中國省域城市代謝效率演化及影響因素分析*

羅嘯瀟 王 婷# 廖 斌 付江月

(1.貴州大學(xué)管理學(xué)院，貴州 貴陽 550025；2.湖南大學(xué)經(jīng)濟(jì)與貿(mào)易學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙410079)

城市是科技創(chuàng)新、社會(huì)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的重要驅(qū)動(dòng)力。全球城市每年消耗約60%的能源，人為排放的溫室氣體約占全球總排放量的70%[1]。隨著城市化進(jìn)程的加深，過度擁擠、能源消耗過多、自然資源不足和環(huán)境退化等問題日益凸顯，如何進(jìn)行可持續(xù)發(fā)展成為構(gòu)建人類命運(yùn)共同體的關(guān)鍵問題。WOLMAN[2]最早提出了城市代謝的概念，城市代謝反映了物質(zhì)和能源在城市中輸入輸出的過程，要想實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，關(guān)鍵在于把握經(jīng)濟(jì)—社會(huì)—自然子系統(tǒng)之間的平衡關(guān)系。

國內(nèi)外學(xué)者對(duì)城市代謝的研究方法和影響因素展開了討論。研究方法上，劉耕源等[3]從熱力學(xué)的視角出發(fā)改進(jìn)了能值分析法；HUANG等[4]結(jié)合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型和能值分析法評(píng)估了中國京津冀集聚地區(qū)的城市代謝狀態(tài)；PERROTTI等[5]、WANG等[6]將改進(jìn)的物質(zhì)流分析法整合到城市代謝模型中；陳雪婷等[7]、宋濤等[8]運(yùn)用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法(DEA)對(duì)我國31個(gè)城市代謝效率進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)；WU等[9]、RAVALDE等[10]結(jié)合火用分析法和生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析法考慮了城市代謝過程中的指標(biāo)流量。關(guān)于影響城市代謝的因素，LYONS等[11]認(rèn)為，土地、交通和通訊會(huì)對(duì)城市代謝產(chǎn)生影響；LEI等[12]的研究表明，城市結(jié)構(gòu)、政府法規(guī)等影響了澳門的城市代謝；CAO等[13]將第二產(chǎn)業(yè)比重、政府管制和對(duì)外開放水平等作為城市代謝的影響因素；宋濤等[14]研究發(fā)現(xiàn)，第三產(chǎn)業(yè)比重和城市人口比重對(duì)城市代謝效率有正向影響作用，而建設(shè)用地比重的影響為負(fù)；GONZALEZ GARCIA等[15]研究了氣候和購買力差異對(duì)西班牙城市代謝效率的影響。

目前文獻(xiàn)研究的不足之處在于：(1)對(duì)廢棄物指標(biāo)處理存在一定缺陷；(2)考慮影響因素時(shí)沒有針對(duì)不同地區(qū)資源稟賦進(jìn)行分析；(3)忽略了空間相關(guān)性；(4)缺乏城市代謝情況的發(fā)展預(yù)測(cè)。本研究以我國30個(gè)省域(暫不包括臺(tái)灣、香港、澳門、西藏)為研究對(duì)象，先運(yùn)用DEA中非期望產(chǎn)出的SBM模型計(jì)算各省域城市代謝效率，再通過莫蘭(Moran’s I)指數(shù)和β收斂檢驗(yàn)探究時(shí)空演化規(guī)律，然后利用Tobit模型分地區(qū)研究省域城市代謝效率的影響因素，最后根據(jù)研究結(jié)論針對(duì)性地提出對(duì)策建議，以期為今后研究城市代謝提供理論支撐和研究方法借鑒。

1 研究方法與指標(biāo)選取

1.1 非期望產(chǎn)出的SBM模型

相比于傳統(tǒng)徑向DEA模型，非期望產(chǎn)出的SBM模型在計(jì)算城市代謝效率時(shí)加入了松弛變量的影響，從而克服了傳統(tǒng)徑向模型中城市代謝效率計(jì)算不準(zhǔn)確的問題。此外，還將非期望產(chǎn)出納入模型中，在考慮生產(chǎn)過程中帶來的經(jīng)濟(jì)收益的同時(shí)還評(píng)估了污染物對(duì)環(huán)境的影響，使模型更符合理論假設(shè)。

1.2 β收斂檢驗(yàn)

絕對(duì)β收斂是指隨著時(shí)間的推移所有區(qū)域城市代謝效率的增長(zhǎng)速度和水平都會(huì)朝著同一程度發(fā)展。絕對(duì)β收斂的判斷公式見式(1)，如果β<0，則說明區(qū)域測(cè)量數(shù)值有收斂?jī)A向，反之則為發(fā)散。

ln(Ei,T+1/Ei,1)/T=α+βlnEi,1+μi

(1)

式中：Ei,1、Ei,T+1分別為期初、期末的城市代謝效率；T為測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)度，年；α為常數(shù)；β為收斂系數(shù)；μi為誤差項(xiàng)。

條件β收斂是指一個(gè)區(qū)域的測(cè)量指標(biāo)隨著時(shí)間的發(fā)展最終會(huì)趨向于自身穩(wěn)態(tài)水平，以時(shí)空固定效應(yīng)模型進(jìn)行估計(jì)，計(jì)算公式如下：

ln(Ei,t+1/Ei,t)=α+βlnEi,t+μi

(2)

式中：Ei，t、Ei，t+1分別為當(dāng)期、后一期的城市代謝效率；t為觀測(cè)時(shí)期。

1.3 城市代謝效率指標(biāo)體系

在城市代謝的過程中，資源的投入不僅增加了國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)福利的產(chǎn)出，同時(shí)也給生態(tài)環(huán)境帶來了負(fù)面影響。參考文獻(xiàn)[16]至文獻(xiàn)[19]，并結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行定性分析，建立的城市代謝效率評(píng)價(jià)研究指標(biāo)體系見表1。

表1 城市代謝效率評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.4 城市代謝效率影響因素模型

基于可持續(xù)發(fā)展的角度，選取的影響因素回歸模型指標(biāo)見表2。

表2 城市代謝效率影響因素指標(biāo)體系

由于城市代謝效率的取值為0～1，屬受限因變量，為避免采用最小二乘法可能產(chǎn)生的估計(jì)結(jié)果偏差問題，以Tobit模型進(jìn)行回歸分析，具體模型如下：

eff=α+β1sec+β2gov+β3pol+β4edu+β5out+β6eco+μi

(3)

式中：β1～β6為參數(shù)。

所有數(shù)據(jù)均來源于2003—2019年中國統(tǒng)計(jì)年鑒、中國環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒、中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒、中國人口和就業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒，為消除價(jià)格指數(shù)的影響以2002年為基期進(jìn)行指數(shù)平減。

2 實(shí)證分析

2.1 城市代謝效率

2002—2018年各省域城市代謝效率見表3。北京和陜西的城市代謝效率每年都達(dá)到了DEA有效水平，究其原因，北京和陜西的高等學(xué)校數(shù)量位居前列，因而在校學(xué)生人數(shù)也較多，高等教育得到了長(zhǎng)足發(fā)展；北京和陜西的資源消耗量少，體現(xiàn)了其在節(jié)能環(huán)保方面的明顯優(yōu)勢(shì)，同時(shí)減排措施取得了相當(dāng)可觀的成果。處于前列的大都是東部地區(qū)的省域，處于末端的以西部地區(qū)的省域居多?？傮w上，東部地區(qū)城市代謝效率均值先下降后上升，中、西部地區(qū)城市代謝效率曲折上升，且西部地區(qū)高效率省域有所增加，表明中、西部地區(qū)對(duì)東部地區(qū)逐漸實(shí)現(xiàn)了“追趕效應(yīng)”?？偟膩碚f，全國城市代謝效率差異有所減小，但仍然呈現(xiàn)兩極分化的特征，均值呈“U”型變化。

表3 2002—2018年各省域城市代謝效率1)

2.2 時(shí)空動(dòng)態(tài)演化分析

采用0～1空間矩陣計(jì)算我國城市代謝效率的全局Moran’s I指數(shù)，結(jié)果見圖1。2002—2014、2018年全局Moran’s I指數(shù)為正，且除2005、2018年外至少在10%的水平上顯著，說明我國城市代謝效率長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)呈顯著空間正相關(guān)，本省的城市代謝效率同時(shí)會(huì)影響到周圍省域；2015—2017年全局Moran’s I指數(shù)為負(fù)且未通過顯著性檢驗(yàn)。整體來看，2004—2005、2014—2016年全局Moran’s I指數(shù)出現(xiàn)了兩次大幅度下跌，表明我國城市代謝效率的相關(guān)性逐漸減弱，總體有向空間負(fù)相關(guān)特征發(fā)展的趨勢(shì)。

圖1 我國城市代謝效率全局Moran’s I指數(shù)

2002—2008、2012、2013年，低-低(L-L)集聚型省域占多數(shù)，說明早期我國城市代謝效率呈現(xiàn)低水平同質(zhì)化集聚狀態(tài)；從整體變化情況分析，L-L集聚型省域數(shù)量降低，高-高(H-H)集聚型省域數(shù)量先下降后上升，低-高(L-H)、高-低(H-L)集聚型省域數(shù)量略有增多；2018年各類型省域數(shù)量為L(zhǎng)-H>H-H、L-L>H-L，空間非均衡關(guān)聯(lián)集聚程度增加。具體見圖2。

圖2 我國城市代謝效率演化特征

絕對(duì)β收斂檢驗(yàn)結(jié)果見表4。全國的β在5%的水平上顯著為負(fù)，表明全國城市代謝效率增長(zhǎng)速度和增長(zhǎng)水平最終將趨向于完全相同的穩(wěn)態(tài)，即城市代謝效率落后的省域通過社會(huì)發(fā)展和節(jié)能減排等一系列方式對(duì)城市代謝效率領(lǐng)先的省域進(jìn)行后發(fā)趕超，初期城市代謝效率較低的省域有更快的提升速度。東、中、西部地區(qū)的β不顯著，說明各地區(qū)內(nèi)的收斂情況不明顯。

表4 絕對(duì)β收斂檢驗(yàn)結(jié)果1)

條件β收斂檢驗(yàn)結(jié)果見表5。全國、東部地區(qū)和中部地區(qū)的β均在1%的水平上顯著為負(fù)，西部地區(qū)的β在10%的水平上顯著為負(fù)，說明各省域城市代謝效率的發(fā)展將趨向于自身的穩(wěn)態(tài)水平，同時(shí)也意味著省域間城市代謝效率的差異將持續(xù)存在。

表5 條件β收斂檢驗(yàn)結(jié)果

2.3 影響因素分析

分地區(qū)Tobit模型結(jié)果見表6，經(jīng)檢驗(yàn)不存在單位根的情況。各地區(qū)常數(shù)、edu和eco的回歸系數(shù)正負(fù)性相同，其余變量回歸系數(shù)正負(fù)性均有一定差異，表明各地區(qū)的發(fā)展情況不同，應(yīng)根據(jù)不同地區(qū)的特點(diǎn)分類討論。

表6 模型Tobit模型結(jié)果

第二產(chǎn)業(yè)比重的回歸系數(shù)在所有地區(qū)均通過了1%的顯著性水平檢驗(yàn)，全國與東部地區(qū)的回歸系數(shù)為負(fù)，中、西部地區(qū)的回歸系數(shù)為正。東部地區(qū)工業(yè)發(fā)展較完善，繼續(xù)增加第二產(chǎn)業(yè)比重對(duì)提高社會(huì)發(fā)展的邊際收益逐漸減小，而對(duì)環(huán)境污染的程度加深。中、西部地區(qū)多數(shù)省域處于工業(yè)化快速發(fā)展時(shí)期，第二產(chǎn)業(yè)對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)仍具有較強(qiáng)推動(dòng)力。從全國整體角度來看，第二產(chǎn)業(yè)比重的增加會(huì)降低全國城市代謝效率，說明第二產(chǎn)業(yè)比重的增加對(duì)環(huán)境造成的污染程度大于對(duì)社會(huì)發(fā)展的推動(dòng)作用，一定程度上契合國家支持和鼓勵(lì)發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)，加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的政策。

政府干預(yù)的回歸系數(shù)在全國、東部地區(qū)和西部地區(qū)通過了1%的顯著性水平檢驗(yàn)，均為負(fù)；在中部地區(qū)通過了10%的顯著性水平檢驗(yàn)，為正。東、西部地區(qū)的正負(fù)性相同但原因不同，東部地區(qū)擁有完善的市場(chǎng)機(jī)制，在調(diào)節(jié)社會(huì)資源和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面起帶頭作用，政府干預(yù)過多會(huì)破壞原有資源配置結(jié)構(gòu)，遏制經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和社會(huì)發(fā)展。西部地區(qū)則是由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展落后，基礎(chǔ)設(shè)施不完善，勞動(dòng)力供需失衡等使得財(cái)政經(jīng)費(fèi)的支出在短時(shí)間內(nèi)難以獲得同等水平的實(shí)質(zhì)性成果。中部地區(qū)處于中間地帶，政府干預(yù)對(duì)其城市代謝效率起正向作用，但顯著性水平略有降低。由此可見，政府干預(yù)不利于全國城市代謝水平的增長(zhǎng)。

污染治理的回歸系數(shù)在東部地區(qū)通過了1%的顯著性水平檢驗(yàn)，為正；在全國、中部地區(qū)和西部地區(qū)通過了5%的顯著性水平檢驗(yàn)，均為負(fù)。東部地區(qū)工業(yè)規(guī)模發(fā)達(dá)，污染物排放量較多，因此政府也更注重環(huán)境治理，投入了大量資金改善資源利用率和環(huán)境問題，充分發(fā)揮了規(guī)模效應(yīng)的作用。加之東部地區(qū)科學(xué)技術(shù)較先進(jìn)，治理效果更顯著，從而增加污染治理投資對(duì)社會(huì)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)具有更強(qiáng)的拉動(dòng)作用。中、西部地區(qū)由于技術(shù)落后、污染治理投資不足等問題導(dǎo)致污染治理投資的增加不僅沒能較好解決當(dāng)?shù)卮嬖诘沫h(huán)境問題，反而增加了環(huán)境治理的開支。從全國看，污染治理比例的增加對(duì)城市代謝效率起負(fù)向作用，因?yàn)樵谖廴局卫淼倪^程中，污染物已排放，對(duì)生態(tài)和社會(huì)環(huán)境造成了破壞，同時(shí)還需要額外的資金進(jìn)行污染物的清潔凈化，這種先污染后治理的方法不利于城市代謝效率的提升。

教育水平的回歸系數(shù)在全國、中部地區(qū)和西部地區(qū)通過了1%的顯著性水平檢驗(yàn)，在東部地區(qū)通過了5%的顯著性水平檢驗(yàn)，均為正，表明一個(gè)地區(qū)的居民受教育水平越高，城市代謝效率也越高。其原因有二：(1)高學(xué)歷人群的基本收入普遍高于低學(xué)歷人群，我國大專及以上學(xué)歷人口占全國總?cè)丝诒壤坏?0%，與發(fā)達(dá)國家有較大的差距，碩博士比例更低，這些高素質(zhì)人才是優(yōu)化我國勞動(dòng)力結(jié)構(gòu)的重要推動(dòng)力，其工資數(shù)額普遍高于一般水平；(2)受教育程度越高，其受到的環(huán)保意識(shí)教育越多，更注重環(huán)境保護(hù)，如在選擇出行方式上選擇公共交通或步行，在能源問題上有意識(shí)地節(jié)水節(jié)電等，這些舉措均有利于城市代謝水平的提高。

對(duì)外開放的回歸系數(shù)在全國和中部地區(qū)通過了1%的顯著性水平檢驗(yàn)，為正；在東部地區(qū)通過了10%的顯著性水平檢驗(yàn)，為正；在西部地區(qū)未通過顯著性檢驗(yàn)，為負(fù)。對(duì)外開放對(duì)城市代謝效率有正向影響，這是因?yàn)榘l(fā)達(dá)國家擁有更先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和環(huán)保理念，在污染物的排放和治理方面更見成效。同時(shí)，外資的進(jìn)入會(huì)為當(dāng)?shù)貛砀嗟木蜆I(yè)機(jī)會(huì)，提升當(dāng)?shù)氐墓べY水平，帶動(dòng)地區(qū)GDP的增長(zhǎng)。對(duì)于西部地區(qū)來說，由于對(duì)外開放的水平較低，外商投資尚未形成規(guī)模效應(yīng)，對(duì)城市代謝的影響并不顯著。

經(jīng)濟(jì)發(fā)展的回歸系數(shù)在全國、中部地區(qū)和西部地區(qū)通過了1%的顯著性水平檢驗(yàn)，在東部地區(qū)不顯著，均為負(fù)。經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)城市代謝效率的影響為負(fù)，按照目前我國的情況來看，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平越高，環(huán)境污染物的排放也越多。對(duì)東部地區(qū)而言，由于技術(shù)創(chuàng)新和資源配置等差異的存在，經(jīng)濟(jì)發(fā)展所帶來的社會(huì)福利增長(zhǎng)較其他地區(qū)更多，與環(huán)境污染所帶來的負(fù)面效應(yīng)相抵消后對(duì)城市代謝效率的抑制作用并不顯著，而中部地區(qū)和西部地區(qū)在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)以粗放型經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式追趕經(jīng)濟(jì)發(fā)展，并且隨著東部地區(qū)的重工業(yè)產(chǎn)業(yè)向中、西部地區(qū)轉(zhuǎn)移，這種情況在短時(shí)期內(nèi)難以得到有效緩解。從全國來看，經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)城市代謝效率有負(fù)向影響，這也從側(cè)面反映我國在社會(huì)發(fā)展的過程中對(duì)環(huán)境造成了一定程度的破壞，人們的環(huán)保意識(shí)亟待提高。

3 結(jié)論與建議

運(yùn)用非期望產(chǎn)出的SBM模型測(cè)算了我國省域2002—2018年的城市代謝效率，分地區(qū)討論了城市代謝效率的時(shí)空演化規(guī)律，并結(jié)合Tobit模型探究了城市代謝效率的影響因素，得出以下結(jié)論：(1)北京和陜西的城市代謝效率每年都達(dá)到了有效水平，東部地區(qū)城市代謝效率均值先下降后上升，中、西部地區(qū)城市代謝效率曲折上升。全國城市代謝效率差異有所減小，但仍然呈現(xiàn)兩極分化的特征。城市代謝效率的相關(guān)性逐漸減弱，總體有向空間負(fù)相關(guān)性特征發(fā)展的趨勢(shì)。(2)絕對(duì)β收斂檢驗(yàn)的結(jié)果表明，全國城市代謝效率增長(zhǎng)速度和水平最終將趨于完全相同的穩(wěn)態(tài)，即城市代謝效率落后的省域?qū)崿F(xiàn)追趕效應(yīng)。條件β收斂檢驗(yàn)的結(jié)果顯示，各地區(qū)城市代謝效率的發(fā)展將趨向于自身的穩(wěn)態(tài)水平，也說明省域間城市代謝效率的差異將持續(xù)存在。(3)第二產(chǎn)業(yè)比重、政府干預(yù)、污染治理和經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)全國城市代謝效率起顯著負(fù)向影響，教育水平和對(duì)外開放起顯著正向影響。

根據(jù)分析結(jié)果對(duì)提升我國城市代謝效率提出以下建議：(1)秉持“綠水青山就是金山銀山”的論斷，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。東部地區(qū)需加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)，強(qiáng)化環(huán)境監(jiān)管機(jī)制，摒棄“高能耗，高污染”產(chǎn)業(yè)，嚴(yán)格限制廢棄物排放。中西部地區(qū)在承接重工業(yè)轉(zhuǎn)移過程中要把控污染程度，在獲得經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的同時(shí)要考慮生態(tài)環(huán)境的承受能力，充分發(fā)揮生態(tài)資源優(yōu)勢(shì)，尋找社會(huì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的平衡點(diǎn)。(2)借鑒與幫扶相結(jié)合，加強(qiáng)省域間互動(dòng)。高效率省域充分利用地理鄰近優(yōu)勢(shì)和空間溢出效應(yīng)向周圍低效率省域提供定向支援，以技術(shù)和產(chǎn)業(yè)交流等形式帶動(dòng)周圍省域共同發(fā)展。低效率省域借鑒高效率省域發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，引進(jìn)高新技術(shù)與高水平人才，激發(fā)城市代謝活力，力求實(shí)現(xiàn)后發(fā)趕超，實(shí)現(xiàn)各省域均衡發(fā)展。(3)減少政府干預(yù)行為，提高環(huán)境治理投資。各省域政府要加快轉(zhuǎn)變政府職能，從“政府干預(yù)”到“政府監(jiān)管”，建立市場(chǎng)自由競(jìng)爭(zhēng)與政府調(diào)控的雙軌運(yùn)行機(jī)制。污染治理投資要實(shí)現(xiàn)規(guī)模效應(yīng)，需要對(duì)環(huán)境污染問題進(jìn)行具體分析，加大治理投資力度，合理配置資金比例，以盡量減少污染物排放對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成的影響。(4)發(fā)展教育事業(yè)，加強(qiáng)國內(nèi)外交流。各級(jí)教學(xué)單位需提高辦學(xué)水平，擴(kuò)大教學(xué)規(guī)模和招生人數(shù)，進(jìn)一步提高受教育人數(shù)比例，同時(shí)增加環(huán)保教育的普及率，強(qiáng)化公民環(huán)保意識(shí)。對(duì)外交流方面，不僅要依靠自身優(yōu)勢(shì)吸引外企投資，還要鼓勵(lì)學(xué)習(xí)國外先進(jìn)技術(shù)和思想，并通過一系列政策吸引人才投身于本地區(qū)建設(shè)，避免人才外流。