基于Super-SBM模型的中國采掘業(yè)環(huán)境效率及影響因素研究

鄭小強 蒲泱竹

(西南石油大學經(jīng)濟管理學院，四川 成都 610500)

采掘業(yè)作為國民經(jīng)濟的基礎性產(chǎn)業(yè)，為我國的能源、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等提供了豐富的礦物原料，對國民經(jīng)濟發(fā)展起到了重要的支撐作用。但由于歷史原因，礦產(chǎn)等資源開采帶來的環(huán)境污染也在與日俱增，資源開采中的污染問題愈發(fā)受到關注。對我國采掘業(yè)環(huán)境效率進行測度，分析影響我國采掘業(yè)環(huán)境效率的因素，具有一定的現(xiàn)實意義。

環(huán)境效率指單位環(huán)境負荷下某一地區(qū)或企業(yè)產(chǎn)生的經(jīng)濟價值，是將環(huán)境作為一種資源投入，力求環(huán)境資源的最小使用和最大產(chǎn)出，是衡量實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的標準之一[1]565。隨著公眾對環(huán)境問題的關注，環(huán)境效率測評的方法也越來越豐富，環(huán)境壓力控制模型(IPAT)、生命周期法(LCA)、生態(tài)足跡法(EF)、生產(chǎn)前沿分析法(PFA)是最為常見的環(huán)境效率測度方法。IPAT能有效測量人類活動對環(huán)境的輸入性影響或壓力[2]；LCA通常用于評估與廢物轉(zhuǎn)化能源計劃有關的環(huán)境負擔[3]；EF通常用于衡量某一地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展[4]。但是，以上環(huán)境測量模型在分析人文因素對環(huán)境的影響中均具有一定的局限性[5]。在環(huán)境靜態(tài)效率測度方法的選擇上，非參數(shù)的數(shù)據(jù)包絡分析(DEA)方法具有更多的優(yōu)勢。FARE等[6]首次提出基于DEA的環(huán)境效率評價方法，即非參數(shù)DEA，可有效處理多投入、多產(chǎn)出的問題，也可以處理投入(或產(chǎn)出)項目中其他方法難以處理的指標。國內(nèi)現(xiàn)有的運用DEA方法研究環(huán)境效率的相關報道，集中在環(huán)境效率的省際或區(qū)域比較上，如王俊能等[1]569利用DEA對中國31個省份進行環(huán)境效率分析與評價；楊帥[7]探討了在省域相對能源效率指標計算的DEA方法中，不同的數(shù)據(jù)處理方法和不同產(chǎn)出指標的選擇可能會帶來的結(jié)果差異。也有部分研究關注行業(yè)環(huán)境效率問題，如林伯強等[8]132運用非徑向方向距離函數(shù)測算中國工業(yè)兩位數(shù)行業(yè)的環(huán)境效率，發(fā)現(xiàn)中國工業(yè)行業(yè)環(huán)境效率水平不高，但整體處于上升趨勢；馮博等[9]對建筑業(yè)的環(huán)境效率進行測算分析，并檢驗了各種外部環(huán)境因素對其環(huán)境效率的影響；BI等[10]、CHEN等[11]、WU等[12]也對中國的其他行業(yè)進行了環(huán)境效率測度。在各行業(yè)環(huán)境效率研究中，對采掘業(yè)環(huán)境效率的研究還有所欠缺，特別是運用非參數(shù)DEA方法對該行業(yè)環(huán)境效率的測度與分析。

在具體的測量模型選擇上，傳統(tǒng)徑向DEA會忽略報告效率得分方面的松弛變量，而這些松弛變量在評估管理效率中起著重要作用，SBM模型是一種較完善的DEA擴展模型，它可以很好地處理模型中的松弛問題，而且可以將環(huán)境因素很好地納入SBM模型的測度中，避免了徑向和角度差異帶來的影響。汪克亮等[13]、CHEN等[14]、HUANG等[15]的研究均采用SBM模型，在測量中國能源經(jīng)濟效率、環(huán)境效率和全要素效率方面均顯示出較高的有效性?？紤]非期望產(chǎn)出的Super-SBM模型結(jié)合了Super-DEA與Undesirable-SBM模型兩者的優(yōu)點，不僅可以有效處理非期望產(chǎn)出，還可以進一步比較有效的決策單位的高低。所以，本研究運用考慮非期望產(chǎn)出的Super-SBM模型對中國采掘業(yè)的能源環(huán)境效率進行測度，主要考慮伴隨著期望產(chǎn)出產(chǎn)生的非期望產(chǎn)出對環(huán)境的影響，并運用固定效應評估法對采掘業(yè)環(huán)境效率的影響因素進行分析。

1 模型與數(shù)據(jù)來源

1.1 采掘業(yè)環(huán)境效率測量模型

CHARNES等[16]提出了DEA，CCR是DEA模型7類中最基本、最重要的技術，在CCR模型中，決策單元的DEA有效性是同時針對規(guī)模有效性和純技術有效性而言的，然而在實際中可能會出現(xiàn)這樣的情況：一個決策單元雖然是純技術有效的，但它不一定也是DEA有效的，原因在于該決策單元非規(guī)模有效。由此BANKER等[17]在此基礎上擴展了CCR模型中關于規(guī)模報酬不變的假設，提出可變規(guī)模(VRS)模式的DEA模型，即BCC模型。這種傳統(tǒng)的DEA模型一般采用謝潑德距離函數(shù)(SDF)作為產(chǎn)出距離函數(shù)，這種函數(shù)假定期望產(chǎn)出與非期望產(chǎn)出同比例增加或縮減。但是，在現(xiàn)實生活中，并非所有的產(chǎn)出都按比例進行操作。這種徑向模型的缺點是忽略了報告效率得分方面的松弛變量，而這些松弛變量在評估管理效率中起著重要作用。TONE[18]首次提出了非徑向非角度的基于松弛變量測度的SBM模型，SBM模型既能夠避免傳統(tǒng)DEA模型徑向與角度帶來的偏差，又考慮了松弛變量的影響，還能將環(huán)境因素很好地納入SBM模型的測度中。為了能更好地解決生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染問題，在基礎SBM模型的基礎上衍生出了考慮非期望產(chǎn)出的SBM模型，即Undesirable-SBM模型。在采用Undesirable-SBM模型進行評價時，通常會出現(xiàn)多個決策單元效率值均為1的情況，無法進一步對有效決策單元效率高低進行區(qū)分。ANDERSEN等[19]提出了超效率DEA模型，即Super-DEA，這個模型可以解決Undesirable-SBM中無法區(qū)分有效決策單元高低的問題。為了綜合Undesirable-SBM模型和Super-DEA模型兩者的優(yōu)點，本研究參考宮大鵬等[20]的研究，利用考慮非期望產(chǎn)出的Super-SBM模型計算采掘業(yè)的環(huán)境效率。

1.2 變量選取及數(shù)據(jù)來源

以資本和勞動力作為投入變量，工業(yè)總產(chǎn)值作為期望產(chǎn)出，以有害氣體及廢水排放量作為非期望產(chǎn)出，各變量具體界定如下：

(1) 固定資本投入。采掘業(yè)是一個資金投入高度集中的行業(yè)，其中，勘探、開發(fā)過程中，基建、設備等固定資產(chǎn)投資是重要投入要素。本研究將每年開采業(yè)的固定資產(chǎn)投資累計完成額度作為資產(chǎn)投入。

(2) 勞動力投入。勞動時間和勞動報酬方面的數(shù)據(jù)可以很好地衡量勞動投入，但由于其數(shù)據(jù)無法準確獲得，因此，選取采掘業(yè)從業(yè)人員數(shù)作為該行業(yè)的勞動力投入。

(3) 能源投入。能源投入將選取開采中的煤炭、原油、柴油、汽油、天然氣和電力消耗總量，按照折合系數(shù)換算為總標準煤能源消耗。

(4) 期望產(chǎn)出。工業(yè)總產(chǎn)值是以貨幣形式表現(xiàn)的工業(yè)企業(yè)在一定時期內(nèi)生產(chǎn)的已出售或可供出售工業(yè)產(chǎn)品總量，可反映一定時間內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)的總規(guī)模和總水平。由此，選擇采掘業(yè)的工業(yè)總產(chǎn)值作為期望產(chǎn)出。

(5) 非期望產(chǎn)出。資源開采過程中會對所在地區(qū)的大氣環(huán)境、水環(huán)境和土壤造成一定影響。大氣污染主要是廢氣排放，水污染主要是廢水排放。對土壤的破壞主要表現(xiàn)在：一是占用土地，破壞植被；二是開發(fā)過程中的廢水直接或間接進入土壤，導致植被破壞、土質(zhì)惡化及沙漠化；三是原油泄漏或礦區(qū)開采遺留廢渣，造成土壤污染。近年來，我國實施了更加嚴格的礦產(chǎn)資源開發(fā)利用和生態(tài)環(huán)境保護政策，堅持礦產(chǎn)資源開發(fā)利用與生態(tài)環(huán)境保護并重的原則，嚴格執(zhí)行土地復墾和排污收費，礦產(chǎn)資源開采過程中破壞植被的現(xiàn)象得到了有效遏制。所以，本研究未將土壤破壞納入非期望產(chǎn)出，而是將大氣污染(SO2排放量)和水污染(廢水排放量)作為非期望產(chǎn)出。

數(shù)據(jù)來源于統(tǒng)計年鑒，主要包括各年的中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒、中國統(tǒng)計年鑒、中國能源環(huán)境年鑒、中國工業(yè)統(tǒng)計年鑒和中國經(jīng)濟普查年鑒。由于2001、2017年廢水排放量指標缺失，按1%的增速估算了2001、2017年的廢水排放量。同時，由于決策單元數(shù)量較少，在構建投入指標時，固定資本投入、勞動力投入、能源投入被賦予同等重要的權重，即各占1/3；同樣，非期望產(chǎn)出SO2、廢水排放量各被賦予權重1/2?？紤]到數(shù)據(jù)的可得性與連續(xù)性，本研究不包括中國香港、中國澳門、中國臺灣和西藏。

2 實證分析

2.1 中國采掘業(yè)環(huán)境效率變化趨勢

依據(jù)Super-SBM模型利用MaxDEA Pro6.6軟件計算出2001—2017年中國采掘業(yè)各行業(yè)環(huán)境效率(見表1)。

2001—2017年，采掘業(yè)各行業(yè)環(huán)境效率的方差較小，說明在此期間各行業(yè)環(huán)境效率波動幅度不大。其中，石油和天然氣開采業(yè)環(huán)境效率最高，其次為有色金屬礦采選業(yè)，煤炭開采和洗選業(yè)最低，均值分別為1.432、0.896、0.460；石油和天然氣開采業(yè)除2017年外均達到DEA有效，黑色金屬礦采選業(yè)與有色金屬礦采選業(yè)約50%的年份達到DEA有效，而非金屬礦采選業(yè)僅兩年達到DEA有效，煤炭開采和洗選業(yè)各年均未達到DEA有效。

采掘業(yè)各行業(yè)環(huán)境效率差異可以從生產(chǎn)、儲運等行業(yè)屬性尋求合理解釋。2001—2017年石油與天然氣開采總體表現(xiàn)良好，由于石油與天然氣開采對環(huán)境的影響主要體現(xiàn)在油氣田開發(fā)階段，油氣儲運主要通過管道完成，對環(huán)境造成的直接污染較小，其環(huán)境效率也相對較高。有色金屬在高端制造業(yè)中占有重要地位，與其他黑色金屬相比，其附加值更高，期望產(chǎn)出更大，所以該行業(yè)在采掘業(yè)中的環(huán)境效率更高。非金屬礦采選業(yè)、煤炭開采和洗選業(yè)環(huán)境效率都偏低，主要原因是我國非金屬礦山的數(shù)量多而規(guī)模小，初級產(chǎn)品比重大，深加工程度不高[21]，非金屬礦山的大量共伴生資源沒有得到合理利用，“三廢”未得到綜合治理，產(chǎn)生大量固體廢棄物，導致環(huán)境效率偏低。

環(huán)境效率可分解為純技術效率與規(guī)模效率[22]。純技術效率普遍大于1，表明在相應的技術水平上其投入的資源使用是有效的；規(guī)模效率普遍小于1，表明規(guī)模效應還不太明顯。2001—2017年，我國采掘業(yè)環(huán)境效率介于0.62～1.01(見圖1)，環(huán)境效率并不高，還有進一步提升的空間；純技術效率介于1.01～1.64，純技術效率DEA有效；規(guī)模效率介于0.57～0.91，規(guī)模效率DEA無效，表明我國采掘業(yè)規(guī)模效率偏低。

2001年以后，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，工業(yè)及民用能源消費快速增長，能源產(chǎn)品從20世紀末的全面供過于求轉(zhuǎn)向供應偏緊，煤炭、石油等重要資源開始出現(xiàn)短缺，采掘業(yè)“保供”壓力逐漸增大。由此，大量“小煤窯”“高含硫井”等低效能的采掘企業(yè)死灰復燃開始生產(chǎn)，資源開采過程中的環(huán)境問題被忽視。隨后，“十一五”規(guī)劃提出建設“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會”，相關環(huán)境政策陸續(xù)出臺，環(huán)保投資力度加大。原國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局明確提出在2008年徹底關?！靶∶焊G”，采掘業(yè)的落后產(chǎn)能逐步被淘汰，資源利用率不斷提高，這也是2009年后規(guī)模效率緩慢提升的原因。

2.2 采掘業(yè)環(huán)境效率影響因素分析

利用Super-SBM模型測算得到我國采掘業(yè)的能源環(huán)境效率，雖然可以依據(jù)純技術效率、規(guī)模報酬等情況推測出產(chǎn)業(yè)規(guī)模等因素可能對采掘業(yè)環(huán)境效率的影響，但是無法確定其他影響因素對環(huán)境效率的影響程度。以下將通過回歸模型分析我國采掘業(yè)環(huán)境效率的影響因素。

隨著產(chǎn)業(yè)規(guī)模擴大，規(guī)模效應帶來的經(jīng)濟增長一方面為環(huán)境治理投資提供資金保障，另一方面也有助于提高行業(yè)環(huán)境效率。環(huán)境規(guī)制有利于工業(yè)產(chǎn)業(yè)績效的提高，也會促進行業(yè)生產(chǎn)技術的進步[23]110，這為環(huán)境規(guī)制對環(huán)境績效產(chǎn)生正向影響提供了可能。林伯強等[8]138的研究表明，對外貿(mào)易同時通過進、出口兩種途徑對能源環(huán)境效率產(chǎn)生影響，在我國能源和礦產(chǎn)資源對外依存度較高的背景下，對外貿(mào)易是影響采掘業(yè)環(huán)境效率的重要因素。李靜[24]、胡達沙等[25]的相關研究表明經(jīng)濟規(guī)模、產(chǎn)業(yè)結(jié)構、對外開放程度、政府規(guī)制和地區(qū)因素對我國環(huán)境效率均有不同程度的顯著影響。由此，本研究選取產(chǎn)業(yè)規(guī)模、技術創(chuàng)新、環(huán)境治理強度、對外貿(mào)易4個變量作為其他影響變量，建立回歸模型，如式(1)所示：

Ei,t=β0+β1lnSi,t+β2lnTi,t+β3Ri,t+β4Oi,t+εi,t

(1)

式中：Ei,t為第i個行業(yè)第t年的環(huán)境效率；Si,t為第i個行業(yè)第t年的產(chǎn)業(yè)規(guī)模；Ti,t為第i個行業(yè)第t年的技術創(chuàng)新程度；Ri,t為第i個行業(yè)第t年的環(huán)境治理強度；Oi,t為第i個行業(yè)第t年的對外貿(mào)易程度；i取1、2、3、4、5分別代表煤炭開采和洗選業(yè)、石油和天然氣開采業(yè)、黑色金屬礦采選業(yè)、有色金屬礦采選業(yè)、非金屬礦采選業(yè)；t為年份；β1至β4為回歸系數(shù)；εi,t為隨機誤差項。

分別對產(chǎn)業(yè)規(guī)模以及另外3個解釋變量對環(huán)境效率的影響進行檢驗，由于樣本數(shù)據(jù)為平衡靜態(tài)面板，對被解釋變量(環(huán)境效率)和解釋變量(產(chǎn)業(yè)規(guī)模)進行個體效應、時間效應檢測以及Hausman檢驗，原假設使用混合最小二乘法(OLS)模型。在隨機效應模型(1)中，p<0.01，均通過了0.01的假設檢驗，拒絕原假設，也就是說固定效應模型和隨機效應模型顯著性優(yōu)于混合OLS模型；但未通過Hausman檢驗(p>0.1)，表明隨機效應模型基本可以滿足要求。通過隨機效應模型(1)得出以下結(jié)論，產(chǎn)業(yè)規(guī)模在0.05的顯著性水平下通過了檢驗，表明產(chǎn)業(yè)規(guī)模對環(huán)境效率的提高具有較強的正向促進作用。因為一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模能為行業(yè)發(fā)展提供充足的資金和技術保障，進而產(chǎn)生對環(huán)境的溢出效應，使得在資源開采過程中減少對環(huán)境的破壞，提升環(huán)境效率。在隨機效應模型(2)中，個體效應檢測與時間效應檢測結(jié)果均通了0.01的顯著性檢驗，Hausman檢驗結(jié)果p>0.1，所以采用隨機效應模型是可行的。通過隨機效應模型(2)得出以下結(jié)論,技術創(chuàng)新通過了0.05的顯著性檢驗，環(huán)境治理強度與對外貿(mào)易皆通過了0.01的顯著性檢驗。技術創(chuàng)新系數(shù)為正(0.069)，表明技術創(chuàng)新對環(huán)境效率的提高有顯著的正向作用，技術創(chuàng)新提高1%促進環(huán)境效率提高0.069%，技術的創(chuàng)新，設備的更新，資源利用率的提高，在很大程度上直接減少了污染物的排放以及資源浪費。環(huán)境治理強度系數(shù)為-7.999，環(huán)境規(guī)制對環(huán)境效率具有負向影響，該結(jié)論進一步驗證了劉金林等[23]112關于環(huán)境規(guī)制與技術進步“U”型關系的結(jié)論，即隨著環(huán)境治理強度的增強，采掘業(yè)的生產(chǎn)技術進步呈現(xiàn)“U”型變化，從長期來看，若不斷提高環(huán)境治理強度至“拐點”水平，將促使企業(yè)進行技術創(chuàng)新，進而帶來環(huán)境效率的提升。對外貿(mào)易對采掘業(yè)環(huán)境效率的影響系數(shù)為正，但系數(shù)較小，對外貿(mào)易帶來的技術和管理溢出效應在我國采掘業(yè)的整體表現(xiàn)還不夠明顯。

最后，對所有解釋變量進行檢測,結(jié)果見表2中的固定效應模型。當模型加入了個體效應時，p<0.01，拒絕原假設，但并未通過時間效應檢測，隨后又進行了Hausman檢驗，結(jié)果顯示p<0.1，使用隨機效應模型并不能滿足要求，由此，采用固定效應模型對樣本數(shù)據(jù)進行回歸分析。當加入了所有變量之后，只有產(chǎn)業(yè)規(guī)模變量未通過顯著性檢驗，意味著在提高技術水平，把控好環(huán)境治理強度以及外資帶來的技術溢出和管理溢出效果的同時，產(chǎn)業(yè)規(guī)模對環(huán)境效率的影響在降低。

表2 行業(yè)環(huán)境效率的回歸結(jié)果1)Table 2 Regression results of industry environmental efficiency

3 結(jié)論與建議

運用Super-SBM模型對2001—2017年我國采掘業(yè)中5個代表行業(yè)進行環(huán)境效率測度，并通過回歸分析探討了采掘業(yè)環(huán)境效率影響因素，主要結(jié)論如下：

(1) 我國采掘業(yè)環(huán)境效率不高，內(nèi)部5個代表行業(yè)環(huán)境效率差距明顯。石油和天然氣開采業(yè)環(huán)境效率最高，其次為有色金屬礦采選業(yè)，非金屬礦采選業(yè)、煤炭開采和洗選業(yè)最低。

(2) 我國采掘業(yè)純技術效率DEA有效，在相應技術水平上的資源投入是有效的，但規(guī)模效率DEA無效，規(guī)模效率偏低，規(guī)模效應還不明顯。

(3) 技術創(chuàng)新對環(huán)境效率的提高有顯著的正向作用。技術創(chuàng)新在一定程度上直接減少了污染物的排放以及資源浪費。對外貿(mào)易對采掘業(yè)環(huán)境效率的正向影響還不夠明顯。采掘業(yè)環(huán)境規(guī)制與環(huán)境效率可能存在“U”型關系。

(4) 在不考慮其他影響因素的情況下，產(chǎn)業(yè)規(guī)模對環(huán)境效率具有較強的正向促進作用。但在納入技術創(chuàng)新、環(huán)境治理強度、對外貿(mào)易等因素后，產(chǎn)業(yè)規(guī)模對環(huán)境效率的正向影響并不顯著，表明在提高技術水平，把控好環(huán)境治理強度以及外資帶來的技術溢出和管理溢出效果的同時，擴大產(chǎn)業(yè)規(guī)模對環(huán)境效率的影響在降低。

根據(jù)上述結(jié)論，提出如下建議：

(1) 進一步擴大采掘業(yè)規(guī)模，提高市場集中度。采掘業(yè)屬于資本密集型行業(yè)，避免盲目擴張，保持適度的行業(yè)規(guī)模有助于獲得更多資金進行技術升級和環(huán)境治理，關停生產(chǎn)效率低且環(huán)境污染大的礦、油、氣井，適度提高市場集中有助于采掘業(yè)環(huán)境效率的提升。

(2) 建立合理的技術創(chuàng)新驅(qū)動機制，加快采掘業(yè)技術創(chuàng)新步伐。政府應鼓勵研發(fā)與能源使用和環(huán)保有關的先進設備，提高能源使用率。通過制定科學技術發(fā)展方針，對采掘業(yè)科技研發(fā)實行有利的宏觀調(diào)控，制定合理的補貼政策，完善專利保護政策，并且建立相應的監(jiān)督政策和監(jiān)督機構，確保政策體系得到有效的貫徹。

(3) 嚴格環(huán)境規(guī)制，加大采掘業(yè)環(huán)保治理投入?，F(xiàn)有的環(huán)境治理強度并不利于環(huán)境效率的提高，需進一步提升采掘業(yè)環(huán)境規(guī)制力度。根據(jù)采掘業(yè)各行業(yè)特點分別制定環(huán)保規(guī)制政策和標準，依據(jù)“誰污染誰治理”的原則，落實“環(huán)保終身責任制”，改變以命令控制措施為主的環(huán)境保護政策，化被動為主動，激勵采掘企業(yè)主動投入環(huán)保治理。

(4) 加強國際多邊合作，擴大對外開放程度。通過先進的技術和管理方式的溢出或規(guī)模效應，從技術和管理方式上減少采掘業(yè)污染物排放，改變產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值嚴重依賴能源消耗和資源投入的情況，同時鼓勵企業(yè)采用先進設備，借鑒發(fā)達國家清潔生產(chǎn)技術，對能源進行二次利用。