區(qū)域生態(tài)效率評(píng)價(jià)及空間相關(guān)性分析
——以山東省為例

周 洋，宗 科，侯淑婧

區(qū)域生態(tài)效率評(píng)價(jià)及空間相關(guān)性分析
——以山東省為例

周 洋，宗 科，侯淑婧

隨著山東省區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)、資源、環(huán)境之間的問題越來越突出，因此，提高生態(tài)效率已受到了普遍的關(guān)注。文章采用超效率DEA模型方法測(cè)度了山東省2010-2014年17個(gè)地市的生態(tài)效率，并運(yùn)用空間統(tǒng)計(jì)分析模型對(duì)山東省區(qū)域生態(tài)效率的空間相關(guān)性進(jìn)行實(shí)證研究。

山東?。粎^(qū)域生態(tài)效率；超效率DEA；空間相關(guān)性

一、引 言

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境資源矛盾的日益加劇，人類生產(chǎn)活動(dòng)已經(jīng)不再單純重視勞動(dòng)和資本生產(chǎn)率的提高，而是把重點(diǎn)放在了關(guān)注生態(tài)效率的提高上，以此來實(shí)現(xiàn)人類與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

生態(tài)效率[1][2]這一概念由schaltegger等人于20世紀(jì)90年代最早提出，他們認(rèn)為“生態(tài)效率”可以更加客觀和全面地描述人類社會(huì)的各種經(jīng)濟(jì)行為對(duì)生態(tài)和自然環(huán)境所帶來的一系列影響。1992年，WBCSD組織對(duì)生態(tài)效率這一概念進(jìn)行了重新界定，認(rèn)為實(shí)現(xiàn)生態(tài)效率的路徑有兩個(gè)：一是要不斷地提供競(jìng)價(jià)性商品和服務(wù)滿足人類需要，同時(shí)提升人們生活質(zhì)量；二是要減少資源使用，使其消耗量在地球可承受的范圍之內(nèi)。

從研究方法上看，大致上有兩種思路來進(jìn)行生態(tài)經(jīng)濟(jì)效率的考量：第一種方法是構(gòu)建指標(biāo)體系，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用專家打分等方法對(duì)不同指標(biāo)進(jìn)行賦值，從而進(jìn)行生態(tài)效率評(píng)價(jià)，例如Van Caneqhem（2010）[3]，曾鵬和朱玉鑫（2013）等人[4]的研究；第二種方法是采用非參數(shù)的形式來分析生態(tài)效率，主要有數(shù)據(jù)包絡(luò)法等，例如Kortelainen（2015）等人[5]的研究。由于非參數(shù)的數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法可以避免專家打分所帶來的主觀性，因此目前大多數(shù)學(xué)者都采用第二種方法。從研究內(nèi)容上看，隸屬于不同行政區(qū)域的地區(qū)在社會(huì)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面會(huì)存在一定程度的關(guān)聯(lián)性，這種關(guān)聯(lián)性可以表現(xiàn)為區(qū)域間所進(jìn)行的貿(mào)易來往、區(qū)域間技術(shù)的模仿與擴(kuò)散、區(qū)域間人口的流動(dòng)以及區(qū)域間各種產(chǎn)業(yè)之間的聯(lián)系，因而無法滿足傳統(tǒng)回歸分析方法中樣本相互獨(dú)立的假設(shè)。我們可以利用空間計(jì)量模型描述上述現(xiàn)象，該模型可以將空間的相互關(guān)聯(lián)性與回歸分析相結(jié)合。本文以2010-2014年山東17個(gè)地市數(shù)據(jù)為樣本，采用DEA分析法，借助Matlab 7.1，得出該省17個(gè)地市的相對(duì)生態(tài)效率。進(jìn)一步，運(yùn)用空間計(jì)量經(jīng)濟(jì)模型對(duì)該省各地市的生態(tài)效率情況進(jìn)行空間統(tǒng)計(jì)研究。

二、山東省區(qū)域生態(tài)效率的測(cè)算

（一）模型和方法

Chames和Cooper等人[6]在1978年提出一種用來評(píng)價(jià)效率的方法，即數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法（DEA），這是一種非參數(shù)統(tǒng)計(jì)的方法，通常以相對(duì)效率作為基礎(chǔ)，以凸分析和線性規(guī)劃作為工具，以多投入、多產(chǎn)出作為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)相同類型的決策單元DMU的相

對(duì)有效性進(jìn)行測(cè)度。數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法在確定指標(biāo)權(quán)重時(shí)由決策單元的實(shí)際數(shù)據(jù)求得，減少了評(píng)價(jià)者主觀因素的影響，具有很強(qiáng)客觀性。

比如說，有m個(gè)地區(qū)，如果想要計(jì)算它們的生態(tài)效率，那么每個(gè)地區(qū)都會(huì)有g(shù)個(gè)投入變量和n個(gè)產(chǎn)出變量，如果用Sjk來表示第k個(gè)DMU中的第i個(gè)輸入變量，用Yjk來表示第k個(gè)DMU中的第i個(gè)輸出變量，而其中第k個(gè)DMU的輸入表示為Xk= (X1k，X2k，…，Xmk)T，輸出可以用 Yk=(Y1k，Y2k，…，Ysk)T進(jìn)行表示，θ是第k個(gè)DMU的效率值，且θ介于0和1之間，我們先設(shè)目標(biāo)函數(shù)為“第 k個(gè)地區(qū)的生態(tài)效率”，然后計(jì)算生態(tài)效率的約束條件是“所有決策單元（DMU）的效率指數(shù)”，再運(yùn)用Charnes-Cooper變換的方法就可以得出DEA中最基礎(chǔ)的C2R模型的線性表達(dá)式：

上式（1）測(cè)算生態(tài)效率時(shí)，因?yàn)樗杏行实臎Q策單元都為1，所以會(huì)出現(xiàn)多個(gè)最優(yōu)決策單元（DMU），而這些有效單元可能會(huì)出現(xiàn)無法對(duì)地區(qū)生態(tài)效率好壞進(jìn)行有效劃分的情況。本文為了避免這一問題的產(chǎn)生，也為了提高準(zhǔn)確性，減小誤差，選擇運(yùn)用 Andersen等學(xué)者提出的超效率 DEA(Super Efficiency DEA，SE-DEA)模型的方法來測(cè)算山東省各地區(qū)的生態(tài)效率。SE-DEA模型和傳統(tǒng)DEA模型有所不同：根據(jù)SE-DEA測(cè)算出的生態(tài)效率評(píng)價(jià)值，并不改變決策單元(DMU)的有效性，但對(duì)于有效率的 DMU，它卻可以對(duì)每個(gè)決策單元的有效程度進(jìn)行排序。SE-DEA可以用式（2）進(jìn)行表述：

（二）指標(biāo)的建立及測(cè)算結(jié)果

1.指標(biāo)選擇。生態(tài)效率要求在考慮經(jīng)濟(jì)收益的同時(shí)還要減少環(huán)境的消耗，也就是說用最小的生態(tài)環(huán)境污染消耗來換取最大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，在超效率 DEA模型的分析過程中，我們通常將產(chǎn)出指標(biāo)體系用收益型指標(biāo)進(jìn)行衡量，而投入指標(biāo)體系則用成本型指標(biāo)進(jìn)行衡量。為了能夠全方位地、較為真實(shí)地展現(xiàn)山東省每個(gè)地級(jí)市的生態(tài)效率及其變化情況，同時(shí)考慮數(shù)據(jù)的易獲取性，構(gòu)建如下指標(biāo)體系，見表1。

表1 山東省區(qū)域生態(tài)效率投入與產(chǎn)出評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.結(jié)果分析。利用超效率DEA模型，計(jì)算山東省2010-2014年17個(gè)地市的數(shù)據(jù)，獲得區(qū)域生態(tài)效率評(píng)價(jià)值，測(cè)算結(jié)果如表2所示。

表2 山東省2010-2014年區(qū)域生態(tài)效率評(píng)價(jià)結(jié)果

由山東省2010-2014年區(qū)域生態(tài)效率評(píng)價(jià)結(jié)果可得出結(jié)論，在宏觀層面上，山東省的總體生態(tài)效率在5年內(nèi)呈下降趨勢(shì)，且變化不大；中觀層面

上，山東省各經(jīng)濟(jì)區(qū)域的生態(tài)效率有明顯差別，東部區(qū)域的生態(tài)效率相較于中西部明顯要高，雖然每年的區(qū)域生態(tài)效率值基本都大于1.0，但卻呈逐年遞減趨勢(shì)，中西部地區(qū)生態(tài)效率值相比較東部地區(qū)都比較低，并且沒有顯著的變化；在微觀層面上，青島、日照、威海、濰坊、煙臺(tái)等5個(gè)城市的生態(tài)效率水平最高，并且這5個(gè)城市都位于東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)域，中部和西部地區(qū)生態(tài)效率低下，這說明該地區(qū)主要采用的是高耗能、高污染為代價(jià)的發(fā)展模式，這種經(jīng)濟(jì)模式將導(dǎo)致中西部區(qū)域的環(huán)境污染、資源利用效率低等問題產(chǎn)生，而這些問題將會(huì)伴隨經(jīng)濟(jì)的發(fā)展越來越嚴(yán)峻，這種現(xiàn)象尤以棗莊、濟(jì)寧、淄博等資源型城市突出。因此中西部區(qū)域要借鑒東部發(fā)達(dá)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，逐步向低污染、低消耗、高效率、可持續(xù)的集約型經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式轉(zhuǎn)變。

以下圖1顯示山東省生態(tài)效率水平是以東、中、西、南依次進(jìn)行梯度分布的，具體為：處于第一梯隊(duì)（生態(tài)效率最高）的日照、青島、濰坊、煙臺(tái)、威海都位于東部地區(qū)；中部地區(qū)生態(tài)效率水平較好，屬于第二梯隊(duì)，主要包括濟(jì)南、萊蕪、泰安、東營、濱州等5個(gè)城市；菏澤、聊城、德州位于第三梯隊(duì)（生態(tài)效率水平一般）；南部地區(qū)生態(tài)效率水平最差，主要有淄博、臨沂、棗莊和濟(jì)寧4個(gè)城市。同時(shí)，生態(tài)效率分布具有明顯的“俱樂部現(xiàn)象”：高水平的生態(tài)效率區(qū)主要集中在以魯東為代表的東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)；第二梯隊(duì)和第三梯隊(duì)城市主要分布在魯西和魯中地區(qū)；魯南地區(qū)由于其資源型城市特征形成了第四梯隊(duì)聚集地。

圖1 山東生態(tài)效率水平四分位圖

三、山東省區(qū)域生態(tài)效率的空間相關(guān)性分析

（一）全域空間自相關(guān)

分析區(qū)域之間整體上的空間關(guān)聯(lián)與差異程度，一般可以使用空間自相關(guān)（Moran'I）指數(shù)，其公式為：

先在統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分布的基礎(chǔ)上，求出E（I）和VAR（I），然后計(jì)算 Moran'I的正態(tài)統(tǒng)計(jì)量 Z=，通過上述計(jì)算我們就可以檢驗(yàn)不同區(qū)域是否有空間關(guān)聯(lián)性。

Moran'I在-1到1的范圍內(nèi)，Moran'I顯著且大于零時(shí)，表示地理分布模式中相似的屬性值呈正相關(guān)（正空間關(guān)聯(lián)）；Moran'I小于零，同時(shí)存在顯著性時(shí)，說明不同區(qū)域的屬性值呈負(fù)相關(guān)的地理模式分布（負(fù)空間關(guān)聯(lián)）；Moran'I等于零，同時(shí)存在顯著性時(shí)，說明了隨機(jī)現(xiàn)象的屬性值不相關(guān)，是隨機(jī)的。

山東17個(gè)地市生態(tài)效率的Moran'I指數(shù)為0.3272，檢驗(yàn)的p值為0.0006，表明在空間分布上山東17個(gè)地市的生態(tài)效率存在較顯著的正自相關(guān)的聯(lián)系，即城市之間的生態(tài)效率相互正向影響。

（二）局部空間的關(guān)聯(lián)性

全域空間自相關(guān)將各個(gè)地區(qū)之間的差異進(jìn)行了平均，所以只能從整體上考察山東省空間自相關(guān)的情況，要想全面具體地展示山東省各個(gè)區(qū)域之間的空間關(guān)聯(lián)性，需要利用局域空間關(guān)聯(lián)指標(biāo)。為了達(dá)到這一目標(biāo)，本文選取局域Moran'I指數(shù)來對(duì)山東省局域顯著性空間關(guān)聯(lián)進(jìn)行分析：

從式（4）和式（5）看出，通過計(jì)算局部Moran'I，可以作出各個(gè)地區(qū)的聚集圖及其Moran散點(diǎn)圖。其中Moran散點(diǎn)圖展現(xiàn)了四個(gè)不同的空間相關(guān)性，這四種類型具體是：第一象限是H－H，也就是高－高型，

它表明生態(tài)效率高的城市被生態(tài)效率高的相鄰城市包圍，從而進(jìn)一步說明高水平生態(tài)效率具有高空間滯后性。第二象限是L－H，即低－高型，它表明生態(tài)效率低的城市被生態(tài)效率高的相鄰城市包圍，說明低水平生態(tài)效率具有高空間滯后性。第三象限是L－L，即低－低型，它表明生態(tài)效率低的城市被生態(tài)效率低的相鄰城市包圍，說明低水平生態(tài)效率具有低空間滯后性。第四象限是H－L，即高－低型，它表明生態(tài)效率高的城市被生態(tài)效率低的相鄰城市包圍，說明高水平生態(tài)效率具有低空間滯后性。在這四個(gè)象限中H－H以及L－L是正的空間自相關(guān)，LH和H－L為負(fù)的空間自相關(guān)。

圖2 2014年山東省區(qū)域生態(tài)效率Moran散點(diǎn)圖

從圖2可以看出，2014年，處于第Ⅰ象限（即高－高的正自相關(guān)性集群）的6個(gè)地市為青島、煙臺(tái)、威海、東營、濟(jì)南、濱州。處于第Ⅱ象限（L－H負(fù)自關(guān)聯(lián)性集群）的是淄博。位于第Ⅳ象限（即H－L的負(fù)自相關(guān)性集群）的地市為德州、聊城以及菏澤。而泰安、萊蕪、臨沂、日照、濰坊和濟(jì)寧則同時(shí)位于第Ⅰ、第Ⅳ象限（即高－高的正自相關(guān)性集群和L－L的正自相關(guān)性集群）。位于第Ⅲ象限（即LL的正自相關(guān)性集群）的地市為棗莊。

在上述圖表中還存在“俱樂部收斂”的現(xiàn)象。以5%的顯著水平為例，共計(jì)7個(gè)城市的生態(tài)效率存在顯著的空間關(guān)聯(lián)：其中青島、煙臺(tái)、東營、威海、濟(jì)南位于H－H類型空間離群區(qū)，棗莊位于L－L型低值集聚區(qū)，而淄博處于空間離群區(qū)（L－H型）。H－L類型區(qū)域局部空間缺少關(guān)聯(lián)性，體現(xiàn)出生態(tài)效率高的區(qū)域，生態(tài)效率不僅產(chǎn)生著較弱的相互影響，而且也沒有明顯對(duì)鄰近的較低水平地區(qū)產(chǎn)生溢出效應(yīng)。

四、結(jié) 語

本文根據(jù)2011-2014年山東各區(qū)域資源環(huán)境及經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，利用DEA分析對(duì)山東省各地市生態(tài)效率的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)做出了總結(jié)，并利用空間統(tǒng)計(jì)分析模型對(duì)各區(qū)域生態(tài)效率的空間相關(guān)性分析總結(jié)。結(jié)論表明：

第一，2010-2014年，山東省各地市生態(tài)效率表現(xiàn)為顯著的東高西低，呈梯度分布格局，三大經(jīng)濟(jì)地帶的生態(tài)效率具有較大的差異性，在三大經(jīng)濟(jì)地帶中東部地帶的生態(tài)效率最高，“俱樂部收斂”特征較為明顯，呈現(xiàn)日益降低的趨勢(shì)；中西部及南部地區(qū)生態(tài)效率值與東部地區(qū)相比明顯偏低，為粗放式經(jīng)濟(jì)增長模式，即高消耗、高污染、高排放，這種現(xiàn)象尤以棗莊、濟(jì)寧、淄博等城市最為嚴(yán)峻。

第二，山東省各地市生態(tài)效率正的自相關(guān)集聚，集聚程度在波動(dòng)中趨于收斂，H-H集聚區(qū)位于東部沿海地區(qū)，L-L集聚區(qū)位于魯南資源型地區(qū)。

[1]楊斌.2000-2006年中國區(qū)域生態(tài)效率研究：基于dea方法的實(shí)證分析[J].經(jīng)濟(jì)地理，2009（7）.

[2]秦偉山，張義豐，袁境.生態(tài)文明城市評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與水平測(cè)度[J].資源科學(xué)，2013（8）.

[3]Van Caneghem J,Block C,Van Hooste H,et al.Ecoefficiency Trends of the Flem ish Industry:Decoupling of Environmental Impact from Econom ic Grow th[J].Journal of Cleaner Production，2010（14）.

[4]曾鵬，朱玉鑫.中國十大城市群生態(tài)發(fā)展?fàn)顩r比較研究[J].地域研究與開發(fā)，2013（1）.

[5]Kortelainen M.Dynam ic Environmental Performance Analysis:A Malmquist Index Approach [J].Ecological Econom ics，2015（4）.

[6]Charnes A,Cooper W W,Rhodes E.Measuring the Efficiency of Decision Making Units[J].European Journal of Operational Research，1978（6）.

[責(zé)任編輯：劉烜顯]

周洋，山東科技大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理系教授，碩士生導(dǎo)師；宗科（通訊作者），山東科技大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理系講師，博士研究生；侯淑婧，山東科技大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理系碩士研究生，山東 泰安 271000

F205

A

1004-4434(2016)10-0078-04

國家社科基金資助項(xiàng)目“基于多方法融合空間統(tǒng)計(jì)分析的區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)研究”(13BJY026)；教育部人文社科規(guī)劃項(xiàng)目“產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型期煤礦生態(tài)效率評(píng)價(jià)研究”(14YJCZH 236)的階段性成果