中国省际水资源利用效率的空间分布格局及决定因素3

孙爱军 方先明

(1.南京大学经济学院,江苏南京210093;2.淮阴师范学院经济与管理学院,江苏淮安223300)

中国省际水资源利用效率的空间分布格局及决定因素3

孙爱军1,2方先明1

(1.南京大学经济学院,江苏南京210093;2.淮阴师范学院经济与管理学院,江苏淮安223300)

水是战略性经济资源,中国是全世界13个人均水资源贫水国家之一,为解决水资源紧缺问题,确保实现“十一五”规划《纲要》提出的节水目标,关键是用水效率水平。在当前的经济、技术水平下,中国未来可能实现的节水潜力在于省际之间水资源利用效率的差异,科学地计算各个省域的用水效率就成为一项基础性的工作。应用随机前沿生产函数方法,测算省域的用水技术效率;将用水量引入C—D生产函数,计算出考虑水资源因子的省域全要素生产率;在此基础上,运用空间相关分析方法研究技术效率和全要素生产率之间的空间关系,结果表明:中国水资源利用效率存在明显的区域差别,省际的用水技术效率和全要素生产率都存在差异,两者之间存在空间相关,有空间集聚趋势,效率等级结构在时间上存在着稳定性。导致技术效率和全要素生产率差异的主要原因在于资金生产率等,从省际实际出发,制定并实行差异化的政策,为提高用水效率、实现节水目标打下基础。

技术效率;全要素生产率;空间相关分析;决定因素

作为社会发展的战略性经济资源,水资源的持续开发和有效配置利用,为人类的生存、生产和发展提供了必不可少的条件。在2002年9月约翰内斯堡可持续发展世界首脑会议上,水被列为全球可持续发展的五大问题之首。2007年的世界水日的主题是“应对水短缺”,社会经济科学持续的发展需要提高水资源的利用效率,面对日趋严重的水资源问题,联合国前秘书长安南提出关键在于提高用水效率。中国是全世界人均水资源13个贫水国家之一,水资源短缺形势严峻,开源节流、高效用水是缓解水资源供需矛盾的根本途径。国家“十一五”规划要求正视水资源短缺的现状,根据明确用水效率控制红线:万元 GDP用水量下降20%,万元工业增加值用水量下降30%,农业灌溉水的综合利用系数由0.45提高到0.5,说明节约用水的核心是提高用水的效率和效益,降低单位产品的用水量,既可节省资源,又能减轻对环境的压力。超越红线,就意味着开发利用突破水资源承载能力,将引发一系列生态和环境问题。科学地计算工业用水技术效率就成为一项基础性的工作。

目前,度量效率研究大多数用的是单项指标,如单位用水量的经济产值、单位产值的用水量、新增产值的用水量等,而技术效率和全要素生产率都是综合考虑到技术水平、管理成效、运行机制、水价因素、政策影响、社会制度等等各种因素后的一种综合性效率,更为全面和深刻。现有的研究水资源利用效率的成果中,较少涉及空间分布格局的描述或统计分析,而对水资源利用效率的空间相似性或差异的研究更少。由于自然条件、社会经济、技术水平、管理成效、利用方式等不同,中国水资源利用效率存在省域差异,本文基于2002-2007年中国31个省、直辖市和自治区的统计数据,分别计算并描述省级区域的用水技术效率、考虑到水资源的全要素生产率(TFP)、以及两者之间的空间相关性,利用空间统计中常用的空间自回归模型对中国水资源利用效率的区域特征进行分析,旨在为我国水资源利用效率研究和相关政策的制定做好基础性的工作,以实现水资源合理配置和有效利用,促进经济发展与社会和谐。

1 模型与方法

1.1 用水技术效率

技术效率是效率研究的参数前沿分析方法[1]。本文是从生产函数角度,运用随机前沿分析(SFA)效率测量方法[2],测量决策单元的生产前沿和成本前沿,测算中国各个省域的水资源利用的综合技术效率。在Battese and Coelli[3](1992)模型基础上,使用较为灵活的超越对数函数,研究31个省的水资源利用的技术效率,分析模型为:

式中:左边是产出变量,右边是投入变量,yt表示省域GDP(亿元),t代表31个省域编号,xit是指kt,lt,wt,分别表示资本、劳动力和用水量。其中的所有β都是待估计的参数。误差项由2个独立的部分组成:vt∈iidN(0,σ2),表示设定误差、测量误差和随机因素对前沿面的影响;ut表示技术非效率,ut的分布服从非负断尾正态分布(truncations at zero),与 vt相互独立,计算公式为

式中:TFP为全要素生产率,PL=Y/L为劳动生产率,PK=Y/K为资金生产率,PW=Y/W为年供水的生产率,βL3=βL/(βL+βK+βW),βK3=βK/(βL+βK+βW),βW3=βW/(βL+βK+βW)。(6)式表明全要素生产率为劳动生产率、资金生产率和水资源生产率的几何加权平均数。

1.3 空间相关检验

全域空间自相关(Global Spatial Autocorrelation)是从区域空间的整体刻画省域经济发展用水的空间分布情况。在实际的空间相关分析应用研究中,Moran’s I主要针对于全域空间相关性分析:

式中,i=1,2,…,n;j=1,2,…,m。

Moran’s I可看作各地区省域经济发展用水值的乘积和,其取值范围为(-1,1)。若各地区间的省域用水量是空间正相关,则其数值应当较大;负相关则较小。当目标区域数据在空间区位上相似的同时有相似的属性值时,空间模式在整体上就显示出正的空间自相关性;反之则呈现为负空间自相关性;零空间自相关性出现在当属性值的分布与区位数据的分布相互独立时[6-7]。

2 变量与数据

本文采用2002年之后到2007年的全国31个省级地区的相关数据进行测算。在进行全要素生产率及其指数的测算时,地区生产总值数据采用的是支出法地区生产总值,因为支出法地区生产总值是从最终使用的角度反映一个国家(或地区)一定时期内生产活动最终成果的一种方法,包括最终消费支出、资本形成总额及货物和服务净出口三部分,计算公式为:支出法国内生产总值=最终消费支出+资本形成总额+货物和服务净出口,较地区生产总值更为全面具体,用字母 Y表示;从业人员采用的是各地区按行业分城镇单位就业人员数,这一指标表明了一定时期内全部劳动力资源的实际利用情况,是研究我国基本国情国力的重要指标,各单位的就业人员反映了各单位实际参加生产或工作的全部劳动力,实际计算中用L表示;投资总额采用的是按城乡分全社会固定资产投资,该指标是反映固定资产投资规模、结构和发展速度的综合性指标,又是观察工程进度和考核投资效果的重要依据,实际计算中用 K表示;水的年供给数据采用的是各地区供水、用水情况,供水总量指各种水源工程为用户提供的包括输水损失在内的毛供水量之和,不包括海水直接利用量,实际计算中用 W表示。L×W(劳动力×供水量)交叉相乘项用以检验人力资源在促进经济发展的同时是否受到供水的限制以及水资源在促进经济增长的同时是否受人力资源的限制,即人与资源的共同效应。

具体表示为:GDP为支出法地区生产总值(单位:亿元);L为各地区按行业分城镇单位就业人员数(单位:万人);K为按城乡分全市会固定资产投资(单位:亿元);W为31省市全年供水量(单位:亿立方米),以上各项数据指标均采自2003-2008年《中国统计年鉴》。

3 实证分析

3.1 计算用水技术效率

随机前沿生产函数有多种形式,本文使用广义似然率统计量进行假设检验,以便选择哪一种形式的超越随机前沿函数模型是最适宜的。调整后的 R2(Adjusted R2squared)为0.979 6,表明拟合优度较好;F检验统计(F2statistic)为3 555.27,其伴随概率Prob(F2statistic)为01000 0,表明模型总体成立,存在着现行关系;corr(ui,X)=0(assumed),Prob>chi 2=01000 0,表明解释变量与随机误差项之间序列不相关。综合上面的各个检验统计量的数值,F检验、t检验等参数检验皆通过,模型成立,其中参数估计资金 k前面的数值远大于其它变量的系数估计值,表明资金是决定效率的最重要决定因素。

用FRONTIER 4.1估计出参数,计算得到全国31个省域的2002-2007年之间的技术效率结果(见表1)。

以2007年为例,得到各个省域的用水技术效率水平示意图见图1。

2007年技术效率评估的平均效率是0.819 0,技术效率评估值较高的有上海、江苏、福建、浙江、安徽等地,其中上海的技术效率评估最高为0.971 2,效率水平呈高—高集聚的还有江苏、广东、浙江、江西、福建等省域,是由于高科技应用于生产以提高用水技术效率;强化节水管理,管理出效益,促进水资源综合利用以提高生产力水平。技术效率(l-l)较低的有内蒙古、甘肃、山西、陕西、宁夏等地,均是我国经济欠发达或落后地区,技术效率水平最低的是位于中西部的陕西,仅有0.690 7,是因为陕西省地跨二、三两级阶梯,相当一部分地区位于黄土高原上,水土保持能力较弱,流失量较大,蓄水保水能力较差;经济水平、科技条件在全国范围内处于中等偏下,经济发展多以粗放型为主,科技水平与管理水平都较落后,导致其水资源使用效率也就比较低。

表1 2002-2007年省域用水技术效率Tab.1 Technical efficiency of water consumption among provinces form 2002 to 2007

3.2 计算省域全要素生产率

计算考虑到水资源的全要素生产率,采用的是公式(6),计算得到各个参数的估计值,以2007年为例,计算结果见表2。

比较人力、资本和水资源三个变量前的参数来看,参数估计结果是资金 k前的参数最大,说明资金对TFP的贡献最大,资金生产率是影响水资源利用效率的重要决定因素,这和我国是投资拉动型的经济增长想吻合;从时间顺序来比较省域的 TFP,以2002、2005、2007年为例(见图2),从折线图显示中可以看出只有辽宁省的 TFP出现持续性下降,内蒙古、吉林、河南、广西、重庆、云南、西藏均呈波动性上升,其它省域的 TFP都是持续性上升。其中 TFP值呈持续性上升且上升较大的有北京市、山东、上海、江苏等地区。

从地区之间 TFP值的差距来看,这三个年份并没有发生太大的变化,TFP值最高的一直是广东,其次是上海;TFP值的相对较低的是西藏,宁夏,新疆等省域。作为衡量生产效率的指标,影响 TFP的因素有:效率的改善、技术进步、规模效应等。东部沿海开放的区位优势和与区域经济的发展直接相关。我国东南沿海地区处于太平洋西岸的中心位置,沿海各主要城市均与世界经济有广泛联系,整个地区气候温和,水源丰富,城市化水平也高,经济基础较好,对外来高新科技的接受能力较强,生产效率提高较快,再加上交通便利,便于招商引资,较易形成规模效应。而新藏宁等地区却处于相对封闭或半封闭地带,地形地貌复杂,气候条件也差,远离亚太地区经济发展中心。因此,虽然拥有较为丰富的资源,但科学技术始终处于落后状态,生产效率低下,再加上,交通不便,引资困难,难以形成规模效应[8]。

3.3 省域用水技术效率与全要素生产率的空间相关分析

通过绘制空间相关系数的Moran’s I散点图可将各个区域的省域用水情况分为四个象限的空间依赖模式,分别识别各个地区及其与邻近地区的关系。空间相关分析时,横坐标表示用水技术效率(TE),纵坐标表示全要素生产率(TFP)。第一象限表示 TE与TFP都比较高的省域(HH);第二象限表示 TE较低但TFP较高的省域(LH);第三象限表示 TE与TFP都比较低的省域(LL);第四象限表示 TE较高但TFP较低的省域(HL)。第一、第三象限正的空间自相关关系表示相似观测值之间的空间关联,而第二、第四象限负的空间自相关关系表示不同观测值之间的空间关联,如果观测值均匀地分布在四个象限,则表明地区之间不存在空间自相关性。

从31个省域的经济活动位于四个象限内省域的空间Moran’s I散点分布图可以看出,这些省域表现出的共同特征是在地理空间上显示了正的空间自相关性。通过Moran散点图可以发现HL类型和LH类型的省域为偏离全域正的空间自相关总体趋势的省域,其技术效率表现为非典型性。以2007年为例分析:广西、广东、上海、浙江、海南、安徽、江苏、福建、天津、江西、吉林、辽宁、河北13个省位于第Ⅰ象限,是高—高的正自相关关系的集群(HH);山东、重庆、湖北、内蒙古、北京、山西6个省位于第Ⅱ象限为低—高的负空间自相关关系的集群(LH);河南、四川、青海、宁夏、陕西、新疆、甘肃7个省位于第Ⅲ象限,同样是低—低的空间自相关关系的集群(LL);湖南、西藏4个省位于第Ⅳ象限,为高—低的空间自相关关系的集群(HL)。贵州同时跨第Ⅱ、第Ⅲ象限;黑龙江、云南同时跨第Ⅲ、第Ⅳ象限。由于区域自然条件、社会经济条件、水资源利用方式等诸多变量的不同,中国水资源利用效率表现出了明显的区域差异特征,其中,最重要的决定因素是投资,空间上集聚的省域都是经济实力、技术创新相当的省份(见图3)。

从省域的空间Moran’s I散点分布图和 TFP与TE的LISA聚类图中可以看出,山东、上海、江苏、福建、浙江、江西处于(HH)集群,表示这些区域的 TFP和TE值都比较高;同属于高—高的正自相关关系的集群。位于第Ⅲ象限的四川、青海、陕西、新疆、甘肃5个省属于(LL)集群,比较投资总额后,发现5个省域的 PK值都比较低,说明在生产活动中资本投入和生产设备水平较低,固定资产投资并未能在最大限度上转化为生产产出,其生产效率较低。

通过LISA图(图4),可以更形象第看到用水技术效率和全要素生产率的分布特征。用水技术效率和全要素生产率都较高的省域有上海、浙江、广东、江苏,这四个省域所对应的 PK(P/K,即单位固定资产投资所产生的GDP)值也较高,这说明 PK是影响用水技术效率和全要素生产率的共同因素,PK值较高表明生产活动中资本投入较高且采用的技术设备较先进,其生产效率也较高。

表2 2007年省域经济 TFP估计值Tab12 TFP of economy among provinces in 2007

图2 2002、2005、2007年省域经济 TFPFig.2 TFP of economy among provinces in 2002,2005,2007

图3 2007年 TE和TFP的二元空间自相关Moran’s I散点分布图Fig.3 Scattering dotof Moran’s Ibetween TE and TFP in China in 2007

图4 2007年 TFP与TE的LISA聚类图Fig.4 LISA cluster between TFP and TE in China in 2007

4 结 论

(1)中国水资源利用效率存在明显的空间差异。经济发达的东部地区水资源利用效率较高,经济欠发达的中、西部地区水资源利用效率较低;导致中国水资源利用效率存在区域差异的最重要因素是地区经济发展水平及科技水平的差异。

(2)制约水资源利用效率的最大因素是资金。要想提高水资源的利用效率就必须加大固定资本投资,采用高新技术设备,提高管理水平。与此同时,还应注意到人的作用,在 TFP与TE的LISA聚类图中的集群中,上海、江苏、浙江(HH)等三个区域也是教育水平较高的省市。因此,一方面要发展经济,加大资金投入,提供物质保障;另一方面,加大管理投入,增强民众节水意识,养成节水习惯。

(3)省域提高水资源利用效率的任务艰巨。一要加大投资,引进先进技术,结合各省的技术水平现状和产业发展方向,降低单位产品生产耗水量,二要克服水资源无序开发、过度开发和粗放利用等导致的低效率,加强水利政策研究和改革。如充分发挥价格杠杆作用,各地经济发展做到因“水”制宜,缺水地区就不适宜发展高耗水型农业、工业,人口也必须得到控制;丰水地区要充分发挥水资源优势带动区域经济发展;三是分区域、分阶段地减少单位GDP用水量和工业废水排放量,在水资源承载力下逐步实现国家的节水目标。

“水资源可持续利用是我国经济社会发展的战略问题,核心是提高水资源利用效率”①,提高用水效率任重道远,以上对效率的研究仅是宏观的整体分析,得到的效率量化水平是综合性指标,还需要量化分析各个微观变量对效率水平的影响程度,进一步量化研究和简化分析,识别省际之间的用水效率差异及其决定因素,为增强节水政策和措施的针对性、可行性提高依据。

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Spatial Distribution and Determ inant of Water Usage Among Inter2provinces in China

SUN Ai2jun1,2FANG Xian2ming1
(1.Schoolof Economics,Nanjing University,Nanjing Jiangsu 210098,China;2.School of Economics and Management,Huaiyin Normal University,Huai’an Jiangsu 223300,China)

Water is a kind of strategic economic resource.According to the averagewater resource,China isone of the thirteen countriesof water shortage in the world.So the efficiency of water consumption matters a lot in solving the problem of water shortage and ensuring the realization of the objective set in the 11th Five Year Plan.With the current economic and technical level in China,thewater2saving potential to in the future lies in the discrepancy of efficiency in utilizing water resource in 31 provinces.Efficiency is the core issue of water utility.There is a regional differenceofwater usage in China due tomany factors,including natural,social,economic factorsandwaysofwater usage conditions.Therefore,the basicwork of describing the level and regional differenceofwater usage in China becomesnecessary.In thisarticle,the stochastic frontier production function2panel datamodel is introduced to compute the technical efficiency of different provinces.And total factors productivity is also computed with a view to water element.We study the relation between the technical efficiency and total factors productivity bymeansof spatial analysis.The study shows that striking regional differences exist in the efficiency ofwater usage,in technical efficiency of water usage and total factors productivity with the latter two spatially related.And capital productivity causes the differences between technical efficiency and total factorsproductivity.A sound foundation for improvingwater usage efficiency and realizing theobjectiveof water2saving can be achieved by considering inter2provincial reality,identifying the factors influencing efficiency level,analyzeing the reasons for the differences and enacting differences2oriented policies.

technical efficiency;total factors productivity;spatial analysis;determinant

X22

A

1002-2104(2010)05-0139-07

10.3969/j.issn.1002-2104.2010.05.023

2009-09-21

孙爱军,博士后,副教授,主要研究方向为资源经济、计量经济。

3教育部科学技术研究重点项目:“大陆水资源与水资源可持续利用”(编号:104197)资助。

(编辑:王爱萍)