬于圖1（a）所示的情形，說明該地區(qū)技術進步推進生產(chǎn)前沿“內收”顯著，該地區(qū)的創(chuàng)新活動、技術升級對生態(tài)效率提升具有重要促進作用；而中部地區(qū)TCt+1＞1、TCt＜1，符合圖1（c）所示的情形，說明該地區(qū)技術進步雖然還未明顯推動生態(tài)效率提升，但其作用正在增強；而西部地區(qū)TCt+1＜1、TCt＜1，符合圖1（b）所示的情形，說明該地區(qū)生產(chǎn)前沿正處在“外擴”過程中，技術退步顯著，該地區(qū)生態(tài)效率的提升嚴重依賴資源的配置，這種生態(tài)效率提升顯然是不可持續(xù)的。從各省市自治區(qū)技術變動效率的分解看，僅有江蘇、浙江、福建、山東等8個省市技術進步推進生產(chǎn)前沿“內收”顯著，諸多省市自治區(qū)處在技術進步作用增強的階段，有10個省市自治區(qū)生產(chǎn)前沿正在“外擴”，技術退步顯著，生態(tài)效率提升嚴重依賴資源配置。

表4　Malmquist指數(shù)及其分解

五、結論

本文以數(shù)據(jù)包絡分析為基本模型，結合環(huán)境生產(chǎn)技術定量評估2006—2012年中國30個省市自治區(qū)（不包括港澳臺和西藏）的生態(tài)效率水平，并對生態(tài)效率進行年度及時序上的差異分析，得到的主要結論為：（1）中國生態(tài)效率水平整體上呈現(xiàn)緩慢改善的狀態(tài)，這種改善主要源自經(jīng)濟的快速增長，區(qū)域生態(tài)效率與區(qū)域經(jīng)濟增長顯著正相關，并且三大區(qū)域之間生態(tài)效率差異依然比較明顯；（2）從生態(tài)效率時序差異看，中國絕大多數(shù)省份生態(tài)效率時序提升動力主要來自政府投資驅動的經(jīng)濟增長，這導致許多省份生態(tài)效率呈快速增長、快速下降的波動式發(fā)展，而以江蘇、浙江為代表的實體經(jīng)濟、民營經(jīng)濟發(fā)展良好的區(qū)域，生態(tài)效率呈現(xiàn)穩(wěn)步提升；（3）從生態(tài)效率提升動力來源看，中國的大多數(shù)省份生態(tài)效率提升主要得益于資源配置，技術進步作用有限，但是有10余個省市（尤其是中部地區(qū)省市）技術進步的作用正在增強，亟須采取措施推動技術創(chuàng)新及其成果轉化，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結構升級，實現(xiàn)經(jīng)濟增長與環(huán)境優(yōu)化的協(xié)調發(fā)展。

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責任編輯：張巖林

Study on Provincial Eco-efficiency Assessment and Driving Force in China Based on Carbon Em ission

LIU Bingquan，SHANGMengfang，LIYongbo
（School ofEconomics&Management，China University ofPetroleum，Qingdao，Shandong 266580，China）

The paper brings forward amodel to evaluate provincial eco-efficiency in total factor perspective with consideration of carbon emission constraints，which applies entropy value method to integrate many environmental pollution indices into a single undesirable output index，further applies data envelopmentanalysis（DEA）and environmental production technology.The paper takes an empirical research in 30 provinces in China in 2006—2012 via combining the Malmquist index with its decomposition.The result shows that the Chinese eco-efficiency overall presents the slow growth in the study period，regional differences are still significant，the eco-efficiency ofmost cities is closely related to economic growth.Italso shows that the eco-efficiency promotion ofmany cities is derived from the allocation of resources and technology progress is not significant，butmore than 10 cities'driving action of technological progress on the eco-efficiency is enhanced.

eco-efficiency；Data envelopment analysis（DEA）；Malmquist index

F205；X24

A

1673-5595（2016）01-0022-07

10.13216/j.cnki.upcjess.2016.01.0005

2015-07-13

國家社會科學基金項目（14BJL045）；教育部人文社會科學研究青年基金項目（13YJC790090）；青島市社會科學規(guī)劃研究項目（QDSKL140415）；山東省高等學校人文社會科學研究項目（J14WG57）；中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金資助項目（15CX04027B）

劉丙泉（1982—），男，山東新泰人，中國石油大學（華東）經(jīng)濟管理學院副教授，博士，研究方向為生態(tài)效率、區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。